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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024117317
(43)【公開日】2024-08-29
(54)【発明の名称】液晶表示装置
(51)【国際特許分類】
G02F 1/13 20060101AFI20240822BHJP
G02F 1/13363 20060101ALI20240822BHJP
G02F 1/1343 20060101ALI20240822BHJP
G03B 21/00 20060101ALI20240822BHJP
G03B 21/14 20060101ALI20240822BHJP
【ＦＩ】
G02F1/13 505
G02F1/13363
G02F1/1343
G03B21/00 E
G03B21/14 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023023351
(22)【出願日】2023-02-17
(71)【出願人】
【識別番号】000004352
【氏名又は名称】日本放送協会
(71)【出願人】
【識別番号】399060908
【氏名又は名称】一般財団法人ＮＨＫ財団
(71)【出願人】
【識別番号】308036402
【氏名又は名称】株式会社ＪＶＣケンウッド
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】日下部 裕一
(72)【発明者】
【氏名】金澤 勝
(72)【発明者】
【氏名】古屋 正人
【テーマコード（参考）】
2H088
2H092
2H291
2K203
【Ｆターム（参考）】
2H088EA14
2H088EA15
2H088EA16
2H088HA02
2H088HA13
2H088HA17
2H088HA20
2H088HA21
2H088HA23
2H088HA28
2H088KA02
2H088MA04
2H092GA16
2H092HA04
2H092NA03
2H092RA05
2H291FA11Z
2H291FA29X
2H291FA29Z
2H291FA30Y
2H291FA56X
2H291FA56Z
2H291FA62X
2H291FA62Z
2H291FA65X
2H291FA65Z
2H291FA86Z
2H291GA04
2H291JA03
2H291LA28
2H291MA13
2K203FA03
2K203FA24
2K203FA34
2K203FA44
2K203GB02
2K203GB08
2K203GB20
2K203GB27
2K203GB30
2K203HA42
2K203HA65
2K203HB22
2K203HB25
2K203HB30
2K203MA05
(57)【要約】
【課題】色シェーディング及び画質低下を抑制できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、液晶素子９と、レーザ光源から液晶素子９までの光路上に位置し、平行なレーザ光である入射光を１つの集光点Ｕで集光して平行な出射光として出射する光位相分散板３０と、を備え、光位相分散板３０は、入射光及び出射光を集光点Ｕで対称となるように入出射させる曲面状のレンズ面３１を有する。
【選択図】図３
【解決手段】液晶表示装置は、液晶素子９と、レーザ光源から液晶素子９までの光路上に位置し、平行なレーザ光である入射光を１つの集光点Ｕで集光して平行な出射光として出射する光位相分散板３０と、を備え、光位相分散板３０は、入射光及び出射光を集光点Ｕで対称となるように入出射させる曲面状のレンズ面３１を有する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
コヒーレント光を出射するコヒーレント光源が備えられた液晶プロジェクタ用の液晶表示装置であって、
所望の画像を表示する液晶素子、を備え、
前記液晶素子は、前記コヒーレント光の１／４波長に基づいた厚さで液晶層の膜厚が異なることを特徴とする液晶表示装置。
所望の画像を表示する液晶素子、を備え、
前記液晶素子は、前記コヒーレント光の１／４波長に基づいた厚さで液晶層の膜厚が異なることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項2】
前記液晶素子は、
前記液晶層の入射面側に積層された透明電極、をさらに備え、
前記透明電極は、前記コヒーレント光の１／４波長に基づいた厚さの肉厚部を前記液晶層の入射面側に有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記液晶層の入射面側に積層された透明電極、をさらに備え、
前記透明電極は、前記コヒーレント光の１／４波長に基づいた厚さの肉厚部を前記液晶層の入射面側に有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項3】
前記液晶素子は、
前記液晶層の出射面側に積層された透明層、をさらに備え、
前記透明層は、前記コヒーレント光の１／４波長に基づいた厚さの肉厚部を前記液晶層の出射面側に有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
前記液晶層の出射面側に積層された透明層、をさらに備え、
前記透明層は、前記コヒーレント光の１／４波長に基づいた厚さの肉厚部を前記液晶層の出射面側に有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項4】
前記肉厚部は、凸状、錐台状又は曲面状であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の液晶表示装置。
【請求項5】
コヒーレント光を出射するコヒーレント光源が備えられた液晶プロジェクタ用の液晶表示装置であって、
所望の画像を表示する液晶素子と、
前記コヒーレント光源から前記液晶素子までの光路上に位置し、平行な前記コヒーレント光である入射光を１つの集光点で集光して平行光を出射する光位相分散板と、を備え、
前記光位相分散板は、前記入射光及び前記平行光を前記集光点で対称となるように通過させる曲面状のレンズ面を有することを特徴とする液晶表示装置。
所望の画像を表示する液晶素子と、
前記コヒーレント光源から前記液晶素子までの光路上に位置し、平行な前記コヒーレント光である入射光を１つの集光点で集光して平行光を出射する光位相分散板と、を備え、
前記光位相分散板は、前記入射光及び前記平行光を前記集光点で対称となるように通過させる曲面状のレンズ面を有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項6】
２枚の前記光位相分散板を重ね合わせるように備えることを特徴とする請求項５に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コヒーレント光源を用いた液晶プロジェクタ用の液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、液晶プロジェクタは、コヒーレント光源としてレーザ光源が使用されており、広色域化・高輝度化が可能となり、その性能が改善されている。その一方、液晶プロジェクタでは、コヒーレンス性を有するレーザ光同士が干渉することによる画像妨害が問題となっている。
【0003】
まず、具体的な画質妨害の例とその発生原因について説明する。この液晶プロジェクタでは、ＲＧＢの液晶素子からの出射光の強度が場所毎に異なるため、図２８に示すように場所により色味が大きく異なってしまう。このような画質妨害は、コヒーレント光源で発生するものであり、色シェーディングと呼ばれる。
【0004】
ここでは、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）と呼ばれる反射型液晶素子で説明する。図２９に示すように、液晶プロジェクタに用いる液晶素子９は、ガラス層９０と、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明電極９１と、液晶層９２と、駆動回路を形成した半導体（シリコン）基板９３とを備える。この液晶素子９では、ガラス層９０に入射した入射光（レーザ光）ｆＩが、透明電極９１及び液晶層９２を通過し、液晶層９２と半導体基板９３との境界である反射面９４で反射される。さらに、反射面９４から液晶層９２に向かった入射光の一部が透明電極９１と液晶層９２との境界で再び反射される（図の反射光ｆＲ）。その後、反射光ｆＲと入射光ｆＩとが干渉を起こし、その結果が出射光ｆＯとなる。このとき、液晶素子９では、この反射光ｆＲと入射光ｆＩとの干渉の影響を出射光ｆＯが受けてしまうので、色シェーディングが発生する。以後の図面では、Ｘ軸が水平方向、Ｙ軸が垂直方向、Ｚ軸が奥行き方向を表す。
【0005】
なお、透過型液晶素子の場合、反射面９４が存在せずに入射光は液晶層９２を通過して出射するが、反射型液晶素子と同様、その一部が入射光と干渉するので色シェーディングが発生する。
【0006】
以下、数式を用いて、色シェーディングを説明する。入射光ｆＩは、振幅１で周波数ωの正弦波として、（１）式で表される。反射光ｆＲは、入射光ｆＩが厚さＬＬＣＤの液晶層９２を通ることで位相が変化すると共に、反射率Ｒが乗算されたものとして、（２）式で表される。出射光ｆＯは、入射光ｆＩと反射光ｆＲの和として、（３）式で表される。ここで、反射率Ｒは、波長をλ、液晶層９２の屈折率をｎＬＣＤ、透明電極９１の屈折率をｎＩＴＯとすると、（４）式で表される。ｔは、時間を表す。
【0007】
【数1】
【0008】
出射光ｆＯの強度（輝度）ＦＯは、（３）式とその共役項を掛け合わせたものなので、（５）式で表される。
【0009】
【数2】
【0010】
ここで、前記した項目がどの程度の値になるか一例を記す。屈折率ｎＬＣＤ，ｎＩＴＯをそれぞれ１．５，２．０とすると、（４）式より反射率Ｒが０．１４となる。液晶層９２の厚さは数μｍであるが、液晶素子９全体では±１０％程度の厚さのムラがある（例えば、中央と周辺で厚さが１０％程度異なる）。さらに、波長λが０．５μｍ程度であることから、（５）式のｃｏｓの項は、－１～＋１の値をとる。このように、出射光ｆＯの強度ＦＯが（６）式に示す範囲を取り得ることから輝度の大きな差となって表れ、色シェ－ディングが発生する。
【0011】
【数3】
【0012】
コヒーレント光源でなければ、入射光ｆＩと反射光ｆＲとの位相が全く非相関になるため、（３）式の加算が成立しない。この場合、出射光ｆＯの強度ＦＯ´は、（７）式に示すように、入射光ｆＩと反射光ｆＲとの振幅和で一定になるので、色シェ－ディングが発生しない。（７）式では出射光ｆＯの強度ＦＯ´が入射光ｆＩの強度より大きくなるが、Ｒ２の項が入射光ｆＩを反射して戻すことを意味するので、外部へ出ていく出射光ｆＯの強度ＦＯ´が入射光の強度と略同じになる。
【0013】
【数4】
【0014】
以上のように、レーザ光の干渉、液晶素子９内部での微小な反射、及び、液晶素子９の厚さのムラの組合せに起因するため、何れかを無くすことができれば色シェーディングが解決する。現時点では、色シェーディングの根本的解決手法が提案されてないので、映像信号の補正で色シェーディングに対処している。例えば、図３０に示すように、液晶素子の前段に位相分散板９５を配置することで、微小領域ごとにレーザ光の位相を変化させ、干渉の影響を平均化させる従来技術が提案されている（特許文献１）。図３０では、矢印がレーザ光を表している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0015】
【特許文献1】特開２０２２－１３６４５８号公報
【非特許文献】
【0016】
【非特許文献1】“第２６回：ビクター独自デバイス「Ｄ－ＩＬＡ」の実力は？～ホームシアター参入第１弾「ＤＬＡ－ＨＸ１Ｄ」～”，［online］，［令和４年１２月２０日検索］，インターネット＜URL：https://av.watch.impress.co.jp/docs/20031010/dg26.htm>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0017】
特許文献１に記載の手法では、液晶素子９への入射角が鉛直方向の設計であることが多く、位相分散板９５がレーザ光を鉛直方向に出射する（図３０）。しかし、特許文献１に記載の手法では、図３１に示すように、位相分散板９５が出力光を斜め方向に出射してしまい、レーザ光が斜め方向で液晶素子９に入射することがある。このように、特許文献１に記載の手法では、液晶素子９への入射角が設計時と大きく異なり、コントラストの低下といった画質の低下が生じるという問題がある。
【0018】
本発明は、色シェーディング及び画質低下を抑制できる液晶表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0019】
前記課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置は、コヒーレント光を出射するコヒーレント光源が備えられた液晶プロジェクタ用の液晶表示装置であって、所望の画像を表示する液晶素子、を備え、液晶素子は、コヒーレント光の１／４波長に基づいた厚さで液晶層の膜厚が異なる構成とした。
【0020】
かかる構成によれば、液晶表示装置は、膜厚が異なる液晶層によりコヒーレント光の位相を分散させるので、コヒーレント光源からの入射光と液晶素子内部の反射光との干渉を軽減し、色シェ－ディングを抑制できる。さらに、液晶表示装置は、特許文献１に記載の位相分散板を必要としないので、液晶素子への入射角が設計時から変化せず、画質低下を抑制できる。
【0021】
また、前記課題を解決するため、本発明に係る液晶表示装置は、コヒーレント光を出射するコヒーレント光源が備えられた液晶プロジェクタ用の液晶表示装置であって、所望の画像を表示する液晶素子と、コヒーレント光源から液晶素子までの光路上に位置し、平行なコヒーレント光である入射光を１つの集光点で集光して平行光を出射する光位相分散板と、を備え、光位相分散板は、入射光及び平行光を集光点で対称となるように通過させる曲面状のレンズ面を有する構成とした。
【0022】
かかる構成によれば、液晶表示装置は、光位相分散板の各場所に入射するコヒーレント光の位相を分散させるので、コヒーレント光源からの入射光と液晶素子内部の反射光との干渉を軽減し、色シェ－ディングを抑制できる。さらに、液晶表示装置は、光位相分散板に入出射するコヒーレント光が集光点で線対称となるので、液晶素子への入射角が設計時から変化せず、画質低下を抑制できる。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、色シェーディング及び画質低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】第１実施形態において、レーザ光の干渉を軽減する原理を説明する説明図である。
【図2】第１実施形態に係る液晶プロジェクタの概略構成図である。
【図3】第１実施形態に係る光位相分散板を説明する説明図である。
【図4】第１実施形態において、光位相分散板の形状を説明する説明図である。
【図5】第１実施形態において、レンズ面の形状算出を説明する説明図である。
【図6】第１実施形態において、レンズ面の形状算出を説明する説明図である。
【図7】第１実施形態において、レンズ面の形状を算出するための繰り返し演算のフローチャートである。
【図8】第２実施形態における出射光成分の混合を説明する説明図である。
【図9】第２実施形態に係る光位相分散板を説明する説明図である。
【図10】第３実施形態に係る液晶素子の断面図である。
【図11】第３実施形態において、肉厚部の形成範囲を説明する説明図である。
【図12】（ａ）は第４実施形態において肉厚部の形成範囲を説明する説明図であり、（ｂ）及び（ｃ）は液晶素子の断面図である。
【図13】第４実施形態において肉厚部の形成範囲を説明する説明図である。
【図14】第５実施形態に係る液晶素子の断面図である。
【図15】第６実施形態に係る液晶素子の断面図である。
【図16】第６実施形態において、肉厚部の形状算出を説明する説明図である。
【図17】第６実施形態において、肉厚部の形状算出を説明する説明図である。
【図18】第６実施形態において、肉厚部の形状算出を説明する説明図である。
【図19】第６実施形態において、肉厚部の形状算出を説明する説明図である。
【図20】第６実施形態において、肉厚部の形状を算出するための繰り返し演算のフローチャートである。
【図21】第６実施形態において、肉厚部の形状算出を説明する説明図である。
【図22】第６実施形態において、肉厚部の形状算出を説明する説明図である。
【図23】第７実施形態に係る液晶素子の断面図である。
【図24】第７実施形態に係る液晶素子の断面図である。
【図25】第７実施形態に係る液晶素子の断面図である。
【図26】実施例１のシミュレーション結果を表すグラフである。
【図27】実施例２のシミュレーション結果を表すグラフである。
【図28】従来の液晶プロジェクタで発生した色シェーディングの一例を示す画像である。
【図29】従来の液晶素子の構造を示す模式図である。
【図30】特許文献１に記載の位相分散板の断面図である。
【図31】従来の位相分散板の出射光を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。但し、以下に説明する各実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、同一の手段には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【0026】
（第１実施形態）
［レーザ光の干渉を軽減する原理］
第１実施形態を詳述する前に、レーザ光の干渉を軽減する原理について説明する。
図１に示すように、ガラス層９０に対して入射光ｆＩ１が角度θ０で斜めに入射した場合を考える。入射光ｆＩ１は、ガラス層９０、透明電極９１及び液晶層９２を順に通過した後に反射面９４で反射され、その一部が透明電極９１と液晶層９２との境界で再び反射される（図の反射光ｆＲ１）。この場合、反射光ｆＲ１は、距離ｄだけずれた位置の入射光ｆＩ２と干渉する。角度θ１は入射光ｆＩ１が液晶層９２に入射する角度を表し、厚さＬＬＣＤは液晶層９２の厚さを表す。
［レーザ光の干渉を軽減する原理］
第１実施形態を詳述する前に、レーザ光の干渉を軽減する原理について説明する。
図１に示すように、ガラス層９０に対して入射光ｆＩ１が角度θ０で斜めに入射した場合を考える。入射光ｆＩ１は、ガラス層９０、透明電極９１及び液晶層９２を順に通過した後に反射面９４で反射され、その一部が透明電極９１と液晶層９２との境界で再び反射される（図の反射光ｆＲ１）。この場合、反射光ｆＲ１は、距離ｄだけずれた位置の入射光ｆＩ２と干渉する。角度θ１は入射光ｆＩ１が液晶層９２に入射する角度を表し、厚さＬＬＣＤは液晶層９２の厚さを表す。
【0027】
ここで、図１の角度θ０，θ１、距離ｄの関係は、（８）式で表される。入射光ｆＩ１（ｆＩ）が（１）式と同様の場合、入射光ｆＩ２が（９）式で表される。
【0028】
【数5】
【0029】
単に入射光ｆＩ１，ｆＩ２が斜めに入射するだけであれば、（２）式と同様の反射光ｆＲ１と（９）式で表される入射光ｆＩ２との干渉になり、結果も（５）式と変わらない。しかし、入射光ｆＩ１，ｆＩ２の位相が各場所で異なる場合、反射光ｆＲ１と入射光ｆＩ２とが非相関となり、（６）式で表される色シェ－ディングを抑制できる。つまり、各場所の屈折率を変えて入射光ｆＩの位相を分散させれば、色シェ－ディングを抑制できる。
【0030】
前記したように、特許文献１に記載の位相分散板９５では、平行光が入射しても、出射光が平行にならずに集光又は発散してしまい、画像劣化の原因となる（図３１）。そこで、入射した平行光が１点に集光し、平行光を出射するようにレンズ形状を工夫すればよい。
【0031】
［液晶プロジェクタの構成］
図２を参照し、第１実施形態に係る液晶プロジェクタ１の構成について説明する。
図２に示すように、液晶プロジェクタ１は、ＲＧＢのカラー画像を表示するプロジェクタであり、レーザ光源（コヒーレント光源）２と、液晶表示装置３（３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）と、偏光プリズム４（４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ）と、ダイクロイックミラー５（５Ｇ，５Ｂ）と、ミラー６（６１，６２）と、プリズム７と、投射レンズ８とを備える。
図２を参照し、第１実施形態に係る液晶プロジェクタ１の構成について説明する。
図２に示すように、液晶プロジェクタ１は、ＲＧＢのカラー画像を表示するプロジェクタであり、レーザ光源（コヒーレント光源）２と、液晶表示装置３（３Ｒ，３Ｇ，３Ｂ）と、偏光プリズム４（４Ｒ，４Ｇ，４Ｂ）と、ダイクロイックミラー５（５Ｇ，５Ｂ）と、ミラー６（６１，６２）と、プリズム７と、投射レンズ８とを備える。
【0032】
レーザ光源２は、レーザ光（コヒーレント光）を出射するものである。本実施形態では、レーザ光源２は、ＲＧＢの３色でレーザ光を出射することとする。このレーザ光源２は、従来の液晶プロジェクタで利用されている一般的なレーザ光源と同様のものである。
【0033】
液晶表示装置３は、レーザ光を出射するレーザ光源２が備えられた液晶プロジェクタ１用の液晶表示装置であり、液晶素子９と、光位相分散板３０とを備えるものである。本実施形態では、液晶表示装置３は、赤色用の液晶表示装置３Ｒ、緑色用の液晶表示装置３Ｇ及び青色用の液晶表示装置３Ｂで構成されており、液晶表示装置３Ｒ，３Ｇ，３Ｂが同一構成であることとする。
【0034】
液晶素子９は、所望の画像を表示するものである。本実施形態では、赤色用の液晶素子９Ｒ、緑色用の液晶素子９Ｇ及び青色用の液晶素子９Ｂで構成されており、液晶素子９Ｒ，９Ｇ，９Ｂが同一であることとする。液晶素子９は、従来の反射型液晶素子と同様のため、説明を省略する。
【0035】
光位相分散板３０は、レーザ光源２から液晶素子９までの光路上に位置するものである。本実施形態では、赤色用の光位相分散板３０Ｒ、緑色用の光位相分散板３０Ｇ及び青色用の光位相分散板３０Ｂで構成されており、光位相分散板３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂが同一形状であることとする。この光位相分散板３０の詳細は、後記する。
【0036】
偏光プリズム４は、レーザ光を透過又は反射するものである。本実施形態では、赤色用の偏光プリズム４Ｒ、緑色用の偏光プリズム４Ｇ及び青色用の偏光プリズム４Ｂで構成されており、偏光プリズム４Ｒ，４Ｇ，４Ｂが同一であることとする。
【0037】
ダイクロイックミラー５は、レーザ光の波長に応じて、レーザ光を透過又は反射するものである。
ミラー６は、レーザ光を反射するものである。
プリズム７は、分光されたＲＧＢのレーザ光を合成するものである。
投射レンズ８は、プリズム７が合成したレーザ光を投射するレンズである。
ミラー６は、レーザ光を反射するものである。
プリズム７は、分光されたＲＧＢのレーザ光を合成するものである。
投射レンズ８は、プリズム７が合成したレーザ光を投射するレンズである。
【0038】
ここで、レーザ光源２がレーザ光（白色光）ｆＷ１を出射したこととする。ミラー６１は、レーザ光源２からのレーザ光ｆＷ１を反射する。ダイクロイックミラー５Ｂは、レーザ光源２からのレーザ光ｆＷ１のうち、青色光ｆＢ１を反射する一方、赤色光及び緑色光が合成されている黄色光ｆＹを通過させる。ミラー６２は、ダイクロイックミラー５Ｂからの青色光ｆＢ１を反射する。偏光プリズム４Ｂは、ミラー６２からの青色光ｆＢ１を液晶素子９Ｂに反射する。液晶素子９Ｂは、入射した青色光ｆＢ１を反射して、青色画像の出射光ｆＢ２を偏光プリズム４Ｂに出射する。偏光プリズム４Ｂは、青色画像の出射光ｆＢ２をプリズム７に通過させる。
【0039】
ダイクロイックミラー５Ｇは、ダイクロイックミラー５Ｂからの黄色光ｆＹのうち、緑色光ｆＧ１を偏光プリズム４Ｇに反射させる一方、赤色光ｆＡ１を通過させる。偏光プリズム４Ｇは、緑色光ｆＧ１を液晶素子９Ｇに反射する。液晶素子９Ｇは、入射した緑色光ｆＧ１を反射して、緑色画像の出射光ｆＧ２を偏光プリズム４Ｇに出射する。偏光プリズム４Ｇは、緑色画像の出射光ｆＧ２をプリズム７に通過させる。
【0040】
偏光プリズム４Ｒは、ダイクロイックミラー５Ｇからの赤色光ｆＡ１を液晶素子９Ｒに反射する。液晶素子９Ｒは、入射した赤色光ｆＡ１を反射して、赤色画像の出射光ｆＡ２を偏光プリズム４Ｒに出射する。偏光プリズム４Ｒは、赤色画像の出射光ｆＡ２をプリズム７に通過させる。
【0041】
プリズム７は、偏光プリズム４Ｒからの赤色画像の出射光ｆＡ２と、偏光プリズム４Ｇからの緑色画像の出射光ｆＧ２と、偏光プリズム４Ｂからの青色画像の出射光ｆＢ２とを合成し、合成した出射光ｆＷ２を投射レンズ８に出射する。投射レンズ８は、プリズム７からの出射光ｆＷ２を投射する。
【0042】
図２では、液晶プロジェクタ１が３板式であることとして説明したが、液晶プロジェクタ１の構成はこれに限定されない。例えば、液晶プロジェクタ１は、単板式であってもよい。
また、液晶素子９が反射型液晶素子であることとして説明したが、液晶素子９が透過型液晶素子であってもよい。
また、液晶素子９が反射型液晶素子であることとして説明したが、液晶素子９が透過型液晶素子であってもよい。
【0043】
＜光位相分散板＞
図３を参照し、光位相分散板３０について説明する。
図３に示すように、光位相分散板３０は、平行なレーザ光である入射光ｆＩを１つの集光点Ｕで集光して平行光ｆＩ´を出射する。光位相分散板３０は、入射光ｆＩ及び平行光ｆＩ´を集光点Ｕで対称となるように通過させる曲面状のレンズ面３１を有する。図３では、図面を見やすくするため、３組のレンズ面３１のみを図示したが、実際には光位相分散板３０が４組以上のレンズ面３１を有してもよい。
図３を参照し、光位相分散板３０について説明する。
図３に示すように、光位相分散板３０は、平行なレーザ光である入射光ｆＩを１つの集光点Ｕで集光して平行光ｆＩ´を出射する。光位相分散板３０は、入射光ｆＩ及び平行光ｆＩ´を集光点Ｕで対称となるように通過させる曲面状のレンズ面３１を有する。図３では、図面を見やすくするため、３組のレンズ面３１のみを図示したが、実際には光位相分散板３０が４組以上のレンズ面３１を有してもよい。
【0044】
光位相分散板３０は、液晶素子９の所定領域毎にレンズ面３１を有する。図３の例では、光位相分散板３０は、液晶素子９に形成された２つの画素９６（９６１，９６２）に対し、３組のレンズ面３１（３１１～３１３）が形成されている。それぞれのレンズ面３１は、画素９６よりも小さなサイズであり、入射面側と出射面側が対称となるような曲面状である。つまり、断面視した際（Ｘ－Ｚ平面）、光位相分散板３０は、集光点Ｕ同士を結んだ線に対して、線対称な曲面状のレンズ面３１が連続したものとなる。平面視した際（Ｘ－Ｙ平面）、レンズ面３１は、画素９６と同一形状（例えば、長方形）にすればよい。例えば、液晶素子９が対角1インチの大きさでアスペクト比が１６：９の場合、レンズ面３１のサイズは２２．１４×１２．４５ミリメートルとなる。例えば、光位相分散板３０の材料としては、アクリルや透明セラミックがあげられる。
【0045】
ここで、屈折率１．４９１の材料で光位相分散板３０を形成し、波長０．５５μｍのレーザ光を用いる場合を考える。図４の例では、光位相分散板３０は、最も厚くなる箇所の厚さＬが４μｍであり、１個分のレンズ面３１の幅Ｗが２．２８４μｍである。レンズ面３１の山部分（最も厚い部分）に入射した光と、レンズ面３１の谷部分（最も薄い部分）に入射した光との間では、位相が１波長分だけ異なる（谷部分の方が山部分よりもレーザ光が１波長分長くなる）。
【0046】
＜レンズ面の形状算出＞
図５を参照し、レンズ面３１の形状を算出する具体的方法について説明する。
レンズ面３１の形状は、光位相分散板３０の材料の屈折率ｎ１及び大気の屈折率ｎ２を屈折の法則に適用することで算出できる。図５では、Ｚ－Ｘ軸座標系を２次元座標（ｚ，ｘ）で表現している。
図５を参照し、レンズ面３１の形状を算出する具体的方法について説明する。
レンズ面３１の形状は、光位相分散板３０の材料の屈折率ｎ１及び大気の屈折率ｎ２を屈折の法則に適用することで算出できる。図５では、Ｚ－Ｘ軸座標系を２次元座標（ｚ，ｘ）で表現している。
【0047】
レンズ面３１の形状を定める際、集光点Ｕからの入射光ｆＩが平行光になるという条件を満たす必要がある。図５に示すように、屈折率ｎ１の光位相分散板３０の集光点Ｕから角度θで出射した入射光ｆＩが、屈折率ｎ２の大気では平行光ｆＩ´になる。レンズ面３１で平行光ｆＩ´が出射する点Ｒにおいて、レンズ面３１の接線の傾きをαとする。レンズ面３１の接線とＺ軸との交点を点Ｑとする。この接線に対して、平行光ｆＩ´は、角度（π／２－α－θ）で入射し、角度（π／２－α）で出射するので、屈折の法則より（１０）式が成り立つ。
【0048】
【数6】
【0049】
この（１０）式を変形すると、（１１）式のように傾きαを求めることができる。
【数7】
【0050】
上記は１点での演算なので、その演算を繰り返してレンズ面３１の全体形状を求める。図６に示すように、レンズ面３１において、角度θに対する点Ｒ０が求まっているとき、角度Δθだけずれた点Ｒ１を求めればよい。直線ＵＲと直線ＱＲの交点（ｚ＋Δｚ，ｘ＋Δｘ）は、（１２）式及び（１３）式で表される。
【0051】
【数8】
【0052】
この交点より、点Ｒ０，Ｒ１の差分を表す（Δｚ，Δｘ）は、以下の（１４）式及び（１５）式で表される。
【0053】
【数9】
【0054】
前記したように、傾きαを（１１）式で求めているので、図７に示すように、繰り返し演算でレンズ面３１の形状を算出できる。
ステップＳ１では、レンズ面３１の形状算出に必要な初期値を設定する。例えば、屈折率ｎ１，ｎ２、角度Δθ、最大角度θＭを設定する。具体的には、角度θ０＝０、角度αの初期値α０＝９０、ｚ０＝１、ｘ０＝０に設定する。
ステップＳ１では、レンズ面３１の形状算出に必要な初期値を設定する。例えば、屈折率ｎ１，ｎ２、角度Δθ、最大角度θＭを設定する。具体的には、角度θ０＝０、角度αの初期値α０＝９０、ｚ０＝１、ｘ０＝０に設定する。
【0055】
ステップＳ２では、θ＝θ＋ΔθでのΔｚ，Δｘを算出する。そして、角度θ、交点（ｚ，ｘ）の座標を更新する。
ステップＳ３では、角度θが最大角度θＭを超えたか否かを判定する。
ステップＳ３では、角度θが最大角度θＭを超えたか否かを判定する。
【0056】
角度θが最大角度θＭを超えた場合（ステップＳ３でＹｅｓ）、繰り返し演算を終了する。
角度θが最大角度θＭを超えていない場合（ステップＳ３でＮｏ）、ステップＳ２の処理に戻る。
角度θが最大角度θＭを超えていない場合（ステップＳ３でＮｏ）、ステップＳ２の処理に戻る。
【0057】
［作用・効果］
以上のように、液晶表示装置３は、光位相分散板３０の各場所に入射するレーザ光の位相を分散させるので、レーザ光源２からの入射光と液晶素子９内部の反射光との干渉を軽減し、色シェ－ディングを抑制できる。さらに、液晶表示装置３は、光位相分散板３０に入出射するレーザ光が集光点Ｕで線対称となるので、液晶素子９への入射角が設計時から変化せず、画質低下を抑制できる。
以上のように、液晶表示装置３は、光位相分散板３０の各場所に入射するレーザ光の位相を分散させるので、レーザ光源２からの入射光と液晶素子９内部の反射光との干渉を軽減し、色シェ－ディングを抑制できる。さらに、液晶表示装置３は、光位相分散板３０に入出射するレーザ光が集光点Ｕで線対称となるので、液晶素子９への入射角が設計時から変化せず、画質低下を抑制できる。
【0058】
（第２実施形態）
［液晶表示装置の構成］
図８及び図９を参照し、第２実施形態に係る液晶表示装置３Ｂの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
なお、液晶表示装置３Ｂでは、光位相分散板３０以外の各手段が第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
［液晶表示装置の構成］
図８及び図９を参照し、第２実施形態に係る液晶表示装置３Ｂの構成について、第１実施形態と異なる点を説明する。
なお、液晶表示装置３Ｂでは、光位相分散板３０以外の各手段が第１実施形態と同様のため、説明を省略する。
【0059】
図８では、説明を分かりやすくするため、画素９６１が出射した光を実線で図示し、画素９６２が出射した光を破線で図示した。図８に示すように、レンズ面３１の幅と画素９６の幅とが無関係なので、レンズ面３１と画素９６とが１対１にならない場合がある。図８の例では、２個の画素９６に対して、レンズ面３１が３組となっている。この場合、画素９６からの出射光が集光点Ｕで交差して左右反転し、隣接する画素９６からの出射光同士が混合するため、解像度劣化の原因となる。図８の例では、中央のレンズ面３１２で画素９６１，９６２からの出射光成分が混合している。
【0060】
そこで、図９に示すように、液晶表示装置３Ｂは、２枚の光位相分散板３０（３０１，３０２）を重ね合わせるように備えることとした。このように、光位相分散板３０を２段重ねすると、画素９６からの出射光が２回左右反転するので元のまま出射されることになり、隣接する画素９６からの出射光成分が混合した状態とらない。図９の例では、レンズ面３１２で画素９６１，９６２からの出射光成分が混合せずにその位置関係が保たれているので、解像度劣化を抑制できる。
【0061】
ここで、２枚の光位相分散板３０は、同一形状及び同一サイズである。２枚の光位相分散板３０は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で互いのレンズ面３１が整列するように配置する。図９に示すように、２枚の光位相分散板３０は、Ｚ軸方向で間隔を設けて配置してもよく、互いに密着するように配置してもよい（不図示）。
【0062】
光位相分散板３０を２段重ねとした場合、２枚の光位相分散板３０でレーザ光の位相差が１波長分となればよいので、１枚の光位相分散板３０あたりのレーザ光の波長差が０．５波長分となる。従って、１枚の光位相分散板３０の厚さ及び各レンズ面３１の幅は、第１実施形態の半分となる。
【0063】
［作用・効果］
以上のように、液晶表示装置３Ｂは、第１実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置３Ｂは、隣接する画素９６からの出射光成分の混合を防止できるので、解像度劣化を抑制できる。
ここでは、光位相分布板３０を２枚として説明したが、２以上の偶数枚でも同様の効果が得られるため、本実施形態に含むこととする。
以上のように、液晶表示装置３Ｂは、第１実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置３Ｂは、隣接する画素９６からの出射光成分の混合を防止できるので、解像度劣化を抑制できる。
ここでは、光位相分布板３０を２枚として説明したが、２以上の偶数枚でも同様の効果が得られるため、本実施形態に含むこととする。
【0064】
（第３実施形態）
［レーザ光の干渉を軽減する原理］
第３実施形態を詳述する前に、液晶素子１００がレーザ光の干渉を軽減する原理を説明する。
図１０に示すように、液晶素子１００は、レーザ光の１／４波長に基づいた厚さΔＬＴで液晶層１３０の膜厚が異なっている。ここで、透明電極１２０は、液晶層１３０に厚さΔＬＴだけ厚くなった凸状の肉厚部１２１を有する。そして、液晶層１３０は、透明電極１２０に密着しているので、厚さΔＬＴだけ膜厚が異なる箇所が存在する。
［レーザ光の干渉を軽減する原理］
第３実施形態を詳述する前に、液晶素子１００がレーザ光の干渉を軽減する原理を説明する。
図１０に示すように、液晶素子１００は、レーザ光の１／４波長に基づいた厚さΔＬＴで液晶層１３０の膜厚が異なっている。ここで、透明電極１２０は、液晶層１３０に厚さΔＬＴだけ厚くなった凸状の肉厚部１２１を有する。そして、液晶層１３０は、透明電極１２０に密着しているので、厚さΔＬＴだけ膜厚が異なる箇所が存在する。
【0065】
透明電極１２０で肉厚部１２１が形成されていない箇所を凹部１２２とする。つまり、凹部１２２の膜厚が、本来の透明電極１２０の膜厚である。凹部１２２と液晶層１３０との境界になるＸ－Ｙ平面を面Ａとし、肉厚部１２１と液晶層１３０との境界になるＸ－Ｙ平面を面Ｂとする。厚さΔＬＴは、Ｚ軸方向における面Ａと面Ｂとの距離を表す。
【0066】
液晶層１３０の膜厚、つまり、面Ａから反射層１４０までの距離をＬＬＣＤとする。液晶層１３０内でのレーザ光の波長をλＬＣＤとし、レーザ光の周波数をωとし、透明電極１２０と液晶層１３０との境界における反射率をＲＴとする。このとき、面Ａに入射して反射層１４０に達する入射光ｆ（ｔ）Ｓ１－１は、以下の（１６）式で表される。ωＳ１は後記する干渉光ｆ（ｔ）Ｓ１の位相を表す。
【0067】
【数10】
【0068】
入射光ｆ（ｔ）Ｓ１－１が反射層１４０で反射された後に面Ａで再反射された反射光を反射光ｆ（ｔ）Ｓ１－２とする。入射光ｆ（ｔ）Ｓ１－１と反射光ｆ（ｔ）Ｓ１－２との干渉光を干渉光ｆ（ｔ）Ｓ１とする。反射光ｆ（ｔ）Ｓ１－２及び干渉光ｆ（ｔ）Ｓ１は、以下の（１７）式で表される。
【0069】
【数11】
【0070】
（１６）式及び（１７）式は、光の振幅を表すので、光の強度（輝度）は振幅の実数部の２乗となる。このため、出力光ＦＳ１の強度は、（１８）式で表される。
【0071】
【数12】
【0072】
面Ｂについても面Ａと同様、入射光ｆ（ｔ）Ｓ２－１、反射光ｆ（ｔ）Ｓ２－２、干渉光ｆ（ｔ）Ｓ２及び出力光ＦＳ２の強度が（１９）式～（２１）式で表される。
【0073】
【数13】
【0074】
面Ａ及び面Ｂが同じ大きさなので、１画素全体での出力光Ｆの強度は、（２２）式で表される。
【0075】
【数14】
【0076】
（２２）式の第３項が干渉による成分を表しており、液晶素子１００内での位置に応じて厚さＬＬＣＤが変化することから、色シェーディングが生じる。ここで、ΔＬＴを以下の（２３）式のようにすれば（２４）式が成立し、（１７）式が（２５）式で表されるので、干渉成分が低減する。
【0077】
【数15】
【0078】
なお、（２３）式は、厚さΔＬＴがレーザ光の１／４波長に基づいて定まることを表している。従って、厚さΔＬＴ＝λＬＣＤ／４＋ｎ・λＬＣＤ／２としてもよい（但し、ｎ＞１を満たす整数）。
以上のように、液晶層１３０に適切な大きさの凹凸構造を設けて液晶層１３０の膜厚を変化させれば、色シェーディングを抑制できる。
以上のように、液晶層１３０に適切な大きさの凹凸構造を設けて液晶層１３０の膜厚を変化させれば、色シェーディングを抑制できる。
【0079】
［液晶表示装置の構成］
図１０に示すように、液晶表示装置１０は、レーザ光を出射するレーザ光源（不図示）が備えられた液晶プロジェクタ用の液晶表示装置であって、液晶素子１００を備えるものである。なお、レーザ光源及び液晶プロジェクタは、一般的なものであるため、説明及び図示を省略した。
図１０に示すように、液晶表示装置１０は、レーザ光を出射するレーザ光源（不図示）が備えられた液晶プロジェクタ用の液晶表示装置であって、液晶素子１００を備えるものである。なお、レーザ光源及び液晶プロジェクタは、一般的なものであるため、説明及び図示を省略した。
【0080】
液晶素子１００は、所望の画像を表示するものであり、レーザ光の１／４波長（つまり、（２３）式の波長λＬＣＤ／４）に基づいた厚さΔＬＴで液晶層１３０の膜厚が異なる。また、液晶素子１００は、液晶層１３０の入射面側に積層された透明電極１２０を備える。液晶層１３０の入射面は、Ｚ軸方向で上側の平坦面、つまり、透明電極１２０に接する側の平坦面である。
【0081】
例えば、液晶素子１００としては、反射型液晶素子があげられる。図１０に示すように、液晶素子１００は、ガラス層１１０と、ＩＴＯなどの透明電極１２０と、液晶層１３０と、反射層（反射面）１４０と、駆動回路を形成した半導体（シリコン）基板１５０とを備える。ここで、透明電極１２０及び液晶層１３０以外は、従来の液晶素子９と同様のため、説明を省略する。
【0082】
透明電極１２０は、レーザ光の１／４波長に基づいた厚さΔＬＴの肉厚部１２１を液晶層１３０の入射面側に有する。この肉厚部１２１は、断面視した際、凸状である。透明電極１２０は、１画素あたり１個の肉厚部１２１を有しており、肉厚部１２１以外の残りが凹部１２２となる。つまり、透明電極１２０は、肉厚部１２１の箇所が厚さΔＬＴだけ凹部１２２の箇所よりも肉厚になる。そして、液晶層１３０は、透明電極１２０に密着しているので、肉厚部１２１と対面する箇所が厚さΔＬＴだけ膜厚が薄くなる。
【0083】
ここで、Ｘ軸方向において、肉厚部１２１及び凹部１２２それぞれの幅は、画素の幅ＬＰの半分である。図１１に示すように、Ｙ軸方向では、肉厚部１２１及び凹部１２２の長さは、画素９６の長さと等しい。つまり、１画素の半分は肉厚部１２１が形成された面Ｂ、１画素の残り半分は凹部１２２が形成された面Ａとなる。
【0084】
例えば、透明電極１２０全体を肉厚部１２１の厚さで積層した後、凹部１２２をエッチングすることで、透明電極１２０を形成できる。本実施形態では、透明電極１２０自体の厚さを変更しているが、平面状の透明電極１２０を積層した後、凸状の肉厚部１２１を別途形成してもよい。この場合、肉厚部１２１は、透明電極１２０と同一の屈折率、かつ、透明材料で形成すればよい（例えば、ＩＴＯ）。
【0085】
なお、（２３）式のように、レーザ光の波長λＬＣＤに応じて厚さΔＬＴが定まるので、 ＲＧＢ３色のレーザ光を用いる場合、ＲＧＢのレーザ光毎に厚さΔＬＴを変えてもよい。凹凸の数を多くすれば、レーザ光の干渉で生じるコントラストの影響が少なくなるので、厚さΔＬＴをＲＧＢのレーザ光で共通にしてもよい（実施例１参照）。
【0086】
［作用・効果］
以上のように、液晶表示装置１０は、膜厚が異なる液晶層１３０によりレーザ光の位相を分散させるので、レーザ光源からの入射光と液晶素子１００内部の反射光との干渉を軽減し、色シェ－ディングを抑制できる。さらに、液晶表示装置１０は、特許文献１に記載の位相分散板を必要としないので、液晶素子１００への入射角が設計時から変化せず、画質低下を抑制できる。
以上のように、液晶表示装置１０は、膜厚が異なる液晶層１３０によりレーザ光の位相を分散させるので、レーザ光源からの入射光と液晶素子１００内部の反射光との干渉を軽減し、色シェ－ディングを抑制できる。さらに、液晶表示装置１０は、特許文献１に記載の位相分散板を必要としないので、液晶素子１００への入射角が設計時から変化せず、画質低下を抑制できる。
【0087】
凹凸構造のサイズが１画素よりも大きい場合、画面で薄い縞模様が見えるなどの画質劣化が生じる可能性がある。このため、凹凸構造のサイズは、１画素以下であることが好ましい。ただし、凹凸構造のサイズが１画素より大きくても、色シェーディングを改善する効果を有する。このため、凹凸構造のサイズが１画素よりも大きい場合も本実施形態に含むものとする。
【0088】
（第４実施形態）
［液晶表示装置の構成］
第４実施形態に係る液晶表示装置１０Ｂの構成について、第３実施形態と異なる点を説明する。
第３実施形態では、１画素あたり凹凸の数が２個であり、肉厚部１２１の厚さΔＬＴが１種類である。これに対し、第４実施形態では、１画素あたり凹凸の数が３個以上であり、肉厚部１２１の厚さΔＬＴが２種類以上である点が、第３実施形態と異なる。
［液晶表示装置の構成］
第４実施形態に係る液晶表示装置１０Ｂの構成について、第３実施形態と異なる点を説明する。
第３実施形態では、１画素あたり凹凸の数が２個であり、肉厚部１２１の厚さΔＬＴが１種類である。これに対し、第４実施形態では、１画素あたり凹凸の数が３個以上であり、肉厚部１２１の厚さΔＬＴが２種類以上である点が、第３実施形態と異なる。
【0089】
例えば、凹凸がＮ個の場合（つまり、厚さΔＬＴがＮ－１種類の場合）を考える。この場合、ｎ個目の肉厚部１２１の厚さΔＬＴ（ｎ）は、以下の（２６）式で表される（但し、Ｎは３以上の整数）。厚さΔＬＴ（０）の箇所が凹部１２２に相当する。
【0090】
【数16】
【0091】
Ｎ＝４の場合を考える。図１２（ａ）～図１２（ｃ）に示すように、透明電極１２０Ｂは、厚さΔＬＴ（１）～ΔＬＴ（３）の３個の肉厚部１２１と、厚さΔＬＴ（０）の凹部１２２とを有する。図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、厚さΔＬＴ（０）の凹部１２２と厚さΔＬＴ（１）の肉厚部１２１が、画素９６の左側に並んでいる。図１２（ａ）及び図１２（ｃ）に示すように、厚さΔＬＴ（２）及び厚さΔＬＴ（３）の肉厚部１２１が画素９６の右側に並んでいる。
【0092】
【0093】
Ｎ＝９の場合を考える。図１３に示すように、透明電極１２０Ｂは、厚さΔＬＴ（１）～ΔＬＴ（７）の８個の肉厚部１２１と、厚さΔＬＴ（０）の凹部１２２とを有する。この場合、画素９６の左上から右下まで順に厚さΔＬＴ（０）の凹部１２２と厚さΔＬＴ（１）～ΔＬＴ（７）の肉厚部１２１とが並んでいる。
【0094】
［作用・効果］
以上のように、液晶表示装置１０Ｂは、第３実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置１０Ｂは、凹凸の数が多いので、ＲＧＢの各原色で同一寸法の凹凸構造を採用することができる。
以上のように、液晶表示装置１０Ｂは、第３実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置１０Ｂは、凹凸の数が多いので、ＲＧＢの各原色で同一寸法の凹凸構造を採用することができる。
【0095】
（第５実施形態）
［液晶表示装置の構成］
第５実施形態に係る液晶表示装置１０Ｃの構成について、第３実施形態と異なる点を説明する。
第３実施形態では、透明電極１２０に凸状の肉厚部１２１が形成されており、凹凸構造であることとして説明した。この場合、入射するレーザ光が完全な平行光であれば何の問題もない。実際には、レーザ光に微小な広がり角があるため、不連続になる凹凸の境界部で乱反射が発生し、画質劣化が生じる場合がある。そこで、第５実施形態では、透明電極１２０Ｃは、錐台状の肉厚部１２３を備える点が、第３実施形態と異なる。
［液晶表示装置の構成］
第５実施形態に係る液晶表示装置１０Ｃの構成について、第３実施形態と異なる点を説明する。
第３実施形態では、透明電極１２０に凸状の肉厚部１２１が形成されており、凹凸構造であることとして説明した。この場合、入射するレーザ光が完全な平行光であれば何の問題もない。実際には、レーザ光に微小な広がり角があるため、不連続になる凹凸の境界部で乱反射が発生し、画質劣化が生じる場合がある。そこで、第５実施形態では、透明電極１２０Ｃは、錐台状の肉厚部１２３を備える点が、第３実施形態と異なる。
【0096】
図１４に示すように、透明電極１２０Ｃは、隣接する画素に跨るように１個の肉厚部１２３を有しており、肉厚部１２３以外の残り部分が底部１２４となる。この肉厚部１２３は、断面視した際、台形状となる。つまり、肉厚部１２３は、最大で厚さΔＬＴの厚みを有し、四角錐台状の形状である。Ｘ軸方向において、肉厚部１２３の幅は、１画素の幅ＬＰよりも大きくなる。また、透明電極１２０Ｃには、第４実施形態と同様、１画素に複数の肉厚部１２３を設けてもよい（不図示）。なお、肉厚部１２３の形状算出手法については、詳細を後記する（第６実施形態）。
【0097】
［作用・効果］
以上のように、液晶表示装置１０Ｃは、第３実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置１０Ｃは、肉厚部１２３を錐台状にしたことで、肉厚部１２３と底部１２４との境界部が滑らかで連続したものなり、乱反射による画質劣化を抑制できる。
以上のように、液晶表示装置１０Ｃは、第３実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置１０Ｃは、肉厚部１２３を錐台状にしたことで、肉厚部１２３と底部１２４との境界部が滑らかで連続したものなり、乱反射による画質劣化を抑制できる。
【0098】
（第６実施形態）
［液晶表示装置の構成］
第６実施形態に係る液晶表示装置１０Ｄの構成について、第５実施形態と異なる点を説明する。
第５実施形態では、肉厚部１２３が錐台状である。これに対し、第６実施形態では、肉厚部１２５が曲面状である点が、第５実施形態と異なる。
［液晶表示装置の構成］
第６実施形態に係る液晶表示装置１０Ｄの構成について、第５実施形態と異なる点を説明する。
第５実施形態では、肉厚部１２３が錐台状である。これに対し、第６実施形態では、肉厚部１２５が曲面状である点が、第５実施形態と異なる。
【0099】
図１５に示すように、透明電極１２０Ｄは、隣接する画素に跨るように１個の肉厚部１２５を有している。この肉厚部１２５は、断面視した際、曲線状（例えば、正弦波状）となる。つまり、肉厚部１２５は、最大で厚さΔＬＴの厚みを有し、曲面状の形状である。Ｘ軸方向において、肉厚部１２５の幅は、画素の幅ＬＰと同程度である。なお、透明電極１２０Ｄには、第４実施形態と同様、１画素に複数の肉厚部１２５を設けてもよい（不図示）。
【0100】
＜肉厚部の形状算出＞
以下、肉厚部１２５の形状を算出する手法について具体的に説明する。
図１６には、肉厚部１２５の一部形状を図示した。透明電極１２０Ｄの屈折率をｎＩＴＯとし、液晶表１３０Ｄの屈折率をｎＬＣＤとする。また、ｘ＝０～ＬＰとする。図１６では、Ｚ－Ｘ軸座標系を２次元座標系（ｘ，ｚ）で表現している。
以下、肉厚部１２５の形状を算出する手法について具体的に説明する。
図１６には、肉厚部１２５の一部形状を図示した。透明電極１２０Ｄの屈折率をｎＩＴＯとし、液晶表１３０Ｄの屈折率をｎＬＣＤとする。また、ｘ＝０～ＬＰとする。図１６では、Ｚ－Ｘ軸座標系を２次元座標系（ｘ，ｚ）で表現している。
【0101】
図１６に示すように、肉厚部１２５の形状は、以下の（２７）式で表される。（２７）式は、以下の（２８）式で表される性質を有する。
【0102】
【数17】
【0103】
（２７）式及び（２８）式より、曲面状の肉厚部１２５の形状については、以下の（２９）式で表される。
【0104】
【数18】
【0105】
図１７に示すように、Ｚ軸に平行で入射した入射光Ｆ１が点Ｐ１（ｘ１，ｆ（ｘ１））で屈折し、屈折光Ｆ２が点Ｑ１（ｘ２，０）で反射し、反射光Ｆ３が点Ｐ２（ｘ３，ｆ（ｘ３））で別の入射光Ｆ４に重なることとする。図１８には、入射光Ｆ１及び屈折光Ｆ２を詳細に図示した。
【0106】
図１８に示すように、ｚ＝ｆ（ｘ）の接線をｚ＝ｈ１（ｘ）とする。接線ｚ＝ｈ１（ｘ）の法線と入射光Ｆ１との角度をθ１とし、入射光Ｆ１と屈折光Ｆ２との角度をθ２とする。このとき、接線ｚ＝ｈ１（ｘ）が以下の（３０）式で表され、角度θ１が以下の（３１）で表される。
【0107】
【数19】
【0108】
屈折の法則より、角度θ２は、以下の（３２）式で表される。
【0109】
【数20】
【0110】
これにより、屈折光Ｆ２は、以下の（３３）式で表される。
【数21】
【0111】
【0112】
【数22】
【0113】
従って、反射光Ｆ３は、以下の式（３５）で表される。
【0114】
【数23】
【0115】
以下の（３６）式を満足するｘの値を算出することで、点Ｐ２を求めることができる。例えば、以下の（３７）式を満足するｘ４を算出すれば、点Ｐ２のｘ座標を表すｘ３を求められる。
【0116】
【数24】
【0117】
肉厚部１２５の形状を単純な数式で表すことは困難なので、図２０に示すように、繰り返し演算で肉厚部１２５の形状を算出する。
図２０に示すように、ステップＳ１０では、肉厚部１２５の形状算出に必要な初期値を設定する。例えば、変数ｘａ＝ｘ２、変数ｘｂ＝ｘ４と設定する。
ステップＳ１１では、以下の（３８）式に示すように、変数ｘｃ，ｙ１，ｙ２を算出する。ｘｃは、図１９のｘ３を表す。
図２０に示すように、ステップＳ１０では、肉厚部１２５の形状算出に必要な初期値を設定する。例えば、変数ｘａ＝ｘ２、変数ｘｂ＝ｘ４と設定する。
ステップＳ１１では、以下の（３８）式に示すように、変数ｘｃ，ｙ１，ｙ２を算出する。ｘｃは、図１９のｘ３を表す。
【0118】
【数25】
【0119】
ステップＳ１２では、｜ｚ１－ｚ２｜≦εであるか否かを判定する。εは、任意の微小な数値を表す。例えば、計算精度を波長の１％とする場合、ε＝λＬＣＤ／１００とする。
ステップＳ１２でＮｏの場合、ステップＳ１３において、変数ｚ１＞変数ｚ２であるか否かを判定する。
ステップＳ１３でＹｅｓの場合、ステップＳ１４において、変数ｘｂに変数ｘｃを代入し、ステップＳ１１の処理に戻る。
ステップＳ１３でＮｏの場合、ステップＳ１５において、変数ｘａに変数ｘｃを代入し、ステップＳ１１の処理に戻る。
ステップＳ１２でＹｅｓの場合、ステップＳ１６において、座標値ｘ３に変数ｘｃを代入し、繰り返し演算を終了する。
ステップＳ１２でＮｏの場合、ステップＳ１３において、変数ｚ１＞変数ｚ２であるか否かを判定する。
ステップＳ１３でＹｅｓの場合、ステップＳ１４において、変数ｘｂに変数ｘｃを代入し、ステップＳ１１の処理に戻る。
ステップＳ１３でＮｏの場合、ステップＳ１５において、変数ｘａに変数ｘｃを代入し、ステップＳ１１の処理に戻る。
ステップＳ１２でＹｅｓの場合、ステップＳ１６において、座標値ｘ３に変数ｘｃを代入し、繰り返し演算を終了する。
【0120】
前記した繰り返し演算により、肉厚部１２５の形状を算出できる。次に、肉厚部１２５の各点Ｐにおける光の位相を算出する。ｚ＝ＬＬＣＤを基準位相面とする（入射光がレーザ光なので、この位置ｚで位相が同一）。点Ｐ１，Ｐ２での入射光の位相（基準位相面からのずれ）をそれぞれα１，α２とし、点Ｐ２での屈折光の位相をβ１とし、真空中でのレーザ光の波長をλ０とする。このとき、位相α１，α２，β１は、以下の（３９）式～（４１）式で表される。
【0121】
【数26】
【0122】
図２１に示すように、入射光Ｆ１と屈折光Ｆ２が同一位置に入射した場合、屈折光Ｆ２が透明電極１２０Ｄで反射し、その反射光の一部が入射光Ｆ１と同じ方向になるので、反射光の一部と入射光Ｆ１とが干渉する。この干渉に寄与する光は、屈折光Ｆ２に透明電極１２０Ｄでの反射率ＲＴを乗算したものとなる。この場合、入射光Ｆ１の振幅Ｓ１が以下の（４２）式で表され、屈折光Ｆ２の反射光成分の振幅Ｓ２が以下の（４３）式で表される。
【0123】
【数27】
【0124】
振幅Ｓ１，Ｓ２の加算は、以下の（４４）式で表される。
【0125】
【数28】
【0126】
光の強度は、（４４）式の振幅Ｓ１，Ｓ２の２乗なので、以下の（４５）式で表される。
【0127】
【数29】
【0128】
（４２）式及び（４３）式でα＝α２、β＝β１となる。１画素での輝度は、ｘ１＝０～ＬＰの範囲で積分したものとなり、液晶層１３０の厚さＬＬＣＤに応じて変化する。従って、輝度Ｆ（ＬＬＣＤ）は、以下の（４６）式で表される。
【0129】
【数30】
【0130】
以下、第５実施形態で肉厚部１２３を台形状とした場合について補足する。この場合、図２２に示すように、（２９）式の代わりに、以下の（４７）式を用いればよい。
【0131】
【数31】
【0132】
［作用・効果］
以上のように、液晶表示装置１０Ｄは、第５実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置１０Ｄは、肉厚部１２５を曲面状にしたことで、肉厚部１２５と底部１２４との境界部が滑らかで連続したものなり、乱反射による画質劣化を抑制できる。
以上のように、液晶表示装置１０Ｄは、第５実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置１０Ｄは、肉厚部１２５を曲面状にしたことで、肉厚部１２５と底部１２４との境界部が滑らかで連続したものなり、乱反射による画質劣化を抑制できる。
【0133】
（第７実施形態）
［液晶表示装置の構成］
図２３を参照し、第７実施形態に係る液晶表示装置１０Ｅの構成について、第３実施形態と異なる点を説明する。
第３実施形態では、凸状の肉厚部１２１を液晶層１３０Ｄの入射面側に備えることとして説明した。これに対し、第７実施形態では、肉厚部１６１を液晶層１３０Ｅの出射面側に備える点が第５実施形態と異なる。ここで、液晶層１３０の出射面は、Ｚ軸方向で下側の平坦面、つまり、反射層１４０に接する側の平坦面である。
［液晶表示装置の構成］
図２３を参照し、第７実施形態に係る液晶表示装置１０Ｅの構成について、第３実施形態と異なる点を説明する。
第３実施形態では、凸状の肉厚部１２１を液晶層１３０Ｄの入射面側に備えることとして説明した。これに対し、第７実施形態では、肉厚部１６１を液晶層１３０Ｅの出射面側に備える点が第５実施形態と異なる。ここで、液晶層１３０の出射面は、Ｚ軸方向で下側の平坦面、つまり、反射層１４０に接する側の平坦面である。
【0134】
液晶表示装置１０Ｅは、レーザ光を出射するレーザ光源が備えられた液晶プロジェクタに用いられ、液晶素子１００Ｅを備えるものである。なお、レーザ光源及び液晶プロジェクタは、一般的なものであるため、説明及び図示を省略した。
【0135】
液晶素子１００Ｅは、所望の画像を表示するものであり、例えば、反射型液晶素子である。図２３に示すように、液晶素子１００は、ガラス層１１０と、透明電極１２０と、液晶層１３０Ｅと、反射層（反射面）１４０と、透明層１６０と、半導体基板１５０とを備える。ここで、液晶層１３０Ｅ及び透明層１６０以外は、従来の液晶素子９と同様のため、説明を省略する。
【0136】
透明層１６０は、液晶層１３０Ｅの出射面側に積層されたものである。透明層１６０は、反射層１４０と半導体基板１５０との間に配置されている。透明層１６０は、透明電極１２０と同様の材料（例えば、ＩＴＯ）であればよい。図２３に示すように、透明層１６０は、液晶層１３０Ｅの出射面側に凸状の肉厚部１６１を有する。この肉厚部１６１は、液晶層１３０Ｅの出射面側に位置する以外、図１０の肉厚部１２１と同様のものである。
【0137】
つまり、透明層１６０は、肉厚部１６１が厚さΔＬＴだけ肉厚になっている。そして、液晶層１３０Ｅは、透明層１６０に密着するように形成されるので、透明層１６０と同様に厚さΔＬＴで膜厚が異なる。他の点、液晶層１３０Ｅは、図１０の液晶層１３０と同様である。
【0138】
ここで、透明層１６０は、図２４に示すように、液晶層１３０Ｅの出射面側に錐台状の肉厚部１６３を有してもよい。この肉厚部１６３は、液晶層１３０Ｅの出射面側に位置する以外、図１４の肉厚部１２３と同様のものである。
【0139】
さらに、透明層１６０は、図２５に示すように、液晶層１３０Ｅの出射面側に曲面状の肉厚部１６５を有してもよい。この肉厚部１６５は、液晶層１３０Ｅの出射面側に位置する以外、図１５の肉厚部１２５と同様のものである。
【0140】
なお、第７実施形態及び図２３，２４では、出射面側のみ凹凸形状として説明したが、入射面側と出射面側との両方を凹凸形状にしても同様なので、これらも本実施形態に含むものとする。
［作用・効果］
以上のように、液晶表示装置１０Ｅは、第３実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置１０Ｅは、錐台状の肉厚部１６３又は曲面状の肉厚部１６５を備える場合、第５実施形態又は第６実施形態と同様、乱反射による画質劣化を抑制できる。
［作用・効果］
以上のように、液晶表示装置１０Ｅは、第３実施形態と同様、色シェ－ディング及び画質低下を抑制できる。
さらに、液晶表示装置１０Ｅは、錐台状の肉厚部１６３又は曲面状の肉厚部１６５を備える場合、第５実施形態又は第６実施形態と同様、乱反射による画質劣化を抑制できる。
【0141】
以上、本発明の各実施形態を詳述してきたが、本発明は前記した各実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【0142】
前記した各実施形態では、コヒーレント光源が、レーザ光を出射するレーザ光源であることとして説明したが、これに限定されない。つまり、コヒーレント光源は、コヒーレント光を出射できるものであればよい。例えば、コヒーレント光源として、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ：Super Luminescent Diode）光源があげられる。
【0143】
（実施例１）
以下、実施例について説明する。
図２６には、第４実施形態において、緑色レーザ光の波長に応じた厚さΔＬＴで肉厚部を設けた状態で、赤色レーザ光及び青色レーザ光を用いたときのコントラストのシミュレーション結果を図示した。図２６では、横軸が凹凸の数を表し、縦軸がコントラストを表す（縦軸‘１’が濃淡無し）。図２６より、肉厚部を設けていない場合（横軸が‘０’）と比べ、凹凸の数が４以上であれば、濃淡によるコントラストを１／４程度に軽減し、厚さΔＬＴをＲＧＢのレーザ光で共通にしても問題ないことが分かる。
以下、実施例について説明する。
図２６には、第４実施形態において、緑色レーザ光の波長に応じた厚さΔＬＴで肉厚部を設けた状態で、赤色レーザ光及び青色レーザ光を用いたときのコントラストのシミュレーション結果を図示した。図２６では、横軸が凹凸の数を表し、縦軸がコントラストを表す（縦軸‘１’が濃淡無し）。図２６より、肉厚部を設けていない場合（横軸が‘０’）と比べ、凹凸の数が４以上であれば、濃淡によるコントラストを１／４程度に軽減し、厚さΔＬＴをＲＧＢのレーザ光で共通にしても問題ないことが分かる。
【0144】
（実施例２）
図２７には、第６実施形態において、厚さΔＬＴとレーザ光の干渉で生じるコントラストのシミュレーション結果を図示した。図２７では、横軸が厚さΔＬＴを表し、縦軸がコントラストを表す。図２７より、肉厚部を設けていない場合と比べ、コントラストを１／８程度に軽減できることが分かる。
図２７には、第６実施形態において、厚さΔＬＴとレーザ光の干渉で生じるコントラストのシミュレーション結果を図示した。図２７では、横軸が厚さΔＬＴを表し、縦軸がコントラストを表す。図２７より、肉厚部を設けていない場合と比べ、コントラストを１／８程度に軽減できることが分かる。
【符号の説明】
【0145】
１ 液晶プロジェクタ
２ レーザ光源（コヒーレント光源）
３ 液晶表示装置
４ 偏光プリズム
５ ダイクロイックミラー
６ ミラー
７ プリズム
８ 投射レンズ
９ 液晶素子
１０ 液晶表示装置
３０ 光位相分散板
３１ レンズ面
９０ ガラス層
９１ 透明電極
９２ 液晶層
９３ 半導体基板
９４ 反射面
１００ 液晶素子
１１０ ガラス層
１２０ 透明電極
１２１，１２３，１２５ 肉厚部
１２２ 凹部
１２４ 底部
１３０ 液晶層
１４０ 反射層（反射面）
１５０ 半導体基板
１６０ 透明層
１６１、６３，１６５ 肉厚部
２ レーザ光源（コヒーレント光源）
３ 液晶表示装置
４ 偏光プリズム
５ ダイクロイックミラー
６ ミラー
７ プリズム
８ 投射レンズ
９ 液晶素子
１０ 液晶表示装置
３０ 光位相分散板
３１ レンズ面
９０ ガラス層
９１ 透明電極
９２ 液晶層
９３ 半導体基板
９４ 反射面
１００ 液晶素子
１１０ ガラス層
１２０ 透明電極
１２１，１２３，１２５ 肉厚部
１２２ 凹部
１２４ 底部
１３０ 液晶層
１４０ 反射層（反射面）
１５０ 半導体基板
１６０ 透明層
１６１、６３，１６５ 肉厚部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】