DE69415713T2

DE69415713T2 - Flüssigkristall-Lichtventil und Projektionsvorrichtung mit dessen Verwendung

Info

Publication number: DE69415713T2
Application number: DE69415713T
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Nishi-Ku Kobe City 651-22 Masumoto; Hideki Suita City 564 Ohmae
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1994-04-21
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2014-04-22
Also published as: EP0621499B1; EP0621499A1; JPH075421A; JP2624116B2; DE69415713D1; US5490006A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND AUSFÜHRUNGEN ZUM STAND DER TECHNIK

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Flüssigkristall- Lichtventilvorrichtung, welche ein optisches Bild durch räumliche Lichtmodulation erzeugt, und außerdem eine Projektionsanzeigevorrichtung und Verwendung der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung.

2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Bei einer Projektionsanzeigevorrichtung zum Anzeigen eines durch ein "Lichtventil" (räumliche Lichtmodulationseinrichtung) gewonnenen optischen Bilds auf einem Bildschirm durch eine Projektionslinse wird eine Flüssigkristallplatte (auf die nachfolgend als LC-Platte bezug genommen ist) weit verbreitet für das Lichtventil eingesetzt. Eine derartige Anzeigevorrichtung ist in den japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldungen Sho 63-73782 und Hei 3-71110 beispielsweise offenbart.
Üblicherweise wird eine LC-Platte vom verdrehten nematischen Typ (auf welchen nachfolgend als TN-Typ bezug genommen ist) für die Anzeigevorrichtung vom Projektions-Typ genutzt. Ein Beispiel der Anzeigevorrichtung unter Verwendung der LC- Platte vom TN-Typ gemäß dem Stand der Technik ist in Fig. 1 gezeigt. Unter bezug auf Fig. 1 wird ein Lichtstrahl 301A emittiert von einer Lichtquelle 301 an die LC-Platte 312 vom TN-Typ angelegt und ein optisches Bild der LC-Platte 312 wird auf dem Bildschirm 304 durch eine optische Linse 303 projiziert.
Die LC-Platte 312 umfaßt eine Flüssigkristallzelle 302 (auf die nachfolgend als LC-Zelle bezug genommen ist) eine einfallseitige Polarisationsplatte 305 und eine austrittseitige Polarisationsplatte 306. Die LC-Zelle 302 weist zwei transparente Glassubstrate 302A und einen Flüssigkristall 307 auf, der zwischen die beiden Glassubstrate 302A gefüllt ist. Transparente Elektroden zum Bilden von Pixeln sowie mehrere Dünnschichttransistoren (auf die nachfolgend als TFT bezug genommen ist) zum Steuern der transparenten Elektroden sind auf den Innenseiten der Glassubstrate 302A angeordnet. Die TFTs werden durch ein Bildsignal gesteuert, welches von einer externen Vorrichtung zugeführt wird. Die vorstehend genannte LC-Zelle 302 wird als LC-Zelle vom aktiven Matrix-Typ bezeichnet und der TFT dient als Schaltelement.
Der Flüssigkristall 307 in der LC-Zelle 302 dreht die Phase eines einfallenden Lichts in Übereinstimmung mit einem elektrischen Feld, das zwischen beiden transparenten Elektroden erzeugt wird, und folglich wird ein optisches Bild in der LC- Zelle 302 erzeugt. Die LC-Platte 312 vom Aktiv-Matrix-Typ ist für die LC-Vorrichtung vom Projektions-Typ geeignet, um eine hervorragende Bildqualität zu erzielen. Ein Farbbild ist durch Anbringen von Farbfiltern an den Pixeln der LC-Zelle 302 realisierbar.
Die LC-Platte 312 vom TN-Typ kann durch zwei Anzeige-Betriebsarten angetrieben werden. Eine der beiden Anzeige-Betriebsarten wird als "normalerweise schwarze Betriebsart" (nachfolgend als NB-Betriebsart bezeichnet). In der NB-Betriebsart verläuft die Polarisationsachse der einfallseitigen Polarisationsplatte 305 parallel zur Polarisationsachse der austrittseitigen Polarisationsplatte 306. Wenn an den Flüssigkristall kein elektrisches Feld angelegt wird, wird ein dunkelstmögliches optisches Bild angezeigt. Die andere Anzeigebetriebsart wird als "normalerweise weiße Betriebsart" (nachfolgend als NW-betriebsart bezeichnet). In der NW-Be triebsart verläuft die Polarisationsachse der einfallseitigen Polarisationsplatte 305 senkrecht zu der Polarisationsachse der austrittseitigen Polarisationsplatte 306. Wenn das elektrische Feld an den Flüssigkristall angelegt wird, wird ein dunkelstmögliches optisches Bild angezeigt. Üblicherweise wird die LC-Platte 312 des TN-Typs in der NW-Betriebsart eingesetzt. Da die NW-Betriebsart bezüglich der Bildqualität eines schwarzen Bilds der NW-Betriebsart überlegen ist, wird die LC-Platte der NW-Betriebsart weit verbreitet für die Anzeigevorrichtung vom Projektions-Typ eingesetzt.
Die Richtung einer Normallinie bzw. einer Senkrechten der LC- Platte 312 ist als "Bezugsrichtung" definiert, und ein Winkel eines einfallenden Lichts, gemessen von der Bezugsrichtung ist als "Sichtwinkel" definiert. Üblicherweise variiert die Lichtmodulationseigenschaft der LC-Platte vom TN-Typ stark abhängig vom Sichtwinkel. In der NW-Betriebsart variiert eine Lichtdurchlässigkeit im "Schwarz-Anzeigezustand" signifikant, abhängig vom Sichtwinkel. In dem Schwarz-Anzeigezustand wird die LC-Platte 312 derart getrieben, daß die Lichtdurchlässigkeit minimal wird. Der Sichtwinkel der minimalen Lichtdurchlässigkeit ist nicht null, sondern nimmt bestimmte Winkelwerte ein. Mit anderen Worten fällt die Richtung des Sichtwinkels in der minimalen Lichtdurchlässigkeit nicht mit der Bezugsrichtung zusammen und verläuft in Richtung auf eine spezielle Richtung geneigt.
Obwohl die Lichtdurchlässigkeit in dem "Weiß-Anzeigezustand" ebenfalls abhängig vom Sichtwinkel variiert, ist eine Variation der Lichtintensität aufgrund der Variation der Lichtdurchlässigkeit weitaus kleiner als die Intensität des Lichts, welches die LC-Platte durchsetzt. Sie beeinträchtigt deshalb die Bildqualität eines projizierten Bilds sehr geringfügig. In dem Weiß-Anzeigezustand wird die LC-Platte 312 so getrieben, daß die Lichtdurchlässigkeit maximal wird. Des halb variiert bei der LC-Platte 312 vom TN-Typ ein Kontrast signifikant abhängig vom Sichtwinkel.
Der Kontrast ist durch ein Verhältnis der Lichtintensität des Durchlaßlichts in dem Weiß-Anzeigezustand zu der Lichtintensität des Durchlaßlichts in dem Schwarz-Anzeigezustand wiedergegeben. Je höher der Kontrast wird, desto höher wird die Bildqualität. Um ein Projektionsbild mit hohem Kontrast zu realisieren, muß ein Einfallswinkel des Lichts, welches die LC-Platte 312 bestrahlt, mit dem Sichtwinkel der minimalen Lichtdurchlässigkeit übereinstimmen. Die Kontrastveränderung aufgrund des Sichtwinkels wird "Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft" genannt.
In Fig. 1 wird der Lichtstrahl 301A von der Lichtquelle 301 entlang einer optischen Achse 300 durchgelassen und zu der LC-Platte 312 geführt. Der Lichtstrahl 301A, welcher die LC- Platte 312 durchsetzt, wird zu einer Eintrittspupille 310 der Projektionslinse 303 geführt. Die optische Achse 300 des Lichtstrahls 301A durchsetzt das Schwerkraftzentrum 309 der LC-Zelle 302 (das Schwerkraftzentrum ist im wesentlichen gleich dem Zentrum der LC-Zelle 302) und wird zu dem Schwerkraftzentrum 311 der Eintrittspupille 310 gerichtet. Um den maximalen Kontrast zu realisieren, muß die optische Achse 309A der LC-Platte 312, die senkrecht zu der LC-Zelle 302 verläuft, von der optischen Achse 308 der Projektionslinse 303 verschoben werden, so daß die optischen Achsen 308 und 309A parallel verlaufen. Der Lichtstrahl 301A wird insbesondere an die LC-Zelle in der Richtung eines Sichtwinkels derart angelegt, daß der höchste Kontrast beibehalten wird.
Um ein vollfarbiges Projektionsbild mit hoher Qualität zu realisieren, ist eine Anzeigevorrichtung vom Projektions-Typ unter Nutzung von drei LC-Platten gemäß dem Stand der Technik in der japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldung Sho 62-133424 beispielsweise offenbart. Gemäß dem Stand der Technik werden Lichtstrahlen der drei Grundfarben (Rot, Grün, Blau) mittels dichroitischer Spiegel separiert. Die Lichtstrahlen der drei Primärfarben werden an die jeweiligen LC-Platten zur Erzeugung von optischen Bildern angelegt, welche den Lichtstrahlen der drei Grundfarben entsprechen. Die Lichtstrahlen der drei Grundfarben, die von den drei LC-Platten ausgehen, werden mittels eines weiteren dichroitischen Spiegels kombiniert bzw. zusammengefaßt und das vollfarbige Projektionsbild wird durch eine Projektionslinse projiziert. In diesem Fall wird die LC-Platte vom TN-Typ und der NW-Betriebsart üblicherweise verwendet und das optische System der Vorrichtung ist im Hinblick auf die vorstehend genannte Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft ausgelegt.
Die nachfolgend erläuterte LC-Platte ist von dem Aktiv-Matrix-TN-Typ, der in der NW-Betriebsart genutzt wird. Da die LC-Platte gemäß dem Stand der Technik eine Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts aufweist, die nicht unberücksichtigt bleiben kann, fällt die Richtung des Sichtwinkels zum Erzielen des maximalen Kontrasts nicht mit der Richtung der Normallinie der LC-Platte zusammen. Ein Nutzer muß deshalb die LC-Platte in der Richtung des Sichtwinkels betrachten, um das Bild mit dem maximalen Kontrast zu beobachten. Wenn der Nutzer die LC-Platte in der Richtung der Normalen beobachtet, insbesondere senkrecht zu der LC-Platte, sieht er bzw. sie ein Bild niedrigen Kontrasts.
In dem Fall liegt ein nicht zu übersehendes Problem vor, daß die Anzeigevorrichtung vom Projektions-Typ unter Verwendung der LC-Platte aufgebaut ist. Insbesondere in dem Fall, daß das Schwerkraftzentrum 309 der Anzeigefläche der LC-Zelle 302 von der optischen Achse 308 der Projektionslinse 303 verschoben ist, wie in Fig. 1 gezeigt, muß zur Erzielung eines Projektionsbilds hohen Kontrasts ein Feldwinkel der Projektionslinse 303 für den Fall vergrößert werden, daß das Schwerkraftzentrum 309 mit der optischen Achse 308 zusammenfällt.
In der Projektionslinse mit großem Feldwinkel besteht jedoch die Gefahr, daß verschiedene Aberrationen auftreten. Da der Durchmesser der Projektionslinse zunimmt, nehmen außerdem die Größe und das Gewicht der Projektionslinse zu. Die Helligkeitsverteilung eines Bilds, das durch eine Projektionslinse projiziert wird, ist in bezug auf die optische Achse rotationssymmetrisch. Wenn das Schwerkraftzentrum der LC-Platte in bezug auf die optische Achse der Projektionslinse fehlausgerichtet ist, ist die Helligkeit auf dem Bildschirm aufgrund der Ungleichmäßigkeit der Lichtverteilung auf der Eintrittspupille der Projektionslinse ungleichmäßig. Um die vorstehend genannten Nachteile zu überwinden, muß die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts verbessert werden.
Wenn eine Intensität des elektrischen Felds, das an den Flüssigkristall angelegt wird, erhöht wird, nimmt der Sichtwinkel zum Erzielen des maximalen Kontrasts ab. Um die Intensität des elektrischen Felds zu erhöhen, muß eine Energiequellenspannung für Treiberschaltungen, die auf dem peripheren Abschnitt der LC-Platte angeordnet sind, vergrößert bzw. erhöht werden. Folglich nimmt die Wärmeerzeugung zu. Die Wärme führt zu einem schädlichen Einfluß auf den Flüssigkristall der LC- Zelle.
Bei einer Projektionsanzeigevorrichtung unter Nutzung der herkömmlichen LC-Platte besteht deshalb ein Nachteil, daß die Positionsbeziehung zwischen der Projektionsanzeigevorrichtung und dem Bildschirm aufgrund der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft eingeschränkt ist. Im Fall, daß der Einfallswinkel eines Beleuchtungsstrahls auf die LC-Platte mit dem Sichtwinkel des maximalen Kontrasts zusammenfällt, wird ein Bild mit maximalem Kontrast auf den Bildschirm projiziert. In diesem Fall wird das Bild auf den Bildschirm in eine Richtung geneigt von der Normalen auf den Bildschirm aufgrund einer Fehlausrichtung der optischen Achse der Projektionslinse von dem Schwerkraftzentrum der LC-Platte projiziert. Es ist durchaus üblich, daß die Projektionsanzeigevorrichtung von dem Bildschirmzentrum verschoben ist, weil die Projektionsanzeigevorrichtung nicht mit dem Sichtfeld eines Publikums interferiert. Da der Sichtwinkel vorbestimmt ist, ist jedoch eine Installationsposition der Projektionsanzeigevorrichtung durch die Bedingung beschränkt, den maximalen Kontrast zu erzielen. Die Projektionsanzeigevorrichtung kann deshalb nicht in eine willkürliche Position bewegt werden. Wenn die Projektionsanzeigevorrichtung in eine willkürliche Position bewegt wird, wird der Kontrast des projizierten Bilds verringert.
Andererseits liegt es für den Fachmann auf der Hand, daß die Lichtmodulationseigenschaften, einschließlich der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft des Kontrasts der LC-Platte unter Verwendung einer "Verzögerungsplatte" verbessert werden kann. Eine Verbesserung der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft des Kontrasts durch die Verzögerungsplatte ist beispielsweise in dem japanischen Patent Nr. Hei 4-1888 (US-Patentanmeldung Nr. 913618) offenbart. In Übereinstimmung mit diesem Stand der Technik sind zwei lineare Verzögerungsplatten benachbart bzw. neben der LC-Zelle angeordnet. Das Auslecken von Licht von der LC-Platte in dem Schwarz-Anzeigezustand kann jedoch nicht wirksam kompensiert werden. Dieser Stand der Technik ist deshalb zur Verbesserung des Kontrasts bei der LC-Vorrichtung vom Projektions-Typ nicht brauchbar, weil die LC-Vorrichtung vom Projektions-Typ einen hohen Kontrast erfordert.
Für ein LC-Platte unter Nutzung eines superverdrehten nematischen Flüssigkristalls sind Verfahren zum Verbessern der Lichtmodulationseigenschaft unter Verwendung der Verzögerungsplatte in den japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldungen Hei 3-257424 und Hei 5-210084 beispielsweise offenbart. Dieser Stand der Technik betrifft die Verbesserung der Lichtmodulationseigenschaft in einer Farb-LC- Platte, die durch menschliche Augen nicht direkt beobachtbar ist und die Verbesserung kann in einem weiten Bereich des Sichtwinkels erzielt werden. Dieser Stand der Technik ist jedoch zur Anwendung auf die LC-Vorrichtung vom Projektions-Typ nicht brauchbar.
Analog ist eine Verbesserung der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft des Kontrasts in der LC-Platte vom TN-Typ in der japanischen veröffentlichten ungeprüften Patentanmeldung Hei 5-19249 offenbart. Das Anwendungsfeld der LC-Platte gemäß dem Stand der Technik der Hei 5-19249 ist ähnlich zu dem Stand der Technik gemäß Hei 3-257242 und Hei 5-210084 und nicht brauchbar für die LC-Platte vom Projektions-Typ.
Die EP-A-0 390 511 ist mit der Verbesserung eines Kontrasts einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektions-Typ befaßt. Eine Konfiguration zum Kompensieren der Wellenlängenabhängigkeit einer Phasendifferenz, gegeben durch einen verdrehten nematischen Flüssigkristall, ist offenbart. Die Konfiguration umfaßt zwei Phasendifferenzplatten, deren jeweilige optische Achsen senkrecht verlaufen. Beide optische Achsen der zwei Phasendifferenzplatten verlaufen parallel zu Ebenen einer Polarisationsplatte und eines Flüssigkristallelements und eine Kombination der Richtungen der optischen Achsen und ein Verzögerungsausmaß werden in Betracht gezogen.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts aufweist. Die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung ist in der Lage, den Sichtwinkel des maximalen Kontrasts in einer Flüssigkristallplatte vom verdrehten nematischen Typ zu steuern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Pro jektions-Typ zum Projizieren eines Bilds hohen Kontrasts zu schaffen, unter Verwendung der vorstehend genannten Flüssigkristallplatte.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine einfallseitige Polarisationseinrichtung zum Durchlassen von linear polarisiertem Licht in einer festgelegten Richtung auf, eine Flüssigkristallzelle, deren Flüssigkristall vom verdrehten nematischen Typ mit einem Verdrehungswinkel von etwa 90 Grad zwischen einem einfallseitigen lichtdurchlässigen bzw. transparenten Substrat und einem austrittseitigen transparenten bzw. lichtdurchlässigen Substrat eingeschlossen ist, eine austrittseitige Polarisationseinrichtung zum selektiven Durchlassen von linear polarisiertem Licht in einer festgelegten Richtung und eine erste Phasendifferenzeinrichtung sowie eine zweite Phasendifferenzeinrichtung mit Funktionen, die ähnlich zu einem positiven oder negativen einachsigen Kristall sind.
Die erste Phasendifferenzeinrichtung und die zweite Phasendifferenzeinrichtung sind in einem Lichtpfad zwischen der einfallseitigen Polarisationseinrichtung und der Flüssigkristallzelle oder in einem Lichtpfad zwischen der Flüssigkristallzelle und der austrittseitigen Polarisationseinrichtung angeordnet. Die Polarisationsrichtung der einfallseitigen Polarisationseinrichtung fällt im wesentlichen mit der Richtung einer Hauptachse eines Moleküls des Flüssigkristalls zusammen, der sich im Kontakt mit dem einfallseitigen transparenten Substrat befindet oder verläuft im wesentlichen senkrecht hierzu. Auf einer festgelegten Ebene, die senkrecht bzw. lotrecht zu der optischen Achse des einfallenden Lichts verläuft, verläuft eine Projektion der Polarisationsachse der einfallseitigen Polarisationseinrichtung auf die Ebene im we sentlichen senkrecht zu einer Projektionsachse der austrittseitigen Polarisationseinrichtung und die Projektion der optischen Achse der ersten Phasendifferenzeinrichtung auf die vorstehend genannte Ebene verläuft im wesentlichen senkrecht zu der Projektion der optischen Achse der zweiten Phasendifferenzeinrichtung. Die Projektion der Polarisationsachse der einfallseitigen Polarisationseinrichtung beträgt in etwa 45 Grad in bezug auf die Projektion der optischen Achse der ersten Phasendifferenzeinrichtung.
Unter der Voraussetzung, daß ein Winkel zwischen der optischen Achse der ersten Phasendifferenzeinrichtung und einer Ebene, die senkrecht zu einem primären Beleuchtungsstrahl verläuft, welcher die erste Phasendifferenzeinrichtung durchsetzt, ist durch φ&sub1; wiedergegeben und ein Winkel zwischen der optischen Achse der zweiten Phasendifferenzeinrichtung und eine Ebene, die senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl verläuft, welcher die zweite Phasendifferenzeinrichtung durchsetzt, ist durch φ&sub2; wiedergegeben. Die erste Phasendifferenzeinrichtung und die zweite Phasendifferenzeinrichtung ergeben Phasendifferenzen, die in bezug aufeinander bezüglich des Ausmaßes gleich und bezüglich der Vorzeichen unterschiedlich zu dem primären Beleuchtungsstrahl sind, wenn die Winkel φ&sub1; und φ&sub2; null betragen.
Im Fall, daß zumindest einer der beiden Winkel φ&sub1; und φ&sub2; nicht null ist, wird die Lichtintensität des primären Beleuchtungsstrahls, nachdem er die Flüssigkristallzelle und die austrittseitige Polarisationseinrichtung durchsetzt hat, in einem Schwarz-Anzeigezustand minimal.
Durch die vorstehend angeführte Konfiguration wird eine geringfügige Phasendifferenz, welche die Flüssigkristallzelle in dem Schwarz-Anzeigezustand dem Primärbeleuchtungsstrahl auferlegt durch die erste Phasendifferenzeinrichtung und die zweite Phasendifferenzeinrichtung kompensiert. Folglich ist Licht, das im wesentlichen in der senkrechten Richtung zu der Polarisationsrichtung der austrittseitigen Polarisationseinrichtung linear polarisiert ist, an die austrittseitige Polarisationseinrichtung angelegt. Der größte Teil des Lichts wird deshalb absorbiert und blockiert. Folglich wird die Intensität des Lichts im Schwarz-Anzeigezustand verringert und der Kontrast wird verbessert. Eine Phasendifferenz, die durch die erste Phasendifferenzeinrichtung und die zweite Phasendifferenzeinrichtung auferlegt wird, wird durch Ändern der Winkel φ&sub1; und φ&sub2; eingestellt, und dadurch ist der Sichtwinkel, welcher den maximalen Kontrast realisiert, steuerbar.
Eine Anzeigevorrichtung vom Projektions-Typ in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist eine Lichtquelle zum Emittieren eines Beleuchtungsstrahls, eine Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung mit der ersten Phasendifferenzeinrichtung und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung und eine Projektionslinse zum Projizieren eines optischen Bilds auf einem Bildschirm auf.
Eine weitere Anzeigevorrichtung vom Projektions-Typ in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist die Lichtquelle zum Emittieren des Beleuchtungsstrahls, einschließlich der drei Grundfarben-Lichtbestandteile auf, eine Farbsepariereinrichtung zum Separieren des Beleuchtungsstrahls in drei Lichtstrahlen der drei Grundfarben und drei Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen mit der ersten Phasendifferenzeinrichtung und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung und drei optische Bilder entsprechend den jeweiligen drei Grundfarben bildend, eine Farbkombinationseinrichtung zum Kombinieren von drei austretenden Lichtstrahlen der drei Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen und eine Projektionslinse zum Projizieren der drei austretenden Lichtstrahlen der Farbkombinationseinrichtung durch übereinander Anordnen auf dem Bildschirm auf.
Da der Wellenlängenbereich sichtbaren Lichts in drei Wellenlängenbereiche der drei Grundfarben unterteilt ist, nimmt jeder Wellenlängenbereich ein Drittel des Wellenlängenbereichs des sichtbaren Lichts ein. Die Wellenlängenbereiche, die an die jeweiligen ersten und zweiten Phasendifferenzeinrichtungen angelegt werden, sind demnach schmal. Folglich ist die Genauigkeit bei der Kompensation der Phasendifferenz verbessert und der Kombinationsfehler ist verringert.
Eine weitere Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist die Lichtquelle zum Emittieren des Beleuchtungsstrahls auf, wobei die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung die erste Phasendifferenzeinrichtung und die zweite Phasendifferenzeinrichtung aufweist, die Projektionslinse zum Projizieren eines optischen Bilds auf dem Bildschirm und eine Einrichtung zum Bewegen der Projektionslinse in der senkrechten Richtung in bezug auf die optische Achse der Projektionslinse. Die Anordnung von zumindest der ersten Phasendifferenzeinrichtung oder der zweiten Phasendifferenzeinrichtung werden in Übereinstimmung mit der Parallelbewegung mit der Hauptfläche der Projektionslinse eingestellt.
In Übereinstimmung mit der vorstehend angeführten Konfiguration ist die Anzeigevorrichtung vom Projektions-Typ in der Lage, ein Bild hohen Kontrasts durch geeignetes Anordnen der ersten Phasendifferenzeinrichtung und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung selbst dann zu projizieren, wenn die Einfallsrichtung des Beleuchtungsstrahls in bezug auf die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung geändert wird. Selbst dann, wenn das Bild in einer schrägen Richtung in bezug auf den Bildschirm projiziert wird, ist ein Projektionsbild mit hohem Kontrast stets realisierbar.
Außerdem ist in der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung eine Projektionslinse mit kleinem Feldwinkel verwendbar, und die Vorrichtung ist in der Lage, ein Bild zu projizieren, das eine gleichmäßige Helligkeitsverteilung aufweist.
Während die neuartigen Merkmale der Erfindung insbesondere in den anliegenden Ansprüchen aufgeführt sind, läßt sich die Erfindung sowohl hinsichtlich ihres Aufbaus wie ihres Inhalts zusammen mit weiteren Aufgaben und Merkmalen aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen besser verstehen und würdigen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt die Seitenansicht der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß dem Stand der Technik;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt einer verdrehten nematischen Flüssigkristallzelle vom Aktiv-Matrix-Typ;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der verdrehten nematischen Flüssigkristallzelle in einem Zustand, in welchem ein elektrisches Feld nicht an sie angelegt ist;
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der verdrehten nematischen Flüssigkristallzelle in dem Zustand, in welchem das elektrische Feld entsprechend der maximalen Versorgungsspannung an sie angelegt ist;
Fig. 5 zeigt ein Kennliniendiagramm einer Beziehung zwischen einem Kontrast und einem Sichtwinkel der verdrehten nematischen Flüssigkristallplatte in einer normalerweise weißen Betriebsart;
Fig. 6 zeigt ein Diagramm unter Darstellung eines elliptisch polarisierten Lichts;
Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkristallplatte gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 8 zeigt ein Diagramm unter Darstellung eines "Index-Ellipsoids", welches eine Funktion einer Phasendifferenzplatte ausdrückt;
Fig. 9A zeigt eine Seitenansicht einer ersten Phasendifferenzplatte unter Darstellung eines Einfallswinkels eines einfallenden Lichts;
Fig. 9B zeigt eine Seitenansicht einer zweiten Phasendifferenzplatte unter Darstellung eines Einfallswinkels eines einfallenden Lichts;
Fig. 9C zeigt ein Diagramm unter Darstellung der Beziehung zwischen einer Polarisationsachse und einer einfallseitigen Polarisationsplatte, optischer Achsen der ersten und zweiten Differenzplatten und einer Polarisationsachse einer austrittseitigen Polarisationsplatte;
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht einer Flüssigkristallplatte unter Darstellung einer Anordnung einer Flüssigkristallzelle und von Phasendifferenzplatten in der Richtung einer X-Koordinatenachse;
Fig. 13 zeigt eine Seitenansicht einer Flüssigkristallplatte unter Darstellung einer Anordnung der Flüssigkristallzelle und der Phasendifferenzplatten in der Richtung einer Y-Koordinatenachse;
Fig. 14A zeigt eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 14B zeigt eine perspektivische Ansicht der ersten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 15 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 16 zeigt ein Kennliniendiagramm unter Darstellung der Beziehung zwischen dem Kontrast und dem Sichtwinkel gemäß der ersten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 17 zeigt ein Kennliniendiagramm unter Darstellung der Beziehung zwischen dem Kontrast und dem Sichtwinkel des weiteren Beispiels gemäß der ersten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 18 zeigt eine perspektivische Ansicht eines transparenten Körpers, welcher die Phasendifferenzplatten der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hält;
Fig. 19 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren transparenten Körpers, welcher die Phasendifferenzplatten der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung hält;
Fig. 20 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren transparenten Körpers, welcher die Phasendifferenzplatten der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hält;
Fig. 21 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren transparenten Körpers, welcher die Phasendifferenzplatte der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hält.
Es wird bemerkt, daß einige oder sämtliche der Figuren schematische Darstellungen zu Illustrationszwecken sind und nicht notwendigerweise die tatsächlichen relativen Größen oder Stellungen der gezeigten Elemente wiedergeben.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Der grundsätzliche Aufbau und die Arbeitsweise einer verdrehten nematischen Flüssigkristallzelle und einer Flüssigkristallplatte werden unter bezug auf Fig. 2, 3, 4, 5 und 6 erläutert.
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht einer verdrehten nematischen Flüssigkristallzelle 200 (nachfolgend als TN-LC-Zelle bezeichnet), die in einer Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ein Flüssigkristall 203 zwischen einem einfallseitigen Glassubstrat 201 und einem austrittseitigen Glassubstrat 202 eingeschlossen. Die Dicke des Flüssigkristalls 203 beträgt mehrere Mikrometer. Pixelelektroden 204, Dünnschichttransistoren 205 (die nachfolgend als TFT bezeichnet sind) und (nicht gezeigte) Gate- und Source-Signalleitungen sind auf dem austrittseitigen Glassubstrat 202 ausgebildet. Einandergegenüberliegende Elektroden 206 sind auf dem einfallseitigen Glassubstrat 201 ausgebildet. Schwarz-Matrix-Elektroden 207 sind auf den gegenüberliegenden Elektroden 206 an denjenigen Positionen gebildet, welche den TFT 205 und den Signalleitungen gegenüberliegen. Ausrichtungsdünnschichten 208 sind auf den Pixelelektroden 204 und den gegenüberliegenden Elektroden 206 gebildet.
Eine Treiberspannung wird wahlweise dem TFT 205 jedes Pixels in Übereinstimmung mit einem Bildsignal zugeführt, welches von einer externen Vorrichtung angelegt ist. Ein elektrisches Feld entsprechend der Treiberspannung wird an den Flüssigkristall 203 angelegt und ein Licht, welches durch den Flüssigkristall 203 tritt, wird phasenverschoben. Dieser Effekt wird "Lichtmodulationseffekt" genannt.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer LC-Zelle 200 in einem Zustand, in welchem ein elektrisches Feld an den Flüssigkristall nicht angelegt ist. Da an die Ausrichtungsdünnschicht 208 von beiden Glassubstraten in einer vorbestimmten Richtung im voraus ein bekannter Reibevorgang ausgeübt wurde, sind Moleküle des Flüssigkristalls im Kontakt mit der Ausrichtungsdünnschicht 208 derart ausgerichtet, daß die Hauptachse des Moleküls parallel zu der Reiberichtung verläuft. In Fig. 3 wurde die Ausrichtungsdünnschicht 208 des einfallseitigen Glassubstrats 201 in derjenigen Richtung gerieben, die durch einen Pfeil 222 gezeigt ist, und die Ausrichtung der Dünnschicht 208 auf dem austrittseitigen Glassubstrat 202 wurde in derjenigen Richtung gerieben, die durch einen Pfeil 223 gezeigt ist. Die Moleküle 221 des Flüssigkristalls sind zwischen sowohl dem eintrittsseitigen Glassubstrat 201 wie dem austrittseitigen Glassubstrat 202 derart ausgerichtet, daß die Hauptachsen der Moleküle 221 zwischen sowohl dem einfallseitigen Glassubstrat 201 wie dem austrittseitigen Glassubstrat 202 fortschreitend verdreht sind. Die Hauptachsen 221B der Moleküle 221 verlaufen parallel zur Oberfläche beider Glassubstrate. Die Hauptachsen 221A der Moleküle benachbart zu der Ausrichtungsdünnschicht 208 verlaufen parallel zu der Reiberichtung der Ausrichtungsdünnschicht 208. Der Verdrehungswinkel der Hauptachsen der Moleküle des Flüssigkristalls 221 ausgehend von der Oberfläche des einfallseitigen Glassubstrats 201 zu der Oberfläche des austrittseitigen Glassubstrats 202 ist gleich der Differenz des Winkels zwischen beiden Reiberichtungen 222 und 223. Üblicherweise beträgt der Verdrehungswinkel 90 Grad.
In dem Fall, daß ein linear polarisiertes Licht derselben Polarisationsachse wie die Hauptachsenrichtung eines Moleküls 221A auf der Ausrichtungsdünnschicht 208 des einfallseitigen Glassubstrats 201 an die vorstehend genannte LC-Zelle 200 angelegt wird, dreht sich die Polarisationsrichtung in Übereinstimmung mit der Variation bzw. Veränderung der Hauptachsenrichtungen 221B der Moleküle 221, wenn das Licht den Flüssigkristall durchsetzt. Das von der LC-Zelle 200 emittierte Licht ist ein linear polarisiertes Licht, und die Polarisationsrichtung des Lichts verläuft senkrecht bzw. lotrecht zu der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts. In dem Fall, daß die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts senkrecht bzw. lotrecht zu der Hauptachsenrichtung des Moleküls 221A verläuft, handelt es sich bei dem von der LC-Zelle 200 emittierten Licht ebenfalls um linear polarisiertes Licht, und die Polarisationsrichtung des Lichts verläuft senkrecht bzw. lotrecht zu der Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der LC-Zelle 200 in einem Zustand, in welchem ein ausreichend hohes elektrisches Feld an den Flüssigkristall angelegt ist. In diesem Zustand sind die Hauptachsen der Moleküle 221 des Flüssigkristalls im wesentlichen in der Richtung der Normallinie der LC-Zelle 200 ausgerichtet, mit Ausnahme des Moleküls 221A benachbart zu der Ausrichtungsdünnschicht 208.
In dem Fall, daß das linear polarisierte Licht derselben Polarisationsrichtung wie der Hauptachsenrichtung des Moleküls 221A an die LC-Zelle 200 angelegt wird, handelt es sich bei dem von der LC-Zelle 200 emittierten Licht um linear polarisiertes Licht und die Polarisationsrichtung des von der LC- Zelle 200 emittierten Lichts ist im wesentlichen identisch zu derjenigen des einfallenden Lichts. In dem Fall, daß die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts senkrecht zu der Hauptachsenrichtung des Moleküls 221A verläuft, handelt es sich bei dem von der LC-Zelle 200 emittierten Licht um linear polarisiertes Licht, und die Polarisationsrichtung des Lichts ist identisch zu derjenigen des einfallenden Lichts. Da die LC-Zelle 200 eine geringe optische Drehkraft und Doppelbrechung aufweist, wird das von der LC-Zelle 200 emittierte Licht, genauer gesagt ein elliptisch polarisiertes Licht, dessen Hauptachse geringfügig in Richtung auf die Polarisationsrichtung des einfallenden Lichts ausgelenkt ist. Eine Polarisationskomponente in einer kleineren Achse ist weitaus kleiner als die Polarisationskomponente in der Hauptachse des elliptisch polarisierten Lichts.
In Fig. 3 ist die LC-Zelle 200 sandwichartig angeordnet mit einer einfallseitigen Polarisationsplatte 241 und einer austrittseitigen Polarisationsplatte 232 und eine LC-Platte 200A ist (dadurch) aufgebaut. Die Polarisationsrichtung der einfallseitigen Polarisationsplatte 241 (Polarisationsrichtung des Lichts, welches die Polarisationsplatte 241 durchsetzt) ist derart angeordnet, daß sie mit der Reiberichtung 222 des einfallseitigen Glassubstrats 201 zusammenfällt, und die Polarisationsrichtung der austrittseitigen Polarisationsplatte 242 ist so angeordnet, daß sie mit der Reiberichtung 223 des ausstrittsseitigen Glassubstrats 202 zusammenfällt.
Die LC-Platte 200A bildet im entregten Zustand der LC-Zelle 200, der Normalweiß-Betriebsart (NW-Betriebsart) genannt wird, wie in Fig. 3 gezeigt, ein hellstmögliches optisches Bild. In dem in Fig. 4 gezeigten erregten Zustand bildet die LC-Platte 200A hingegen ein äußerst dunkelstmögliches optisches Bild, weil die Polarisationsrichtungen beider Polarisationsplatten 241 und 242 senkrecht zueinanderverlaufen. Selbst dann, wenn die Polarisationsrichtungen beider Polarisationsplatten 241 und 242 um 90 Grad geändert sind, wird dasselbe äußerst dunkelstmögliche optische Bild wie im vorstehend genannten Fall gebildet. In der Ausführungsform der LC-Platte 200A gemäß der vorliegenden Erfindung ist die LC- Platte 200A dazu ausgebildet, in der NW-Betriebsart zu arbeiten.
In einer TN-LC-Platte der NW-Betriebsart ist ein Beispiel der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft des Kontrasts durch Isokontrastlinien bzw. Linien gleichen Kontrasts dargestellt, wie in Fig. 5 gezeigt. Die Dicke der Flüssigkristallschicht, die sandwichartig mit den beiden Glassubstraten 201 und 202 gebildet ist, beträgt etwa 5 um. Der Kontrast ist durch einen Wert definiert, demnach eine Intensität des austretenden Lichts im entregten Zustand durch eine Intensität des austretenden Lichts im erregten Zustand von etwa 6 Volt Antriebsspannung geteilt ist. Die Definition des Sichtwinkels wird im einzelnen in bezug auf Fig. 3 erläutert.
Unter der Voraussetzung, daß die Normallinie der LC-Zelle 200 durch die Z-Koordinatenachse bezeichnet ist, ist in Fig. 3 eine Horizontalrichtung der LC-Zelle 200 durch die X-Koordinatenachse bezeichnet, und eine senkrechte Richtung zu der X- Koordinatenachse auf der LC-Zelle 200 ist durch die Y-Koordinatenachse bezeichet. Die Richtung eines Lichtstrahls 230 ist durch einen Elevationswinkel φ und einen Azimuth θ wiedergegeben. Der Elevationswinkel φ ist der Winkel zwischen der Z-Koordinatenachse und dem Lichtstrahl 230. Der Azimuth θ ist auf der X-Y-Ebene definiert, und es handelt sich um den Winkel zwischen der X-Koordinatenachse und der Projektion des Lichtstrahls 230 auf die X-Y-Ebene.
Fig. 5 zeigt ein Kennliniendiagramm der Beziehung zwischen einem Kontrast und einem Sichtwinkel der LC-Platte 200A in der NW-Betriebsart. Unter bezug auf Fig. 5 ist der Azimuth θ im Gegenuhrzeigersinn am Rand des Diagramms aufgetragen und ein Elevationswinkel φ ist in der radialen Richtung aufgetragen. Konzentrische Kreise sind für jeweils zwei Grad des Elevationswinkels φ dargestellt und der äußerste Kreis stellt 14 Grad des Elevationswinkels φ dar. In dem Kennliniendiagramm von Fig. 5 handelt es sich bei den durchgezogenen Linien L1 um Linien gleichen Kontrasts 900, bei den strichpunktierten Linien L2 um Linien gleichen Kontrasts 700, bei den durchbrochenen Linien L3 um Linien gleichen Kontrasts 500, bei den doppelstrichpunktierten Linien L4 um Linien gleichen Kontrasts 300 und bei der punktierten Linie L5 um eine Linie gleichen Kontrasts 100. Der Kontrast beträgt deshalb 900 oder mehr im Bereich zwischen beiden durchgezogenen Linien L1, und der Kontrast ist größer als 700 und kleiner als 900 in beiden Bereichen zwischen der durchgezogenen Linie L1 und der benachbarten strichpunktierten Linie L2. In ähnlicher Weise beträgt der Kontrast 500 bis 700 in beiden Bereichen zwischen der strichpunktierten Linie L2 und einer benachbarten durchbrochenen Linie L3, und der Kontrast beträgt 300 bis 500 in beiden Bereichen zwischen den durchbrochenen Linien L3 und einer benachbarten strichpunktierten Linie L4. Der Kontrast beträgt von 100 bis 300 im Bereich zwischen der strichpunktierten Linie L4 und einer punktierten Linie L5. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist der höchste Kontrast verwirklichbar bei 90 Grad des Azimuths θ und etwa 3 Grad des Elevationswinkels φ. Ein Winkelbereich unter Realisierung eines höheren Kontrasts ist in der horizontalen Richtung üblicherweise breiter als in der vertikalen Richtung. Ein niedrigstmöglicher Kontrast liegt in der Richtung von 270 Grad des Azimuths θ vor.
Eine Verringerung des Kontrasts ist hauptsächlich verursacht durch eine Zunahme der Lichtintensität in dem Schwarz-Anzeigezustand. In dem in Fig. 4 gezeigten Erregungszustand ist das die LC-Zelle 200 durchsetzende Licht bezüglich der Phase geringfügig geändert und wird zu einem elliptisch polarisierten Licht. Eine durch die Flüssigkristallzelle 200 gegebene Phasendifferenz wird abhängig von der Richtung des einfallenden Lichts variiert und der Zustand des elliptisch polarisierten Lichts ist geändert. Folglich ändert sich die Lichtmenge, die durch die austrittseitige Polarisationsplatte tritt.
Das elliptisch polarisierte Licht kann in ein linear polarisiertes Licht mittels einer geeigneten linearen Verzögerungsplatte (auf die nachfolgend als Verzögerungsplatte bezug genommen ist) umgesetzt werden. Vor der Erläuterung der Ausfüh rungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Effekt bzw. die Wirkung der Verzögerungsplatte näher erläutert.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm unter Darstellung eines elliptisch polarisierten Lichts. Unter Bezugnahme auf Fig. 6 ist das Licht von der Rückseite zur Vorderseite der Papieroberfläche gerichtet und eine senkrechte Achse in bezug auf die Papieroberfläche ist als Z-Koordinatenachse definiert. Auf der Papieroberfläche sind die X-Koordinatenachse und die Y-Koordinatenachse in der horizontalen Richtung bzw. vertikalen Richtung definiert. Ein Vektor E des elektrischen Felds ist auf der X-Y-Ebene unter der Bedingung einer Konstanten der Z- Koorindate definiert. Eine Oszillationskomponente Ex in der X-Koordinatenachse und eine Oszillationskomponente Ey in der Y-Koordinatenachse des Vektors E des elektrischen Felds ist durch die Gleichungen (1) und (2) ausgedrückt.
Ex = Ax · cos(τ) (1)
Ey = Ay · cos(τ + δ) (2).
Bei den Koeffizienten Ax und Ay handelt es sich um die maximalen Amplituden der jeweiligen Oszillationskomponenten, bei "τ" handelt es sich um eine Funktion einer Zeit und einer Position Z, und bei "δ" handelt es sich um eine Phasendifferenz. Wenn die Phasendifferenz δ ein positiver Wert ist, eilt die Oszillationskomponente Ey in der Y-Koordinatenachse der Oszillationskomponente Ex in der X-Koordinatenachse um einen Phasenwinkel voraus.
In Fig. 6 nimmt ein Pfad Q der Spitze des Vektors E des elektrischen Felds üblicherweise eine Ellipse ein. Das elliptisch polarisierte Licht ist durch einen "Amplitudenverhältniswinkel" α, einem Winkel θ einer Richtung einer elliptischen Hauptachse (nachfolgend als elliptischer Hauptachsenwinkel A bezeichnet) und einen "Winkel β der Elliptizität" (nachfolgend als Elliptizitätswinkel β bezeichnet) wiedergegeben. Wenn beispielsweise eine "Bezugsrichtung" als die X-Koordinatenachse definiert ist, sind das Amplitudenverhältnis α und der Elliptizitätswinkel β durch die folgenden Gleichungen (3) und (4) wiedergegeben:
α = tan&supmin;¹(Ay/Ax) (3)
β = tan&supmin;¹(Cb/Ca) (4).
Der Amplituden-Verhältniswinkel α hängt von einem Verhältnis der maximalen Amplitude Ax in der X-Koordinatenachse zu der Maximalamplitude Ay in der Y-Koordinatenachse von Fig. 6 ab. Der Bereich des Amplituden-Verhältniswinkels α beträgt 0 bis 90 Grad. Der Elliptizitätswinkel β hängt vom Verhältnis einer Menge Ca der Hauptachse LA zu der Länge Cb der Nebenachse LB der Ellipse ab. Der Elliptizitätswinkel β weist ein positives oder negatives Vorzeichen auf, und das positive Vorzeichen ist einem in Uhrzeigerrichtung elliptisch polarisierten Licht R zugeordnet, und das negative Vorzeichen ist einem im Gegenuhrzeigersinn elliptisch polarisierten Licht L zugeordnet. Der elliptische Hauptachsenwinkel θ ist durch einen Winkel zwischen der langen Ellipsenachse LA und der X-Koordinatenachse festgelegt.
Beziehungen des Amplituden-Verhältniswinkels α, des elliptischen Hauptachsenwinkels θ, des Elliptizitätswinkels β und der Phasendifferenz δ sind durch die nachfolgend angeführten Gleichungen (5) und (6) dargestellt (siehe "Crystal Optics", zusammengestellt durch "Applied Physical Society Optical Conversation" und veröffentlicht durch Morikita Co., Ltd., 1975, S. 121) wiedergegeben:
tan2θ = tan2α · cosδ (5)
sin2β = sin2α · sinδ (6).
Die Gleichung (5) ist im Fall von Ax = Ay nicht definiert. In diesem Fall wird das Licht zu einem elliptisch polarisierten Licht, dessen elliptischer Hauptachsenwinkel A 45 Grad beträgt und dessen Elliptizitätswinkel δ/2 beträgt. Im Fall, daß die Phasendifferenz δ ±(n - 1)π ist (n ist eine natürliche Zahl), wird das Licht zu einem linear polarisierten Licht der Richtung eines Amplituden-Verhältniswinkels α. In dem Fall, daß die Phasendifferenz δ ±(n - 1/2)π ist, wird das Licht zu einem zirkular-polarisierten Licht.
In einer Verzögerungsplatte einer Dicke D mit einem Brechungsindex Nf in Richtung der X-Koordinatenachse und einem Brechungsindex Ns in der Richtung der Y-Koordinatenachse wird unter der Voraussetzung, daß Ns > Nf, die Y-Koordinatenachse als "langsame Achse" bezeichnet, weil die Phase in der Richtung des Brechungsindex Ns relativ nacheilt und die X-Koordinatenachse wird als "schnelle Achse" bezeichnet, weil die Phase in der Richtung des Brechungsindex Nf relativ vorauseilt. Eine Differenz einer Lichtpfadlänge einer Oszillationskomponente in der Richtung der langsamen Achse und einer Lichtpfadlänge einer Oszillationskomponente in der Richtung der schnellen Achse wird als "Verzögerung Γ bezeichnet" und ist durch die Gleichung (7) festgelegt. Die Dicke D ist entlang der Durchlaufrichtung des Lichts gemessen.
Γ = (Ns - Nf) · D (7).
Eine Phasendifferenz δ' (δ > 0), die einem Licht einer Wellenlänge λ zugeordnet ist, das durch die Verzögerungsplatte hindurchtritt, ist durch die Gleichung (8) ausgedrückt, einschließlich der Verzögerung Γ.
δ' = 2πΓ/λ (8)
In dem Fall, daß die Phase der Oszillationskomponente Ey in der Richtung der Y-Koordinatenachse des elliptisch polarisierten Lichts, wie in Fig. 6 gezeigt, der Phase der Oszillationskomponente Ex in der Richtung der X-Koordinatenachse nacheilt, ist die Richtung der schnellen Achse der Verzögerungsplatte zu der X-Koordinatenachse ausgerichtet, und die Richtung der langsamen Achse ist zu der Y-Koordinatenachse ausgerichtet. Wenn hingegen in dem Fall, daß die Phase der Oszillationskomponente Ey in der Richtung der Y-Koordinatenachse der Phase der Oszillationskomponente Ex in der Richtung der X-Koordinatenachse nacheilt, ist die Richtung der schnellen Achse der Verzögerungsplatte zu der Y-Koordinatenachse ausgerichtet und die Richtung der langsamen Achse ist zu der X-Koordinatenachse ausgerichtet. Wenn durch die vorstehend genannte Operation die Beziehung zwischen der Phasendifferenz δ des elliptisch polarisierten Lichts und der Phasendifferenz δ', gegeben durch die Verzögerungsplatte, die Gleichung (9) befriedigt, wird das durch die Verzögerungsplatte hindurchgetretene Licht zu einem linear polarisierten Licht.
δ' = δ + 2nπ (n = 0, 1, 2, 3...) (9)
Die Umsetzung von dem elliptisch polarisierten Licht in das linear polarisierte Licht mittels einer geeigneten Verzögerungsplatte wird als "Phasenkompensation" bezeichnet. Die Polarisationsrichtung des phasenkompensierten linear polarisierten Lichts ist identisch zu der Richtung des Amplituden- Verhältniswinkels α. In dem Fall, daß der Elliptizitätswinkel β klein ist, fällt die Richtung des linear polarisierten Lichts ungefähr zusammen mit dem elliptischen Hauptachsenwinkel θ in dem elliptisch polarisierten Licht vor der Phasenkompensation.
Obwohl die X-Koordinatenachse in Fig. 6 in der Bezugsrichtung ausgerichtet ist, kann eine willkürliche Richtung in die Bezugsrichtung ausgerichtet sein. Der Amplituden-Verhältniswinkel α wird durch Ausrichten der Bezugsrichtung variiert. In einem elliptisch polarisierten Licht mit demselben Elliptizitätswinkel β wird deshalb, wenn die Bezugsrichtung geändert wird, eine zu kompensierende Phasendifferenz δ ebenfalls geändert, wie in Gleichung (6) gezeigt. Folglich kann die Phase eines elliptisch polarisierten Lichts kompensiert und in ein linear polarisiertes Licht durch Wählen der Anordnungsrichtung der Verzögerungsplatte mit einer willkürlichen Verzögerung Γ kompensiert und umgesetzt werden. In der Anordnung der Verzögerungsplatte sind die langsame Achse und die schnelle Achse der Verzögerungsplatte in die Richtungen ausgerichtet, welche die Gleichung (9) befriedigen.
Die Wirkung in den Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung beruht auf dem Prinzip, die Phasendifferenz des elliptisch polarisierten Lichts zu kompensieren. Wenn ein linear polarisiertes Licht an die TN-LC-Zelle im Zustand des Schwarz-Anzeigezustands angelegt wird, wird ein austretendes Licht üblicherweise bzw. allgemein zu einem elliptisch polarisierten Licht. Der Elliptizitätswinkel β des elliptisch polarisierten Lichts ist relativ klein und die Richtung der elliptischen Hauptachse ist ungefähr identisch mit der Richtung zu der Polarisationsachse der einfallseitigen Polarisationsplatte. Da die Phase durch Anwenden einer geeigneten Verzögerungsplatte kompensiert wird, wird die polarisierte Komponente, welche die ausgangsseitige Polarisationsplatte durchsetzt, verkleinert und eine Lichtintensität in dem Schwarz- Anzeigezustand wird verringert. Folglich wird der Kontrast eines Bilds verbessert. Die Wirkung der Verzögerungsplatte ist durch Anordnen der Verzögerungsplatte im Einfallslichtpfad zu der LC-Zelle oder im Austrittslichtpfad von der LC- Zelle erzielbar.
Andererseits hängt die durch die LC-Zelle und die Verzögerungsplatte verursachte Phasendifferenz von der Wellenlänge und der Durchlaßrichtung ab. Die Bedingung, durch welche die Phasendifferenz kompensiert wird, ist deshalb genau gesagt, auf dasjenige Licht wirksam, das eine bestimmte Wellenlänge und einen bestimmten Lichtpfad aufweist. Um den Kompensationsfehler in bezug auf das Licht unterschiedlicher Wellenlänge und das Licht unterschiedlicher Durchlaßrichtung nicht zu vergrößern, ist die Verwendung einer Verzögerungsplatte mit kleiner Verzögerung Γ bevorzugt.
In den Ausführungsformen ist die Bezugsrichtung in bezug auf das zu kompensierende elliptisch polarisierte Licht auf 45 Grad in bezug auf die Hauptachse des elliptisch polarisierten Lichts ausgerichtet. In dem Fall, daß der Elliptizitätswinkel β sehr klein ist, wird der Amplituden-Verhältniswinkel α etwa 45 Grad durch die vorstehend genannte Ausrichtung. Eine Phasendifferenz δ von zwei Oszillationskomponenten, unterteilt in die Bezugsrichtung und die Richtung senkrecht zu der Bezugsrichtung, nimmt demnach einen minimalen Wert ein, wie durch die Gleichung (6) gezeigt. Die Phasendifferenz kann durch Verwenden der Verzögerungsplatte mit minimaler Verzögerung Γ kompensiert werden. Beim tatsächlichen Betrieb wird die Richtung von 45 Grad in bezug auf die Polarisationsachse der einfallseitigen Polarisationsplatte in die Bezugsrichtung ausgerichtet, und die Richtung der optischen Achse der Verzögerungsplatte wird zur Übereinstimmung mit der Bezugsrichtung gebracht. Die Verzögerung Γ kann so festgelegt sein, daß die Phasendifferenz δ' doppelt so groß ist wie der Elliptizitätswinkel β eines elliptisch polarisierten Lichts. Folglich nehmen Kompensationsfehler in bezug auf das Licht mit der unterschiedlichen Wellenlänge und dem Pfad in der unterschiedlichen Richtung nicht zu und können bezüglich des Kontrasts verbessert werden.
In dem Fall, daß ein linear polarisiertes Licht an die TN-LC- Zelle des Schwarz-Anzeigezustands in der Richtung der Normallinie der LC-Zelle angelegt wird, beträgt üblicherweise ein Elliptizitätswinkel β eines austretenden Lichts 1 bis 2 Grad. Im Fall, daß der Amplituden-Verhältniswinkel α 45 Grad beträgt, muß die Verzögerung Γ der Verzögerungsplatte zum Kompensieren der Phasendifferenz 1,5 bis 3 nm in bezug auf das Licht einer Wellenlänge von 540 nm beispielsweise betragen.
Die Verzögerungsplatte besteht aus transparentem bzw. lichtdurchscheinendem Kunststoff, der in eine Dünnschicht ausgezogen ist. Eine derartige Verzögerungsplatte kann in Massen hergestellt werden und ist nicht teuer. Die Verzögerung Γ der Verzögerungsplatte des herkömmlichen Dünnschicht-Typs beträgt zumindest mehrere zehn nm. Um eine geringe Phasendifferenz zu kompensieren, ist eine Verzögerungsplatte mit einer noch kleineren Verzögerung Γ bevorzugt. Eine derartige dünne Verzögerungsplatte ist jedoch schwierig herstellbar und hält einen genauen Verzögerungswert nur schwierig ein, und es ist insbesondere schwierig, eine gleichmäßige Eigenschaft auf gewünschten Bereichen der Verzögerungsplatte beizubehalten. Eine derartige Verzögerungsplatte ist deshalb für den praktischen Einsatz nicht geeignet.
In der LC-Anzeigevorrichtung gemäß den Ausführungsformen kann die Wirkung der Verzögerungsplatte bezüglich einer geringen Verzögerung Γ, wie etwa mehreren nm, äquivalent durch die unabhängige Wirkung von zwei Verzögerungsplatten mit relativ großer Verzögerung Γ, wie etwa mehreren zehn nm, gewonnen werden. Folglich wird eine kleine Phasendifferenz, erzeugt in der TN-LC-Zelle in dem Schwarz-Anzeigezustand wirksam kompensiert.

[ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM DER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTIL- VORRICHTUNG]

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung umfaßt eine einfallseitige Polarisationsplatte 11, eine erste Phasendifferenzplatte 12, eine zweite Phasendifferenzplatte 13, eine LC-Zelle 14 und eine austrittseitige Polarisationsplatte 15, die in der genannten Abfolge entlang der optischen Achse 24 eines primären Beleuchtungsstrahls angeordnet sind. Der primäre Beleuchtungsstrahl stellt ein Beispiel von mehreren Lichtstrahlen dar, die unterschiedliche Wellenlängen aufweisen und die LC-Zelle 14 in unterschiedlichen Richtungen durchsetzen. Die LC-Zelle 14 umfaßt ein einfallseitiges Glassubstrat 16, ein austrittseitiges Glassubstrat 17 und einen Flüssigkristall 18 des TN-Typs, eingeschlossen zwischen beiden Glassubstraten 16 und 17.
In Fig. 7 ist ein orthogonales Koordinatensystem X, Y und Z vorgesehen. Die X-Koordinatenachse ist in der horizontalen Richtung der LC-Zelle 14 ausgerichtet, die Y-Koordinatenachse ist in der vertikalen Richtung ausgerichtet und die Z-Koordinatenachse ist in der Normallinienrichtung der LC-Zelle 14 ausgerichtet. Die Richtung eines Lichts 21 ist durch einen Elevationswinkel φ und einen Azimuth θ dargestellt. Der Elevationswinkel φ ist ein Winkel zwischen der Richtung des Lichts 21 und der Z-Koordinatenachse. Der Azimuth θ ist ein Winkel zwischen der X-Koordinatenachse und der Projektion 22 des Lichts 21 auf die X-Y-Ebene. Der vorstehend genannte primäre Beleuchtungsstrahl ist ein Licht entlang der optischen Achse 24, durchsetzend das Schwerkraftzentrum der LC-Zelle 14, und die optische Achse 24 fällt mit der Z-Koordinatenachse zusammen. Der primäre Beleuchtungsstrahl ist ein einziges Frequenzlicht einer Wellenlänge λ beispielsweise.
Üblicherweise beträgt in der Lc-Zelle 14 die Reiberichtung des einfallseitigen Glassubstrats 16 plus 45 Grad in bezug auf die X-Koordinatenachse, wie durch einen Pfeil 19 gezeigt, und die Reiberichtung des austrittseitigen Glassubstrats 17 beträgt minus 45 Grad in bezug auf die X-Koordinatenachse, wie durch einen Pfeil 20 gezeigt. Eine Polarisationsachse 25 der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 und eine Polarisationsachse 26 der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 verlaufen senkrecht bzw. lotrecht zu der optischen Achse 24 des primären Beleuchtungsstrahls (auf den nachfolgend als primärer Beleuchtungsstrahl 24 bezug genommen ist), und sie liegen auf der X-Y-Ebene. Die eingangsseitige Polarisationsplatte 11 und die austrittseitige Polarisationsplatte 15 sind derart angeordnet, daß die Richtung der Polarisationsachse 25 der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 mit der Reiberichtung 19 der Ausrichtungsdünnschicht des einfallseitigen Glassubstrats 16 übereinstimmt. In ähnlicher Weise fällt die Richtung der Polarisationsachse 26 der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 zusammen mit der Reiberichtung 20 der Ausrichtungsdünnschicht des austrittseitigen Glassubstrats 17. Die Polarisationsachse 25 der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 verläuft senkrecht bzw. lotrecht zu der Polarisationsachse 26 der austrittseitigen Polarisationsplatte 15. Die LC-Zelle 14 ist durch die NW-Betriebsart betrieben.
Die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 sind dünnschichtartige Verzögerungsplatten, die durch ziehen von transparenten Kunststoffen, wie etwa Polycarbonat, hergestellt sind, und sowohl die erste Phasendifferenzplatte 12 wie die zweite Phasendifferenzplatte 13 weisen dieselbe Verzögerung Γ auf. Die dünnschichtartige Verzögerungsplatte ist auf das Glassubstrat geklebt, um die Phasendifferenzplatte zu bilden.
Die Funktion bzw. Arbeitsweise der Phasendifferenzplatte wird unter bezug auf ein Indexellipsoid 50 in Fig. 8 erläutert. Ein orthogonales Koordinatensystem X', Y', Z' ist in Fig. 8 vorgesehen. Brechungsindices in den Richtungen der X'-Koordinatenachse, der Y'-Koordinatenachse und der Z'-Koordinatenachse sind durch Nx, Ny und Nz dargestellt. Üblicherweise wird ein Ellipsoid mit drei Achsen jeweiliger Längen entsprechend den Brechungsindices Nx, Ny und Nz als "Indexellipsoid" bezeichnet, das verwendet wird, die Anisotropie des Brechungsindex eines Materials darzustellen. Beispielsweise in dem Fall, daß die Brechungsindices eines Materials in zwei Richtungen gleich sind und der Brechungsindex in lediglich einer Richtung sich von den anderen unterscheidet, wie durch Nx = Ny ≠ Nz beispielsweise dargestellt, handelt es sich bei dem Material um einen einachsigen Kristall. Der einachsige Kristall, ausgedrückt durch Nx = Ny ≠ Nz, wird in dem Fall von Nx = Ny < Nz als positiver einachsiger Kristall bezeichnet und in dem Fall von Nx = Ny > Nz als negativer einachsiger Kristall bezeichnet. In beiden Fällen wird die Z'-Koordinatenachse, die sich von den anderen bezüglich des Brechungsindex unterscheidet, als "optische Achse" bezeichnet.
In den Verzögerungsplatten, die für die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 verwendet werden, wird die Anisotropie des Brechungsindex ungefähr ausgedrückt durch Nx = Ny < Nz, und zwar unter der Voraussetzung, daß die Richtung entlang der Oberfläche durch die Z'- Koordinatenachse bezeichnet ist und die Richtung der Dicke durch eine Y'-Koordinatenachse bezeichnet ist. Die Verzögerungsplatte ist insbesondere ähnlich zu dem positiven einachsigen Kristall, dessen optische Achse entlang seiner Oberflächenrichtung verläuft. In Fig. 8 handelt es sich bei der Z'- Koordinatenachse um die optische Achse 51. Der Brechungsindex nimmt in der Richtung der optischen Achse 51 ein Maximum ein, und der Brechungsindex in der Richtung der optischen Achse 51 wird als "Brechungsindex Ns in einer Richtung der langsamen Achse" bezeichnet. Der Brechungsindex ist minimal in der senkrechten Richtung zu der optischen Achse 51 und wird als "Brechungsindex Nf in Richtung der schnellen Achse" bezeichnet. Der Brechungsindex Ns in Richtung der langsamen Achse ist gleich dem Brechungsindex Nz (Ns = Nz), und der Brechungsindex Nf in der ersten Achsenrichtung ist gleich den Brechungsindices Ns und Ny (Nf = Nx = Ny).
Wenn Licht 52 den Ursprung 53 in einem in Fig. 8 gezeigten Kristall durchsetzt, wird das Licht 52 einer Phasendifferenz durch den Kristall unterworfen. Die Phasendifferenz hängt von der Anisotropie des Brechungsindex einer Ebene 54 ab, die senkrecht zum Licht 52 verläuft. Ein Winkel zwischen der Ebene 54 und der optischen Achse 51 ist mit φ bezeichnet. Was das Licht 52 betrifft, verläuft eine schnelle Achse, die bezüglich des Brechungsindex am kleinsten ist, senkrecht zu sowohl der optischen Achse 51 wie dem Licht 52. Eine langsame Achse verläuft senkrecht zu der schnellen Achse auf der Ebene 54. Wenn beispielsweise das Licht 52 auf der Y'-Z'-Ebene hindurchläuft, fällt die schnelle Achse 55 zusammen mit der X'- Koordinatenachse. Die langsame Achse 56 fällt zusammen mit der Richtung der Projektion der optischen Achse 51 auf die Ebene 54. Der Brechungsindex in der Richtung 55 der schnellen Achse ist gleich dem Brechungsindex Nf. Der Brechungsindex Ns' in der Richtung 56 der langsamen Achse ist durch die Gleichung (10) wiedergegeben.
Unter bezug auf Fig. 7 wird die Arbeitsweise der Phasendifferenzplatten 12 und 13 nunmehr erläutert. Ein vorbestimmtes elektrisches Feld wird an den Flüssigkristall angelegt und ein dunkelstmögliches optisches Bild wird in der LC-Vorrichtung ausgebildet. In der ersten Phasendifferenzplatte 12 und der zweiten Phasendifferenzplatte 13 ist der Brechungsindex in der Richtung der optischen Achse (langsame Achse) mit Ns bezeichnet, der Brechungsindex in der Richtung (schnelle Achse) senkrecht zu der optischen Achse ist mit Nf bezeichnet und die Dicke ist mit D bezeichnet.
Die erste Phasendifferenzplatte 12 ist senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 angeordnet, und die Richtung einer optischen Achse 27 der ersten Phasendifferenzplatte 12 fällt zusammen mit der X-Koordinatenachse. Die zweite Phasendifferenzplatte 13 ist senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 angeordnet und die Richtung der optischen Achse 28 der zweiten Phasendifferenzplatte 13 ist um einen Winkel τ in bezug auf die Y-Koordinatenachse in der Y-Z-Ebene schräg angeordnet bzw. verläuft dort schräg.
Die Beziehung zwischen dem primären Beleuchtungsstrahl 24 und den ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 wird nachfolgend im einzelnen erläutert.
Fig. 9A zeigt eine Draufsicht der ersten Phasendifferenzplatte 12 in der Richtung der Y-Koordinatenachse in Fig. 7 gesehen. Die optische Achse 27 der ersten Phasendifferenzplatte 12 und der primäre Beleuchtungsstrahl 24 verlaufen parallel zu der X-Z-Ebene. Der primäre Beleuchtungsstrahl 24, der in die erste Phasendifferenzplatte 12 eingetreten ist, wird auf einer Grenz- bzw. Randphase in der ersten Phasendifferenzplatte 12 gebrochen und die Durchlaßrichtung wird geändert, wie durch ein Pfeil 24A gezeigt. Der primäre Beleuchtungsstrahl, der durch den Pfeil 24A (nachfolgend als primärer Beleuchtungsstrahl 24A bezeichnet) gezeigt ist, verläuft ebenfalls parallel zu der X-Z-Ebene in der ersten Phasendifferenzplatte 12. In der ersten Phasendifferenzplatte 12 ist eine Ebene 31, die senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 verläuft, festgelegt, und ein Winkel zwischen der Ebene 31 und der optischen Achse 27 ist mit φ&sub1; bezeichnet. In Fig. 7 beträgt der Winkel φ&sub1; null Grad. In diesem Fall ist die erste Phasendifferenzplatte 12 senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 angeordnet und der primäre Beleuchtungsstrahl 24 wird nicht auf der Grenzfläche gebrochen. Die Richtung des primären Beleuchtungsstrahls 24 wird deshalb in der ersten Phasendifferenzplatte 12 nicht geändert und die optische Achse 27 fällt mit der X-Koordinatenachse zusammen.
Fig. 9B zeigt eine Seitenansicht der zweiten Phasendifferenzplatte 13 in der Richtung der X-Koordinatenachse gesehen, die senkrecht zu der Papieroberfläche verläuft. Die optische Achse 28 der zweiten Phasendifferenzplatte 13 und der primäre Beleuchtungsstrahl 24 verlaufen parallel zu der Y-Z-Ebene. Der primäre Beleuchtungsstrahl 24, der in die zweite Phasendifferenzplatte 13 eingetreten ist, wird auf der Grenz- bzw. Randfläche der zweiten Phasendifferenzplatte 13 gebrochen und die Durchlaßrichtung wird geändert, wie durch einen Pfeil 24B gezeigt. Der durch den Pfeil 24B gezeigte primäre Beleuchtungsstrahl in der zweiten Phasendifferenzplatte 13 verläuft ebenfalls parallel zu der Y-Z-Ebene. In der zweiten Phasendifferenzplatte 13 ist eine Ebene 32, die senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24B verläuft, festgelegt, und ein Winkel zwischen der Platte 32 und der optischen Achse 28 ist mit φ&sub2; bezeichnet. In Fig. 7 ist der Winkel φ&sub2; durch einen Schrägstellungswinkel τ der zweiten Phasendifferenzplatte 13 festgelegt und der Winkel τ ist im wesentlichen gleich dem Pfeil φ&sub2;, ungeachtet der Brechung auf der Grenzfläche. Wenn die Durchlaßrichtung des primären Beleuchtungsstrahls 24B in der zweiten Phasendifferenzplatte 13 durch den Brechungsindex der zweiten Phasendifferenzplatte 13 und dem Brechungsindex des Mediums erhalten wird, wird der Winkel φ&sub2; exakt erhalten.
Beziehungen zwischen der Polarisationsachse 25 der einfallseitigen Polarisationsplatte 11, der optischen Achse 27 der ersten Phasendifferenzplatte 12, der optischen Achse 28 der zweiten Phasendifferenzplatte 13 und der Polarisationsachse 26 der austrittseitigen Polarisationsplatte 15, wie in Fig. 7 gezeigt, werden in bezug auf Fig. 9C näher erläutert. Unter bezug auf Fig. 9C ist eine Ebene 33, die senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 verläuft, der ausgehend von der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 emittiert wird, in der Umgebung der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 festgelegt. Die Papieroberfläche von Fig. 9C verläuft parallel zu der X-Y-Ebene und die Z-Koordinatenachse verläuft parallel zu der Papieroberfläche.
Projektionen der Polarisationsachse 25, der optischen Achsen 27 und 28 und der Polarisationsachse 26 in Fig. 7 sind auf der Ebene 33 in Fig. 9C gezeigt. Ein Pfeil T1 stellt die Projektion der Polarisationsachse 25 der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 dar, und ein Pfeil S1 stellt die Projektion der optischen Achse 27 der ersten Phasendifferenzplatte 12 dar. Darüber hinaus stellt ein Pfeil S2 die Projektion der optischen Achse 28 der zweiten Phasendifferenzplatte 13 dar und ein Pfeil T2 stellt die Projektion der Polarisationsachse 26 der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 dar. Der Pfeil T1 verläuft +45 Grad gegenüber der X-Koordinatenachse und der Pfeil S1 fällt mit der X-Koordinatenachse zusammen. Der Pfeil S2 fällt mit der Y-Koordinatenachse zusammen und der Pfeil T2 verläuft unter -45 Grad gegenüber der X-Koordinatenachse. Fölglich unterscheidet sich der Pfeil T1 vom Pfeil T2 um 90 Grad und der Pfeil S1 unterscheidet sich vom Pfeil 52 um 90 Grad. Außerdem liegen Differenzwinkel von 45 Grad zwischen den Pfeilen T1 und S1 vor, zwischen den Pfeilen T1 und S2, zwischen den Pfeilen T2 und S1 und zwischen den Pfeilen T2 und S2.
Unter bezug auf Fig. 7 wird der primäre Beleuchtungsstrahl 24 zu einem linear polarisierten Licht mit einem Polarisationswinkel von 45 Grad in bezug auf die X-Koordinatenachse, nachdem er die einfallseitige Polarisationsplatte 11 durchsetzt hat. Wenn die zweite Phasendifferenzplatte 13 parallel zu der LC-Zelle 14 verläuft (τ = 0), fällt die langsame Achse der ersten Phasendifferenzplatte 12 mit der schnellen Achse der zweiten Phasendifferenzplatte 13 zusammen. Da die Verzögerungen Γ von sowohl der Phasendifferenzplatte 12 wie der Phasendifferenzplatte 13 gleich sind, wird eine Phasendifferenz, gegeben durch die erste Phasendifferenzplatte 12, durch die zweite Phasendifferenzplatte 13 verschoben bzw. versetzt. Deshalb wird in dem primären Beleuchtungsstrahl 24 keine Phasendifferenz verursacht.
Im Fall, daß die zweite Phasendifferenzplatte 13 in bezug auf die LC-Zelle 14 schräg verläuft, wird eine Phasendifferenz in dem primären Beleuchtungsstrahl 24 verursacht, wie nachfolgend erläutert. Eine Phasendifferenz δ&sub1; (δ&sub1; > 0) entsteht in dem primären Beleuchtungsstrahl 24 durch die erste Phasendifferenzplatte 12, wie durch die folgende Gleichung (11) ausgedrückt:
Die Phasendifferenz δ&sub1; ist durch ein Vorauseilen der Phase der Oszillationskomponente in der Y-Koordinatenachsenrichtung in bezug auf die Oszillationskomponente der X-Koordinatenachsenrichtung festgelegt. Wenn die Phasendifferenz negativ ist, eilt die Phase der Oszillationskomponente in der Y-Koordinatenachsenrichtung nach.
In ähnlicher Weise verursacht die schräggestellte zweite Phasendifferenzplatte 13 eine Phasendifferenz δ&sub2; (δ&sub2; < 0), ausgedrückt durch die Gleichung (12) gegenüber dem primären Beleuchtungsstrahl 24.
In der Gleichung (12) ist der Brechungsindex Ns' in der Richtung der langsamen Achse in der Gleichung (10) gezeigt. Der Winkel φ ist ein Winkel zwischen der Ebene, die senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 verläuft, welcher die zweite Phasendifferenzplatte 13 durchsetzt, und der optischen Achse 28 der zweiten Phasendifferenzplatte 13. Unter Berücksichtigung, daß der primäre Beleuchtungsstrahl 24 an der Grenzfläche der zweiten Phasendifferenzplatte 13 gebrochen wird, fällt der Winkel φ nicht mit dem Winkel τ zusammen. Es ist jedoch offensichtlich, daß der Winkel φ in Korrelation zu dem Winkel τ durch das bekannte Snell'sche Gesetz sich ändert.
Die Phasendifferenz, verursacht durch die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 ist eine Summe der Phasendifferenz δ&sub1; und der Phasendifferenz δ&sub2; (δ&sub1; + δ&sub2;), und der Absolutwert der Phasendifferenz δ&sub1; ist größer als derjenige der Phasendifferenz δ&sub2; ( δ&sub1; > δ&sub2; ). Die Summe der Phasendifferenzen δ&sub1; und δ&sub2; ist deshalb ein positiver Wert (δ&sub1; + δ&sub2; > 0). Folglich dienen die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 äquivalent als Phasendifferenzplatte, deren X-Koordinatenachse eine langsame Achse ist. Die äquivalente Phasendifferenz ist sehr gering und die Phasendifferenz ist durch Ändern des Schrägstellungswinkels τ der zweiten Phasendifferenzplatte 13 einstellbar.
Folglich wird der primäre Beleuchtungsstrahl 24, emittiert von der zweiten Phasendifferenzplatte 13, an die LC-Zelle 14 angelegt. Der Flüssigkristall 18 befindet sich ungefähr in dem in Fig. 4 gezeigten Zustand und verursacht eine geringe Phasendifferenz δ&sub0; gegenüber dem primären Beleuchtungsstrahl 24. Eine äquivalente Richtung der langsamen Achse des Flüssigkristalls 18 fällt ungefähr mit der Richtung einer Projektion der Hauptachse 30 eines Kristallmoleküls 29 zusammen, das in einem zentralen Teil des Flüssigkristalls 18 positioniert ist. Die Projektion ist eine Ebene, die senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 verläuft. Die X-Koordinatenachse ist eine langsame Achse in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24. Die geringe Phasendifferenz δ&sub0;, verursacht durch den Flüssigkristall 18, nimmt einen negativen Wert ein.
Wenn die Verzögerungen Γ der ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 und der Schrägstellungswinkel τ der zweiten Phasendifferenzplatte 13 in angemessener Weise gewählt sind, wird folglich die Gleichung (13) befriedigt.
δ&sub0; + δ&sub1; + δ&sub2; = 0 (13)
Wenn die Gleichung (13) befriedigt ist, wird der primäre Beleuchtungsstrahl 24, der von dem Flüssigkristall 18 in dem Schwarz-Anzeigezustand emittiert wird, zu einem linear polarisierten Licht. Die Polarisationsrichtung verläuft ungefähr senkrecht zu der Polarisationsachse 26 der austrittseitigen Polarisationsplatte 15. Im Vergleich zum Nichtvorhandensein der ersten und zweiten Phasendifferenzplatten wird folglich eine Komponente des primären Beleuchtungsstrahls 24, der von der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 emittiert wird, signifikant verringert. Eine kleine Phasendifferenz, verursacht durch den Flüssigkristall 18, wird insbesondere durch die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 kompensiert. Da die durch die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 verursachte Phasendifferenz sehr gering ist, kann der durch die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten hervorgerufene Einfluß in demjenigen Zustand außer acht bleiben, daß die Flüssigkristallzelle 14 so getrieben wird, daß ein schwaches optisches Bild ausgebildet wird.
In Übereinstimmung mit der ersten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und, wie vorstehend angeführt, wird der Kontrast in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24 verbessert. Selbst dann, wenn der primäre Beleuchtungsstrahl 24 nicht parallel zur Z-Koordinatenachse verläuft, ist die Konfiguration der ersten Ausführungsform wirksam anwendbar. In einer tatsächlichen LC-Zelle durchsetzen mehrere Lichtstrahlen verschiedener Richtungen einen Anzeigebereich der LC-Zelle. Die Lichtstrahlen weisen einen bestimmten Wellenlängenbereich auf. Bei der Anwendung der Ausführungsform ist eine Lichtstrahl mit vorbestimmter Wellelänge sowie in einer vorbestimmten Richtung hindurchtretend als der primäre Beleuchtungsstrahl festgelegt, der für die mehreren Lichtstrahlen repräsentativ ist, und die vorstehend genannte Bedingung zum Kompensieren der Phasendifferenz ist aufgestellt worden, um in bezug auf den primären Lichtstrahl zuzutreffen. Folglich wird ein Kontrast in einer LC-Zelle im praktischen Einsatz verbessert.
In der ersten Ausführungsform können die Polarisationsrichtung 25 der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 und die Polarisationsrichtung 26 der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 senkrecht zu den Reiberichtungen 19 bzw. 29 verlaufen. In diesem Fall ist eine ähnliche Wirkung wie im vorstehend genannten Fall durch eine wirksame neue Anordnung der ersten Phasendifferenzplatte 12 und der zweiten Phasendifferenzplatte 13 erzielbar.

[ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM EINER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTIL- VORRICHTUNG]

Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Unter bezug auf Fig. 10 ist ein optischer Pfad zwischen der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 und der LC-Zelle 14 durch "optisches Koppeln" aufgebaut. Beim optischen Koppeln wird der optische Pfad einschließlich mehrerer optischer Elemente mit einem Medium gefüllt, das denselben Brechungsindex aufweist wie das Material der optischen Elemente. Ein Lichtverlust auf Grenzflächen der optischen Elemente wird verringert, weil zwischen der Luft und den optischen Elementen keine Luft vorhanden ist und unerwünschtes Streulicht, verursacht durch Reflexion auf der Grenzfläche wird unterdrückt. Beim optischen System mit der optischen Kopplung fällt die Durchlaßrichtung von Licht im Medium mit der Durchlaßrichtung von Licht in den optischen Elementen zusammen. Es ist nicht erforderlich, daß der jeweilige Index des Mediums korrekt mit dem Brechungsindex der optischen Elemente zusammenfällt. Der jeweilige Index eines herkömmlichen optischen Elements beträgt etwa 1,5 und eine ausreichende Wirkung ist durch Verwendung des Mediums mit einem ähnlichen Brechungsindex wie beim herkömmlichen optischen Element realisierbar.
Ein konkretes Beispiel der optischen Kopplung wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert. In Fig. 10 ist eine abdichtbare Kammer 35 zwischen der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 und dem einfallseitigen Glassubstrat 16 der LC- Zelle 14 angeordnet, und die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 sind in der abdichtbaren Kammer 35 eingeschlossen. Transparentes bzw. durchscheinendes Silikonharz ist in die abdichtbare Kammer 35 gefüllt. Ein derartiges transparentes Silikonharz ist vor dem Einspritzen flüssig und nach dem Einspritzen härtet das flüs sige Silikonharz in ein Gel ähnlich einem gummiartigen Silikon-Feststoff aus. Im Fall des Silikonharzes wird bis zum Härten nach dem Einspritzen der primäre Beleuchtungsstrahl 24 angelegt und der Schrägstellungswinkel, der zweiten Phasendifferenzplatte 13 wird auf einen optimalen Wert eingestellt.
Ethylenglykol, Diethylenglykol und Ethanol sind für das Medium der optischen Kopplung nutzbar. Insbesondere sind Ethylenglykol und Silikonharz optisch isotrop und eine unerwünschte Phasendifferenz im einfallenden Licht wird nicht verursacht. Die vorstehend genannte isotrope optische Eigenschaft ist in dem gelartig ausgehärteten Silikonharz erfüllt. Ein Beispiel des gelartigen transparenten Silikonharzes ist "KE1051", hergestellt durch Shin-etsu Chemical Industry (Ltd.).
In der zweiten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung, die in Fig. 10 gezeigt ist, wird in einer ähnlichen Weise wie bei der in Fig. 7 gezeigten ersten Ausführungsform die Phase des primären Beleuchtungsstrahls 24 durch geeignetes Wählen der Verzögerung Γ der ersten Phasendifferenzplatte 12 und der zweiten Phasendifferenzplatte 13 und des Schrägstellungswinkels τ der zweiten Phasendifferenzplatte 13 wirksam kompensiert.
Da die optischen Pfade vor und hinter der ersten Phasendifferenzplatte 12 und der zweiten Phasendifferenzplatte 13 optisch gekoppelt sind, können die folgenden Wirkungen bzw. Effekte außerdem erzielt werden:
Als erstes wird durch unerwünschte Reflexion auf der optischen Grenzfläche erzeugtes Streulicht unterdrückt und ein optisches Bild mit höherem Kontrast ist erzielbar, als zweites wird die Durchlässigkeit der Flüssigkristall- Lichtventilanordnung verbessert und ein optisches Bild mit mehr Licht wird gebildet, und
da keine Reflexion auf den optischen Grenzflächen der optischen Elemente erzeugt wird, wird als drittes der Schrägstellungswinkel τ der zweiten Phasendifferenzplatte 13 relativ gering und die Größe der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung in der Richtung der optischen Achse kann durch Verringerung des Schrägstellungswinkels τ verringert werden.
Wie bei der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung wird folglich ein optimaler Aufbau beschrieben bzw. erhalten. Die Gleichung (13) wird unter Verwendung der Gleichungen (10), (11) und (12) revidiert und damit wird eine Gleichung (14) erhalten.
In der Gleichung (14) bezeichnet "φ" den Winkel zwischen einer Ebene, die senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 verläuft, welcher die zweite Phasendifferenzplatte 13 durchsetzt, und der optischen Achse der zweiten Phasendifferenzplatte 13 verläuft. In der ersten Phasendifferenzplatte 12 und der zweiten Phasendifferenzplatte 13 sind ein Brechungsindex Ns in der Richtung der optischen Achse (langsame Achse) und ein Brechungsindex Nf in der senkrechten Richtung (schnelle Achse) gegenüber der optischen Achse festgelegt. Der Buchstabe D bezeichnet die Dicke der Verzögerungsplatte vom Dünnschicht-Typ. Der Buchstabe K bezeichnet das Verhältnis des Brechungsindex Nf zu dem Brechungsindex Ns (K = Nf/Ns < 1). Eine Phasendifferenz δ&sub0;, verursacht durch den Flüssigkristall wird aus der Gleichung (6) im Fall eines Amplituden- Verhältniswinkels α (α = 45º) erhalten. Die Bezugsrichtung ist so ausgerichtet, daß die Phasendifferenz δ&sub0; negativ wird und identisch zu der X-Koordinatenachse in diesem Fall ist. Ein Elliptizitätswinkel β wird in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24, emittiert von der LC-Zelle 14 in dem Schwarz-Anzeigezustand ohne die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 festgelegt. Folglich ist die Phasendifferenz δ&sub0; auf das doppelte des Elliptizitätswinkels β eingestellt (δ&sub0; = 2ß). Der Winkel φ wird aus der Gleichung (14) berechnet. Der Winkel φ korreliert mit einem Schrägstellungswinkel der zweiten Phasendifferenzplatte 13 und die Phasendifferenz, verursacht durch die LC-Zelle, wird durch Schrägausrichten der zweiten Phasendifferenzplatte 13 mit einem Winkel τ kompensiert.

[DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM DER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTIL- VORRICHTUNG]

Fig. 11 zeigt eine perspektivische Ansicht der dritten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der dritten Ausführungsform können eine erste Phasendifferenzplatte 41 und eine zweite Phasendifferenzplatte 42 Verzögerungsplatten sein, die ähnlich zu einem negativen einachsigen Kristall sind. Die übrigen Elemente mit Ausnahme der ersten Phasendifferenzplatte 41 und der zweiten Phasendifferenzplatte 42 sind ähnlich zu denjenigen in der ersten Ausführungsform, die in Fig. 7 gezeigt ist, und sie sind durch ähnliche Bezugsziffern bezeichnet, wie sie für die entsprechenden Elemente verwendet werden, die in Fig. 7 gezeigt sind. Eine detaillierte Erläuterung erübrigt sich deshalb.
Der primäre Beleuchtungsstrahl 24 ist ein monochromatisches Licht.
Die erste Phasendifferenzplatte 41 und die zweite Phasendifferenzplatte 42 sind dünnschichtförmige Verzögerungsplatten, hergestellt durch Strecken von transparentem bzw. durchscheinendem Polystyrol. Die gestreckte Polystyrol-Dünnschicht ist durch eine Haftsubstanz auf dem Glassubstrat zum Haften gebracht. Funktionen der ersten Phasendifferenzplatte 41 und der zweiten Phasendifferenzplatte 42 werden in bezug auf das in Fig. 8 gezeigte Index-Ellipsoid erläutert.
Eine Streckungsrichtung der Verzögerungsplatten für die erste Phasendifferenzplatte 41 und die zweite Phasendifferenzplatte 42 ist als Z-Koordinatenachse festgelegt und die Dickenrichtung ist als Y'-Koordinatenachse festgelegt. Folglich wird die Anisotropie des Brechungsindex ungefähr ausgedrückt durch Nx = Ny > Nz. Insbesondere ist die Verzögerungsplatte ähnlich zu einem negativen einachsigen Kristall, dessen optische Achse in der gestreckten Richtung verläuft. In diesem Fall wird ein Brechungsindex in der Richtung der optischen Achse 51 minimal und ist durch einen Brechungsindex Nf in der Richtung der schnellen Achse bezeichnet. Der Brechungsindex wird maximal in einer Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse 51 verläuft und er ist durch einen Brechungsindex Ns in der Richtung der langsamen Achse bezeichnet. Folglich ist der Brechungsindex Nf gleich dem Brechungsindex Nz (Nf = Nz) und der Brechungsindex Ns ist gleich dem Brechungsindex Nx und dem Brechungsindex Ny (Ns = Nx = Ny).
Eine Phasendifferenz des Lichts 52, welches den Ursprung 53 durchläuft, veranlaßt durch den negativen einachsigen Kristall, ist ähnlich zu dem Fall eines positiven einachsigen Kristalls, wobei die langsame Achse mit der schnellen Achse vertauscht ist. Beispielsweise verläuft der Pfad des Lichts 52 auf der Y'-Z'-Ebene und die langsame Achse, die den maxi malen Brechungsindex aufweist, verläuft in der Richtung 55, die senkrecht zu sowohl der optischen Achse 51 wie dem Pfad des Lichts 52 verläuft. Der maximale Brechungsindex wird zum Brechungsindex Ns in der Richtung der langsamen Achse. Die schnelle Achse verläuft in der Richtung 56, die senkrecht zu der langsamen Achse auf der Ebene 54 verläuft, und der Brechungsindex Nf' in der Richtung der schnellen Achse ist gegeben durch
wobei "φ" einen Winkel zwischen der optischen Achse 51 und der Ebene 54 senkrecht zu dem Licht 52 bezeichnet.
Unter bezug auf Fig. 11 wird die Arbeitsweise der ersten Phasendifferenzplatte 41 und der zweiten Phasendifferenzplatte 42 erläutert. Ein vorbestimmtes elektrisches Feld wird an den Flüssigkristall 18 angelegt und ein dunkelst mögliches optisches Bild wird gebildet. In der ersten Phasendifferenzplatte 41 und der zweiten Phasendifferenzplatte 42 ist ein Brechungsindex in der Richtung der optischen Achse (schnelle Achse) mit Nf bezeichnet, ein Brechungsindex in einer Richtung (langsame Achse), die senkrecht zu der optischen Achse verläuft, ist mit Ns bezeichnet und ihre Dicke ist mit D bezeichnet. Eine Verzögerung Γ der ersten Phasendifferenzplatte 41 ist identisch zu derjenigen der zweiten Phasendifferenzplatte 42.
Die erste Phasendifferenzplatte 41 ist senkrecht in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24 angeordnet und die optische Achse 43 fällt mit der Y-Koordinatenachse zusammen. Die zweite Phasendifferenzplatte 42 ist senkrecht in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24 angeordnet und die optische Achse 44 fällt zusammen mit der X-Koordinatenachse. Folglich ist die zweite Phasendifferenzplatte 42 an der Y-Ko ordinatenachse um einen Winkel γ' gedreht. Die optische Achse 44 verläuft parallel zu der X-Z-Ebene.
Wenn die optische Achse 44 der zweiten Phasendifferenzplatte 42 zusammenfällt mit der Richtung der X-Koordinatenachse (γ' = 0), fallen die schnelle Achse der ersten Phasendifferenzplatte 41 und die langsame Achse der zweiten Phasendifferenzplatte 42 in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24 zusammen. Da die Verzögerung Γ von sowohl der ersten Phasendifferenzplatte 41 wie der zweiten Phasendifferenzplatte 42 identisch sind, wird eine Phasendifferenz, verursacht durch die erste Phasendifferenzplatte 41 durch eine Differenz ausgelöscht, die durch die zweite Phasendifferenzplatte 42 verursacht ist, und in dem primären Beleuchtungsstrahl 24 tritt eine Phasendifferenz nicht auf.
Eine Phasendifferenz des primären Beleuchtungsstrahls 24, verursacht durch die schräg verlaufende zweite Phasendifferenzplatte 42, wird nachfolgend erläutert. Zunächst ergibt die erste Phasendifferenzplatte 41 eine Phasendifferenz δ&sub1;' (> 0), ausgedrückt durch die Gleichung (16), gegenüber dem primären Beleuchtungsstrahl 24. Wie vorstehend in der ersten Ausführungsform angeführt, ist die Phasendifferenz als ein nacheilender Phase der Oszillationskomponente in der Y-Koordinatenachse in bezug auf die Phase der Oszillationskomponente in der X-Koordinatenachse festgelegt.
Folglich ergibt die schräg verlaufende zweite Phasendifferenzplatte 42 eine Phasendifferenz δ&sub2;' (< 0), ausgedrückt durch die Gleichung (17), gegenüber dem primären Beleuchungsstrahl 24.
Der Brechungsindex Nf' in der Richtung der schnellen Achse ist durch die Gleichung (15). Ein Winkel φ' ist der Winkel zwischen der optischen Achse 44 und der Ebene, die senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 verläuft und durch die zweite Phasendifferenzplatte 42 hindurchtritt.
Eine Phasendifferenz, verursacht durch die erste Phasendifferenzplatte 41 und die zweite Phasendifferenzplatte 42 ist eine Summe der Phasendifferenzen δ&sub1;' und δ&sub2;' (δ&sub1;' + δ&sub2;'), und der Absolutwert der Phasendifferenz δ&sub1;' ist größer als derjenige der Phasendifferenz δ&sub2;'. Die Summe der Phasendifferenzen δ&sub1;' und δ&sub2;' bildet deshalb einen positiven Wert. Folglich dienen die erste Phasendifferenzplatte 41 und die zweite Phasendifferenzplatte 42 äquivalent als Phasendifferenzplatte, deren X-Koordinatenachse eine langsame Achse darstellt.
Wenn die Verzögerungen 17 der ersten Phasendifferenzplatte 41 und der zweiten Phasendifferenzplatte 42 und ein Schrägstellungswinkel γ' der zweiten Phasendifferenzplatte 42 in geeigneter Weise gewählt sind, ist die Gleichung (18) befriedigt. Die Phasendifferenz δ&sub0; ist durch die LC-Zelle 14 verursacht.
δ&sub0;' + δ&sub1;' + δ&sub2;' = 0 (18)
Wenn die Gleichung (18) befriedigt ist, wird der primäre Beleuchtungsstrahl 24, der von dem Flüssigkristall 18 in dem Schwarz-Anzeigezustand emittiert wird, zu einem linear polarisierten Licht.
In der dritten Ausführungsform in ähnlicher Weise, wie bei der zweiten Ausführungsform können die optischen Pfade vor und hinter der ersten Phasendifferenzplatte 41 und der zweiten Phasendifferenzplatte 42 durch optisches Koppeln aufgebaut sein.
In der dritten Ausführungsform wird die Gleichung (19), welche einen optimalen Aufbau der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung darstellt, durch Umschreiben der Gleichung (18) unter Verwendung der Gleichungen (15), (16) und (17) gewonnen werden. Wenn die Gleichung (19) befriedigt ist, wird die Phasendifferenz des primären Beleuchtungsstrahls 24 mit hoher Genauigkeit kompensiert.
In der Gleichung (19) bezeichnet der griechische Buchstabe φ' einen Winkel zwischen der optischen Achse 44 der zweiten Phasendifferenzplatte 42 und einer Ebene, die senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 24 verläuft, welcher die zweite Phasendifferenzplatte 42 durchsetzt. In der ersten Phasendifferenzplatte 41 und der zweiten Phasendifferenzplatte 42 bezeichnet eine Bezugsziffer Nf den Brechungsindex in der Richtung der optischen Achse (schnelle Achse), ein Brechungsindex Ns bezeichnet den Brechungsindex in der Richtung (langsame Achse) senkrecht zu der optischen Achse, der Buchstabe D bezeichnet eine Dicke der dünnschichtartigen Verzögerungsplatte und der Buchstabe K' bezeichnet ein Verhältnis Ns zu Nf (K' = Ns/Nf) ((> 1)). Eine Phasendifferenz δ&sub0; wird durch den Flüssigkristall verursacht und ist ähnlich zu derjenigen in der Gleichung (14).

[BEVORZUGTES BEISPIEL DER ZWEITEN AUSFÜHRUNGSFORM]

In dem Fall, daß eine Phasendifferenzplatte, die funktionsmäßig ähnlich zu dem positiven einachsigen Kristall ist, für die erste Phasendifferenzplatte oder die zweite Phasendifferenzplatte eingesetzt wird, ist die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung ähnlich zu der zweiten Ausführungsform aufgebaut, die beispielsweise in Fig. 10 gezeigt ist.
Unter bezug auf Fig. 10 ist eine Schräglagenrichtung der zweiten Phasendifferenzplatte 13 so gewählt, wie nachfolgend erläutert. Insbesondere ist die zweite Phasendifferenzplatte 13 derart schräg gestellt, daß ein Winkel zwischen der Normallinie 36 der zweiten Phasendifferenzplatte 13 und der Hauptachse 30 des Flüssigkristallmoleküls 29, positioniert im zentralen Teil der Flüssigkristallschicht 18, im Schwarz-Anzeigezustand abnimmt. Folglich wird der Kontrast in der monochromatischen Anzeige der LC-Zelle 14 wirksam verbessert.
Der Grund wird unter bezug auf Fig. 12 und Fig. 13 erläutert. Fig. 12 zeigt eine Seitenansicht in der Richtung der X-Koordinatenachse in Fig. 10 gesehen. Fig. 13 zeigt eine Draufsicht in der Richtung der Y-Koordinatenachse in Fig. 10. In Fig. 12 und 13 sind lediglich die LC-Zelle 14, die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 dargestellt. Es wird angenommen, daß die LC-Zelle 14, die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 in einem Medium eingeschlossen sind, welches einen ähnlichen Brechungsindex aufweist wie die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 und die Lichtbrechung an jeweiligen Grenzflächen kann außer acht bleiben.
Unter Bezugnahme auf Fig. 12 und Fig. 13 schneiden der primäre Beleuchtungsstrahl 24 und die Lichtstrahlen 61, 62, 63 und 64, welche in jeweilige Richtungen mit Winkeln in bezug auf den Primären Beleuchtungsstrahl 24 sich ausbreiten, den primären Beleuchtungsstrahl 24 im Zentrum der Flüssigkristallschicht. Aus Gründen der Einfachheit ist ein Flüssigkristallmolekül 29, positioniert im Zentrum der Flüssigkristallschicht, repräsentativ für den Flüssigkristall im Schwarz-Anzeigezustand. Eine derartige Näherung eignet sich dazu, die Arbeitsweise des Flüssigkristalls zu erläutern.
Die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft der Phasendifferenz, gegeben durch den Flüssigkristall 18 im Schwarz-Anzeigezustand wird nachfolgend erläutert. Ein Sichtwinkel ist als Winkel zwischen dem primären Beleuchtungsstrahl 24 und einem Lichtstrahl definiert bzw. festgelegt, welcher in Beobachtung steht. Die Hauptachse 30 des Flüssigkristallmoleküls 29 verläuft ungefähr parallel zu der X-Z-Ebene und unterscheidet sich von der Z-Koordinatenachse um einen vorbestimmten Winkel. Die Richtung der Hauptachse 30 ist durch eine Reiberichtung der Ausrichtungsdünnschichten in der LC-Zelle 14 festgelegt. Unter bezug auf Fig. 13 verursacht das Flüssigkristallmolekül 29 eine identische Phasendifferenz gegenüber dem Licht 63 und dem Licht 64, welche in paralleler Richtung der X-Z-Ebene hindurchlaufen. Die Phasendifferenzen des Lichts 63 und des Lichts 64 sind im wesentlichen symmetrisch und haben identische Größe. Unter bezug auf Fig. 12 ist hingegen eine Phasendifferenz des Lichts 61, welches in paralleler Richtung der Y-Z-Ebene hindurchläuft, größer als eine Phasendifferenz des Lichts 62. Die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft der Phasendifferenz, verursacht durch den Flüssigkristall 18, weist Symmetrie in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24 auf. Die Symmetrie ist höher auf der X-Z-Ebene als auf der Y- Z-Ebene. Dies ergibt sich unter bezug auf die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts, die in Fig. 5 gezeigt ist, weil die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft der Phasendifferenz ähnlich zu der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft des Kontrasts ist.
Bei der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft der Phasendifferenz, gegeben durch die Phasendifferenzplatten 12 und 13, ergeben folglich die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 dieselbe Phasendifferenz gegenüber dem Licht 63 wie dem Licht 64, welche denselben Einfallswinkel in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24 haben. Folglich ist die Symmetrie in einer Richtung entlang der X-Z-Ebene verbessert. Andererseits gibt die zweite Phasendifferenzplatte 13, die durch Drehen an der X-Koordinatenachse schräggestellt ist, Phasendifferenzen, die sich bezüglich ihrer Höhe gegenüber dem Licht 61 und dem Licht 62 unterscheiden, die unterschiedliche Einfallswinkel aufweisen. Folglich ist die Symmetrie niedriger in einer Richtung entlang der Y-Z-Ebene.
Unter Berücksichtigung der Symmetrie der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft ist es erwünscht, daß die Schrägstellungsrichtung der zweiten Phasendifferenzplatte 13 mit einer Richtung zusammenfällt, welche eine niedrige Symmetrie der Sichtwinkel-Abhängigkeitseigenschaft der Phasendifferenz aufweist, die durch den Flüssigkristall 18 gegeben ist. Aus diesem Grund ist die Verwendung einer Phasendifferenzplatte, die ähnlich zu einem positiven einachsigen Kristall ist, bevorzugt, um eine Phasendifferenzplatte zu verwenden, die ähnlich zu einem negativen einachsigen Kristall ist. Dies ergibt sich durch Vergleichen des Aufbaus der ersten und zweiten Ausführungsformen, die in Fig. 9 und 10 gezeigt sind, mit dem Aufbau der dritten Ausführungsform, die in Fig. 11 gezeigt ist. Ein herkömmlicher Flüssigkristall, der in einer tatsächlichen LC-Zelle verwendet wird, ist ähnlich zu dem positiven einachsigen Kristall.
Darüber hinaus ist die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Flüssigkristalls 18 zufriedenstellend korreliert mit der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft der ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 durch Wählen eines Schräg stellungswinkels der zweiten Phasendifferenzplatte 13 durch in Betracht ziehen der Höhe der Phasendifferenz, die gegeben ist durch den Flüssigkristall 18, auf der Y-Z-Ebene. Insbesondere sind die ersten und zweiten Phasenplatten 12 und 13 derart angeordnet, daß gegenüber dem Licht 62 eine größere Phasendifferenz gegeben ist als gegenüber dem Licht 61. Beispielsweise ist die zweite Phasendifferenzplatte 13 derart schräg gestellt, daß ein Winkel zwischen der Normallinie 36 der zweiten Phasendifferenzplatte 13 und der Hauptachse 30 des Flüssigkristallmoleküls 29 im wesentlichen null Grad beträgt.
Durch den vorstehend genannten Aufbau wird die Sichtwinkelabhängige Eigenschaft der Phasendifferenz, gegeben durch den Flüssigkristall 18 in der Schwarz-Anzeigeplatte, zufriedenstellend mit der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft der Phasendifferenz, gegeben durch die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 korreliert. Folglich wird ein Fehler der Phasenkompensation in bezug auf das Licht kompensiert, welches in der Richtung hindurchtritt, die einen Winkel gegenüber dem primären Beleuchtungsstrahl aufweist, und der Kontrast wird in einem weiten Sichtwinkelbereich verbessert. Außerdem wird die Symmetrie der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft des Kontrasts in dem Licht verbessert, das von der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung emittiert wird.

[ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM DER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTIL- VORRICHTUNG VOM PROJEKTIONS-TYP]

Fig. 14A zeigt eine Seitenansicht der ersten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions- Typ unter Verwendung der LC-Platte gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 101 ist im wesentlichen identisch zu der in Fig. 10 gezeigten Flüssigkristall- Lichtventilvorrichtung und umfaßt die einfallseitige Polarisationsplatte 11, die erste Phasendifferenzplatte 12, die zweite Phasendifferenzplatte 13, die LC-Zelle 14 und die austrittseitige Polarisationsplatte 15. Die abdichtbare Kammer 35 ist zwischen der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 und der LC-Zelle 14 angeordnet und Ethylenglykol ist in die abdichtbare Kammer 35 gefüllt. Ein auf der Flüssigkristall- Lichtventilvorrichtung 101 ausgebildetes optisches Bild wird durch eine Lichtquelle 102 beleuchtet und auf einen Bildschirm 104 durch eine Projektionslinse 103 vergrößert und projiziert.
Ein primärer Beleuchtungsstrahl 108 durchsetzt das Schwerkraftzentrum 109 des Anzeigebereichs bzw. der Anzeigefläche der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 101 und das Schwerkraftzentrum 106 einer Eintrittspupille 105 der Projektionslinse 103 und wird an das Schwerkraftzentrum 107 des Bildschirms 104 angelegt. Der primäre Beleuchtungsstrahl 108 läuft entlang einer Normallinie der LC-Zelle 14 und der optischen Achse der Projektionslinse 103.
Die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 101 ist so aufgebaut, daß die Phasendifferenz in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 108 zufriedenstellend kompensiert ist, welcher die LC-Zelle 14 in dem Schwarz-Anzeigezustand durchsetzt. Der Schrägstellungswinkel der zweiten Phasendifferenzplatte 13 wird insbesondere so eingestellt, daß ein dunkelst mögliches Bild auf den Bildschirm 104 in dem Schwarz-Anzeigezustand projiziert wird. Folglich kann ein bezüglich des Kontrasts verbessertes monochromatisches Bild auf den Bildschirm 104 projiziert werden.
Es ist erwünscht, daß die Projektionslinse 103 eine qualitativ hochstehende telezentrische Eigenschaft aufweist. In der Projektionslinse 103 mit der qualitativ hochstehenden telezentrischen Eigenschaft ist die Projektionslinse 103 derart ausgelegt, daß ein Hauptstrahl in bezug auf ein Objekt in einer Position, die von der optischen Achse der Projektionslinse abweicht, durch die Projektionslinse 103 parallel zu der optischen Achse verläuft. Insbesondere verlaufen die Hauptstrahlen, die entlang der optischen Achse verlaufen, parallel zu der optischen Achse. Unter Verwendung der Projektionslinse mit der qualitativ hochstehenden telezentrischen Eigenschaft ist die Bedingung zum Kompensieren der Phasendifferenz in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 108, welcher das Schwerkraftzentrum 109 der LC-Zelle 14 durchsetzt, in bezug auf die primären Strahlen zufriedengestellt, welche jeden Ort der LC-Zelle durchsetzen. Folglich ist der Kontrast in der monochromatischen Anzeige in der gesamten Fläche des projizierten Bilds zufriedenstellend verbessert.
In der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 101 ist der Kontrast in bezug auf das einfallende Licht in der Normallinienrichtung der LC-Zelle verbessert und die Symmetrie der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft des Kontrasts ist in bezug auf die Normallinie verbessert. Selbst dann, wenn das Schwerkraftzentrum 109 der Anzeigefläche der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 101 auf der optischen Achse der Projektionslinse 103 angeordnet ist, ist deshalb ein Projektionsbild mit verbessertem Kontrast realisierbar. In der ersten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ ist die Projektionslinse 101 mit einem kleineren Sichtwinkel im Vergleich zu der Projektionslinse 303 in Fig. 1 nutzbar, was einen starken Vorteil bei der Konfiguration der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ darstellt. Darüber hinaus ist das projizierte Bild bezüglich der Helligkeitsverteilung gleichmäßig.
In den vorstehend erläuterten Ausführungsformen handelt es sich bei dem primären Beleuchtungsstrahl um Licht einer ein zigen Wellenlänge der Wellenlänge λ. Üblicherweise besitzt Licht, das für eine Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung anwendbar ist, eine vorbestimmte Wellenlängenbreite. Ein Kompensationsfehler bezüglich der Phasendifferenz tritt deshalb in bezug auf Licht auf, das eine gegenüber der Wellenlänge λ unterschiedliche Wellenlänge aufweist; der Effekt der vorstehend genannten Ausführungsform ist jedoch durch Kompensieren der Phasendifferenz in bezug auf die Wellenlänge λ realisierbar, die für das Wellenlängenband des Beleuchtungslichts repräsentativ ist. In der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung zum Anlegen von Licht des gesamten sichtbaren Lichtbereichs ist es beispielsweise wünschenswert, daß die Phasendifferenz in bezug auf das Licht zufriedenstellend kompensiert ist, welches die Wellenlänge von ungefähr 540 nm aufweist, welche Wellenlänge eine relativ höhere spektrale Lichtausbeute aufweist.
Fig. 14B zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung vom Projektions-Typ. In Fig. 14B wird eine Spannung eines Bildsignals an jedes (nicht gezeigte) Pixel der LC-Zelle durch eine Treiberschaltung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 100A durch ein Verbindungskabel 100B angelegt. Der von einer Lichtquelle 102 emittierte Lichtstrahl wird durch die LC-Zelle 14 in Übereinstimmung mit dem Bildsignal gesteuert und auf den Bildschirm 14 durch die Projektionslinse 103 projiziert.

[ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM DER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTIL- VORRICHTUNG VOM PROJEKTIONS-TYP]

Fig. 15 zeigt eine Seitenansicht der zweiten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions- Typ unter Verwendung der LC-Platte gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die zweite Ausführungsform ist auf eine vollfarbige Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gerichtet und drei Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen entsprechend den drei Grundfarben werden verwendet. Da das Beleuchtungslicht einer Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung der drei Grundfarben auf eine spezielle Grundfarbe beschränkt ist, ist der Wellenlängenbereich des durch die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung tretenden Lichts eingeengt bzw. schmal. Da die Phasendifferenz in bezug auf das spezielle Grundfarbenlicht mit dem schmalen Wellenlängenbereich kompensiert wird, kann der Kompensationsfehler im Wellenlängenbereich des Lichts verringert werden und der Kontrast des projizierten Bilds wird verbessert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 15 wird von der Lichtquelle 125 emittiertes Licht in die drei Grundfarbenanteile rot, grün und blau durch dichroitische Spiegel 125 und 126 unterteilt. Die drei Grundfarbenanteile werden an die jeweiligen Flüssigkriställ-Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 angelegt. Ein ebener Spiegel 127 dient dazu, den Lichtpfad zu der Lichtkristallvorrichtung zu biegen. Die Lichtstrahlen der drei Grundfarben werden an die jeweiligen Flüssigkristall- Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 durch Konvergenzlinsen 128, 129 und 130 angelegt. Diese Linsen 128, 129 und 130 werden als Feldlinsen bezeichnet. Die optischen Bilder der drei Grundfarben der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 werden durch dichroitische Spiegel 131 und 132 und einen ebenen Spiegel 133 kombiniert und ein optisches vollfarbiges Bild wird auf einen (nicht gezeigten) Bildschirm projiziert.
Die drei primären Beleuchtungsstrahlen 141, 142 und 143 mit jeweiligen Wellenlängen, von denen jede jeweils eine Grundfarbe repräsentiert, sind an den Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 definiert. Die primären Beleuchtungsstrahlen 141, 142 und 143 werden an das Schwer kraftzentrum 137 der Eintritsspupille 136 der Projektionslinse 134 durch den Pfad entlang der optischen Achse der Lichtquelle 124, den Schwerkraftzentren der jeweiligen Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 und den optischen Achsen der Feldlinsen 128, 129 und 130 und die optische Achse der Projektionslinse 134 angelegt.
Die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 sind diejenigen der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsformen, und die Phasendifferenzen im Schwarz-Anzeigezustand werden in bezug auf die jeweiligen primären Beleuchtungsstrahlen 141, 142 und 143 zufriedenstellend kompensiert. Da die primären Beleuchtungsstrahlen 141, 142 und 143 unterschiedliche Wellenlänge aufweisen, ist die Kompensationsbedingung für die Phasendifferenzen unterschiedlich, die Phasenkompensation, die für die jeweiligen Wellenlängen geeignet sind, ist jedoch realisierbar, indem die Schrägstellungswinkel der jeweiligen zweiten Phasendifferenzplatten eingestellt werden. Folglich wird ein optisches Bild mit gutem Kontrast in bezug auf die drei Grundfarblichter realisiert und ein hochqualitatives vollfarbiges Bild mit hervorragendem Kontrast ist realisierbar.
In Fig. 15 wird die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 121 beispielsweise für das grüne Licht verwendet, die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 122 wird für das rote Licht verwendet und die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 123 wird für das blaue Licht verwendet. In diesem Fall reflektiert der dichroitische Spiegel 125 das blaue Licht, die dichroitischen Spiegel 126 und 131 reflektieren das rote Licht und der dichriotische Spiegel 132 reflektiert das grüne Licht. Die Wellenlänge des primären Beleuchtungsstrahls 141 ist für das grüne Licht repräsentativ und beträgt beispielsweise 540 nm. Die Wellenlänge des primären Beleuchtungsstrahls 142 ist für das rote Licht repräsentativ und beträgt beispielsweise 610 nm. Die Wellenlänge des primären Beleuch tungsstrahls 143 ist für das blaue Licht repräsentativ und beträgt beispielsweise 490 nm.
Eine Projektionslinse mit kleinem Feldwinkel ist für die Projektionslinse 134 verwendbar und ein Projektionsbild mit einer gleichmäßigen Helligkeit sowie hell im Umfangs- bzw. Randabschnitt ist erzielbar. Die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 können durch dieselben Bestandteile erstellt sein, wodurch die Herstellungskosten verringert sind.

[DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM DER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTIL- VORRICHTUNG VOM PROJEKTIONS-TYP]

In der zweiten Ausführungsform der Fiüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ, die in Fig. 15 gezeigt ist, ist es erwünscht, daß die Projektionslinse 134 in senkrechter bzw. lotrechter Richtung gegenüber der optischen Achse beweglich ist. Da in diesem Fall ein optisches Bild auf den Bildschirm durch einen beliebigen Winkel in Schräglage projiziert werden kann, kann die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ in einer beliebigen Position in bezug auf den Bildschirm installiert werden. In dem vorstehend genannten Fall kann der Kontrast des optischen Bilds auf einem hohen Wert gehalten werden, indem die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung als die nachfolgend erläuterte dritte Ausführungsform konfiguriert ist.
In der dritten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß Fig. 15 wird die Projektionslinse 134 in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse der Projektionslinse 134 durch eine Bewegungseinrichtung 134A bewegt, wie durch einen Pfeil L oder einen Pfeil LV gezeigt, der senkrecht zur Papieroberfläche verläuft. Die Lichtquelle 124 wird ebenfalls in der durch den Pfeil L gezeigten Richtung in Übereinstimmung mit der Bewe gung der Projektionslinse 134 durch eine Bewegungseinrichtung 134 bewegt. Die Projektionslinse 134 kann in der durch einen Pfeil LV senkrecht zu der Papieroberfläche von Fig. 15 gezeigten Richtung durch die Bewegungseinrichtung 134A bewegt werden. In diesem Fall wird die Lichtquelle 124 ebenfalls in der durch den Pfeil LV gezeigten Richtung senkrecht zu der Papieroberfläche durch die Bewegungseinrichtung 124A bewegt. Die Lichtquelle 124 wird derart bewegt, daß die optische Achse des emittierten Lichts von der Lichtquelle 124 stets an das Schwerkraftzentrum 137 der Eintrittspupille 136 der Projektionslinse angelegt wird. Folglich wird ein Lichtverlust, verursacht durch Bewegen der Projektionslinse 134 unterdrückt und ein helles optisches Bild kann auf dem Bildschirm projiziert werden.
Wenn andererseits die Lichtquelle 124 bewegt wird, werden die Durchlaßrichtungen der primären Beleuchtungsstrahlen 141, 142 und 143 geändert. Die primären Beleuchtungsstrahlen 141, 142 und 143 verlaufen entlang der optischen Achse der Lichtquelle 124 und werden an ein Schwerkraftzentrum 137 der Eintrittspupille 136 der Projektionslinse 134 durch das Schwerkraftzentrum der Anzeigefläche der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung angelegt und wenn die Durchlaßrichtungen der primären Beleuchtungsstrahlen 141, 142 und 143 geändert werden, wird der Kontrast des optischen Bilds üblicherweise verringert.
Um das vorstehend genannte Problem zu überwinden, kann die Anordnung von zumindest der ersten Phasendifferenzplatte 12 und der zweiten Phasendifferenzplatte 13 in den jeweiligen Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen 121, 122 und 123 geändert werden. In der tatsächlichen Vorrichtung sind die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 auf einem jeweiligen Mechanismus zum Schrägstellen in eine willkürliche Richtung und mit einem willkürlichen Winkel angebracht. Die Phasendifferenz wird in Übereinstim mung mit der Änderung des Pfads des primären Beleuchtungsstrahls durch Einstellen der Richtung seines Winkels kompensiert. Folglich wird ein Projektionsbild mit zufriedenstellendem Kontrast in der monochromen bzw. einfarbigen Anzeige realisiert.
In jeder Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ ist eine Metallhalogenidlampe, eine Xenonlampe oder eine Wolframhalogenlampe als Lichtquelle 124 nutzbar. Das von der Lampe emittierte Licht wird durch eine geeignete Linse oder einen konkaven Spiegel zur Konvergenz gebracht, um einen Beleuchtungsstrahl zu bilden.

[ERGEBNIS EINES EXPERIMENTS MIT DER ZWEITEN AUSFÜHRUNGSFORM DER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTILVORRICHTUNG]

In der zweiten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung, die in Fig. 10 gezeigt ist, wurde ein Experiment unter Verwendung von grünem Licht ausgeführt, dessen Intensität im Bereich einer Wellenlänge von 540 nm groß ist.
Unter bezug auf Fig. 10 sind die einfallseitige Polarisationsplatte 11 und die austrittseitige Polarisationsplatte 15 durch Kleben bzw. zur Haftung bringen einer Dünnschichtverzögerungsplatte auf einem Glassubstrat aufgebaut. Die Dünnschichtverzögerungsplatte ist durch Strecken von Polyvinylalkoholharz absorbiertem Iod hergestellt. In dem Fall, daß lediglich die einfallseitige Polarisationsplatte 11 und die austrittseitige Polarisationsplatte 15 vorgesehen sind, beträgt der Kontrast etwa 1000. Der Kontrast ist durch ein Verhältnis der Lichtintensität in dem Zustand, daß die Polarisationsachse 25 parallel zur Polarisationsachse 26 verläuft, zu einer Lichtintensität in dem Zustand festgelegt, daß die Polarisationsachse 25 senkrecht zu der Polarisationsachse 26 verläuft.
Der Fall, daß die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 zwischen der LC-Zelle 14 andererseits angeordnet sind, wird nachfolgend erläutert. Die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 sind dadurch aufgebaut, daß eine Verzögerungsplatte auf einem Glassubstrat zur Haftung gebracht bzw. geklebt ist. Die Verzögerungsplatte ist durch Strecken einer transparenten Dünnschicht aus Polycarbonatharz hergestellt. Diese Phasendifferenzplatten sind ähnlich zu einem positiven einachsigen Kristall mit einer optischen Achse in der Richtung entlang der Dünnschichtoberfläche. Der Brechungsindex Ns in Richtung der optischen Achse (langsame Achse) beträgt etwa 1,589, der Brechungsindex Nf in Richtung der schnellen Achse beträgt etwa 1,582. Die Dicke D der Verzögerungsplatte ist so gewählt, daß die Verzögerung Γ 200 nm beträgt. Die Werte der vorstehend genannten Brechungsindices Ns und Nf sind auf die Wellennlänge von 540 nm eingestellt.
Die LC-Zelle 14 ist durch ein herkömmliches TN-LC-Material aufgebaut. Die Dicke der Flüssigkristallschicht 18 beträgt 5 um, und wenn das elektrische Feld nicht angelegt ist, befindet sich die LC-Zelle 14 im Weiß-Anzeigezustand. Wenn andererseits eine Treiberspannung von etwa 6 Volt an diese angelegt wird, befindet sich die LC-Zelle 14 im Schwarz-Anzeigezustand. Wenn die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 nicht vorhanden sind, beträgt ein Elliptizitätswinkel β des primären Beleuchtungsstrahls 24, der von der LC- Zelle 14 im Schwarz-Anzeigezustand emittiert wird, etwa 1 Grad. Der Kontrast beträgt etwa 600 in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl. Der Kontrast in diesem Fall ist durch ein Verhältnis der Lichtintensität im Weiß-Anzeigezustand zur Lichtintensität im Schwarz-Anzeigezustand repräsentiert. Die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts in diesem Fall ist ähnlich zu derjenigen, die in Fig. 5 gezeigt ist und weicht in einer festgelegten Richtung ab.
Folglich besteht die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ aus der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung ohne Phasendifferenzplatten. Eine Projektionslinse mit einer F-Zahl 4 wird verwendet. Der Kontrast im zentralen Teil des Bildschirms beträgt etwa 200.
Wie in Fig. 10 gezeigt, sind folglich die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 zwischen der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 und der LC- Zelle 14 angeordnet. Der optische Pfad zwischen der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 und dem Glassubstrat 16 der LC-Zelle 14 ist mit Ethylenglykol zum optischen Koppeln gefüllt. Die zweite Phasendifferenzplatte 13 ist um 10 Grad schräggestellt (γ = 10). Folglich nimmt die Lichtintensität im Schwarz-Anzeigezustand in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24 ein Minimum ein. In diesem Zustand beträgt der Kontrast in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 24 900. Wie vorstehend angeführt, ist der Kontrast von 600 auf 900 erhöht.
Die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts wird in der vorstehend genannten Phase gemessen. Die gemessene Sichtwinkel-Abhängigkeitseigenschaft ist durch Kurven gleichen Kontrasts in Fig. 16 dargestellt. In bezug auf Fig. 16 bilden die durchgezogenen Linien L10 Linien gleichen Kontrasts 900, die strichpunktierten Linien L11 bilden Linien gleichen Kontrasts 700, die durchbrochenen Linien L12 bezeichnen Linien gleichen Kontrasts 500, die doppelstrichpunktierten Linien L13 bezeichnen Linien gleichen Kontrasts 300 und die punktierte Linie L14 bezeichnet eine Linie gleichen Kontrasts 100. Der Kontrast beträgt deshalb im Bereich zwischen beiden durchgezogenen Linien L10 900 oder mehr und der Kontrast ist größer als 700 und kleiner als 900 in beiden Bereichen zwischen der durchgezogenen Linie L10 und einer benachbarten strichpunktierten Linie L11. In ähnlicher Weise beträgt der Kontrast 500 bis 700 in beiden Bereichen zwischen der strich punktierten Linie L11 und einer benachbarten durchbrochenen Linie L12 und der Kontrast beträgt 300 bis 500 in beiden Bereichen zwischen den durchbrochenen Linien L12 und einer benachbarten strichpunktierten Linie L4. Der Kontrast beträgt 100 bis 300 im Bereich zwischen der strichpunktierten Linie L13 und einer punktierten Linie L14. Wie in Fig. 16 gezeigt, besitzt die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft ungefähr Rotationssymmetrie in bezug auf das Zentrum der Kreise, welche den primären Beleuchtungsstrahl repräsentieren (φ = 0, θ = 0). Folglich ist die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts im Vergleich zu derjenigen von Fig. 5 verbessert.
In der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ unter Verwendung der vorstehend genannten Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung und der Projektionslinse mit der F-Zahl 4, wie in Fig. 14 gezeigt, beträgt der gemessene Kontrast beispielsweise etwa 300 im zentralen Teil 107 des Bildschirms 104. Folglich ist der Kontrast von 200 auf 300 erhöht.

[WEITERES BEISPIEL DER ERSTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTILVORRICHTUNG VOM PROJEKTIONS-TYP]

Ein weiteres Beispiel der ersten Ausführungsform der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ wird unter bezug auf Fig. 14 erläutert.
In der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 101 ist für den Fall, daß die Verzögerungen Γ der ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 und der Schrägstellungswinkel γ der zweiten Phasendifferenzplatte 13 wie vorstehend angeführt gewählt sind, der Kontrast zusätzlich verbessert. Die Lichtstrahlen, die an die Projektionslinse 103 angelegt werden, bilden üblicherweise die Form eines kreisförmigen Konus, dessen Spitze im Schwerkraftzentrum 109 der Anzeigefläche der LC-Zelle 14 zu liegen kommt. Der kreisförmige Konus weist in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 108 Rotationssymmetrie auf. Wenn beispielsweise die F-Zahl der Projektionslinse 103 4 beträgt, beträgt ein Konvergenzwinkel (vertikaler Winkel des kreisförmigen Konus) etwa 7 Grad. Um einen hohen Kontrast im Bildpunkt 107 auf dem Bildschirm 104 zu verwirklichen, muß der mittlere Kontrast in bezug auf die Lichtstrahlen in dem kreisförmigen Konus erhöht werden.
Zu diesem Zweck wird als erste Bedingung die Phasendifferenz des primären Beleuchtungsstrahls kompensiert. Außerdem wird als zweite Bedingung ein Lichtstrahl mit niedrigstem Kontrast in den Lichtstrahlen des kreisförmigen Konus als zusätzlicher Beleuchtungsstrahl festgelegt, und die Phasendifferenz des zusätzlichen Beleuchtungsstrahls wird kompensiert. Wenn die Verzögerung Γ und der Schrägstellungswinkel γ der zweiten Phasendifferenzplatte 13 so gewählt sind, daß sowohl die erste Bedingung als auch die zweite Bedingung befriedigt sind, ist der Kontrast in bezug auf sowohl den primären Beleuchtungsstrahl 108 wie den zusätzlichen Beleuchtungsstrahl kompliziert. Folglich wird ein Projektionsbild mit verbessertem Kontrast auf dem Bildschirm 104 projiziert.
Bei einer tatsächlichen Vorrichtung, beispielsweise in der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung 101, die in Fig. 14 gezeigt ist, ist die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts ähnlich zu derjenigen, die in Fig. 5 gezeigt ist, in dem Fall, daß die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 nicht, vorgesehen ist, und ein Lichtstrahl mit einem Elevationswinkel von 7 Grad (φ = 7) und einem Azimuth von 270 Grad (θ = 270) wird als zusätzlicher Beleuchtungsstrahl bezeichnet. Das Prinzip zum Kompensieren der Phasendifferenz des zusätzlichen Beleuchtungsstrahls ist identisch zu demjenigen des primären Beleuchtungsstrahls 108.
Mehrere Kombinationen einer Verzögerung Γ und eines Schrägstellungswinkels γ werden zunächst derart abgeleitet bzw. gewonnen, daß die Phasendifferenz in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 108 zufriedenstellend kompensiert ist. Daraufhin wird eine Kombination aus der Verzögerung Γ und dem Schrägstellungswinkel γ aus den zahlreichen Kombinationen derart gewählt, daß die Phasendifferenz in bezug auf den zusätzlichen Beleuchtungsstrahl zufriedenstellend kompensiert ist. Die Phasendifferenz in bezug auf den zusätzlichen Beleuchtungsstrahl muß nicht korrekt kompensiert werden.

[ZWEITES EXPERIMENT DER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTILVORRICHTUNG]

Um die Wirkung der vorstehend genannten Flüssigkristall- Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ zu bestätigen, wurde das nachfolgend angeführte zweite Experiment in bezug auf Fig. 10 durchgeführt. Obwohl in dem zweiten Experiment die Bestandteile und die Konfiguration der Flüssigkristall- Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ identisch sind mit denjenigen gemäß dem ersten Experiment unterscheiden sich die Verzögerungen Γ der ersten Phasendifferenzplatte 12 und der zweiten Phasendifferenzplatte 13 und der Schrägstellungswinkel γ von denjenigen gemäß dem ersten Experiment. Außerdem ist das Meßverfahren in dem zweiten Experiment ebenfalls ähnlich zu demjenigen gemäß dem ersten Experiment.
Ohne die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 werden zunächst der primäre Beleuchtungsstrahl 108 und ein zusätzlicher Beleuchtungsstrahl 21 an die LC-Zelle 14 angelegt. Der Elevationswinkel φ und der Azimuth θ des zusätzlichen Beleuchtungsstrahls 21 betragen 7 Grad bzw. 270 Grad (φ = 7, θ = 270). Die von der austrittsei tigen Polarisationsplatte 15 emittierten Lichtintensität wird in einer Position in unmittelbarer Umgebung hierzu gemessen und die Kontraste in bezug auf den Schwarz-Anzeigezustand und den Weiß-Anzeigezustand werden gewonnen. Folglich beträgt der Kontrast etwa 600 in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 108 und etwa 60 in bezug auf den zusätzlichen Beleuchtungsstrahl 21.
Eine aus Polycarbonat hergestellte Verzögerungsplatte wird für die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 verwendet. Mehrere Phasendifferenzplatten mit unterschiedlichen Dicken D werden zubereitet. Der Schrägstellungswinkel γ der zweiten Phasendifferenzplatte 13 wird so eingestellt, daß die Lichtintensität des primären Beleuchtungsstrahls 108 in dem Schwarz-Anzeigezustand ein Minimum einnimmt. Selbst dann, wenn die Dicke D geändert wird und die Verzögerung Γ der Phasendifferenzplatte geändert wird, wird folglich die Phasendifferenz in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 108 zufriedenstellend kompensiert.
Wenn darüber hinaus die Phasendifferenzplatte mit einer Verzögerung Γ von 500 nm (bei einer Wellenlänge von 540 nm) verwendet wird, ist der Kontrast auf ein Maximum in bezug auf den zusätzlichen Beleuchtungsstrahl verbessert. In diesem Fall ist die Phasendifferenzplatte 13 in der in Fig. 10 gezeigten Richtung um 7 Grad schräggestellt (γ = 7). Folglich nimmt der Kontrast in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 108 von 600 auf etwa 900 zu und der Kontrast in bezug auf den zusätzlichen Beleuchtungsstrahl nimmt von 60 auf etwa 250 zu. Die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts in diesem Fall ist in Fig. 17 gezeigt. Unter bezug auf Fig. 17 bezeichnen die durchgezogenen Linien L10 Linien gleichen Kontrasts 900, die strichpunktierten Linien L11 bezeichnen Linien gleichen Kontrasts 700, die durchbrochenen Linien L12 bezeichnen Linien gleichen Kontrasts 500, die doppelstrich punktierten Linien L13 bezeichnen Linien gleichen Kontrasts 300 und die punktierte Linie L14 bezeichnet eine Linie gleichen Kontrasts 100. Der Kontrast beträgt deshalb im Bereich zwischen beiden durchgezogenen Linien L10 900 oder mehr, und der Kontrast ist größer als 700 und kleiner als 900 in beiden Bereichen zwischen der durchgezogenen Linie L10 und einer benachbarten strichpunktierten Linie L11. In ähnlicher Weise beträgt der Kontrast 500 bis 700 in beiden Bereichen zwischen der strichpunktierten Linie L11 und einer benachbarten durchbrochenen Linie L12 und der Kontrast beträgt 300 bis 500 in beiden Bereichen zwischen den durchbrochenen Linien L12 und einer benachbarten strichpunktierten Linie L13. Der Kontrast beträgt 100 bis 300 im Bereich zwischen der strichpunktierten Linie L13 und einer punktierten Linie L14. Wie in Fig. 17 gezeigt, behält die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft eine zufriedenstellende Symmetrie in bezug auf die Richtung des primären Beleuchtungsstrahls 108.
Folglich ist die Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ, wie in Fig. 14 gezeigt, unter Verwendung der vorstehend genannten Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung und einer Projektionslinse mit einer F-Zahl von 4 aufgebaut. Folglich wird der Kontrast 200 im Schwerkraftzentrum 107 des Bildschirms 104 verbessert und beträgt etwa 400.
Der Kontrast beträgt etwa 150 in bezug auf den zusätzlichen Beleuchtungsstrahl im ersten Experiment. Der Kontrast in bezug auf den zusätzlichen Beleuchtungsstrahl ist deshalb durch die Konfiguration gemäß dem zweiten Experiment im Vergleich zu dem ersten Experiment deutlich verbessert. Die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft des Kontrasts, die in Fig. 17 gezeigt ist, ist ebenfalls stark im Vergleich zu der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft des Kontrasts verbessert, die in Fig. 16 gezeigt ist. Folglich ist ein monochromatisches optisches Bild hohen Kontrasts realisierbar und der Kontrast ist im projizierten Bild ebenfalls verbessert.

[VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM DER FLÜSSIGKRISTALL-LICHTVENTILVORRICHTUNG]

Fig. 18 zeigt eine perspektivische Ansicht unter Darstellung des Aufbaus der ersten Phasendifferenzplatte und der zweiten Phasendifferenzplatte in der vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung. Die übrigen Elemente der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung sind ähnlich zu denjenigen gemäß den vorausgehenden Ausführungsformen und ihre Darstellung unterbleibt.
In der vierten Ausführungsform sind eine erste Phasendifferenzplatte 154 und eine zweite Phasendifferenzplatte 155 auf einem transparenten Element 151 zur Haftung gebracht bzw. geklebt, wie in Fig. 18 gezeigt. Das transparente Element 151 ist aus Glas oder transparentem Kunststoff, wie etwa Acrylharz, hergestellt, und die erste Phasendifferenzplatte 154 ist auf eine Fläche 152 geklebt und die zweite Phasendifferenzplatte 155 ist auf eine Fläche 153 des transparenten Elements 151 geklebt. In der tatsächlichen Konfiguration ist eine dünnschichtartige Verzögerungsplatte, hergestellt durch Strecken von transparentem Kunststoffharz durch eine Klebesubstanz aufgeklebt. Die Fläche 152 des transparenten Elements 151 ist senkrecht bzw. lotrecht angeordnet zu dem primären Beleuchtungsstrahl 160 und die Fläche 153 des transparenten Elements 151 ist in bezug auf die Fläche 152 schräggestellt. Der Schrägstellungswinkel 153 ist in etwa gleich zu dem Schrägstellungswinkel γ, der in den vorausgehenden Ausführungsformen erläutert ist. In Übereinstimmung mit der vierten Ausführungsform, da die erste Phasendifferenzplatte 154 und die zweite Phasendifferenzplatte 155 durch das transparente Element 151 gehalten sind, sind die ersten und zweiten Phasendifferenzplatte 154 und 155 in der Flüssigkristall- Lichtventilvorrichtung korrekt positioniert. Grenzflächen zwischen der Luft und den optischen Elementen sind außerdem verringert und unerwünschte Reflexion kann vermindert werden. In der in Fig. 18 gezeigten Ausführungsform ist die Grenzfläche von vier auf zwei reduziert.
Fig. 19 zeigt eine perspektivische Ansicht unter Darstellung eines weiteren Beispiels gemäß der vierten Ausführungsform. In dem Beispiel besteht ein transparentes Element 170 aus einem ersten transparenten Element 171 und einem zweiten transparenten Element 172. Die transparenten Elemente 171 und 172 können durch Unterteilen eines rechteckigen Festkörpers entlang einer Schrägstellungsfläche 173 beispielsweise hergestellt werden. Die erste Phasendifferenzplatte 175 ist auf die Oberfläche 177 des transparenten Elements 171 zur Haftung gebracht bzw. auf diese geklebt und die zweite Phasendifferenzplatte 176 ist zwischen dem transparenten Element 171 und dem transparenten Element 172 sandwichartig angeordnet. Eine Haft- bzw. Klebesubstanz ist auf beide Flächen einer dünnschichtartigen Verzögerungsplatte geklebt und die dünnschichtartige Verzögerungsplatte ist zwischen den Flächen 173 und 174 sandwichartig angeordnet, um die transparenten Elemente 171 und 172 zu erstellen.
Die Fläche 177 ist senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl 179 angeordnet. Die Fläche 173 ist so angeordnet, daß sie der Schrägstellungsrichtung und dem Schrägstellungswinkel der zweiten Phasendifferenzplatte entspricht, wie in den vorausgehend angeführten Ausführungsformen erwähnt. Die Fläche 177 verläuft parallel zu der Fläche 178 und die Fläche 178 ist parallel zu einer (nicht gezeigten) LC-Zelle angeordnet. Um eine optische Kopplung auszubilden, wie in der zweiten Ausführungsform erläutert und in Fig. 10 gezeigt, ist, wie in Fig. 20 gezeigt, die einfallseitige Polarisationsplatte 11 auf eine Fläche 180 der ersten Phasendifferenzplatte 175 geklebt und die LC-Zelle 14 ist auf die Fläche 178 des zweiten transparenten Elements 172 geklebt.
Obwohl in den Ausführungsformen der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, das Licht, das entlang der Normallinie der LC-Zelle entlang- bzw. hindurchläuft, als der primäre Beleuchtungsstrahl festgelegt und Licht, das unter einem vorbestimmten Winkel zu der Normallinie der LC-Zelle hindurchtritt, kann als der primäre Beleuchtungsstrahl festgelegt sein. In diesem Fall ist ein transparentes Element 190, wie in Fig. 21 gezeigt, anstelle des in Fig. 19 gezeigten transparenten Elements 170 nutzbar.
In Fig. 21 besteht das transparente Element 190 aus einem ersten transparenten Element 184 und einem zweiten transparenten Element 191, und eine zweite Phasendifferenzplatte 196 ist zwischen der Fläche 194 des transparenten Elements 184 und der Fläche 193 des transparenten Elements 191 sandwichartig angeordnet. Die erste Phasendifferenzplatte 195 ist auf die andere Fläche 197 des transparenten Elements 191 geklebt. Die andere Fläche 181 des transparenten Elements 184 ist in bezug auf die Fläche 197 des transparenten Elements 191 schräggestellt und die Normallinie 183 der Fläche 181 ist um einen Winkel γ&sub2; in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 182 schräggestellt, der senkrecht zu der Fläche 197 verläuft. Die Symmetrie eines Lichts, welches parallel zu dem primären Beleuchtungsstrahl 182 in der Luft in bezug auf den primären Beleuchtungsstrahl 182 hindurchtritt, wird im optischen Kopplungsmedium aufrechterhalten. Die Symmetrie wird außerdem in bezug auf die Phasendifferenz aufrechterhalten, die durch die erste Phasendifferenzplatte 195 und die zweite Phasendifferenzplatte 196 gegeben ist und durch die Phasendifferenz, die durch die LC-Zelle gegeben ist. Folglich wird die Sichtwinkel-abhängige Eigenschaft der Phasendifferenz, gegeben durch die LC-Zelle im Schwarz-Anzeigezustand in zufriedenstellender Weise mit der Sichtwinkel-abhängigen Eigenschaft der Phasendifferenz korreliert, die durch die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 195 und 196 gegeben ist.
In den Ausführungsformen der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung und der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß der vorliegenden Erfindung können die Verzögerungen Γ der ersten Phasendifferenzplatte und der zweiten Phasendifferenzplatte im Bereich von 100 nm bis 1000 nm in bezug auf Licht einer Wellenlänge von 540 nm mit hoher spektraler Lichtausbeute betragen.
In dem Fall, daß die Verzögerung Γ geringer als 100 nm ist, nimmt der Schrägstellungswinkel der Phasendifferenzplatte zu. Folglich nimmt ein optischer Pfad, eingenommen von der Schrägstellungs-Phasendifferenzplatte zu und die Größe in der Richtung des optischen Pfads der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nimmt zu. Darüber hinaus wird der Kontrast nicht zufriedenstellend in einem vernünftigen Bereich des Schrägstellungswinkels verbessert.
In dem Fall, daß eine Phasendifferenzplatte mit einer Verzögerung Γ welche 1000 nm übertrifft, verwendet wird, nimmt ein Schrägstellungswinkel der Phasendifferenzplatte ab. Folglich variiert die Phasendifferenz aufgrund der Phasendifferenzplatte mit geringer Änderung des Schrägstellungswinkels stark, und der Einstellungsvorgang des Schrägstellungswinkels ist damit nicht einfach. Ein großer Kompensationsfehler der Phasendifferenz ergibt sich durch eine geringe Abweichung der Eigenschaft und der Verschiebung eines optischen Elements und der Kontrast wird nicht zufriedenstellend verbessert. Um beispielsweise in der in Fig. 10 gezeigten Flüssigkristall- Lichtventilvorrichtung eine Phasendifferenz eines elliptisch polarisierten Lichts von etwa 1 Grad eines Elliptizitätswinkels β (β = 1) zu verbessern, muß die zweite Phasendifferenzplatte 13 mit einem Winkel von 15 Grad oder mehr in dem Fall schräggestellt werden, daß die Verzögerung Γ der zweiten Phasendifferenzplatte geringer als 100 nm ist. Wenn die zweite Phasendifferenzplatte um einen derart großen Winkel schrägge stellt ist, nimmt das Streulicht zu und der Kontrast wird nicht zufriedenstellend verbessert. In dem Fall, daß die Verzögerung Γ der Phasendifferenzplatte 1000 nm übersteigt, beträgt der Schrägstellungswinkel der zweiten Phasendifferenzplatte 4 Grad und weniger. Der Kontrast wird jedoch durch einen Schrägstellungswinkel von 4 Grad und weniger nicht zufriedenstellend verbessert.
Nachfolgend wird die Konfiguration bzw. der Aufbau einer tatsächlichen Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung und einer Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions-Typ gemäß den beschriebenen Ausführungsformen erläutert.
Beim Einstellvorgang der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung gemäß den Ausführungsformen muß der Schrägstellungswinkel von entweder der ersten Phasendifferenzplatte 12 oder der zweiten Phasendifferenzplatte 13 derart geändert werden, daß die Intensität des von der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung austretenden Lichts im Schwarz-Anzeigezustand ein Minimum einnimmt. Um die Einstellung zu ermöglichen, sind die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 unabhängig voneinander auf der einfallseitigen Polarisationsplatte 11, der LC-Zelle 14 und der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 gelagert. bzw. getragen.
In dem Fall, daß der optische Pfad zwischen der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 und der LC-Zelle 14, wie in Fig. 10 gezeigt, durch die optische Kopplung gebildet ist, ist die Verwendung einer transparenten Flüssigkeit oder eines gelartigen Silikongummis empfehlenswert, um den optischen Pfad zu füllen. Die Anordnungen der ersten Phasendifferenzplatten 12 und der zweiten Phasendifferenzplatten 13 sind frei einstellbar, nachdem die transparente Flüssigkeit eingefüllt ist.
Im Fall des gelartigen Silikongummis wird selbst dann, wenn dem gelartigen Silikongummi eine Verformung aufgeprägt ist, das Auftreten einer Ablösung oder eines Risses in dem gelartigen Gummi innerhalb einer geringfügigen Verformung desselben verhindert. Die Anordnung der ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 ist deshalb fein einstellbar, nachdem der gelartige Silikongummi eingefüllt ist. In den optischen Pfaden tritt deshalb eine Doppelbrechung so gut wie nicht auf.
Obwohl in den vorstehend angeführten Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung die Phasendifferenz δurch Schrägstellen der zweiten Phasendifferenzplatte 13, die benachbart zu der LC-Zelle 14 angeordnet ist, kompensiert wird, ist ein ähnliches Ergebnis erzielbar, indem die erste Phasendifferenzplatte 12, die benachbart zu der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 angeordnet ist, durch die zweite Phasendifferenzplatte 13 ersetzt wird. Darüber hinaus ist ein ähnliches Ergebnis erzielbar, indem sowohl die erste Phasendifferenzplatte 12 wie die zweite Phasendifferenzplatte 13 schräggestellt werden.
Sowohl die erste Phasendifferenzplatte 12 wie die zweite Phasendifferenzplatte 13 können außerdem zwischen der LC-Zelle 14 und der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 angeordnet werden, und dadurch kann der Kontrast verbessert werden. In einer tatsächlichen Vorrichtung ist es bevorzugt, daß die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten zwischen der LC-Zelle 14 und der einfallseitigen Polarisationsplatte 11 angeordnet sind. Wenn die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 zwischen der LC-Zelle 14 und der austrittseitigen Polarisationsplatte 15 angeordnet sind, besteht die Gefahr, daß ein optisches Bild, erzeugt durch die LC-Zelle 14 aufgrund einer Beugung oder unregelmäßigen Reflexion an den Grenzflächen dieser Phasendifferenzplatten 12, 13 und den transparenten Elementen zum Tragen derselben verzerrt wird. Folglich wird das Projektionsbild auf dem Bildschirm defokussiert. Durch unerwünschte Reflexion an Grenzflächen erzeugtes Streu licht führt außerdem zu einem ungünstigen Einfluß auf die Bildqualität des projizierten Bilds.
Nachfolgend erläuterte transparente Harze sind für die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 nutzbar, indem sie gestreckt werden.
Die Harze, die ähnlich zu einem einachsigen Kristall sind, sind beispielsweise die folgenden: Polycarbonat, Polyvinylalkohol (PVA), Polyethersulfon (PES), Polyvinylidenfluorid und Polyethylenterephthalat. Die Harze, die ähnlich zu einem negativen einachsigen Kristall sind, sind beispielsweise die folgenden: Polystyrol und Polymethylmethacrylat.
Die erste Phasendifferenzplatte 12 und die zweite Phasendifferenzplatte 13 müssen nicht notwendigerweise aus demselben Material bestehen. Selbst dann, wenn die Materialien unterschiedlich sind, ist das erwünschte Resultat erzielbar, wenn die Verzögerung Γ von sowohl der ersten Phasendifferenzplatte wie der zweiten Phasendifferenzplatte gleich sind. In dem vorstehend genannten Fall kann ein Wellenlängenband, das breiter ist als das erwünschte Wellenlängenband, durch Berücksichtigen von Wellenlängen-abhängigen Eigenschaften der LC-Zelle 14 und der ersten und zweiten Phasendifferenzplatten 12 und 13 vorgesehen sein. Eine angemessene Kombination der Materialien wird so gewählt, daß die Phasendifferenz in bezug auf Licht in dem Wellenlängenband zufriedenstellend kompensiert wird.
Wenn andererseits die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl angeordnet sind, und die optische Achse der ersten Phasendifferenzplatte senkrecht zu der optischen Achse der zweiten Phasendifferenzplatte verläuft, ist es erwünscht, daß die ersten und zweiten Phasendifferenzplatten niemals eine Phasendifferenz gegenüber dem primären Beleuchtungsstrahl ergeben. Aus diesem Grund ist es erwünscht, daß die Eigenschaften von sowohl der ersten wie der zweiten Phasendifferenzplatte miteinander übereinstimmen. Die Phasendifferenzplatten mit denselben Eigenschaften können unter Verwendung der Phasendifferenzplatten erhalten werden, die aus demselben Material und mit demselben Aufbau und durch denselben Herstellungsprozeß hergestellt sind.

Claims

1. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung, aufweisend:

Eine einfallseitige Polarisationseinrichtung (11) zum Durchlassen von linear polarisiertem Licht, welches eine Polarisationsachse (25) in einer ersten vorbestimmten Richtung aufweist,

eine Flüssigkristallzelle (14), welche ein einfallseitiges transparentes Substrat (16) und ein austrittseitiges transparentes Substrat (17) mit einem verdrehten nematischen Flüssigkristall (18) eines Verdrehwinkels von etwa 90 Grad aufweist, der zwischen das einfallseitige transparente Substrat (16) und das austrittseitige transparente Substrat (17) gefüllt ist,

eine austrittseitige Polarisationseinrichtung (15) zum Durchlassen von linear polarisiertem Licht, das eine Polarisationsachse (26) in einer zweiten vorbestimmten Richtung aufweist, und

eine erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und eine zweite Phasendifferenzeinrichtung (13), die beide funktionsmäßig ähnlich zu entweder einem positiven einachsigen Kristall oder einem negativen einachsigen Kristall sind, angeordnet in einer vorbestimmten Position, ausgewählt aus einer ersten Position, die zwischen der einfallseitigen Polarisationseinrichtung (11) und der Flüssigkristallzelle (14) liegt, und einer zweiten Position, die zwischen der Flüssigkristallzelle (12) und der austrittseitigen Polarisationseinrichtung (15) liegt, und wobei

die Richtung der Polarisationsachse (25) der einfallseitigen Polarisationseinrichtung mit der Hauptachsenrichtung (221B) von Flüssigkristallmolekülen (221) in Übereinstimmung gebracht ist, welche das einfallseitige transparente Substrat (201) kontaktieren, oder senkrecht zu der Hauptachsenrichtung (221B) der Flüssigkristallmoleküle (221A),

ein primärer Beleuchtungsstrahl (24) als Lichtstrahl einer vorbestimmten Wellenlänge festgelegt ist, der für die optische Achse der Lichtventilvorrichtung repräsentativ ist, eine erste Projektion der Polarisationsachse (25) der einfallseitigen Polarisationseinrichtung (11), eine zweite Projektion der Polarisationsachse (26) der austrittseitigen Polarisationseinrichtung (15), eine dritte Projektion der optischen Achse (27) der ersten Phasendifferenzeinrichtung (12) und eine vierte Projektion einer optischen Achse (28) der zweiten Phasendifferenzeinrichtung (13) auf einer Ebene (X-Y) senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl (24) festgelegt sind,

die erste Projektion im wesentlichen senkrecht zu der zweiten Projektion verläuft, die dritte Projektion im wesentlichen senkrecht zu der vierten Projektion verläuft, und die erste Projektion im wesentlichen unter 45 Grad zu der dritten Projektion verläuft,

ein erster Winkel (φ&sub1;) zwischen der optischen Achse (27) der ersten Phasendifferenzeinrichtung (12) und einer Ebene im wesentlichen senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl (24), die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) durchsetzend, und

ein zweiter Winkel (φ&sub2;) zwischen der optischen Achse (28) der zweiten Phasendifferenzeinrichtung (13) und der Ebene im wesentlichen senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl (24), die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) durchsetzend, festgelegt sind,

die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) dazu ausgelegt sind, Phasendifferenzen zu ergeben, die größenmäßig gleich, jedoch bezüglich der Vorzeichen ungleich sind, in dem Fall, daß der erste Winkel und der zweite Winkel null Grad betragen, und die derart angeordnet sind, daß entweder der erste Winkel oder der zweite Winkel unterschiedlich von null ist, sowie vorbestimmt in einer Art und Weise, daß die Lichtintensität eines Strahls (24), die Flüssigkristallzelle (14) in einem Schwarz-Anzeige zustand und die austrittseitige Polarisationseinrichtung (15) durchsetzend, minimal wird.

2. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) aus identischen Verzögerungsplatten bestehen, die funktionsmäßig ähnlich zu einem positiven einachsigen Kristall sind, und in dem Fall, daß die Wellenlänge des primären Beleuchtungsstrahls (24) mit λ bezeichnet ist, und in der ersten Phasendifferenzeinrichtung (12) und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung (13) ein Brechungsindex in der Richtung der optischen Achse in bezug auf das Licht der Wellenlänge λ mit Ns bezeichnet ist, ein Brechungsindex in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse mit Nf bezeichnet ist, eine Dicke der ersten Phasendifferenzeinrichtung und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse mit D bezeichnet ist, und eine Konstante K durch ein Verhältnis Nf zu Ns (K = Nf/Ns) festgelegt ist, und eine Phasendifferenz des primären Beleuchtungsstrahls (24), die gegeben ist durch die Flüssigkristallzelle (14), getrieben, ein dunkelstmögliches optisches Bild zu bilden, mit δ&sub0; bezeichnet ist, und die Phasendifferenz δ&sub0; als nacheilende Phase der Polarisationskomponente in der Richtung der vierten Projektion zu einer Polarisationskomponente in der Richtung der dritten Projektion festgelegt ist, Richtungen der optischen Achsen der Ersten Phasendifferenzeinrichtung und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung so gewählt sind, daß die Phasendifferenz δ&sub0; einen negativen Wert einnimmt, und die erste Phasendifferenzeinrichtung so angeordnet ist, daß der erste Winkel, repräsentiert durch φ&sub1; im wesentlichen 0 Grad beträgt, und die zweite Phasendifferenzeinrichtung so angeordnet ist, daß der zweite Winkel, der durch φ&sub2; repräsentiert ist, die Gleichung (20) befriedigt,

3. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei

die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) aus identischen Verzögerungsplatten bestehen, die funktionsmäßig ähnlich zu einem negativen einachsigen Kristall sind, und die Wellenlänge des primären Beleuchtungsstrahls (24) durch λ bezeichnet ist, und in der ersten Phasendifferenzeinrichtung (12) und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung (13) ein Brechungsindex in der Richtung der optischen Achse im Licht der Wellenlänge λ durch Nf bezeichnet ist, ein Brechungsindex in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse durch Ns bezeichnet ist, eine Dicke in der Richtung senkrecht zu der optischen Achse durch D bezeichnet ist, eine Konstante K' gleich einem Verhältnis Ns zu Nf (Ns/Nf) ist, und eine Phasendifferenz des primären Beleuchtungsstrahls (24), gegeben durch die Flüssigkristallzelle (14), getrieben zur Bildung eines dunkelstmöglichen optischen Bilds durch δ&sub0; (im Bogenmaß) gegeben ist, und die Phasendifferenz δ&sub0; als Nacheilen der Phasen einer Polarisationskomponente in der Richtung der dritten Projektion zu einer Polarisationskomponente in der Richtung der vierten Projektion festgelegt ist,

optische Achsen der ersten Phasendifferenzeinrichtung (12) und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung (13) so gewählt sind, daß die Phasendifferenz δ&sub0; einen negativen Wert einnimmt, die erste Phasendifferenzeinrichtung so angeordnet ist, daß der erste Winkel φ&sub1; etwa 0 Grad wird, und die zweite Phasendifferenzeinrichtung so angeordnet ist, daß der zweite Winkel φ&sub2; die Gleichung (21) befriedigt.

4. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei

die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) aus identischen Verzögerungsplatten bestehen, die funktionsmäßig ähnlich zu einem positiven einachsigen Kristall sind, und

in einem zentralen Abschnitt einer Flüssigkristallschicht in der Flüssigkristallzelle, wenn sie getrieben ist, ein dunkelstmögliches optisches Bild zu bilden, der Winkel zwischen der Hauptachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle und der optischen Achse der ersten Phasendifferenzeinrichtung (12) und der Winkel zwischen der Hauptachsenrichtung der Flüssigkristallmoleküle und der optischen Achse der zweiten Phasendifferenzeinrichtung (13) im wesentlichen 90 Grad betragen.

5. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, wobei

an einem Punkt, der für eine Anzeigefläche der Flüssigkristallzelle (14) repräsentativ ist, die getrieben ist, ein dunkelstmögliches optisches Bild zu bilden, ein zusätzlicher Beleuchtungsstrahl (24) als Lichtstrahl festgelegt ist, dem eine größtmögliche Phasendifferenz durch die Flüssigkristallzelle (14) in effektiven Lichtstrahlen gegeben ist, welche den primären Beleuchtungsstrahl (24) unter einem Winkel an einem Punkt schneiden und dieselbe Wellenlänge aufweist wie der primäre Beleuchtungsstrahl (24),

Verzögerungen als das Produkt eines Brechungsindex mit einer Dicke der ersten Phasendifferenzeinrichtung (12) festgelegt sind, und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) so gewählt ist, daß eine Lichtintensität des zusätzlichen Beleuchtungsstrahls (24), nachdem er die Flüssigkristallzelle (14), die getrieben ist, dunkelstmögliches optisches Bild zu bilden, und die ausgangsseitige Polarisationseinrichtung (15) durchsetzt hat, minimal wird.

6. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Verzögerung als Differenz einer optischen Pfadlänge festgelegt ist, die einem Lichtstrahl einer Wellenlänge von 540 nm gegeben ist, der die optische Achse senkrecht durchsetzt, und die Verzögerung der ersten Phasendifferenzeinrichtung und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung 100 nm oder mehr sowie 1000 nm oder weniger beträgt.

7. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zumindest entweder die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) oder die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) beabstandet von der Flüssigkristallzelle (14), der einfallseitigen Polarisationseinrichtung (11) und der austrittseitigen Polarisationseinrichtung (15) angeordnet ist, und zumindest entweder der erste Winkel φ&sub1; oder der zweite Winkel φ&sub2; variabel ist.

8. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) aus einer dünnschichtartigen Verzögerungsplatte bestehen, die durch Strecken eines transparenten Harzes hergestellt ist.

9. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) in einem optischen Pfad zwischen der einfallseitigen Polarisationseinrichtung (11) und der Flüssigkristallzelle (14) angeordnet sind.

10. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) aus Verzögerungsplatten hergestellt sind, die auf der Grundlage derselben Spezifikation, derselben Konstruktion und desselben Herstellungsprozesses hergestellt und aus derselben Herstellungscharge gewählt sind.

11. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein optischer Pfad umfassend die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) von einem von optischen Pfaden zwischen der einfallseitigen Polarisationseinrichtung (11) und der Flüssigkristallzelle (14) und zwischen der Flüssigkristallzelle (14) und der austrittseitigen Polarisationseinrichtung (15) mit transparentem Material gefüllt ist, das einen Brechungsindex nahe zu den jeweiligen Berechnungsindices benachbarter optischer Elemente gefüllt ist.

12. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das transparente Material gelartiges Silikonharz ist.

13. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) auf einem Paar von gegenüberliegenden Oberflächen eines transparenten Elements (151) angebracht sind, von welchen eines (153) des Paars von Oberflä chen mit einem vorbestimmten Winkel in einer vorbestimmten Richtung zu der anderen Fläche (152) schräggestellt ist, und der optische Pfad zwischen der ersten Phasendifferenzeinrichtung (154) und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung mit einem transparenten Element gefüllt ist, das einen Brechungsindex nahe zu den jeweiligen Brechungsindices der ersten Phasendifferenzeinrichtung und der zweiten Phasendifferenzeinrichtung aufweist.

14. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach Anspruch 1, außerdem aufweisend:

Ein erstes massives transparentes Element (172) mit einer ersten Oberfläche (178) und einer zweiten Oberfläche (173) in Gegenüberlage zu der ersten Oberfläche (178), ein zweites massives transparentes Element (171) mit einer dritten Oberfläche (173) und einer vierten Oberfläche (177) in Gegenüberlage zu der dritten Oberfläche, wobei

das erste transparente Element (172), das zweite transparente Element (171), die Flüssigkristallzelle (18), die erste Phasendifferenzeinrichtung (175) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (176) derart verbunden sind, daß die jeweiligen Brechungsindices benachbarter Materialien nahe zueinander liegen, indem sie in der folgenden Abfolge in Richtung auf die Einfallseite angeordnet sind: Das transparente Substrat (16) der Flüssigkristallzelle (14), die erste Oberfläche (178), das erste transparente Element. (172), die zweite Oberfläche, entweder die erste Phasendifferenzeinrichtung (176) oder die zweite Phasendifferenzeinrichtung (175), die dritte Oberfläche (173), das zweite transparente Element (171), die vierte Oberfläche (177), die erste Phasendifferenzeinrichtung (176) bzw. die zweite Phasendifferenzeinrichtung (175), je nachdem, welche vorstehend nicht betroffen ist, und

zumindest entweder die erste Oberfläche, die zweite Oberfläche, die dritte Oberfläche oder die vierte Oberfläche unter einem vorbestimmten Winkel in einer vorbestimmten Richtung in bezug auf eine Oberfläche der Flüssigkristallzelle schräggestellt ist.

15. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 11 oder 12, wobei die erste Phasendifferenzeinrichtung (12) und die zweite Phasendifferenzeinrichtung (13) zwischen der Flüssigkristallzelle (14) und der einfallseitigen Polarisationseinrichtung (11) angeordnet sind, transparentes Material mit einem Brechungsindex nahe zu den jeweiligen Brechungsindices der Flüssigkristallzelle (14) und der einfallseitigen Polarisationseinrichtung (11) dazwischen gefüllt ist, und eine Grenzfläche auf der Einfallseite im wesentlichen senkrecht zu dem primären Beleuchtungsstrahl (24) verläuft.

16. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions- Typ, aufweisend:

Eine Lichtquelle (102) zum Emittieren eines Beleuchtungsstrahls,

eine Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung (101) nach Anspruch 1 zum Modulieren des Beleuchtungslichts und zum Bilden eines optischen Bilds,

eine Projektionslinse (103) zum Projizieren des optischen Bilds auf einem Bildschirm (104), wobei

der primäre Beleuchtungsstrahl (108) als Hauptlicht mit einer vorbestimmten Wellenlänge festgelegt ist, die für das Beleuchtungslicht repräsentativ ist, und der primäre Beleuchtungsstrahl (108), der von der Lichtquelle (102) emittiert wird, benachbart zum Schwerkraftzentrum (109) einer effektiven Anzeigefläche der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung (101) und benachbart zum Schwerkraftzentrum (106) einer Eintrittspupille (105) der Projektionslinse (103) hindurchtritt und auf den Bildschirm (104) projiziert wird.

17. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions- Typ nach Anspruch 16, wobei die Projektionslinse (103) derart gebildet ist, daß von der effektiven Anzeigefläche der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung (101) emittierte und an das Schwerkraftzentrum der Eintrittspupille (105) der Projektionslinse (103) angelegte Lichtstrahlen im wesentlichen parallel zu dem primären Beleuchtungsstrahl (108) im Bereich der Austrittseite der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung (108) verlaufen.

18. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions- Typ, aufweisend:

Eine Lichtquelle (124) zum Emittieren von Beleuchtungslicht, umfassend Farbbestandteile der drei Grundfarben,

eine Farbsepariereinrichtung (125, 126) zum Separieren des Beleuchtungslichts, das von der Lichtquelle (124) emittiert wird, in Beleuchtungslichter der drei Grundfarben,

drei Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen (121, 122, 123) nach Anspruch 1 zum Bilden von drei optischen Bildern in Übereinstimmung mit den drei Grundfarben durch Modulieren der Beleuchtungslichter der drei Grundfarben, die von der Farbsepariereinrichtung (125, 126) emittiert werden,

eine Farbkombinationseinrichtung (131, 132) zum Kombinieren der Beleuchtungslichter der drei Grundfarben, emittiert von den drei Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen (121, 122, 123) zu einem Beleuchtungslicht, und

eine Projektionslinse (134) zum Projizieren des Beleuchtungslichts, emittiert von der Farbkombinationseinrichtung (131, 132) auf einen Bildschirm, wobei

der primäre Beleuchtungsstrahl als Hauptlicht definiert ist, das eine vorbestimmte Wellenlänge aufweist, die für das Beleuchtungslicht in Übereinstimmung mit den drei Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen repräsentativ ist.

19. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions- Typ nach Anspruch 18, wobei die Projektionslinse (136) derart gebildet ist, daß Lichtstrahlen, die von den jeweiligen effektiven Anzeigeflächen der Flüssigkristall-Lichtventilvor richtungen (121, 122, 123) emittiert und an das Schwerkraftzentrum der Eintrittspupille (136) der Projektionslinse (134) angelegt sind, im wesentlichen parallel zu den jeweiligen primären Beleuchtungsstrahlen (141, 142, 143) im Bereich der Austrittseiten der Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtungen verlaufen.

20. Flüssigkristall-Lichtventilvorrichtung vom Projektions- Typ nach Anspruch 16, außer aufweisend:

Eine Einrichtung (124A) zum Bewegen der Lichtquelle in einer willkürlichen Richtung, und

eine Einrichtung (134A) zum parallelen Bewegen der Projektionslinse (134) in der Richtung senkrecht zu ihrer optischen Achse.