CN111712757B - 光学补偿装置、液晶显示单元和投影显示设备 - Google Patents

光学补偿装置、液晶显示单元和投影显示设备 Download PDF

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Abstract

该光学补偿装置用于液晶显示单元，设置有：第一底层(332A)，设置有多个结构体(332A1)，每个结构体包括至少两个具有不同倾斜角的表面；第一多层膜(332B)，设置在第一底层(332A)上，并且通过交替堆叠至少两种折射率彼此不同的折射率膜(332b1、332b2)来获得；第二底层(332C)，设置有多个结构体(332C1)，每个结构体包括至少两个具有不同倾斜角的表面，并且与第一底层(332A)相对，其中，第一多层膜(332B)介于第一底层和第二底层之间；以及第二多层膜(332D)，设置在第二底层(332C)上，并且通过交替堆叠至少两种折射率彼此不同的折射率膜(332d1、332d2)来获得。第一底层(332A)和第二底层(332C)的多个结构体(332A1、332C1)的排列间距小于可见光的波长。

Description

光学补偿装置、液晶显示单元和投影显示设备
技术领域
本公开涉及光学补偿装置和包括该光学补偿装置的液晶显示单元、以及使用这种液晶显示单元的投影显示设备。
背景技术
近年来，垂直配向(VA模式)液晶已经成为在诸如液晶投影仪的投影显示设备的液晶面板中使用的液晶的主流。该液晶显示单元使用例如光学补偿器，该光学补偿器在显示黑屏时补偿残余延迟。
这种光学补偿器的示例包括含液晶聚合物的O板(PTL 1)或负C板(PTL 2至4)。
引用列表
专利文献
PTL 1：国际公开WO 2008/081919
PTL 2：日本专利申请公开号2006-11298
PTL 3：日本专利申请公开号2008-145816
PTL 4：日本专利申请公开号2007-52218
发明内容
如上所述使用光学补偿器(光学补偿装置)的液晶显示单元预期实现高亮度和高对比度。
根据本公开的实施方式的液晶显示单元包括：一对偏振器(polarizer，偏光器)；液晶显示装置，设置在这对偏振器之间；以及光学补偿装置，设置在穿过液晶显示装置的光的光路中，并且光学补偿装置包括：第一底层，包括多个结构体，每个结构体包括至少两个具有彼此不同的倾斜角的表面；第一多层膜，设置在第一底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜；第二底层，包括多个结构体，并且与第一底层相对，第一多层膜介于其间；以及第二多层膜，设置在第二底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜。第一底层和第二底层中的每一个的多个结构体的阵列间距小于可见光的波长。
根据本公开的实施方式的投影显示设备包括上述根据本公开的实施方式的液晶显示单元。
在根据本公开的实施方式的液晶显示单元和投影显示设备中，光学补偿装置包括第一底层和第二底层。第一底层和第二底层均包括多个结构体，每个结构体包括至少两个具有彼此不同的倾斜角的表面。在第一底层和第二底层上分别形成第一多层膜和第二多层膜，使得光学补偿装置用作光轴倾斜的负C板。因此，补偿了液晶显示装置的残余延迟。在此处，第一底层和第二底层中的每个的多个结构体的阵列间距小于可见光的波长，这抑制了衍射对光学补偿装置的影响并减少了光损失。
根据本公开的实施方式的光学补偿装置包括：第一底层，包括多个结构体，每个结构体包括至少两个具有彼此不同的倾斜角的表面；第一多层膜，设置在第一底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜；第二底层，包括多个结构体，并且与第一底层相对，第一多层膜介于其间；以及第二多层膜，设置在第二底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜，并且第一底层和第二底层中的每一个的多个结构体的阵列间距小于可见光的波长。
根据本公开的实施方式的光学补偿装置包括第一底层和第二底层。第一底层和第二底层均包括多个结构体，每个结构体包括至少两个具有彼此不同的倾斜角的表面。第一多层膜和第二多层膜分别形成在第一底层和第二底层上。因此，光学补偿装置用作光轴倾斜的负C板，并且补偿了液晶显示装置的残余延迟。在此处，第一底层和第二底层中的每个的多个结构体的阵列间距小于可见光的波长，这抑制了衍射对光学补偿装置的影响并减少了光损失。
根据本公开的实施方式中的液晶显示单元和投影显示设备，第一底层和第二底层中的每个的多个结构体的阵列间距小于可见光的波长，这使得可以减少光损失并增加亮度。这使得可以实现高亮度和高对比度。
根据本公开的实施方式中的光学补偿装置，第一底层和第二底层中的每个的多个结构体的阵列间距小于可见光的波长，这使得可以减少光损失。在包括光学补偿装置的液晶显示单元中，可以实现高亮度和高对比度。
应当注意，本文描述的效果不一定是限制性的，而是可以包括本公开中描述的任何效果。
附图说明
[图1]是示出根据本公开的第一实施方式的使用液晶显示单元的投影显示设备的整体配置示例的示图；
[图2]是示出图1所示的液晶显示单元的配置示例的示意图；
[图3]是示出图2所示的光学补偿器的配置示例的示意图；
[图4A]是示出折射率椭球的示意图；
[图4B]是用于描述负C板的光轴的示意图；
[图5]是图3所示的分层结构体的示例的示意性截面图；
[图6A]是根据比较示例的光学补偿器的配置的示意性截面图；
[图6B]是用于描述图6A所示的光学补偿器的工作原理的示意图；
[图7A]是图5所示的分层结构体的配置的示意性截面图；
[图7B]是用于描述包括图7A所示的分层结构体的光学补偿器的工作原理的示意图；
[图8]是移除了第二底层的图5所示的分层结构体的配置的示意性截面图；
[图9]是示出根据本公开的第二实施方式的液晶显示单元的配置示例的示意图；
[图10]是用于描述图9所示的光学补偿层的主要部分的示意性截面图；
[图11]是图10所示的液晶显示单元的主要部分的配置的另一示例的示意性截面图；
[图12A]是用于形成图10所示的光学补偿层的工艺的示意性截面图；
[图12B]是图12A之后的工艺的示意性截面图；
[图12C]是图12B之后的工艺的示意性截面图；
[图12D]是图12C之后的工艺的示意性截面图；
[图12E]是图12D之后的工艺的示意性截面图；
[图12F]是图12E之后的工艺的示意性截面图；
[图12G]是图12F之后的工艺的示意性截面图；
[图12H]是图12G之后的工艺的示意性截面图；
[图13A]是图12G之后的工艺的示意性截面图；
[图13B]是图13A之后的工艺的示意性截面图；
[图13C]是图13B之后的工艺的示意性截面图；
[图13D]是图13C之后的工艺的示意性截面图；
[图14A]是图13D之后的工艺的示意性截面图；
[图14B]是图14A之后的工艺的示意性截面图；
[图14C]是图14B之后的工艺的示意性截面图；
[图14D]是图14C之后的工艺的示意性截面图；
[图15]是根据变型例1的用于描述光学补偿层的配置的主要部分的示意性截面图；
[图16]是用于描述图15所示的光学补偿层的配置的另一示例的主要部分的示意性截面图；
[图17]是根据变型例2的用于描述光学补偿层的配置的主要部分的示意性截面图；
[图18]是用于描述图17所示的光学补偿层的配置的另一示例的主要部分的示意性截面图；
[图19]是示出根据本公开的第三实施方式的液晶显示单元的配置示例的主要部分的分解透视图；
[图20]是用于描述图19所示的光学补偿层的主要部分的示意性截面图；
[图21]是图5所示的第一底层和第二底层的配置的另一示例的透视图。
具体实施方式
下面参考附图详细描述本公开的实施方式。应当注意，按照以下顺序给出描述。
1.第一实施方式(在液晶显示装置和偏振器之间设置光学补偿器的液晶显示单元、以及投影显示设备的示例)
2.第二实施方式(液晶显示单元的示例，其中，光学补偿层设置在彼此相对的一对基板上，液晶显示装置介于该对基板之间)
3.变型例1(光学补偿层包括第三底层和第三多层膜的示例)
4.变型例2(光学补偿层结合到驱动基板的示例)
5.第三实施方式(光学补偿层设置在保护基板上的液晶显示单元的示例)
<第一实施方式>
[配置]
图1示出了根据本公开的第一实施方式的投影显示设备(投影显示设备1)的整体配置示例。该投影显示设备1的示例包括透射型3芯片液晶投影仪设备。投影显示设备1包括光源11、照明光学系统20、液晶显示单元30R、30G和30B、颜色合成棱镜40和投影透镜单元41。
光源11被配置为发射白光，白光包括红色、绿色和蓝色的光，它们是投影全色图像所必需的三原色光。光源11包括例如发射白光的光发射器11a、和反射从光发射器11a发射的光的反射器11b。作为光源11的光发射器11a，使用填充有包含汞成分的气体的放电灯，例如，超高压汞灯等。光源11的反射器11b包括凹面镜，其镜面具有包括高周向效率的形状。此外，反射器11b具有例如旋转对称表面的形状，例如，旋转抛物面或旋转椭面。光源11可以包括激光光源、磷光源或LED(发光二极管)光源。或者，光源11可以包括这些光源的组合。
照明光学系统20包括例如截止可见光区域之外的光的截止滤光器12、第一多透镜阵列14和第二多透镜阵列15、用于在预定偏振方向上偏振来自第二多透镜阵列15的光的PS合成树脂16、聚集已经穿过PS合成树脂16的光的聚光透镜17、以及沿着从光源11发射的光的光路根据波长带按顺序分离光的第一分色镜18。
截止滤光器12包括平面镜，该平面镜反射包括在从光源11发射的白光中的紫外线区域中的光，以去除紫外线区域中的光。截止滤光器12包括例如涂覆有涂层的玻璃基板，该涂层反射紫外线区域中的光，并允许紫外线区域以外的区域中的光通过。
第一多透镜阵列14和第二多透镜阵列15均包括例如排列成阵列的多个透镜单元。多个透镜单元均具有相似的外部形状，其中纵横比几乎等于液晶显示装置32的有效像素区域的纵横比。反射光的第一转向镜13设置在第一多透镜阵列14和第二多透镜阵列15之间。为了均匀地照射稍后将描述的液晶显示装置32的有效像素区域，第一多透镜阵列14和第二多透镜阵列15使光成为具有液晶显示装置32的有效区域的形状的光通量，并且使照射分布均匀化。第一多透镜阵列14利用其相应的透镜单元聚集由第一转向镜13反射的光，以产生小的点光源，并且第二多透镜阵列15合成来自相应的点光源的照射光。
聚光透镜17包括凸透镜，并且调节光斑直径，以通过由PS合成树脂16控制为在预定偏振方向上偏振的光，有效地照射液晶显示装置32的有效像素区域。
第一分色镜18包括波长选择镜，该波长选择镜包括玻璃基板等，该玻璃基板等具有涂覆有所谓的二向色涂层的主表面，在该二向色涂层中形成多个介电膜。第一分色镜18将光分成将被反射的红光和其他颜色的光，即将要穿过其的绿光和蓝光。具体地，第一分色镜18在垂直于从聚光透镜17入射的光的光路的方向上以45°倾斜设置，以允许从聚光透镜17入射的光的蓝光和绿光穿过其第一分色镜18，并且反射红光以将红光的方向改变90°。
照明光学系统20还沿着由第一分色镜18分离的红光的光路，依次包括例如全反射光的第二转向镜22、第一场镜23R和液晶显示单元30R。
第二转向镜22包括全反射镜，其反射由第一分色镜18反射的光，以将光的方向改变90°，并且设置在垂直于反射的红光的光路的方向上以45°倾斜。因此，第二转向镜22朝向第一场镜23R反射该红光。第一场镜23R包括聚光透镜，向液晶显示单元30R输出由第二转向镜22反射的红光，并且还将红光聚集在液晶显示单元30R中的液晶显示装置32上。稍后描述液晶显示单元30R的配置。
照明光学系统20还包括例如第二分色镜21，其沿着由第一分色镜18分离的蓝光和绿光的光路，根据波长带分离入射光。
第二分色镜21将入射光分离成蓝光和其他颜色的光(即绿光)。第二分色镜21设置在垂直于从第一分色镜18入射的光的光路的方向上以45°倾斜，以允许从第一分色镜18入射的光的蓝光穿过，并反射绿光以将绿光的方向改变90°。
照明光学系统20还沿着由第二分色镜21分离的绿光的光路，依次包括例如第二场镜23G和液晶显示单元30G。
第二场镜23G包括聚光透镜，向液晶显示单元30G输出由第二分色镜21反射的绿光，并且还将绿光聚集在液晶显示单元30G中的液晶显示装置32上。稍后描述液晶显示单元30G的配置。
照明光学系统20还沿着由第二分色镜21分离的蓝光的光路，依次包括例如第一中继透镜23、全反射入射光的第三转向镜24、第二中继透镜25、全反射入射光的第四转向镜26、第三场镜23B和液晶显示单元30B。
第一中继透镜23包括用于与第二中继透镜25一起调节光路长度的透镜，并且将由第二分色镜21分离的蓝光引导至第三转向镜24。第三转向镜24包括全反射镜，该全反射镜反射来自第一中继透镜23的光，以将光的方向改变90°，并且设置在垂直于来自第一中继透镜23的蓝光的光路的方向上以45°倾斜。因此，第三转向镜24朝向第二中继透镜25反射来自第一中继透镜23的蓝光。第二中继透镜25包括用于与第一中继透镜23一起调节光路长度的透镜，并且将由第三转向镜24反射的蓝光引导至第四转向镜26。
应当注意，蓝光到液晶显示单元30B的光路比红光到液晶显示单元30R的光路和绿光到液晶显示单元30G的光路长；因此，第一中继透镜23和第二中继透镜25执行校正，以使得蓝光聚焦在液晶显示单元30B中的液晶显示装置32上。
第四转向镜26包括全反射镜，该全反射镜反射来自第二中继透镜25的光以将光的方向改变90°，并且设置在垂直于来自第二中继透镜25的蓝光的光路的方向上以45°倾斜。因此，第四转向镜26朝向第三场镜23B反射来自第二中继透镜25的蓝光。第三场镜23B包括聚光透镜，并且向液晶显示单元30B输出由第四转向镜26反射的蓝光，并且还将蓝光聚集在液晶显示单元30B中的液晶显示装置32上。稍后描述液晶显示单元30B的配置。
颜色合成棱镜40设置在分别从液晶显示单元30R、30G和30B输出的红光、绿光和蓝光的光路彼此相交的位置处。颜色合成棱镜40合成入射红光、入射绿光和入射蓝光，并从输出表面40T输出这样合成的光。
投影透镜单元41将从颜色合成棱镜40的输出表面40T输出的合成光放大并投影到诸如屏幕的投影表面上。
(液晶显示单元30R、30G和30B的配置)
液晶显示单元30R、30G和30B均包括光调制器(空间调制器)，该光调制器调制来自照明光学系统20的照射光并输出这样调制的光。从液晶显示单元30R、30G和30B输出的各种颜色的光(红光、绿光和蓝光)被输出到颜色合成棱镜40。液晶显示单元30R、30G和30B均包括例如透射型液晶显示单元，例如，HTPS(高温多晶硅)。然而，尽管未具体示出，但是液晶显示单元30R、30G和30B中的每一个可以包括例如反射型液晶显示单元，例如，LCOS(硅上液晶)。
图2示意性地示出了液晶显示单元30R、30G和30B的配置示例。液晶显示单元30R、30G和30B均包括在一对偏振器(第一偏振器31和第二偏振器34)之间的液晶显示装置32。液晶显示单元30R调制例如入射红光(600nm至700nm的波长，包括600nm和700nm)，以产生红色图像光。液晶显示单元30G调制例如入射绿光(500nm至600nm的波长，包括500nm和600nm)，以产生绿色图像光。液晶显示单元30B调制例如入射蓝光(430nm至500nm的波长，包括430nm和500nm)，以产生蓝色图像光。
在本实施方式中，在这些液晶显示单元30R、30G和30B中的每一个中，光学补偿器33设置在第一偏振器31或第二偏振器34的至少一个与液晶显示装置32之间。液晶显示装置32由一对基板32A和32B密封。在此处，作为示例，光学补偿器33设置在第二偏振器34和密封液晶显示装置32的一对基板中的一个基板(光输出侧的基板32B)之间。如果光学补偿器33设置在穿过液晶显示装置32的光的光路中，这就足够了，但是光学补偿器33优选地设置在这对偏振器(第一偏振器31和第二偏振器34)和液晶显示装置32之间。在液晶显示单元30R、30G和30B中，第一偏振器31和第二偏振器34可以结合到基板32A和32B，但是期望设置为与基板32A和32B分离的构件。通常，液晶投影仪中的偏振器通过吸收光来产生热量，从而容易导致温度升高；因此，以这种方式设置第一偏振器31和第二偏振器34，抑制了该热量向液晶显示装置32传递。相反，光学补偿器33几乎不吸收光；因此，光学补偿器33可以结合到基板32B，或者光学补偿器33和基板32B可以设置为彼此分离的构件。应当注意，本实施方式中的“光学补偿器33”对应于本公开中的“光学补偿装置”的具体示例。
例如，第一偏振器31和第二偏振器34中的一个偏振器选择性地允许第一偏振分量(s偏振分量或p偏振分量)通过，而另一偏振器允许第二偏振分量(p偏振分量或s偏振分量)通过。
液晶显示装置32包括在一对电极之间的液晶层，并通过这对电极向液晶层施加驱动电压来调制透光率。例如，垂直配向(VA)模式液晶用于液晶显示装置32的该液晶层。在VA模式液晶层中，给液晶分子提供所谓的预倾角，以增强对施加电压的响应特性。应当注意，例如，任何其他驱动模式(例如，TN(扭曲向列)模式、ECB(电控双折射)模式、FFS(边缘场切换)模式或IPS(平面内切换)模式)的液晶，可以用于液晶层。
光学补偿器33包括如上所述补偿液晶显示装置32的残余延迟的光学装置。例如，在液晶显示装置32的液晶层中，根据液晶分子的预倾角、界面取向状态等产生相位差(残余延迟)，这改变了透射率。具体地，当显示黑屏时，残余延迟使得光稍微穿过VA模式液晶，这导致对比度降低。光学补偿器33的延迟被设置为抵消这种残余延迟的值。
图3示出了光学补偿器33的配置示例。光学补偿器33包括例如基板331上的分层结构体332。基板331包括例如玻璃，例如，硼硅酸盐玻璃。基于稍后描述的分层结构体332的配置，该光学补偿器33的光轴Zc被设置为从基板331的垂直方向(垂直于基板表面的方向)倾斜。例如，在液晶显示装置32使用VA模式液晶的情况下，沿着液晶显示装置32的液晶分子的预倾斜方向(纵向)，设置光学补偿器33的光轴Zc的方向(倾斜方向)。应当注意，光学补偿器33的光轴Zc被定义为如图4A和图4B所示的折射率椭球的Nz轴。该光学补偿器33用作所谓的负C板。即，在折射率椭球中建立了Nx＝Ny＞Nz的关系。
图5示出了分层结构体332的详细配置示例。如图所示，分层结构体332从基板331的侧开始，依次包括例如第一底层332A、第一多层膜332B、第二底层332C和第二多层膜332D。第一多层膜332B设置在第一底层332A上，第二多层膜332D设置在第二底层332C上。
第一底层332A包括二维排列的多个结构体332A1。多个结构体332A1均包括在彼此相交的方向上倾斜的第一主表面S1和第一辅助表面S2。第一主表面S1与平行于基板331的主表面的平面(平面S)相交，并相对于平面S形成倾斜角e11。第一辅助表面S2的面积小于第一主表面S1的面积。第一辅助表面S2在与第一主表面S1与平面S相交的位置不同的位置处与平面S相交。即，平面S、第一主表面S1和第一辅助表面S2具有三角形横截面形状。第一辅助表面S2相对于平面S形成倾斜角e12。第一辅助表面S2的倾斜角e12不同于第一主表面S1的倾斜角e11。在该示例中，第一主表面S1的倾斜角e11小于第一辅助表面S2的倾斜角e12(e11＜e12)。
多个结构体332A1均具有包括这样的第一主表面S1和这样的第一辅助表面S2的多面体或者曲面。在图5的示例中，结构体332A1均具有多面体，并且第一底层332A具有例如锯齿状横截面形状。该第一底层332A的构成材料包括无机绝缘材料，例如，对稍后将描述的折射率膜332b1和332b2的构成材料的基板331具有高粘附性的材料。
多个结构体332A1的阵列间距(间距)A被设置为小于可见光的波长。具体地，阵列间距A被设置为小于入射到液晶显示单元30R、30G和30B上的任何波长。例如，阵列间距A小于入射到液晶显示单元30B上的波长(例如，430nm)，该波长是最短的波长。然而，阵列间距A理想地为380nm以下，更理想地为300nm以下，更理想地为250nm以下。如稍后详细描述的，这是因为较小的阵列间距A进一步抑制衍射对光学补偿器33的影响，这使得可以减少光损失。
沿着结构体332A1的形状(锯齿状横截面形状)形成设置在多个结构体332A1上的第一多层膜332B。第一多层膜332B用作例如负C板，并且包括交替和重复堆叠的多个折射率膜332b1和332b2。折射率膜332b1的折射率和折射率膜332b2的折射率彼此不同，并且这种折射率差优选为大。具体地，折射率膜332b1和折射率膜332b2之间的折射率差优选为0.54以上。这使得可以减小第一多层膜332B的膜厚(稍后描述的膜厚tB1和tB2)。折射率膜332b1和332b2中的每一个的膜厚例如为10nm至50nm，包括10nm和50nm，并且折射率膜332b1和332b2的相应层数例如均为10至200，包括10和200。这些折射率膜332b1和332b2包括例如无机绝缘材料。无机绝缘材料的示例包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)、氧化铌(Nb2O5)等。
在第一多层膜332B中，与结构体332A1的第一主表面S1相对的区域RA1中的膜厚tB1和与第一辅助表面S2相对的区域RA2中的膜厚tB2彼此不同。具体地，区域RA1中的膜厚tB1大于区域RA2中的膜厚tB2。膜厚tB1和tB2分别对应于堆叠在区域RA1和RA2中的多个折射率膜332b1和332b2的总膜厚。根据第一主表面S1的倾斜角e11和第一辅助表面S2的倾斜角e12来确定膜厚tB1和tB2。第一多层膜332B中的折射率膜332b1和332b2的各个膜厚可以如上所述彼此相同，或者可以彼此不同。然而，期望折射率膜332b1和332b2的相应膜厚之间的比例是1∶1。这使得可以降低折射率椭球的折射率Nz，并且有效地找到延迟值，如下所述。
即，折射率椭球的Nx、Ny和Nz由以下表达式(1)和(2)表示，其中，n1是折射率膜332b1的折射率，t11是折射率膜332b1的每层膜厚，n2是折射率膜332b2的折射率，t12是折射率膜332b2的每层膜厚。这使得可以如表达式(3)中那样表示厚度方向上的延迟值Rth。在这些表达式(1)至(3)中，在折射率膜332b1的膜厚与折射率膜332b2的膜厚的比例为1∶1的情况下，Nx和Nz之间的差达到最大值，Rth的值也达到最大值。
[数学公式1]
例如，与第一底层332A相对的第二底层332C设置在第一多层膜332B上并与第一多层膜332B接触，第一多层膜332B插入在第一底层332A和第二底层332C之间。第二底层332C包括二维排列的多个结构体332C1。例如，结构体332C1的形状基本上与第一底层332A的形状相同，但是可以不同于第一底层332A的形状。
多个结构体332C1均包括在彼此交叉的方向上倾斜的第二主表面S3和第二辅助表面S4。例如，第二主表面S3与平面S相交，并且相对于平面S形成倾斜角f11。例如，第二主表面S3被设置成基本平行于第一主表面S1，并且第二主表面S3的倾斜角f11与第一主表面S1的倾斜角e11基本相同。第二主表面S3的倾斜角f11可以不同于第一主表面S1的倾斜角e11，但是由第二主表面S3和第一主表面S1形成的角度是从0°到90°，包括0°和90°。例如，由第一主表面S1的倾斜角e11设定的光轴方向和由第二主表面S3的倾斜角f11设定的光轴方向基本上彼此相同。基本相同意味着由制造误差引起的差异是可接受的。
第二辅助表面S4的面积小于第二主表面S3的面积。第二辅助表面S4在与第二主表面S3与平面S相交的位置不同的位置处与平面S相交。即，平面S、第二主表面S3和第二辅助表面S4具有三角形横截面形状。例如，第二辅助表面S4相对于平面S形成倾斜角f12。第二辅助表面S4的倾斜角f12不同于第二主表面S3的倾斜角f11。在该示例中，第二主表面S3的倾斜角f11小于第二辅助表面S4的倾斜角f12(f11＜f12)。第二辅助表面S4的倾斜角f12基本上与第一辅助表面S2的倾斜角e12相同。第二辅助表面S4的倾斜角f12可以不同于第一辅助表面S2的倾斜角e12，但是由第二辅助表面S4和第一辅助表面S2形成的角度是从0°到90°，包括0°和90°。
多个结构体332C1均具有包括这样的第二主表面S3和这样的第二辅助表面S4的多面体或者曲面。在图5的示例中，结构体332C1均具有多面体，并且第二底层332C具有例如锯齿状横截面形状。该第二底层332C的构成材料包括无机绝缘材料，例如，对稍后将描述的折射率膜332d1和332d2的构成材料的第二多层膜332D具有高粘附性的材料。
多个结构体332C1的阵列间距(间距)C被设置为与第一底层332A的结构体332A1的阵列间距A基本相同。阵列间距C可以不同于阵列间距A，但是被设置为小于可见光的波长。具体地，阵列间距C被设置为小于入射到液晶显示单元30R、30G和30B上的任何波长。例如，阵列间距C小于入射到液晶显示单元30B上的波长(例如，430nm)，该波长是最短的波长。然而，阵列间距C理想地为380nm以下，更理想地为300nm以下，更理想地为250nm以下。
沿着结构体332C1的形状(锯齿状横截面形状)形成设置在多个结构体332C1上的第二多层膜332D。第二多层膜332D与第一多层膜332B一起用作例如负C板。该第二多层膜332D包括交替且重复堆叠的多个折射率膜332d1和332d2。折射率膜332d1的折射率和折射率膜332d2的折射率彼此不同，并且这种折射率差优选为大。具体地，折射率膜332d1和折射率膜332d2之间的折射率差优选为0.54以上。这使得可以减小第二多层膜332的膜厚(膜厚tD1和tD2)。折射率膜332d1和332d2中的每一个的膜厚例如为10nm至50nm，包括10nm和50nm，并且折射率膜332d1和332d2的相应层数例如为10至200，包括10和200。这些折射率膜332d1和332d2包括例如无机绝缘材料。无机绝缘材料的示例包括氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化锆(ZrO2)、氧化铌(Nb2O5)等。
在第二多层膜332D中，与结构体332C1的第二主表面S3相对的区域RC1中的膜厚tD1和与第二辅助表面S4相对的区域RC2中的膜厚tD2彼此不同。具体地，区域RC1中的膜厚tD1大于区域RC2中的膜厚tD2。膜厚tD1和tD2分别对应于堆叠在区域RC1和RC2中的多个折射率膜332d1和332d2的总膜厚。根据第二主表面S3的倾斜角f11和第二辅助表面S4的倾斜角f12来确定膜厚tD1和tD2。第二多层膜332D中的折射率膜332d1和332d2的各个膜厚可以如上所述彼此相同，或者可以彼此不同。然而，期望折射率膜332d1和332d2的相应膜厚之间的比例是1∶1。这使得可以降低折射率椭球的折射率Nz并有效地找到延迟值，如上所述。第二多层膜332D的膜厚tD1可以与第一多层膜332B的膜厚tB1相同或不同。第二多层膜332D的膜厚tD2可以与第一多层膜332B的膜厚tB2相同或不同。如果第一多层膜332B的膜厚和第二多层膜332D的膜厚之和是抵消液晶层的残余延迟的多层膜厚量，这就足够了。
[工作原理和效果]
在该投影显示设备1中，在从光源11发射的光(例如，白光)已经进入照明光学系统20的情况下，当光被成形为照射光时，相应颜色R、G和B的光的光路被分离，并且被分别引导到液晶显示单元30R、30G和30B。例如，第一分色镜18反射红光，并允许绿光和蓝光穿过其中，第二分色镜21反射绿光，并允许蓝光穿过其中。因此，红光经由第一分色镜18、第二转向镜22和第一场镜23R进入液晶显示单元30R。绿光穿过第一分色镜18并被第二分色镜21反射，然后穿过第二场镜23G，进入液晶显示单元30G。蓝光穿过第一分色镜18和第二分色镜21，然后经由第一中继透镜23、第三转向镜24、第二中继透镜25、第四转向镜26和第三场镜23B进入液晶显示单元30B。
在每个液晶显示单元30R、30G和30B中，基于相应颜色的图像信号来调制入射光(生成图像)，并且将该相应颜色的调制光输出到颜色合成棱镜40。相应颜色的调制光由颜色合成棱镜40合成，这样合成的光进入投影透镜单元41。例如，放大并在例如诸如屏幕的投影表面上显示已经进入投影透镜单元41的光(图像)。
在使用这种液晶显示单元30R、30G和30B的投影显示设备1中，在液晶显示装置32的液晶层中，根据液晶分子的预倾角、界面取向状态等产生相位差(残余延迟)，这改变了透射率。具体地，由于液晶分子的预倾角，当显示黑屏时的残余延迟导致光稍微穿过VA模式液晶。这导致对比度降低。
因此，提出了补偿液晶层的这种残余延迟的各种光学补偿器。图6A示出了根据本实施方式的比较示例的光学补偿器100的配置。如在本实施方式中，光学补偿器100包括介电多层膜，并且用作负C板。该光学补偿器100包括基板101上的多层膜102。多层膜102包括交替和重复堆叠的多个折射率膜102a和102b。如图所示，在光学补偿器100中，多层膜102形成在平坦基板101上，并且光学补偿器100的光轴Zc沿着基板101的垂直方向(垂直于基板101的面内方向的方向)设置。如图6B所示，光学补偿器100的光轴Zc相对于液晶层103倾斜设置，这使得可以补偿液晶层103的残余延迟。具体地，光学补偿器100以物理倾斜的方式安装，以沿着基本平行于液晶分子103a的纵向方向Zp(对应于液晶分子103a的预倾角的方向)，设置光学补偿器100的光轴Zc。然而，该光学补偿器100需要用于倾斜光学补偿器100的机构或空间。
此外，除此之外，还存在使用棱镜形状的光学补偿器(例如，上述PTL 4)。与在比较示例1中一样，使用棱镜形状，使得可以仅倾斜光轴Zc，而不倾斜光学补偿器本身。
然而，在光学补偿器使用棱镜形状的情况下，由于棱镜形状导致光损失(衍射或散射)，这导致透射率降低和对比度降低。
相反，在本实施方式中，如图7A所示，光学补偿器33包括具有多个结构体332A1的第一底层332A和具有多个结构体332C1的第二底层332C。结构体332A1均包括具有彼此不同的倾斜角的第一主表面S1和第一辅助表面S2，并且结构体332C1均包括具有彼此不同的倾斜角的第二主表面S3和第二辅助表面S4。在光学补偿器33中，包括交替重复堆叠的多个折射率膜332b1和332b2的第一多层膜332B形成在第一底层332A上，并且包括交替重复堆叠的多个折射率膜332d1和332d2的第二多层膜332D形成在第二底层332C上。
因此，如图7B所示，光学补偿器33在光学上用作光轴Zc倾斜的负C板。光学补偿器33的光轴Zc沿着基本平行于液晶分子32a的纵向方向Zp(对应于液晶分子103a的预倾角的方向)设置。使用这种光学补偿器33使得可以补偿液晶显示装置32的残余延迟。另外，第一底层332A中的结构体332A1的阵列间距A和第二底层332C中的结构体332C1的阵列间距C小于可见光的波长，这抑制了衍射对光学补偿器33的影响并减少了光损失。
此外，在本实施方式中，包括在第一多层膜332B中的折射率膜332b1和332b2、以及包括在第二多层膜332D中的折射率膜332d1和332d2包括无机绝缘材料；因此，与折射率膜包括有机材料(例如，液晶聚合物(如上所述的PTL 1))的情况相比，不太可能发生由于热和光引起的材料劣化。这使得即使在长时间使用之后，也可以实现无需部件更换等(免维护)的液晶显示单元30R、30G和30B以及投影显示设备1。
此外，在本实施方式中，如图7B所示，可以在没有物理倾斜光学补偿器33本身的情况下倾斜地设置光轴Zc，这使得与比较示例1相比，可以实现空间节省和简化配置。这也使得可以降低成本。
此外，在本实施方式中，第二底层332C设置在第一多层膜332B和第二多层膜332D之间。这使得可以稳定地保持光学补偿器33的光轴Zc的倾斜。这将在下面描述。
图8示出了仅在第一底层332A上包括第一多层膜332B的分层结构体332的示意性截面配置。即，分层结构体332不包括第二底层(图5中的第二底层332C)。在这种分层结构体332中，第一多层膜332B的膜厚(膜厚tB1和tB2)变大，使得分层结构体332用作负C板。因此，第一多层膜332B随着与第一底层332A的距离而变平坦。即，不可能沿着结构体332A1的形状形成第一多层膜332B，这使得光学补偿器33的光轴Zc的倾斜不稳定。
相反，在本实施方式中，第一多层膜332B形成在第一底层332A上，第二多层膜332D形成在第二底层332C上，这使得可以减小第一多层膜332B和第二多层膜332D的相应膜厚tB1、tB2、tD1和tD2。因此，沿着第一底层332A的结构体332A1的形状形成第一多层膜332B，并且沿着第二底层332C的结构体332C1的形状形成第二多层膜332D。这使得可以稳定地保持光学补偿器33的光轴Zc的倾斜。
如上所述，在本实施方式中，在每个液晶显示单元30R、30G和30B中，光学补偿器33包括具有多个结构体332A1的第一底层332A和具有多个结构体332C1的第二底层332C。结构体332A1均包括具有彼此不同的倾斜角(e11和e12)的第一主表面S1和第一辅助表面S2，并且结构体332C1均包括具有彼此不同的倾斜角(f11和f12)的第二主表面S3和第二辅助表面S4。在光学补偿器33中，包括多个折射率膜332b1和33262的第一多层膜332B形成在第一底层332A上，并且包括多个折射率膜332d1和332d2的第二多层膜332D形成在第二底层332C上。这使得可以实现光轴Zc倾斜的负C板的功能以补偿液晶显示装置32的残余延迟。此外，第一底层332A中的多个结构体332A1的阵列间距A和第二底层332C中的多个结构体332C1的阵列间距C小于可见光的波长，这使得可以减少由于衍射对光学补偿器33的影响而导致的光损失。因此，这使得可以实现高亮度和高对比度。
下面描述了本公开的其他实施方式和变形例。应当注意，与上述第一实施方式中的部件类似的部件由相同的附图标记表示，并且适当地省略其描述。
<第二实施方式>
图9示出了根据本公开的第二实施方式的液晶显示单元的配置示例。该液晶显示单元对应于根据上述第一实施方式的液晶显示单元30R、30G和30B中的任何一个，并且可应用于包括与上述第一实施方式中的部件类似的部件(光源11、照明光学系统20、颜色合成棱镜40和投影透镜单元41)的投影显示设备。
如在根据上述第一实施方式的液晶显示单元30R、30G和30B中一样，根据本实施方式的液晶显示单元包括：对从照明光学系统20输出的光进行调制并输出调制光的光调制器(空间调制器)。此外，根据本实施方式的液晶显示单元包括在一对偏振器(第一偏振器31和第二偏振器34)之间的液晶显示装置(液晶显示装置35)。
然而，在本实施方式中，与上述第一实施方式不同，补偿液晶显示装置35的残余延迟的光学补偿装置(光学补偿层36)设置在液晶显示装置35和密封液晶显示装置35的一对基板(驱动基板351和相对基板356)中的至少一个基板之间。驱动基板351和相对基板356彼此相对设置。
图10示出了用于描述光学补偿层36的主要部分的配置示例。液晶显示装置35在包括TFT 352等的驱动基板351和相对基板356之间被密封，并且包括在一对电极(像素电极354a和相对电极354b)之间的液晶层355。在本实施方式中，光学补偿层36设置在驱动基板351相对基板356中的一个基板、与像素电极354a和相对电极354b中的一个电极之间。在该示例中，光学补偿层36设置在相对基板356和相对电极354b之间。在相对基板356和相对电极354b(光学补偿层36)之间为每个像素P提供透镜357(第二透镜)。应当注意，本实施方式中的“光学补偿层36”对应于本公开中的“光学补偿装置”的具体示例。
驱动基板351包括例如像素电路以及TFT 352，该像素电路包括未示出的布线(例如，信号线和扫描线)、存储电容器等。
如图11所示，透镜357A(第一透镜)可以设置在驱动基板351上。与液晶层355相对且驱动基板351介于其间的透镜357A包括例如微透镜，并且设置在驱动基板351的与设置有像素电极354a的表面相对的表面上。透镜357A被无机膜357B覆盖。无机膜357B包括对可见区域中波长的光透明的无机材料。具体地，对于无机膜357B，可以使用氧化硅(SiO2)膜等。
液晶显示装置35从驱动基板351侧开始，依次包括像素电极354a、液晶层355和相对电极354b。通过像素电极354a和相对电极354b向液晶层355施加驱动电压，来调制液晶显示装置35的透光率。
像素电极354a设置在驱动基板351和液晶层355之间。例如，为每个像素提供像素电极354a。例如，与在根据上述第一实施方式的液晶显示装置32的液晶层中一样，VA模式液晶用于像素电极354a和相对电极354b之间的液晶层355。此外，除此之外，例如，可以使用TN模式、ECB模式、FFS模式、IPS模式等的液晶。相对电极354b与像素电极354a相对，液晶层355介于其间。例如，相对电极354b被设置为由所有像素共用。应当注意，未示出的配向膜形成在像素电极354a和液晶层355之间以及相对电极354b和液晶层355之间。
光学补偿层36包括补偿液晶层355的残余延迟的光学装置，如在上述第一实施方式中的光学补偿器33中一样。如上所述，在液晶层355中，根据液晶分子的预倾斜等产生相位差(残余延迟)，这改变了透射率。具体地，在VA模式液晶中，当显示黑屏时，残余延迟导致对比度降低。光学补偿层36的延迟被设置为抵消液晶层355的这种残余延迟的值。
与在上述第一实施方式中的光学补偿器33中一样，该光学补偿层36具有负C板的功能，并且例如从相对基板356侧开始，依次包括第一底层332A、第一多层膜332B、第二底层332C和第二多层膜332D。第一多层膜332B形成在第一底层332A上，并且第二多层膜332D形成在第二底层332C上。光轴Zc被设定为从垂直于基板表面的方向倾斜。例如，在液晶层355包括VA模式液晶的情况下，光学补偿层36的光轴Zc沿着液晶层355的液晶分子的预倾斜方向(纵向)设置。
然而，本实施方式中的光学补偿层36在第二多层膜332D的相对电极354b侧的表面上包括平坦化层332E。平坦化层332E包括例如等同于折射率膜332d1和332d2的无机绝缘材料，并且具有例如比折射率膜332b1和332b2中的每一个的膜厚更大的膜厚。该平坦化层332E的第二多层膜332D侧的表面沿着结构体332C1的形状具有凸起和凹陷的形状(参见图5)，并且相对电极354b侧的表面是平坦的。
相对基板356包括例如透光无机绝缘材料，例如，玻璃。例如，透镜357包括微透镜。透镜357将光聚集在像素开口上，从而抑制设置在驱动基板351中的布线线路和像素电路中的光损失。这使得可以提高光利用效率。
可以在平坦化层332E和相对电极354b之间或者在第一底层332A和透镜357之间提供抗反射膜。
图12A至图14D是用于以工艺顺序形成光学补偿层36的工艺的示意性截面图。
首先，例如，制备包括硅(Si(111))基板的模具基板51，并且形成模具结构体(稍后将描述的图12F中的模具结构体511)，用于形成第一底层332A和第一多层膜332B的倾斜结构体。
具体地，首先，如图12A所示，在模具基板51的整个表面上依次形成硬掩模52和抗反射膜53，然后，在抗反射膜53上形成具有预定图案的抗蚀剂54。例如，使用氮化硅(SiN)形成硬掩模52。
接下来，如图12B所示，蚀刻硬掩模52。因此，形成具有与抗蚀剂54的图案相同的图案的硬掩模52。随后，如图12C所示，去除抗蚀剂54和抗反射膜53。
接下来，如图12D所示，执行模具基板51的各向异性蚀刻。例如，使用氢氧化钾(KOH)进行各向异性蚀刻。通过这种各向异性蚀刻，在模具基板51上形成锯齿状横截面形状。接下来，去除硬掩模52(图12E)。此后，例如，通过回蚀来去除极小的突起(凹口)(图12F)。因此，多个模具结构体511形成在模具基板51上。多个模具结构体511均包括具有彼此不同的倾斜角的表面51A和表面51B。例如，表面51A对应于结构体332A1的第一主表面S1，表面51B对应于结构体332A1的第一辅助表面S2。纳米压印可用于模具基板51，作为形成多个模具结构体511的方法。
在形成多个模具结构体511之后，如图12G所示，在模具结构体511上形成第一多层膜332B。具体地，例如，多次交替形成包括氧化硅的折射率膜332b1和包括氧化钛的折射率膜332b2。例如，使用CVD(化学气相沉积)法、溅射法等来执行膜形成。因此，沉积相应的折射率膜332b1和332b2，同时折射率膜332b1和332b2保持模具结构体511的倾斜结构体(表面51A和表面51B的倾斜角)。换言之，沉积相应的折射率膜332b1和332b2，同时保持分别对应于模具结构体511的表面51A和表面51B的倾斜角的倾斜表面。另外，根据表面51A和表面51B的倾斜角，第一多层膜332B的厚度在与表面51A相对的区域和与表面51B相对的区域之间不同。
在形成第一多层膜332B之后，第一底层332A的一部分(第一底层332AA)形成在第一多层膜332B上，如图12H所示。例如，使用氧化硅形成第一底层332AA。第一底层332AA的一个表面(与第一多层膜332B接触的表面)沿着模具结构体511的倾斜结构体形成。例如，使用CMP(化学机械抛光)来平坦化第一底层332AA的另一表面。
如图13A所示，在第一多层膜332B和第一底层332AA形成在模具基板51上之后，第一多层膜332B和第一底层332AA结合到相对基板356。例如，透镜357和第一底层332A的剩余部分(第一底层332AB)预先形成在相对基板356上。相对基板356和模具基板51彼此结合，以使形成在相对基板356上的第一底层332AB和形成在模具基板51上的第一底层332AA彼此接触。因此，形成第一底层332A和第一多层膜332B(图13B)。
接下来，如图13C所示，去除模具基板51。例如，使用四甲基氢氧化铵(TMAH)、氢氧化钾等去除模具基板51。随后，如图13D所示，第二底层332C的一部分(第二底层332CB)形成在第一多层膜332B上，并且被平坦化。
相反，如图14A所示，第二多层膜332D和第二底层332C的剩余部分(第二底层332CA)以与形成第一多层膜332B和第一底层332AA的方式类似的方式，形成在模具基板51上(参考图12A至图12H)。第二多层膜332D和第二底层332C的剩余部分结合到其上形成有第一底层332A、第一多层膜332B和第二底层332CB的相对基板356(图14B)。
随后，如图14C所示，去除模具基板51。此后，在第二多层膜332上形成平坦化层332E(图14D)。通过例如使用CVD法在第二多层膜332D上形成氧化硅膜并且然后平坦化该膜，来形成平坦化层332E。因此，光学补偿层36形成在相对基板356上。也可以通过类似于上述方法的方法形成在上述第一实施方式中描述的光学补偿器33(分层结构体332)。
即使在本实施方式中，如在上述第一实施方式中一样，光学补偿层36在光学上用作光轴Zc倾斜的负C平面。这使得可以补偿液晶层355的残余延迟。此外，第一底层332A中的多个结构体332A1的阵列间距A和第二底层332C中的多个结构体332C1的阵列间距C小于可见光的波长，这使得可以减少由于衍射对光学补偿层36的影响而导致的光损失。因此，这使得可以实现高亮度和高对比度，如上述第一实施方式中一样。
<变型例1>
图15是根据上述第二实施方式的变型例1的用于描述光学补偿层(光学补偿层36A)的示意图。应当注意，设置在驱动基板351和相对基板356之间的光学补偿层在此处被描述为示例，如上述第二实施方式中一样；然而，根据本变型例的光学补偿层36A的配置也适用于光学补偿器(分层结构体)，如上述第一实施方式中一样。
光学补偿层36A从相对基板356侧开始，依次包括第一底层332A、第一多层膜332B、第二底层332C、第二多层膜332D、第三底层332F、第三多层膜332G和平坦化层332E。即，光学补偿层36A包括第二多层膜332D和平坦化层332E之间的第三底层332F和第三多层膜332G。除了这一点之外，光学补偿层36A具有与上述第二实施方式中描述的光学补偿层36的配置类似的配置，并且还具有类似的工作原理和类似的效果。
设置在第二多层膜332D上的第三底层332F具有与第一底层332A和第二底层332C的配置基本相似的配置。
第三底层332F包括二维排列的多个结构体332F1。多个结构体332F1均包括在彼此相交的方向上倾斜的第三主表面S5和第三辅助表面S6。第三主表面S5与平面S相交，并相对于平面S形成倾斜角g11。第三辅助表面S6的面积小于第三主表面S5的面积。第三辅助表面S6在与第三主表面S5与平面S相交的位置不同的位置处与平面S相交。即，平面S、第三主表面S5和第三辅助表面S6具有三角形横截面形状。第三辅助表面S6相对于平面S形成倾斜角g12。第三辅助表面S6的倾斜角g12不同于第三主表面S5的倾斜角g11。在该示例中，第三主表面S5的倾斜角g11小于第三辅助表面S6的倾斜角g12(g11＜g12)。
多个结构体332F1均具有包括这种第三主表面S5和这种第三辅助表面S6的多面体或曲面。在图15的示例中，结构体332F1均具有多面体，并且第三底层332F具有例如锯齿状横截面形状。
多个结构体332F1的阵列间距(间距)F被设置为小于可见光的波长。具体地，阵列间距F被设置为小于入射到液晶显示单元30R、30G和30B上的任何波长。例如，阵列间距F小于入射到液晶显示单元30B上的波长(例如，430nm)，该波长是最短的波长。然而，阵列间距F理想地为380nm以下，更理想地为300nm以下，更理想地为250nm以下。
设置在多个结构体332F1上的第三多层膜332G沿着结构体332F1的形状(锯齿状横截面形状)形成。第三多层膜332G与第一多层膜332B和第二多层膜332D一起用作例如负C板，并且包括交替和重复堆叠的多个折射率膜332g1和332g2。折射率膜332g1的折射率和折射率膜332g2的折射率彼此不同，并且这种折射率差优选为大。具体地，折射率膜332g1和折射率膜332g2之间的折射率差优选为0.54以上。
在第三多层膜332G中，与结构体332F1的第三主表面S5相对的区域RF1中的膜厚tG1和与第三辅助表面S6相对的区域RF2中的膜厚tG2彼此不同。具体地，区域RF1中的膜厚tG1大于区域RF2中的膜厚tG2。膜厚tG1和tG2分别对应于堆叠在区域RF1和RF2中的多个折射率膜332g1和332g2的总膜厚。根据第三主表面S5的倾斜角g11和第三辅助表面S6的倾斜角g12来确定膜厚tG1和tG2。第三多层膜332G中的折射率膜332g1和332g2的各个膜厚可以如上所述彼此相同，或者可以彼此不同。然而，期望折射率膜332g1和332g2的相应膜厚之间的比例是1∶1。
图16示出了第三多层膜332G的配置的示例。第三多层膜332G的膜厚tG1可以与第一多层膜332B的膜厚tB1和第二多层膜332D的膜厚tD1相同或不同。第三多层膜332G的膜厚tG2可以与第一多层膜332B的膜厚tB2和第二多层膜332D的膜厚tD2相同或不同。图16示出了第三多层膜332G的膜厚tG1和tG2分别小于第一多层膜332B的膜厚tB1和tB2以及第二多层膜332D的膜厚tD1和tD2的情况；然而，第三多层膜332G的膜厚tG1和tG2可以分别大于第一多层膜332B的膜厚tB1和tB2以及第二多层膜332D的膜厚tD1和tD2。或者，第三多层膜332G的膜厚tG1和tG2可以分别与第一多层膜332B的膜厚tB1和tB2以及第二多层膜332D的膜厚tD1和tD2相同。
如上所述，光学补偿层36A可以包括第三底层332F和第三多层膜332G。或者，光学补偿层36A可以包括四个以上底层和四个以上多层膜。
<变型例2>
图17是根据上述第二实施方式的变型例2的用于描述光学补偿层36的示意图。光学补偿层36设置在驱动基板351和像素电极354a之间，并且从驱动基板351侧开始包括第一底层332A、第一多层膜332B、第二底层332C、第二多层膜332D和平坦化层332E。如图所示，光学补偿层36可以结合到驱动基板351。除了这一点之外，根据本变型例的光学补偿层36具有与上述第二实施方式中描述的光学补偿层36的配置类似的配置，并且还具有类似的工作原理和类似的效果。
如果光学补偿层36设置在透镜357A和像素电极354a之间，这就足够了。例如，光学补偿层36可以设置在透镜357A和驱动基板351之间。
图18示出了设置在两个位置处的光学补偿层36。如图所示，光学补偿层36可以结合到驱动基板351和相对基板356。
<第三实施方式>
图19示出了根据本公开的第三实施方式的液晶显示单元的配置示例的分解透视图。液晶显示单元对应于根据上述第一实施方式的液晶显示单元30R、30G和30B中的任何一个，并且可应用于包括与上述第一和第二实施方式中的部件类似的部件(光源11、照明光学系统20、颜色合成棱镜40和投影透镜单元41)的投影显示设备。
与根据上述第一和第二实施方式的液晶显示单元30R、30G和30B中一样，根据本实施方式的液晶显示单元包括：对从照明光学系统20输出的光进行调制并输出调制光的光调制器(空间调制器)。另外，一对基板(驱动基板351和相对基板356)和液晶显示装置35包括在一对偏振器(第一偏振器31和第二偏振器34)之间。第一偏振器31和第二偏振器34、驱动基板351和相对基板356以及液晶显示装置35夹在一对保护基板(保护基板371A和371B)之间。这些部件包含在分隔板372和外框架373之间。薄膜基板358耦接到驱动基板351。薄膜基板358被配置为将图像信号传送到驱动基板351。从投影显示设备1的主体侧通过薄膜基板358提供调制入射光所需的图像信息。
在本实施方式中，光学补偿层36结合到保护基板371A和371B中的至少一个。即，在本实施方式中，光学补偿层36设置在穿过液晶显示装置35的光的光路中的一对偏振器(第一偏振器31和第二偏振器34)的外部。除了这一点之外，光学补偿层36具有与上述第二实施方式中描述的光学补偿层36的配置相似的配置，并且还具有相似的工作原理和相似的效果。
保护基板371A和371B包括例如防尘玻璃。例如，保护基板371A设置在分隔板372和液晶显示装置35之间，并且保护基板371B设置在外框架373和液晶显示装置35之间。即，保护基板371A设置在液晶显示装置35的光入射侧，并且保护基板371B设置在液晶显示装置35的光输出侧。
图20示出了设置成与保护基板371A接触的光学补偿层36的配置。例如，光学补偿层36结合到保护基板371A的与液晶显示装置35相对的表面。光学补偿层36从保护基板371A侧开始，依次包括第一底层332A、第一多层膜332B、第二底层332C、第二多层膜332D和平坦化层332E。
图20示出了与保护基板371A接触的光学补偿层36；然而，光学补偿层36可以设置成与保护基板371B接触。或者，光学补偿层36可以设置在保护基板371A和371B上。
分隔板372安装在液晶显示装置35的光入射侧，并且具有与液晶显示装置35的显示区域相对的开口。外框架373附接在液晶显示装置35的光输出侧，并且具有围绕驱动基板351、相对基板356等的端面部分的框形。
即使在本实施方式中，如在上述第一实施方式中一样，光学补偿层36在光学上用作光轴Zc倾斜的负C平面。这使得可以补偿液晶层355的残余延迟。此外，第一底层332A中的多个结构体332A1的阵列间距A和第二底层332C中的多个结构体332C1的阵列间距C小于可见光的波长，这使得可以减少由于衍射对光学补偿层36的影响而导致的光损失。因此，这使得可以实现高亮度和高对比度，如上述第一实施方式中一样。
尽管以上已经描述了实施方式及其变型例，但是本公开不限于上述实施方式等，并且可以以多种方式修改。例如，在上述实施方式等中描述的相应部件的材料、形状、尺寸等仅是示例，并不限于上述那些。
此外，如图18所示，光学补偿装置可以设置在多个位置。例如，可以将设置在偏振器和基板之间的光学补偿装置(例如，根据上述第一实施方式的光学补偿器33)、和设置在基板和电极之间的光学补偿装置(例如，根据上述第二实施方式的光学补偿层36)进行混合。
此外，倾斜角e11和e12中的一个(或倾斜角f11和f12)可以是90°。
此外，结构体332A1和332C1可以具有三个以上表面，并且可以具有例如梯形等的横截面形状。
此外，多个结构体332A1和332C1可以紧密设置(参考图5等)，或者可以彼此分开设置。
此外，多个结构体332A1和332C1可以沿着基板表面中的一个方向设置，或者可以以矩阵形式设置。
此外，图5示出了结构体332A1的延伸方向和结构体332C1的延伸方向基本上彼此平行的情况；然而，如图21所示，结构体332A1的延伸方向和结构体332C1的延伸方向可以彼此相交。例如，结构体332A1的延伸方向和结构体332C1的延伸方向彼此正交；然而，结构体332A1的延伸方向和结构体332C1的延伸方向可以以任何其他角度彼此相交。沿着第一底层332A设置第一多层膜332B，并且沿着第二底层332B设置第二多层膜332D。
应当注意，本说明书中描述的效果是示例，并且该效果可以是其他效果或者可以进一步包括其他效果。
例如，本公开可以具有以下配置。
(1)一种液晶显示单元，包括：
一对偏振器；
液晶显示装置，设置在这对偏振器之间；以及
光学补偿装置，设置在穿过液晶显示装置的光的光路中，
光学补偿装置包括：
第一底层，包括多个结构体，每个结构体包括至少两个具有彼此不同的倾斜角的表面，
第一多层膜，设置在第一底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜，
第二底层，包括多个结构体，并且与第一底层相对，第一多层膜介于其间，以及
第二多层膜，设置在所述第二底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜，并且
第一底层和第二底层中的每一个的多个结构体的阵列间距小于可见光的波长。
(2)根据(1)的液晶显示单元，其中，
第一底层包括第一主表面和面积小于第一主表面的面积的第一辅助表面，
第二底层包括第二主表面和面积小于第二主表面的面积的第二辅助表面，并且
由第一主表面和第二主表面形成的角度从0°到90°，包括0°和90°。
(3)根据(2)的液晶显示单元，其中，
第一多层膜的膜厚在与第一主表面相对的区域和与第一辅助表面相对的区域之间不同，并且
第二多层膜的膜厚在与第二主表面相对的区域和与第二辅助表面相对的区域之间不同。
(4)根据(1)或(2)的液晶显示单元，其中，第一底层和第二底层中的每一个的多个结构体的阵列间距为250nm以下。
(5)根据(1)至(4)中任一项的液晶显示单元，还包括彼此相对地设置在一对偏振器之间的驱动基板和相对基板，其中，
液晶显示装置包括：
液晶层，设置在驱动基板和相对基板之间，
像素电极，设置在液晶层和驱动基板之间，以及
相对电极，设置在液晶层和相对基板之间。
(6)根据(5)的液晶显示单元，其中，光学补偿装置设置在相对电极和相对基板之间。
(7)根据(5)或(6)的液晶显示单元，还包括与液晶层相对的第一透镜，驱动基板介于其间。
(8)根据(7)的液晶显示单元，其中，光学补偿装置设置在像素电极和第一透镜之间。
(9)根据(5)至(8)中任一项的液晶显示单元，还包括设置在相对电极和相对基板之间的第二透镜。
(10)根据(5)的液晶显示单元，其中，光学补偿装置设置在驱动基板和相对基板中的至少一个与一对偏振器中的至少一个之间。
(11)根据(5)的液晶显示单元，还包括彼此相对的一对保护基板，驱动基板和相对基板介于其间，其中，
光学补偿装置设置成与这对保护基板中的至少一个接触。
(12)根据(1)至(11)中任一项的液晶显示单元，其中，折射率的差值为0.54以上的折射率膜堆叠在第一多层膜和第二多层膜中的至少一个中。
(13)根据(5)至(11)中任一项的液晶显示单元，其中，
液晶层包括垂直配向型液晶分子，并且
光学补偿装置的光轴方向沿着液晶分子的预倾斜方向设置。
(14)根据(1)至(13)中任一项的液晶显示单元，其中，第一底层和第二底层均具有锯齿状横截面形状。
(15)根据(1)至(14)中任一项的液晶显示单元，其中，第一多层膜和第二多层膜均包括无机绝缘材料。
(16)根据(15)的液晶显示单元，其中，第一多层膜和第二多层膜均包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一种。
(17)根据(1)至(16)中任一项的液晶显示单元，其中，液晶显示单元包括透射型液晶显示单元。
(18)根据(1)至(16)中任一项的液晶显示单元，其中，液晶显示单元包括反射型液晶显示单元。
(19)一种具有液晶显示单元的投影显示设备，液晶显示单元包括：
一对偏振器；
液晶显示装置，设置在这对偏振器之间；以及
光学补偿装置，设置在穿过液晶显示装置的光的光路中，
光学补偿装置包括：
第一底层，包括多个结构体，每个结构体包括至少两个具有彼此不同的倾斜角的表面，
第一多层膜，设置在第一底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜，
第二底层，包括多个结构体，并且与第一底层相对，第一多层膜介于其间，以及
第二多层膜，设置在所述第二底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜，并且
第一底层和第二底层中的每一个的多个结构体的阵列间距小于可见光的波长。
(20)一种光学补偿装置，包括：
第一底层，包括多个结构体，每个结构体包括至少两个具有彼此不同的倾斜角的表面，
第一多层膜，设置在第一底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜，
第二底层，包括多个结构体，并且与第一底层相对，第一多层膜介于其间，以及
第二多层膜，设置在第二底层上，并且包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜，并且
第一底层和第二底层中的每一个的多个结构体的阵列间距小于可见光的波长。
(21)一种制造光学补偿装置的方法，方法包括：
在模具基板上形成多个模具结构体，每个模具结构体包括至少两个具有彼此不同的倾斜角的表面；
在多个模具结构体上形成多层膜，多层膜包括至少两个交替堆叠并且折射率彼此不同的折射率膜；
在多层膜上形成具有沿着模具结构体的形状的底层；
使模具基板与多层膜分离；并且
将模具结构体的阵列间距设置为小于可见光的波长。
本申请要求于2018年2月20日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2018-27924的权益，其全部内容通过引用结合于此。
本领域技术人员应该理解，在所附权利要求或其等同物的范围内，可以根据设计要求和其他因素进行各种修改、组合、子组合和变更。

Claims (20)

1.一种液晶显示单元，包括：
一对偏振器；
液晶显示装置，设置在所述一对偏振器之间；以及
光学补偿装置，设置在穿过所述液晶显示装置的光的光路中，
所述光学补偿装置包括：
第一底层，包括多个结构体，每个结构体包括具有彼此不同的倾斜角的至少两个表面，
第一多层膜，设置在所述第一底层上，并且包括交替堆叠并且折射率彼此不同的至少两个折射率膜，
第二底层，包括多个结构体，并且与所述第一底层相对，所述第一多层膜介于所述第一底层和所述第二底层之间，以及
第二多层膜，设置在所述第二底层上，并且包括交替堆叠并且折射率彼此不同的至少两个折射率膜，并且
所述第一底层和所述第二底层中的每一者的所述多个结构体的阵列间距小于可见光的波长。
2.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，
所述第一底层包括第一主表面和第一辅助表面，所述第一辅助表面的面积小于所述第一主表面的面积，
所述第二底层包括第二主表面和第二辅助表面，所述第二辅助表面的面积小于所述第二主表面的面积，并且
由所述第一主表面和所述第二主表面形成的角度是从0°到90°，包括0°和90°。
3.根据权利要求2所述的液晶显示单元，其中，
所述第一多层膜的膜厚在与所述第一主表面相对的区域和与所述第一辅助表面相对的区域之间不同，并且
所述第二多层膜的膜厚在与所述第二主表面相对的区域和与所述第二辅助表面相对的区域之间不同。
4.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，所述第一底层和所述第二底层中的每一者的所述多个结构体的阵列间距为250nm以下。
5.根据权利要求1所述的液晶显示单元，还包括彼此相对地设置在所述一对偏振器之间的驱动基板和相对基板，其中，
所述液晶显示装置包括：
液晶层，设置在所述驱动基板和所述相对基板之间，
像素电极，设置在所述液晶层和所述驱动基板之间，以及
相对电极，设置在所述液晶层和所述相对基板之间。
6.根据权利要求5所述的液晶显示单元，其中，所述光学补偿装置设置在所述相对电极和所述相对基板之间。
7.根据权利要求5所述的液晶显示单元，还包括与所述液晶层相对的第一透镜，所述驱动基板介于所述液晶层和所述第一透镜之间。
8.根据权利要求7所述的液晶显示单元，其中，所述光学补偿装置设置在所述像素电极和所述第一透镜之间。
9.根据权利要求5所述的液晶显示单元，还包括设置在所述相对电极和所述相对基板之间的第二透镜。
10.根据权利要求5所述的液晶显示单元，其中，所述光学补偿装置设置在所述驱动基板和所述相对基板中的至少一者与所述一对偏振器中的至少一个偏振器之间。
11.根据权利要求5所述的液晶显示单元，还包括彼此相对的一对保护基板，所述驱动基板和所述相对基板介于所述一对保护基板之间，其中，
所述光学补偿装置被设置成与所述一对保护基板中的至少一者接触。
12.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，折射率差值为0.54以上的折射率膜堆叠在所述第一多层膜和所述第二多层膜中的至少一者中。
13.根据权利要求5所述的液晶显示单元，其中，
所述液晶层包括垂直配向型液晶分子，并且
所述光学补偿装置的光轴方向沿着液晶分子的预倾斜方向设置。
14.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，所述第一底层和所述第二底层均具有锯齿状横截面形状。
15.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，所述第一多层膜和所述第二多层膜均包括无机绝缘材料。
16.根据权利要求15所述的液晶显示单元，其中，所述第一多层膜和所述第二多层膜均包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一种。
17.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，所述液晶显示单元包括透射型液晶显示单元。
18.根据权利要求1所述的液晶显示单元，其中，所述液晶显示单元包括反射型液晶显示单元。
19.一种具有液晶显示单元的投影显示设备，所述液晶显示单元包括：
一对偏振器；
液晶显示装置，设置在所述一对偏振器之间；以及
光学补偿装置，设置在穿过所述液晶显示装置的光的光路中，
所述光学补偿装置包括：
第一底层，包括多个结构体，每个结构体包括具有彼此不同的倾斜角的至少两个表面，
第一多层膜，设置在所述第一底层上，并且包括交替堆叠并且折射率彼此不同的至少两个折射率膜，
第二底层，包括多个结构体，并且与所述第一底层相对，所述第一多层膜介于所述第一底层和所述第二底层之间，以及
第二多层膜，设置在所述第二底层上，并且包括交替堆叠并且折射率彼此不同的至少两个折射率膜，并且
所述第一底层和所述第二底层中的每一者的所述多个结构体的阵列间距小于可见光的波长。
20.一种光学补偿装置，包括：
第一底层，包括多个结构体，每个结构体包括具有彼此不同的倾斜角的至少两个表面；
第一多层膜，设置在所述第一底层上，并且包括交替堆叠并且折射率彼此不同的至少两个折射率膜；
第二底层，包括多个结构体，并且与所述第一底层相对，所述第一多层膜介于所述第一底层和所述第二底层之间；以及
第二多层膜，设置在所述第二底层上，并且包括交替堆叠并且折射率彼此不同的至少两个折射率膜，并且
所述第一底层和所述第二底层中的每一者的所述多个结构体的阵列间距小于可见光的波长。
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