JP2015068935A - 位相差素子及びその製造方法、液晶表示装置及びその製造方法、並びに投射型画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
しかし、位相差素子として単結晶を加工する方法を用いる場合、特に液晶のプレチルト角度までをも考慮して補償しようとしたとき、結晶軸に対して所定の角度で切り出す必要が生じ、材料の切り出し、研磨等に非常に高い精度が必要となり、実現するためには高コストとなる。また、延伸したフィルムなどでは軸の制御は容易ではない。
しかし、小型化が進むプロジェクター内部では、傾斜するスペースが足りなくなる懸念がある。さらに、熱やUV光線に対して劣化しやすく、耐久性に課題がある。
しかし、負のC−プレートを作製するためには計80層の積層を要し、さらには別途反射防止層を必要とするため、高コスト化及びリードタイムの長時間化が懸念される。
しかし、2枚の位相差板を用いること、かつ回転機構を必要とすることで、高コスト化や搭載スペースの増加が懸念される。
この方法では、STN型液晶素子のねじれを蒸着で再現するために多方向からの蒸着方向が必要となり、特殊な蒸着装置が必要、かつ多層構造によるリードタイムの増加などが懸念される。また、STN型液晶素子にしか用いることができない本質的な課題がある。
しかし、この提案の技術では、2つの補償層を貼り合せによって形成することから、接着剤を必要とし、耐熱性に課題がある。また、基板も2枚分必要であり、高コスト化の懸念がある。
<1> 透明基板と、
光学多層膜からなり、入射光のうち斜入射光に位相差を付与し、かつ前記入射光の反射を防止する位相差付与反射防止層と、
光学異方性無機材料を有してなり、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が90°ではない第1の複屈折層と、
光学異方性無機材料を有してなり、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が90°ではない第2の複屈折層であって、前記第1の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第1の線分における前記透明基板側の端部を端部Aとし、前記第2の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第2の線分における前記透明基板側の端部を端部Bとし、前記第1の線分及び前記第2の線分を前記透明基板上に投影し前記端部A及び前記端部Bを重ねたときに、前記透明基板上に投影された前記第1の線分及び前記第2の線分のなす角度が0°及び180°ではないように前記第1の複屈折層に接し、前記第1の複屈折層の平均厚みと略同一の平均厚みを有する第2の複屈折層と、
を有することを特徴とする位相差素子である。
<2> 第1の複屈折層の光学異方性無機材料の材質が、Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta、及びAlの少なくともいずれかを含有する酸化物であり、
第2の複屈折層の光学異方性無機材料の材質が、Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta、及びAlの少なくともいずれかを含有する酸化物である前記<1>に記載の位相差素子である。
<3> 第1の複屈折層及び第2の複屈折層の少なくともいずれかが、次式:Nx>Ny>Nzを満たす前記<1>から<2>のいずれかに記載の位相差素子である。
ただし、前記Nxは、屈折率異方性の主軸に平行な方向における屈折率を表し、前記Nyは、前記Nxに直交する方向における屈折率を表し、前記Nzは、前記Nx及び前記Nyに直交する方向における屈折率を表す。
<4> 透明基板上に投影された第1の線分及び第2の線分のなす角度が、70°以上90°未満である前記<1>から<3>のいずれかに記載の位相差素子である。
<5> 第1の複屈折層の位相差と、第2の複屈折層の位相差との差が、10nm未満である前記<1>から<4>のいずれかに記載の位相差素子である。
<6> 第1の複屈折層の位相差と、第2の複屈折層の位相差とが、略同一である前記<5>に記載の位相差素子である。
<7> 光学多層膜における各層の平均厚みが異なる前記<1>から<6>のいずれかに記載の位相差素子である。
<8> 位相差付与反射防止層が、透明基板に対する直交方向から15°傾斜した斜入射光に対して28nm以下の位相差を付与する前記<1>から<7>のいずれかに記載の位相差素子である。
<9> 光学多層膜における各層の材質が、Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta、及びAlの少なくともいずれかを含有する酸化物である前記<1>から<8>のいずれかに記載の位相差素子である。
<10> 位相差付与反射防止層が、波長帯域430nm〜510nmで反射防止層として機能する前記<1>から<9>のいずれかに記載の位相差素子である。
<11> 位相差付与反射防止層が、波長帯域510nm〜590nmで反射防止層として機能する前記<1>から<9>のいずれかに記載の位相差素子である。
<12> 位相差付与反射防止層が、波長帯域590nm〜680nmで反射防止層として機能する前記<1>から<9>のいずれかに記載の位相差素子である。
<13> 透明基板上に投影された第1の線分及び第2の線分のなす角の2等分線と、前記透明基板の一辺とのなす角度が略45°である前記<1>から<12>のいずれかに記載の位相差素子である。
<14> 基板と、前記基板の主面の直交方向に対してプレチルトを有する液晶分子を含有するVAモード液晶層とを有し、入射された光束を変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に配置された第1の偏光板と、
前記液晶パネルの出射側に配置された第2の偏光板と、
前記液晶パネルと、前記第2の偏光板との間の光路に配置された前記<1>から<13>のいずれかに記載の位相差素子とを有することを特徴とする液晶表示装置である。
<15> プレチルトにより液晶分子が基板の表面の直交方向に対して傾斜している方向を透明基板上に投影したときの仮想線と、前記透明基板上に投影された第1の線分及び第2の線分のなす角の2等分線とが、略平行である前記<14>に記載の液晶表示装置である。
<16> 光を出射する光源と、
変調された光を投射する投射光学系と、
前記光源と、前記投射光学系との間の光路上に配置された前記<14>から<15>のいずれかに記載の液晶表示装置とを有することを特徴とする投射型画像表示装置である。
<17> 前記<1>から<13>のいずれかに記載の位相差素子の製造方法であって、
透明基材、及び位相差付与反射防止層のいずれかの上に、斜方蒸着により第1の複屈折層を形成する第1の複屈折層形成工程と、
前記第1の複屈折層上に、斜方蒸着により第2の複屈折層を形成する第2の複屈折層形成工程とを含むことを特徴とする位相差素子の製造方法である。
<18> 前記<14>から<15>のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法であって、
前記<17>に記載の位相差素子の製造方法と、
液晶パネルと第2の偏光板との間の光路上に、液晶パネルの基材の一辺と、位相差素子の一辺とが略同一となるように前記位相差素子を配置する配置工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法である。
本発明の位相差素子は、透明基板と、位相差付与反射防止層と、第1の複屈折層と、第2の複屈折層とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
前記第1の複屈折層形成工程は、前記透明基材、及び前記位相差付与反射防止層のいずれかの上に、斜方蒸着により第1の複屈折層を形成する工程である。
前記第2の複屈折層形成工程は、前記第1の複屈折層上に、斜方蒸着により前記第2の複屈折層を形成する工程である。
前記透明基板としては、使用帯域の光に対して透光性を有する基板であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記透明基板の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス、石英、水晶などが挙げられる。
前記位相差付与反射防止層としては、光学多層膜からなり、入射光のうち斜入射光に位相差を付与し、かつ前記入射光の反射を防止する層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
以下、各層の平均厚み、光学多層膜の平均厚み、誘電体多層膜の平均厚みを、膜厚と称することがある。
前記第1の複屈折層は、光学異方性無機材料を有してなる。
前記第1の複屈折層は、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が90°ではなく、20°以上80°以下が好ましく、40°以上70°以下がより好ましい。
なお、主軸と透明基板の表面とのなす角の角度は、通常、合計を180°とする2つの角度をとり得るが、ここでは、90°未満の角度を指す。以下も同様である。
前記第2の複屈折層は、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が90°ではなく、20°以上80°以下が好ましく、40°以上70°以下がより好ましい。
前記透明基板上に投影された前記第1の線分及び前記第2の線分のなす角度は、0°超90°以下が好ましく、0°超90°未満がより好ましく、70°以上90°未満がより好ましい。
ここで、「屈折率異方性の主軸」とは、複屈折層において屈折率が最も高い方向を意味する。
また、前記端部A及び前記端部Bを重ねるときには、前記透明基板上に投影された前記第1の線分及び前記第2の線分を投影面に対して回転させずに、重ねる。
また、前記第1の線分及び前記第2の線分のなす角度は、通常、合計を360°とする2つの角度をとり得るが、ここでは、角度が小さい方(劣角)を指す。
なお、第1の複屈折層及び第2の複屈折層に共通して説明する場合には、第1の複屈折層及び第2の複屈折層を区別せず、複屈折層と称することがある。
前記第2の複屈折層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、40nm〜400nmが好ましい。
ここで、複屈折層の厚みは、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)による複屈折層の断面観察により測定できる。平均厚みは、前記厚みを10箇所で測定し、それを算術平均することにより求めることができる。
ただし、前記Nxは、屈折率異方性の主軸に平行な方向における屈折率を表し、前記Nyは、前記Nxに直交する方向における屈折率を表し、前記Nzは、前記Nx及び前記Nyに直交する方向における屈折率を表す。
例えば、斜方蒸着においては、高屈折率材料の粒子が透明基板に対して斜め方向から入射される。高屈折率材料としては、例えば、Ta2O5、TiO2、SiO2、A12O3、CeO2、ZrO2、ZrO、Nb2O5などの酸化物、又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。Ta2O5を主成分とする材料が好ましく用いられ、Ta2O5にTiO2を5質量%〜15質量%添加した材料が好ましく用いられる。
式中、Nzは、複屈折層の膜厚方向の屈折率である。
前記その他の部材としては、例えば、応力調整層、反射防止層などが挙げられる。
前記応力調整層としては、位相差素子の反りを防止するために配置され、応力を調整する層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、その材質としては、例えば、SiO2などが挙げられる。
(1)位相差付与反射防止層/透明基板/第1の複屈折層/第2の複屈折層
(2)透明基板/第1の複屈折層/第2の複屈折層/位相差付与反射防止層
(3)透明基板/位相差付与反射防止層/第1の複屈折層/第2の複屈折層
また、透明基板と位相差付与反射防止層との間、透明基板と第1の複屈折層との間、位相差付与反射防止層と第1の複屈折層との間に応力調整層を有していてもよい。
本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、第1の偏光板と、第2の偏光板と、本発明の前記位相差素子とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
前記配置工程は、液晶パネルと第2の偏光板との間の光路上に、液晶パネルの基材の一辺と、位相差素子の一辺とが略同一となるように前記位相差素子を配置する工程である。
前記液晶パネルとしては、基板と、前記基板の主面の直交方向に対してプレチルトを有する液晶分子を含有するVAモード液晶層とを有し、入射された光束を変調するパネルでれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記第1の偏光板としては、前記液晶パネルの入射側に配置された偏光板であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記位相差素子は、本発明の前記位相差素子であって、前記液晶パネルと、前記第2の偏光板との間の光路に配置される。
前記位相差素子と、前記第2の偏光板とは、高耐熱性の接着剤により張り合わされていることが好ましい。
本発明の投射型画像表示装置は、光源と、投射光学系と、本発明の前記液晶表示装置とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
前記光源としては、光を出射する部材であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、白色光を出射する超高圧水銀ランプなどが挙げられる。
前記投射光学系としては、変調された光を投射する部材であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、変調された光をスクリーンに投射する投射レンズなどが挙げられる。
前記液晶表示装置は、前記光源と、前記投射光学系との間の光路上に配置される。
以上のような形態とすることで、第1の複屈折層によって液晶パネルを透過した光の特性変化(光の進行方向の変化、偏光状態の変化、周波数などの光の基本的な特性パラメータのうちの少なくとも一つ)を補正し、さらに第2の複屈折層によって、光の特性変化を補正する。これによって液晶分子のプレチルト角による光の特性変化を効果的、かつ高精度に補正することができる。
例えば、国際公開第2008/081919号パンフレットには、対向する2つ以上の補償層が、補償層の膜厚を変えてその位相差の値を10nm異なるものとし、かつ面内に角度調整することで高コントラストが得られ、ばらつきの少ない補償効果が得られることが記載されている。
ここで、例えば、Ta2O5を主成分とした材料を、基板法線方向から70°傾斜した方向から斜方蒸着したとき、成膜された位相差層の複屈折Δnは約0.075となる(例えば、Thin film retardation plate by oblique deposition」 APPLIED OPTICS / Vol. 28, No. 13 / 1 July 1989参照)。このとき、正面入射光に生じる位相差(正面位相差と称する)Re0は、Re0=Δn×t(tは位相差層の膜厚)で表されるため、2つ以上の補償層の位相差を10nm異なるものとするためには、膜厚の差が10/0.075=133nm必要となる。仮に1つの補償層の厚みを100nmとすると、合計で100+(100+133)=333nmの補償層の厚みが必要となる。
しかし、各軸の屈折率の調整が難しい斜方蒸着の複屈折層においては、膜厚の最適化だけでは光学補償が不十分な場合がある。本発明の液晶表示装置は、位相差付与反射防止層を兼ね備える位相差素子を配置することで、その問題についても解決できる。
図16は、投射型画像表示装置に用いられる光学エンジンの一部の構成を示す概略断面図である。この投射型画像表示装置は、透過型偏光子44と、垂直配向液晶層40と、透過型光変調素子41と、位相差素子43と、透過型偏光子42とを備える透過型液晶プロジェクターである。ここで、位相差素子43は、透明基板と、第1の複屈折層と、第2の複屈折層と、位相差付与反射防止層とを備え、位相差付与反射防止層は、複屈折層で生じる斜入射光位相差とは別の位相差を付与させ、さらに位相差の値を制御する。これにより、複屈折層により透過型光変調素子41のプレチルト角によって生じる偏光の乱れを補正し、また、位相差付与反射防止層により透過型光変調素子41への斜入射光によって生じる偏光の乱れを補正し、さらに、位相差付与反射防止層により反射を防止することができるため、高いコントラストを得ることができる。図16において、符号45は入射光を表し、符号PはP偏光を表し、符号SはS偏光を表す。
透過型偏光子44で透過する直線偏光(S偏光成分)は、垂直配向液晶層40に入射し、画素ごとに変調した透過光が出射し、位相差素子43を透過したのち、透過型偏光子42を透過、又は反射及び吸収される。透過型偏光子42を透過した光はプリズムによって再度RGBが合成され、投影スクリーンに画像が表示される。
例えば、黒表示を行う場合、透過型偏光子44で透過するS偏光は、垂直配向液晶層40でS偏光のまま透過するように設定されるが、上述したように透過する際の偏光の乱れにより、望まない偏光成分(P偏光成分)も透過してしまう。位相差素子43がない場合、P偏光成分は透過型偏光子42を透過してしまうため、スクリーンに光として表示され黒表示を劣化させる要因となる。本発明の位相差素子を備えることで、偏光の乱れを補正し、P偏光成分を極力低減させることで、黒表示を向上させ、結果として投影画像のコントラストを向上することができる。
<位相差素子の作製>
ガラス基板(平均厚み0.7mm)上の一面に、Nb2O5とSiO2とを用いて、下記表1のNo.1から順にNo.34までの34層をスパッタ法により交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このとき、ガラス基板の表面の直交方向から15°傾斜した斜入射光に付与する位相差は、7.0nmとなるような層構成とした。
次に、前記ガラス基板を面内方向に84°回転させて斜方蒸着を行い、形成された前記第1の複屈折層上に、第2の複屈折層を形成した。
蒸着後、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために200℃で5時間のアニール処理を行った。
第1の複屈折層、及び第2の複屈折層の平均厚みを、それぞれ40nm〜400nmの間で変化させたサンプルを準備した。
このようにして作製した位相差素子と、第1の偏光板(デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板)と、第2の偏光板(デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板)と、垂直配向型の液晶パネル(屈折率の異方性が正で、誘電率異方性が負の垂直配向型の液晶材料を注入した液晶パネルであって、比屈折率Δnと液晶層dとが、Δn×d=332nmとなるような液晶層を有し、また、斜方蒸着法により形成された配向膜によって制御された、85°のプレチルト角を有する液晶パネル)とを、図10に示すように配置して、液晶表示装置を作製した。そして、投影画像のコントラストを測定した。
図17は、位相差素子の第1の複屈折層及び第2の複屈折層のそれぞれの平均厚み(膜厚)と、コントラストとの関係を示した図である。2層の膜厚は、略同一とした。膜厚が0のプロットは、位相差素子がない場合のコントラストを表している。
本発明の光学系形態では、位相差素子がない場合と比較して、第1の複屈折層及び第2の複屈折層のそれぞれの膜厚を80nm〜320nmとすることで、約2倍のコントラストを得た。さらに、第1の複屈折層及び第2の複屈折層のそれぞれの膜厚を120nm〜240nmとすることで、コントラストは約3倍に増加した。
また、図18は、図10と同様の構成としたときの、位相差素子の第1の複屈折層、及び第2の複屈折層の膜厚差と、投影画像のコントラストとの関係を示している。膜厚差が大きいほど、コントラストは低下した。このため、複屈折層の膜厚差は50nm以下であることが好ましい。
<位相差素子の作製>
ガラス基板(平均厚み0.7mm)上の一面に、Nb2O5とSiO2とを用いて、前記表1のNo.1から順にNo.34までの34層をスパッタ法により交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このときガラス基板の表面の直交方向から15°傾斜した斜入射光に付与する位相差は、7.0nmとなるような層構成とした。
次に、前記第1の複屈折層上に、続けて第2の複屈折層を形成した。前記第1の複屈折層及び前記第2の複屈折層の平均厚み(膜厚)は、略160nmとした。このとき、図13Aに示すNx1’−Nx2’間角度が、60°〜98°となるように変化させた数種類のサンプルを作製した。
蒸着後、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために200℃で5時間のアニール処理を行った。
このようにして作製した位相差素子と、第1の偏光板(デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板)と、第2の偏光板(デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板)と、垂直配向型の液晶パネル(屈折率の異方性が正で、誘電率異方性が負の垂直配向型の液晶材料を注入した液晶パネルであって、比屈折率Δnと液晶層dとが、Δn×d=332nmとなるような液晶層を有し、また、斜方蒸着法により形成された配向膜によって制御された、85°のプレチルト角を有する液晶パネル)とを、図10に示すように配置して、液晶表示装置を作製した。そして、投影画像のコントラストを測定した。
図19は、Nx1’−Nx2’間角度と、投影画像のコントラストとの関係を示した図である。角度が0°のプロットは、位相差素子がない場合のコントラストを表している。本発明の光学系形態では、位相差素子がない場合と比較して、コントラストが大きく増加した。特に、角度が70°以上90°以下であれば、位相差素子がない状態と比較してコントラストが2倍以上に増加した。
<位相差素子の作製>
実施例1と同様の方法で、第1の複屈折層、及び第2の複屈折層の膜厚を、それぞれ40nm〜400nmの間で変化させた位相差素子をそれぞれ作製した。Nx1’−Nx2’間角度は、82°とした。
このようにして作製した位相差素子と、第1の偏光板(デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板)と、第2の偏光板(デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板)と、垂直配向型の液晶パネル(屈折率の異方性が正で、誘電率異方性が負の垂直配向型の液晶材料を注入した液晶パネルであって、比屈折率Δnと液晶層dとが、Δn×d=332nmとなるような液晶層を有し、また、斜方蒸着法により形成された配向膜によって制御された、87°のプレチルト角を有する液晶パネル)とを、図10に示すように配置して、液晶表示装置を作製した。そして、投影画像のコントラストを測定した。
図20は、位相差素子の第1の複屈折層及び第2の複屈折層のそれぞれの平均厚み(膜厚)と、コントラストとの関係を示した図である。2層の膜厚は、略同一とした。膜厚が0のプロットは、位相差素子を挿入しない場合のコントラストを表している。本発明の光学系形態では、位相差素子がない場合と比較して、膜厚を40nm〜200nmとすることで1.5倍以上のコントラストを得た。さらに、膜厚を80nm〜120nmとすることでコントラストは約2倍に増加した。
<位相差素子の作製>
実施例2と同様の方法で、Nx1’−Nx2’間角度が、60°〜98°となるように変化させた数種類の位相差素子を作製した。第1の複屈折層及び第2の複屈折層の平均厚み(膜厚)は、略80nmとした。
このようにして作製した位相差素子と、第1の偏光板(デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板)と、第2の偏光板(デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板)と、垂直配向型の液晶パネル(屈折率の異方性が正で、誘電率異方性が負の垂直配向型の液晶材料を注入した液晶パネルであって、比屈折率Δnと液晶層dとが、Δn×d=332nmとなるような液晶層を有し、また、斜方蒸着法により形成された配向膜によって制御された、87°のプレチルト角を有する液晶パネル)とを、図10に示すように配置して、液晶表示装置を作製した。そして、投影画像のコントラストを測定した。
図21は、Nx1’−Nx2’間角度と、投影画像のコントラストとの関係を示した図である。角度が0のプロットは、位相差素子がない場合のコントラストを表している。本発明の位相差素子を光学系に挿入することで、コントラストが増加することがわかる。本発明の光学系形態では、位相差素子がない場合と比較して、角度を75°以上86°以下とすることで約1.5倍以上のコントラストを得た。更に角度を78°以上82°以下とすることで、約2倍のコントラストが得られた。
ガラス基板(平均厚み0.7mm)上の一面に、Nb2O5とSiO2とを用いて、スパッタ法により表1〜表4のNo.1から順に交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このとき、基板法線方向から15°傾斜した入射光に付与する位相差が、3.5nm、7.0nm、10.5nm、14.0nmとなるような層構成のサンプルをそれぞれ作製した。各サンプルの位相差付与反射防止層の構成を表1(位相差7.0nm)、表2(位相差3.5nm)、表3(位相差10.5nm)、表4(位相差14.0nm)に示した。
次に、前記ガラス基板の他方の面に、実施例1と同様のプロセスを用いて複屈折層を作製した。平均厚み(膜厚)は160nm、層間角度は84°とした。以上のプロセスで、液晶表示装置に用いる位相差素子を作製した。
ガラス基板(平均厚み0.7mm)上の両面に、Nb2O5とSiO2とをスパッタ法により交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このとき、ガラス基板の表面の直交方向からから15°傾斜した斜入射光に付与する位相差が、一方の面の位相差付与反射防止層は7.0nm、他方の面の位相差付与反射防止層は14.0nmとなるような層構成とした。層構成は、一方の面が表1(位相差7.0nm)、他方の面が表4(位相差14.0nm)の層構成とした。このようにして、ガラス基板両面の反射防止層によって付与する合計の位相差が21.0nmとなるような層構成とした。次に、一方の位相差付与反射防止層上に、実施例1と同様のプロセスを用いて第1の複屈折層及び第2の複屈折層を作製した。それぞれの複屈折層の平均厚み(膜厚)は160nmとした。層間角度は84°とした。以上のプロセスで、液晶表示装置に用いる位相差素子を作製した。
ガラス基板(平均厚み0.7mm)上の両面に、スパッタ法によりNb2O5とSiO2とを交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このとき、ガラス基板の表面の直交方向から15°傾斜した斜入射光に付与する位相差が、合計して28.0nmとなるような層構成とした。表4(位相差14.0nm)の層構成でガラス基板両面に成膜することによって実現した。次に、一方の反射防止層上に、実施例1と同様のプロセスを用いて第1の複屈折層及び第2の複屈折層を作製した。それぞれの複屈折層の平均厚み(膜厚)は160nmとした。層間角度は84°とした。以上のプロセスで、液晶表示装置に用いる位相差素子を作製した。
ガラス基板(平均厚み0.7mm)上の一面に、スパッタ法によりNb2O5とSiO2とを交互積層することによって、ガラス基板の表面の直交方向から15°傾斜した斜入射光に付与する位相差がほぼ0nmとなるような反射防止層を形成した。次に、ガラス基板の他方の面に、実施例1及び2と同様のプロセスを用いて第1の複屈折層及び第2の複屈折層を作製した。それぞれの複屈折層の平均厚み(膜厚)は160nmとした。層間角度は84°とした。以上のプロセスで、液晶表示装置に用いる位相差素子を作製した。
例えば、他の種類の位相差素子として、C−Plateを液晶パネルに対して傾斜配置する方法が知られている。
ガラス基板(平均厚み0.7mm)上の一面に、スパッタ法によりNb2O5とSiO2とを30nm×72層の構造で交互積層することによって、Rth=−200nmのC−Plate位相差素子を作製した。図10のような光学系の構成において、コントラストを測定した。
(1)位相差素子を用いない場合、
(2)比較例2で挙げたC−Plateを液晶パネルと3°〜7°傾斜させて配置した場合、
(3)実施例1(膜厚160nm)の位相差素子を液晶パネルと平行に配置した場合、
の投影画像のコントラストを比較したものである。
位相差素子を用いない場合のコントラストを1とすると、(2)では1.9倍〜2.1倍の増加率であったが、本発明である(3)では、液晶パネルと平行に配置しているにもかかわらずNx1’−Nx2’間角度を70°〜90°のときに2.1〜2.8倍と高い増加率を得ることができた。このことから、従来のC−Plateと比較しても、配置スペースを大幅に縮小できる上に、コントラストにも優れることが確認できた。
2 ガラス基板
3 ガラス基板
4 位相差素子
5 第2の偏光板
6 第1の偏光板
7 出射光
8 入射光
10 透明基板
11 Rd−AR層
21 光学薄膜
22 媒質
23 媒質
31 透明基板
32 位相差付与反射防止層
33 第1の複屈折層
33’ 2軸性の屈折率楕円体
34 第2の複屈折層
34’ 2軸性の屈折率楕円体
35 保護層
36 位相差付与反射防止層
40 垂直配向液晶層
41 透過型光変調素子
42 透過型偏光子
43 位相差素子
44 透過型偏光子
45 入射光
P P偏光
S S偏光
Claims (18)
- 透明基板と、
光学多層膜からなり、入射光のうち斜入射光に位相差を付与し、かつ前記入射光の反射を防止する位相差付与反射防止層と、
光学異方性無機材料を有してなり、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が90°ではない第1の複屈折層と、
光学異方性無機材料を有してなり、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が90°ではない第2の複屈折層であって、前記第1の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第1の線分における前記透明基板側の端部を端部Aとし、前記第2の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第2の線分における前記透明基板側の端部を端部Bとし、前記第1の線分及び前記第2の線分を前記透明基板上に投影し前記端部A及び前記端部Bを重ねたときに、前記透明基板上に投影された前記第1の線分及び前記第2の線分のなす角度が0°及び180°ではないように前記第1の複屈折層に接し、前記第1の複屈折層の平均厚みと略同一の平均厚みを有する第2の複屈折層と、
を有することを特徴とする位相差素子。 - 第1の複屈折層の光学異方性無機材料の材質が、Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta、及びAlの少なくともいずれかを含有する酸化物であり、
第2の複屈折層の光学異方性無機材料の材質が、Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta、及びAlの少なくともいずれかを含有する酸化物である請求項1に記載の位相差素子。 - 第1の複屈折層及び第2の複屈折層の少なくともいずれかが、次式:Nx>Ny>Nzを満たす請求項1から2のいずれかに記載の位相差素子。
ただし、前記Nxは、屈折率異方性の主軸に平行な方向における屈折率を表し、前記Nyは、前記Nxに直交する方向における屈折率を表し、前記Nzは、前記Nx及び前記Nyに直交する方向における屈折率を表す。 - 透明基板上に投影された第1の線分及び第2の線分のなす角度が、70°以上90°未満である請求項1から3のいずれかに記載の位相差素子。
- 第1の複屈折層の位相差と、第2の複屈折層の位相差との差が、10nm未満である請求項1から4のいずれかに記載の位相差素子。
- 第1の複屈折層の位相差と、第2の複屈折層の位相差とが、略同一である請求項5に記載の位相差素子。
- 光学多層膜における各層の平均厚みが異なる請求項1から6のいずれかに記載の位相差素子。
- 位相差付与反射防止層が、透明基板に対する直交方向から15°傾斜した斜入射光に対して28nm以下の位相差を付与する請求項1から7のいずれかに記載の位相差素子。
- 光学多層膜における各層の材質が、Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta、及びAlの少なくともいずれかを含有する酸化物である請求項1から8のいずれかに記載の位相差素子。
- 位相差付与反射防止層が、波長帯域430nm〜510nmで反射防止層として機能する請求項1から9のいずれかに記載の位相差素子。
- 位相差付与反射防止層が、波長帯域510nm〜590nmで反射防止層として機能する請求項1から9のいずれかに記載の位相差素子。
- 位相差付与反射防止層が、波長帯域590nm〜680nmで反射防止層として機能する請求項1から9のいずれかに記載の位相差素子。
- 透明基板上に投影された第1の線分及び第2の線分のなす角の2等分線と、前記透明基板の一辺とのなす角度が略45°である請求項1から12のいずれかに記載の位相差素子。
- 基板と、前記基板の主面の直交方向に対してプレチルトを有する液晶分子を含有するVAモード液晶層とを有し、入射された光束を変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に配置された第1の偏光板と、
前記液晶パネルの出射側に配置された第2の偏光板と、
前記液晶パネルと、前記第2の偏光板との間の光路に配置された請求項1から13のいずれかに記載の位相差素子とを有することを特徴とする液晶表示装置。 - プレチルトにより液晶分子が基板の表面の直交方向に対して傾斜している方向を透明基板上に投影したときの仮想線と、前記透明基板上に投影された第1の線分及び第2の線分のなす角の2等分線とが、略平行である請求項14に記載の液晶表示装置。
- 光を出射する光源と、
変調された光を投射する投射光学系と、
前記光源と、前記投射光学系との間の光路上に配置された請求項14から15のいずれかに記載の液晶表示装置とを有することを特徴とする投射型画像表示装置。 - 請求項1から13のいずれかに記載の位相差素子の製造方法であって、
透明基材、及び位相差付与反射防止層のいずれかの上に、斜方蒸着により第1の複屈折層を形成する第1の複屈折層形成工程と、
前記第1の複屈折層上に、斜方蒸着により第2の複屈折層を形成する第2の複屈折層形成工程とを含むことを特徴とする位相差素子の製造方法。 - 請求項14から15のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法であって、
請求項17に記載の位相差素子の製造方法と、
液晶パネルと第2の偏光板との間の光路上に、液晶パネルの基材の一辺と、位相差素子の一辺とが略同一となるように前記位相差素子を配置する配置工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
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