JP2021092765A - 位相差補償素子、液晶表示装置、及び投射型画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 配置スペースを大幅に縮小でき、更に耐久性にも優れ、液晶のプレチルト角のばらつきに対応した位相差補償素子などの提供。【解決手段】 透明基板と、無機材料から構成され、Ｃプレートの位相差特性を有する第一の光学異方性層と、無機材料から構成され、Ｏプレートの位相差特性を有しない斜方蒸着膜である第二の光学異方性層と、を備え、前記第一の光学異方性層と前記第二の光学異方性層とを合わせた位相差補償素子がＯプレート様の位相差特性を有する位相差補償素子である。【選択図】図４

Description

本発明は、位相差補償素子、液晶表示装置、及び投射型画像表示装置に関する。

近年、液晶表示装置において、コントラスト特性及び視野角特性を改善するために、位相差補償素子を用いた光学補償技術が利用されている。例えば、垂直配向液晶における黒輝度浮きの補償が挙げられる。また、液晶のプレチル卜角による位相差、及び斜入射光で生じる複屈折による位相差を補償するために、水晶等の位相差補償素子を液晶パネルの主面と平行に配置して光学補償を行う方法や、高分子フィルム等の複屈折を有する有機材料等を液晶パネルの主面と平行に配置して光学補償を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

しかしながら、位相差補償素子として単結晶を加工する方法を用いる場合には、特に液晶のプレチル卜角度までをも考慮して補償しようとすると、結晶軸に対して所定の角度で切り出す必要が生じ、材料の切り出しや研磨等に非常に高い精度が必要となる結果、高コストとなる。また、延伸したフィルム等では、結晶軸の制御は容易ではない。
そのため、位相差補償素子そのものを、液晶パネルの主面に対して傾斜配置させる等の方法が提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。

しかしながら、小型化が進むプロジェクタ内部では、位相差補償素子を液晶パネルの主面に対して傾斜配置させるスペースが不足する懸念がある。さらには、熱や高輝度かつ高出力の光線に対して劣化し易くなり、耐久性に課題がある。
また、液晶のプレチルト角にはばらつきがあり、これに対応した位相差補償素子が望まれていた。

したがって、配置スペースを大幅に縮小でき、更に耐久性にも優れ、液晶のプレチルト角のばらつきに対応した位相差補償素子の提供が求められているのが現状である。

特開２００５−１７２９８４号公報 特許第４６６１５１０号公報 特許第４５６６２７５号公報 特開２００６−１１２９８号公報 特開２００９−２２９８０４号公報

本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、配置スペースを大幅に縮小でき、更に耐久性にも優れ、液晶のプレチルト角のばらつきに対応した位相差補償素子、前記位相差補償素子を用いた液晶表示装置、及び前記液晶表示装置を用いた投射型画像表示装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞ 透明基板と、
無機材料から構成され、Ｃプレートの位相差特性を有する第一の光学異方性層と、
無機材料から構成され、Ｏプレートの位相差特性を有しない斜方蒸着膜である第二の光学異方性層と、
を備え、
前記第一の光学異方性層と前記第二の光学異方性層とを合わせた位相差補償素子がＯプレート様の位相差特性を有することを特徴とする位相差補償素子である。
＜２＞ Ｃプレートの位相差特性を有する第一の光学異方性層が、光学軸が基板面に対して垂直な方向である複屈折体であり、
Ｏプレートの位相差特性が、光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜している１軸または２軸の複屈折体の光学軸方向における位相差の傾斜角依存性において、光学軸となる傾斜角θにおいて位相差が０であり、前記傾斜角θから傾斜角±４５°の範囲において、傾斜角が傾斜角θから離れるほど位相差が増加する位相差特性であり、
Ｏプレート様の位相差特性が、斜め異方性を示す方向における位相差の傾斜角依存性において、位相差の極小値が０にならず、位相差が極小となる傾斜角φから傾斜角±４５°の範囲において、傾斜角が傾斜角φから離れるほど位相差が増加する位相差特性である、
前記＜１＞に記載の位相差補償素子である。
＜３＞ Ｏプレートの位相差特性を有しない第二の光学異方性層が、光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜していて、かつ、光学軸方向における位相差の傾斜角依存性において、傾斜角により位相差の符号が入れ替わる光学異方性層である前記＜１＞及び＜２＞のいずれかに記載の位相差補償素子である。
＜４＞ 前記第二の光学異方性層における前記無機材料が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆ、及びＣｅ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＜３＞のいずれかに記載の位相差補償素子である。
＜５＞ 前記第一の光学異方性層が、屈折率が異なる２種類以上の無機酸化物膜が積層されてなる反射防止層である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の位相差補償素子である。
＜６＞ 前記透明基板と、前記第二の光学異方性層との間に、屈折率が異なる２種類以上の無機酸化物膜が積層されてなるマッチング層を有する前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の位相差補償素子である。
＜７＞ 前記反射防止層における前記無機酸化物膜の少なくとも１種が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆの少なくともいずれかを含有する酸化物膜である前記＜５＞に記載の位相差補償素子である。
＜８＞ 前記マッチング層における前記無機酸化物膜の少なくとも１種が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆの少なくともいずれかを含有する酸化物膜である前記＜６＞に記載の位相差補償素子である。
＜９＞ 前記第二の光学異方性層上に、誘電体膜からなる保護層を有する前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の位相差補償素子である。
＜１０＞ 前記透明基板が、ガラス、石英、水晶、及びサファイアのいずれかである前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の位相差補償素子である。
＜１１＞ 液晶パネルと前記＜１＞から＜１０＞のいずれかに記載の位相差補償素子とを備えることを特徴とする液晶表示装置である。
＜１２＞ 前記液晶パネルと前記位相差補償素子とが、前記液晶パネルの主面と前記位相差補償素子の主面とが平行、乃至、前記液晶パネルの主面と前記位相差補償素子の主面との傾斜が２°以内で配置されている前記＜１０＞に記載の液晶表示装置である。
＜１３＞ 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＜１２＞に記載の液晶表示装置とを備えることを特徴とする投射型画像表示装置である。

本発明によると、従来における前記諸問題を解決することができ、配置スペースを大幅に縮小でき、更に耐久性にも優れ、液晶のプレチルト角のばらつきに対応した位相差補償素子、前記位相差補償素子を用いた液晶表示装置、及び前記液晶表示装置を用いた投射型画像表示装置を提供することができる。

図１は、Ｃプレートの位相差の傾斜角依存性を示すグラフである。 図２は、Ｏプレートの位相差の傾斜角依存性を示すグラフである。 図３は、Ｏプレート様の位相差の傾斜角依存性を示すグラフである。 図４は、位相差補償素子の構成例を示す断面図である。 図５は、反射防止層の断面模式図である。 図６は、斜方蒸着膜の斜視模式図である。 図７は、斜方蒸着膜を成膜する斜方蒸着法の一例を説明するための模式図である。 図８は、蒸着源からの蒸着方向を蒸着対象面に投影した向きの一例を示す模式図である。 図９は、位相差補償素子の製造方法を示すフローチャートである。 図１０は、液晶表示装置の構成の一例を示す概略図である。 図１１は、投射型画像表示装置の構成の一例を示す概略図である。 図１２は、実施例１の第一の光学異方性層の位相差の傾斜角依存性を示すグラフである。 図１３は、実施例１の第二の光学異方性層の位相差の傾斜角依存性を示すグラフである。 図１４は、実施例１の第一の光学異方性層及び第二の光学異方性層を合わせた位相差の傾斜角依存性を示すグラフである。

以下、本技術の実施の形態について、図面を参照しながら下記順序にて詳細に説明する。
１．位相差補償素子
２．液晶表示装置
３．投射型画像表示装置
４．実施例

（位相差補償素子）
本実施の形態に係る位相差補償素子は、透明基板と、第一の光学異方性層と、第二の光学異方性層とを有する。
第一の光学異方性層は、Ｃプレートとして作用する。即ち、Ｃプレートの位相差特性を有する。
第二の光学異方性層は、Ｏプレートとして作用しない。即ち、Ｏプレートの位相差特性を有しない。
第二の光学異方性層は、斜方蒸着膜である。
第一の光学異方性層と第二の光学異方性層とを合わせた位相差特性はＯプレート様として作用する。即ち、Ｏプレート様の位相差特性を有する。

ここで、Ｃプレートとは、光学軸が基板面に対して垂直な方向である複屈折体のことをいう。光学軸とは、複屈折を起こさない方向であり、位相差（リタデーション）が０になる方向を意味する。図１は、Ｃプレートの位相差の傾斜角依存性を示すグラフであり、Ｃプレートの位相差特性を示す。傾斜角０°が基板面に対して垂直な方向であり、ここで位相差が０になっていることから、光学軸が基板面に対して垂直であることが分かる。
Ｏプレートとは、光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜している１軸または２軸の複屈折体のことをいう。図２は、Ｏプレートの光学軸方向における位相差の傾斜角依存性を示すグラフであり、Ｏプレートの位相差特性を示す。傾斜角θ１で位相差が０になっていることから、光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜していることが分かる。即ち、Ｏプレートの光学軸方向における位相差の傾斜角依存性を示すグラフにおいては、光学軸となる傾斜角θ１において位相差が極小値、かつ０であり、この位相差が極小となる傾斜角θ１から傾斜角±４５°の範囲において、傾斜角がθ１から離れるほど位相差が増加する（位相差の符号は反転しない）。光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜していても、光学軸方向における位相差の傾斜角依存性が図２に示すＯプレートのものと異なっている場合、即ち、光学軸方向である傾斜角θ１で位相差が図２のような極小値をとらず、位相差の符号が反転するようなグラフになる場合は、Ｏプレートではない。
本発明において「Ｏプレート様」とは、斜め異方性を示す方向（Ｏプレートの光学軸に相当する方向）における位相差の傾斜角依存性において、Ｏプレートとほぼ同じ位相差の傾斜角依存性を持っているが、位相差の極小値が０にならないものをいう。図３は、Ｏプレート様の斜め異方性を示す方向における位相差の傾斜角依存性を示すグラフであり、「Ｏプレート様」の位相差特性を示す。即ち、「Ｏプレート様」の斜め異方性を示す方向における位相差の傾斜角依存性を示すグラフにおいては、位相差の極小値が０にならず、この位相差が極小となる傾斜角θから傾斜角±４５°の範囲において、傾斜角がθから離れるほど位相差が増加する。
また、位相差（リタデーション）は、大塚電子株式会社製リタデーション測定装置ＲＥＴＳ−１００により測定することができる。

第一の光学異方性層と第二の光学異方性層とを合わせた位相差特性がＯプレート様として作用することで、液晶パネルに対して位相差補償素子を傾けずに、液晶パネルの残留位相差を補償することができる。そのため、配置スペースを大幅に縮小できる。更に、液晶パネルの残留位相差を適切に補償できるため、コントラストを改善させることができる。
プレチルトした液晶分子の一つ一つはＯプレートとして作用するが、プレチルト角にばらつきがある場合は、液晶パネルの位相差特性はこれらの液晶分子を足し合わせた位相差特性となる。この場合の液晶パネルの位相差特性はＯプレート様となるため、Ｏプレート様の位相差特性を持つ位相差補償板はより適切に液晶パネルの残留位相差を補償することができ、コントラストを改善することができる。

第一の光学異方性層は、無機材料から構成される。
第二の光学異方性層は、無機材料から構成される。
そのような位相差補償素子は、無機材料を構成材料とするため、耐久性に優れる。

図４は、位相差補償素子の構成例を示す断面図である。図４に示すように、位相差補償素子１０は、透明基板１１と、透明基板１１上に高屈折率膜と低屈折率膜とが交互に積層され、各層の厚さが使用波長以下であるマッチング層１２と、マッチング層１２上に形成された斜方蒸着膜からなる第二の光学異方性層１３と、第二の光学異方性層１３上に形成された誘電体膜からなる保護層１４とを備える。また、透明基板１１側に第一の光学異方性層１５Ａ、保護層１４側に反射防止層１５Ｂを備える。

＜透明基板＞
透明基板１１は、使用波長帯域の光に対して透明である。透明基板１１は、使用波長帯域の光に対して高い透過率を有する。透明基板１１の材料としては、例えば、無機材料である。無機材料としては、ガラス、石英、水晶、サファイアなどが挙げられる。透明基板１１の形状は、四角形が一般的であるが、目的に応じた形状が適宜選択される。透明基板１１の厚みは、例えば、０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

＜第一の光学異方性層、及び反射防止層＞
第一の光学異方性層１５Ａは、例えば、透明基板１１の第二の光学異方性層１３側とは対向する面に接して設けられる。
第一の光学異方性層１５Ａは、無機材料から構成される。
第一の光学異方性層１５Ａは、Ｃプレートとして作用する。

反射防止層１５Ｂは、例えば、保護層１４の第二の光学異方性層１３側とは対向する面に接して必要に応じて設けられる。

第一の光学異方性層１５Ａは、例えば、所望の使用波長帯域において反射防止の機能を有する。
反射防止層１５Ｂは、所望の使用波長帯域において反射防止の機能を有する。

図５は、第一の光学異方性層の断面模式図である。図５に示すように第一の光学異方性層１５Ａは、屈折率の異なる２種類以上の無機酸化物膜が積層されてなる反射防止層であり、例えば、屈折率が各々異なる第１の酸化物膜１５１と、第２の酸化物膜１５２とが交互に積層された多層膜で形成される。反射防止層の層数は、必要に応じて適宜決定され、５〜４０層程度が生産性の点から好ましい。なお、反射防止層１５Ｂも、第一の光学異方性層１５Ａと同様に構成される。

第１の酸化物膜１５１と第２の酸化物膜１５２との屈折率差としては、大きいほど好ましいが、材料の入手のし易さ、成膜性などを考慮すると、０．５以上１．０以下が好ましい。なお、屈折率は、例えば、波長５５０ｎｍにおける屈折率である。

第一の光学異方性層１５Ａの無機酸化物膜、及び反射防止層１５Ｂの無機酸化物膜のそれぞれは、例えば、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆの少なくともいずれかを含有する酸化物膜により構成される。

例えば、第一の光学異方性層１５Ａ及び反射防止層１５Ｂは、相対的に高屈折率である酸化ニオブ（波長５５０ｎｍにおける屈折率２．３）からなる第１の酸化物膜１５１と、相対的に低屈折率である酸化ケイ素（波長５５０ｎｍにおける屈折率１．５）からなる第２の酸化物膜１５２とが交互に積層された多層膜とすることできる。

なお、第一の光学異方性層１５Ａ及び反射防止層１５Ｂを構成する酸化物は、非化学量論的であってもよい。即ち、酸化物の構成元素の原子比が簡単な整数比にならなくてもよい。酸化物膜をスパッタリング法などで成膜すると、酸化物は非化学量論的となることが多いためである。また、成膜された酸化物における元素比は、安定に測定されにくいため、酸化物における元素比を特定することは困難である。

酸化物が非化学量論的であることを踏まえ、例えば、Ｎｂを含有する酸化物は、以下の式で表される。
ＮｂＯ_Ｘ（０＜Ｘ≦２．５）
例えば、Ｓｉを含有する酸化物は、以下の式で表される。
ＳｉＯ_Ｙ（０＜Ｙ≦２）

第一の光学異方性層１５Ａ及び反射防止層１５Ｂの厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、２５０ｎｍ以上２，３００ｎｍ以下などが挙げられる。なお、本明細書において層の厚み（膜厚）とは、平均の膜厚を意味する。

＜マッチング層＞
マッチング層１２は、例えば、屈折率の異なる２種類以上の無機酸化物膜が積層された多層膜である。マッチング層１２は、透明基板１１と第二の光学異方性層１３との間に設けられる。マッチング層１２は、界面反射光を干渉により打ち消し合うように設計され、透明基板１１と第二の光学異方性層１３の界面における反射を防止する。即ち、マッチング１２層は、透明基板１１とマッチング層１２との界面反射光と、マッチング層１２と第二の光学異方性層１３との界面反射光を、打ち消しあうように設計される。

マッチング層１２は、例えば、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆの少なくともいずれかを含有する酸化物膜により構成される。

なお、マッチング層１２を構成する酸化物は、非化学量論的であってもよい。即ち、酸化物の構成元素の原子比が簡単な整数比にならなくてもよい。酸化物膜をスパッタリング法などで成膜すると、酸化物は非化学量論的となることが多いためである。

マッチング層１２の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１４０ｎｍ以上２４０ｎｍ以下などが挙げられる。

＜第二の光学異方性層＞
第二の光学異方性層１３は、無機材料から構成される。
第二の光学異方性層１３は、斜方蒸着膜である。
第二の光学異方性層１３は、Ｏプレートとして作用しない。
第二の光学異方性層１３は、例えば、無機材料が堆積された複屈折層からなる。
複屈折層における無機材料の堆積方向と、透明基板の表面とのなす角の角度は９０°ではない。

第二の光学異方性層１３は、Ｃプレートとして作用しない。
第二の光学異方性層１３は、例えば、光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜しており、かつ光学軸方向における位相差の傾斜角依存性がＯプレートのものとは異なっている。
第二の光学異方性層１３は、例えば、光学軸が、基板面に対して垂直な方向から±４５°以内に存在する。

図４に示される位相差補償素子１０においては、第二の光学異方性層１３は、マッチング層１２と保護層１４との間に配置される。

複屈折層は、例えば、無機材料からなる複屈折膜を含む。無機材料としては、誘電体材料が好ましく、例えば、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆ、及びＣｅの少なくともいずれかを含有する酸化物が挙げられる。
無機材料としては、酸化タンタル（例えば、Ｔａ_２Ｏ_５）が好ましい。

複屈折膜の位相差については、特に限定されるものではなく、液晶パネルに応じて適宜設定される。

第二の光学異方性層の厚みは、補償したい位相差に応じて適宜選択することができ、例えば、５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下などが挙げられる。

図６は、斜方蒸着膜の斜視模式図である。図６に示すように、第二の光学異方性層１３を構成する斜方蒸着膜２３は、透明基板１１の表面又は蒸着対象面２１に直交する方向である法線Ｓに対して傾斜する方向に蒸着材料を堆積して成膜される。蒸着対象面２１の法線Ｓに対する傾斜角度は、６０°以上８０°以下であることが好ましい。
第二の光学異方性層１３は、例えば、このような複屈折膜が複数堆積された構成となる場合もある。

複屈折膜の各々は、法線Ｓに対して傾斜する方向に堆積して成膜され、複屈折膜を構成する無機材料の成膜方向と透明基板の表面とのなす角の角度は９０°ではない。

複屈折膜の各々について、無機材料の成膜方向と透明基板の表面とのなす角の角度を９０°ではない状態にする方法としては、例えば、法線Ｓに対して傾斜した位置に蒸着源を配置し、当該蒸着源からの斜方蒸着により、斜方蒸着膜を成膜する方法が好ましい。複数回の斜方蒸着によって複屈折層を形成する場合には、蒸着角度を変えて斜方蒸着を繰り返し、最終的な複屈折層を得る。

図７は、斜方蒸着膜を成膜する斜方蒸着法の一例を説明するための模式図である。
図８は、蒸着源からの蒸着材料の飛来方向を蒸着対象面に投影した向き（蒸着方向）の一例を示す模式図である。
図７に示すように蒸着源Ｒから蒸着方向Ｄにて透明基板１１に向かって斜方蒸着膜を成膜した場合には、複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きはｄで示される。
図８に示すように、蒸着プロセスＰ１においては、蒸着面にｘｙ軸を規定して中心から反時計回りの方向を＋とした場合に、１３５°の方向から斜方蒸着を実施して、複屈折膜を成膜する。なお、符号Ｌは、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きを示す。

＜保護層＞
保護層１４は、誘電体膜からなり、第二の光学異方性層１３の斜方蒸着膜に接して配置される。これにより、位相差補償素子１０の反りを防止することができ、斜方蒸着膜の耐湿性を向上させることができる。

保護層１４の誘電体材料としては、位相差補償素子１０にかかる応力を調整可能であり、且つ耐湿性向上に効果のあるもの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。このような誘電体材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｂ、及びＬａの少なくともいずれかを含有する酸化物、ＭｇＦ_２などが挙げられる。

保護層１４の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下などが挙げられる。

＜位相差補償素子の製造方法＞
次に、本実施形態に係る位相差補償素子の製造方法について説明する。
以下、位相差補償素子の製造方法の具体例として、図４に示す構成例の位相差補償素子の製造方法について説明する。図９は、位相差補償素子の製造方法を示すフローチャートである。

＜＜Ｓ１＞＞
先ず、ステップＳ１において、透明基板１１を準備する。

＜＜Ｓ２＞＞
次に、ステップＳ２において、第二の光学異方性層１３と透明基板１１の界面における反射を防止するため、透明基板１１上に無機酸化物膜が積層されてなるマッチング層１２を形成する。

＜＜Ｓ３＞＞
次に、ステップＳ３において、マッチング層１２が形成されていない透明基板１１の反対面に対して、第一の光学異方性層１５Ａ〔裏面ＡＲ（Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）層〕を形成する。

＜＜Ｓ４＞＞
次に、ステップＳ４において、マッチング層１２上に第二の光学異方性層１３を斜方蒸着法により形成する。例えば、図７及び図８に示すように、蒸着プロセスＰ１による成膜を行う。

＜＜Ｓ５＞＞
次に、ステップＳ５において、第二の光学異方性層１３を２００℃以上６００℃以下の温度でアニール処理する。より好ましくは３００℃以上５００℃以下の温度で、さらに好ましくは４００℃以上５００℃以下の温度で、第二の光学異方性層１３をアニール処理する。これにより、第二の光学異方性層１３の特性を安定化させることができる。

＜＜Ｓ６＞＞
次に、ステップＳ６において、第二の光学異方性層１３上に保護層１４を形成する。例えば、保護層１４としてＳｉＯ_２を成膜する場合、ＳｉＯ_２の材料として、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスとＯ_２を用い、プラズマＣＶＤ装置を使用することが好ましい。
プラズマＣＶＤ装置によって成膜されるＳｉＯ_２ＣＶＤ膜は、スパッタリング法を代表とする物理的気相成長と異なり、気化された材料ガスを用いることを特徴とするため、ＴＥＯＳガスを比較的容易に柱状構造の空隙部に侵入させることができ、第二の光学異方性層１３との密着性をさらに向上させることができる。

＜＜Ｓ７＞＞
次に、ステップＳ７において、保護層１４の上に反射防止層１５Ｂ（表面ＡＲ層）を形成する。

＜＜Ｓ８＞＞
最後に、ステップＳ８において、仕様に合せたサイズにスクライブ切断を実施する。

以上の製造方法により、位相差補償素子を得ることができる。

（液晶表示装置）
本実施の形態に係る液晶表示装置は、液晶パネルと、前述の位相差補償素子とを備える。

液晶表示装置において、液晶パネルと、位相差補償素子とは、例えば、液晶パネルの主面と、位相差補償素子の主面とが平行になるように配置される。そうすることにより、位相差補償素子を液晶パネルに対して傾斜配置させる場合と比べて、配置スペースを大幅に縮小できる。ここでの平行とは、完全な平行を意味するものではなく、配置スペースを大幅に縮小できる限り、位相差補償素子の主面は、液晶パネルの主面に対して、傾斜していてもよい。例えば、２°の範囲内で、位相差補償素子の主面は、液晶パネルの主面に対して傾斜していてもよい。

液晶表示装置は、液晶パネルと、位相差補償素子とを少なくとも有し、更に必要に応じて、第１の偏光板、第２の偏光板などのその他の部材を有する。

＜液晶パネル＞
液晶パネルは、特に制限はなく、例えば、基板と、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。ＶＡモード（Ｖｅｒｔｉｃａｌ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｍｏｄｅ）とは、基板に垂直に（又はプレチルトを有して）配向させた液晶分子を、垂直方向の縦電界を使って動かす方式を意味する。

＜第１の偏光板、及び第２の偏光板＞
第１の偏光板は、液晶パネルの入射側に配置されるものであり、第２の偏光板は、液晶パネルの出射側に配置されるものである。第１の偏光板及び第２の偏光板は、耐久性の点から、無機偏光板であることが好ましい。

代表的な光学系について、図１０を用いて説明する。垂直配向型の透過型液晶パネルの場合、無電圧印加状態での液晶分子１は、基板面の直交方向に対して一定の方向にプレチルト角αだけ傾いて配向する。このとき、液晶パネルは、透過軸方向が９０°対向した一対の偏光板の間に挟み込まれるように配置される。なお、図１０において、符号２はガラス基板を示し、符号３はガラス基板を示し、符号４は位相差補償素子を示し、符号５は第２の偏光板を示し、符号６は第１の偏光板を示し、符号７は出射光を示し、符号８は入射光を示す。

（投射型画像表示装置）
本実施の形態に係る投射型画像表示装置は、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、前述の液晶表示装置とを備える。
液晶表示装置は、光源と、投射光学系との間の光路上に配置される。

投射型画像表示装置は、液晶プロジェクタ、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）プロジェクタなどのプロジェクタ用途として好適に用いられる。

＜光源＞
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、高輝度かつ高出力の光を出射するレーザー光源などを使用することができる。
レーザー光源の波長としては、例えば、４５５ｎｍなどが挙げられる。

＜投射光学系＞
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。

このような構成の投射型画像表示装置によれば、位相差補償素子の配置スペースを大幅に縮小できるため、小型の投射型画像表示装置を構成することができる。

図１１は、本実施の形態に係る投射型画像表示装置の構成の一例を示す概略図である。投射型画像表示装置１１５Ａは、赤、緑及び青の各色用の液晶パネルを３枚用いてカラー画像表示を行う、いわゆる３板方式液晶プロジェクタ装置である。図１１に示すように、この投射型画像表示装置１１５Ａは、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂと、光源１０２と、ダイクロイックミラー１０３、１０４と、全反射ミラー１０５と、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂと、合成プリズム１０８と、投射レンズ１０９とを備えている。

光源１０２は、カラー画像表示に必要とされる青色光ＬＢ、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲを含んだ光源光（白色光）Ｌを発するものであり、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどを備える。

ダイクロイックミラー１０３は、光源光Ｌを青色光ＬＢとその他の色光ＬＲＧとに分離する機能を有している。ダイクロイックミラー１０４は、ダイクロイックミラー１０３を通過した光ＬＲＧを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離する機能を有している。全反射ミラー１０５は、ダイクロイックミラー１０３によって分離された青色光ＬＢを偏光ビームスプリッタ１０６Ｂに向けて反射する。

偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂは、それぞれ、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路に沿って設けられたプリズム型の偏光分離素子である。これらの偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂは、それぞれ、偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂを有し、この偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂにおいて、入射した各色光を互いに直交する２つの偏光成分に分離する機能を有している。偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂは、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を反射し、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）は透過するようになっている。

液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂには、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂの偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂによって分離された所定の偏光成分（例えばＳ偏光成分）の色光が入射される。液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、画像信号に基づいて与えられた駆動電圧に応じて駆動され、入射光を変調させると共に、その変調された光を偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂに向けて反射する機能を有している。

偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂと液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの各液晶パネル１１１との間には、１／４波長板１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂと位相差補償素子１０とがそれぞれ配置されている。１／４波長板１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂは、液晶パネルへ入射する時と液晶パネルから出射する時の２回透過することにより１／２波長板として機能する。（例えばＳ偏光成分をＰ偏光成分に変換する。）また、１／４波長板１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂは、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂの有する入射光の角度依存性に起因するコントラストの低下を改善する機能を有する。位相差補償素子１０は、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂを構成する液晶パネルの残留位相差を補償する機能を有する。一実施形態では、位相差補償素子１０が、本実施の形態に係る位相差補償素子である。

合成プリズム１０８は、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂから出射され、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂを通過した所定の偏光成分（例えばＰ偏光成分）の色光を合成する機能を有している。投射レンズ１０９は、合成プリズム１０８から出射された合成光をスクリーン１１０に向けて投射する機能を有している。

次に、以上のように構成された投射型画像表示装置１１５Ａの動作について説明する。
まず、光源１０２から出射された白色光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３の機能によって青色光ＬＢとその他の色光（赤色光および緑色光）ＬＲＧとに分離される。このうち青色光ＬＢは、全反射ミラー１０５の機能によって、偏光ビームスプリッタ１０６Ｂに向けて反射される。

一方、その他の色光（赤色光および緑色光）ＬＲＧは、ダイクロイックミラー１０４の機能によって、さらに赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離される。分離された赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧは、それぞれ、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇに入射される。

偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂは、入射した各色光を偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂにおいて互いに直交する２つの偏光成分に分離する。このとき、偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂは、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂに向けて反射する。液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、画像信号に基づいて与えられた駆動電圧に応じて駆動され、入射した所定の偏光成分の色光を画素単位で変調させる。

液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、変調した各色光を偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂに向けて反射する。偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂは、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂからの反射光（変調光）のうち、所定の偏光成分（例えばＰ偏光成分）のみを透過させ、合成プリズム１０８に向けて出射する。

合成プリズム１０８は、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂを通過した所定の偏光成分の色光を合成し、投射レンズ１０９に向けて出射する。投射レンズ１０９は、合成プリズム１０８から出射された合成光を、スクリーン１１０に向けて投射する。これにより、スクリーン１１０に、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂによって変調された光に応じた映像が投影され、所望の映像表示がなされる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。なお、便宜上、ＳｉＯ_２膜、Ｎｂ_２Ｏ_５膜と記載するが、これらの膜は非化学量論的である可能性が高い。

（実施例１）
＜位相差補償素子の作製＞
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）の一方の面上に、Ｎｂ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２とを用いて５層をスパッタリング法により交互積層することによって、マッチング層を形成した。
次いで、ガラス基板の他方の面上に、Ｎｂ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２とを用いて４０層をスパッタリング法により交互積層することによって第一の光学異方性層を形成した。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９ｎｍとなるような層構成とした。参考例１で示すように、得られた第一の光学異方性層の光学軸は、基板面に対して垂直な方向（傾斜角０°）であった。即ち、第一の光学異方性層は、Ｃプレートとして作用する。

続けて、Ｔａ_２Ｏ_５にＴｉＯ_２を添加した蒸着材料を用いて、基板法線方向に対して７０°傾斜した位置に蒸着源を配置して斜方蒸着を行った。図８に示すとおり、蒸着方向を１３５°で膜厚８０ｎｍとなるように蒸着を行い、第二の光学異方性層を形成した。参考例２で示すように、得られた第二の光学異方性層は、光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜しているものの、傾斜角３５°を境に位相差の符号が変わっており、Ｏプレートの位相差の傾斜角依存性とは明らかに異なっている。即ち、第二の光学異方性層は、Ｏプレートとして作用しない。また、Ｃプレートとしても作用しない。

蒸着後、特性を安定化させるため、４００℃でアニール処理を行った。アニール後に、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスとＯ_２を用い、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＯ_２膜を成膜した。

次いで、Ｎｂ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２とを用いて、７層をスパッタリング法により交互積層することによって反射防止層を形成した。

以上により、位相差補償素子を完成させた。

（参考例１）
実施例１に示す第一の光学異方性層を作製した。
即ち、ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）の一方の面上に、Ｎｂ_２Ｏ_５とＳｉＯ_２とを用いて４０層をスパッタリング法により交互積層することによって第一の光学異方性層を形成した。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９ｎｍとなるような層構成とした。

得られた第一の光学異方性層について、波長５５０ｎｍにおける傾斜角と位相差（リタデーション）との関係を、大塚電子株式会社製リタデーション測定装置ＲＥＴＳ−１００を用いて求めた。結果を図１２に示した。
図１２に示すように、実施例１の第一の光学異方性層は、光学軸が基板面に対して垂直な方向（傾斜角０°）である。即ち、実施例１の第一の光学異方性層は、Ｃプレートとして作用する。

（参考例２）
実施例１に示す第二の光学異方性層を作製した。
即ち、ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）の一方の面上に、Ｔａ_２Ｏ_５にＴｉＯ_２を添加した蒸着材料を用いて、基板法線方向に対して７０°傾斜した位置に蒸着源を配置して斜方蒸着を行った。図８に示すとおり、蒸着方向を１３５°で膜厚８０ｎｍとなるように蒸着を行い、第二の光学異方性層を形成した。

得られた第二の光学異方性層について、波長５５０ｎｍにおける傾斜角と位相差（リタデーション）との関係を、大塚電子株式会社製リタデーション測定装置ＲＥＴＳ−１００を用いて求めた。結果を図１３に示した。
図１３に示すように、実施例１の第二の光学異方性層は、光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜しているものの、傾斜角３５°を境に位相差の符号が変わっており、Ｏプレートの位相差の傾斜角依存性とは明らかに異なっている。即ち、実施例１の第二の光学異方性層は、Ｏプレートとして作用しない。また、Ｃプレートとしても作用しない。
傾斜角により位相差の符号が変わるということは、傾斜角により遅相軸の方向が９０°回転し進相軸と入れ替わることを意味している。

次に、実施例１における第一の光学異方性層と第二の光学異方性層とを合わせた位相差補償素子について、波長５５０ｎｍにおける斜め異方性を示す方向（図８の符号Ｌの方向）の傾斜角と位相差（リタデーション）との関係を、大塚電子株式会社製リタデーション測定装置ＲＥＴＳ−１００を用いて求めた。結果を図１４に示した。
図１４に示すように、実施例１における第一の光学異方性層と第二の光学異方性層とを合わせた位相差補償素子の斜め異方性を示す方向における位相差の傾斜角依存性は、Ｏプレートとほぼ同じ位相差の傾斜角依存性を持っているが、位相差の極小値が０にならない。即ち、実施例１における第一の光学異方性層と第二の光学異方性層とを合わせた位相差補償素子の位相差特性は、Ｏプレート様である。

＜コントラスト評価＞
実施例１の位相差補償素子を液晶プロジェクタに組み込み、コントラストを測定した。位相差補償素子は液晶パネルの主面に対して平行に配置した。その結果、位相差補償素子が無い場合の平均コントラストは３９８．８であるのに対し、平均コントラストが６２５．７まで改善した。
平均コントラストは、コントラストを任意の９箇所で測定した平均値である。
コントラストは、コニカミノルタジャパン株式会社製照度計Ｔ−１０により測定した。

本発明の位相差補償素子は、配置スペースを大幅に縮小でき、更に耐久性にも優れるため、小型の投射型画像表示装置に好適に用いることができる。また、液晶のプレチルト角のばらつきに対応した位相差補償素子を提供することができる。

１ 液晶分子
２ ガラス基板
３ ガラス基板
４ 位相差補償素子
５ 第２の偏光板
６ 第１の偏光板
７ 出射光
８ 入射光
１０ 位相差補償素子
１１ 透明基板
１２ マッチング層
１３ 第二の光学異方性層
１４ 保護層
１５Ａ 第一の光学異方性層
１５Ｂ 反射防止層
２１ 蒸着対象面
２３ 斜方蒸着膜
１０２ 光源
１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂ 液晶表示装置
１０９ 投射レンズ
１１１ 液晶パネル
１１５Ａ 投射型画像表示装置
１５１ 第１の酸化物膜
１５２ 第２の酸化物膜

Claims (13)

1. 透明基板と、
   無機材料から構成され、Ｃプレートの位相差特性を有する第一の光学異方性層と、
   無機材料から構成され、Ｏプレートの位相差特性を有しない斜方蒸着膜である第二の光学異方性層と、
   を備え、
   前記第一の光学異方性層と前記第二の光学異方性層とを合わせた位相差補償素子がＯプレート様の位相差特性を有することを特徴とする位相差補償素子。
2. Ｃプレートの位相差特性を有する第一の光学異方性層が、光学軸が基板面に対して垂直な方向である複屈折体であり、
   Ｏプレートの位相差特性が、光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜している１軸または２軸の複屈折体の光学軸方向における位相差の傾斜角依存性において、光学軸となる傾斜角θにおいて位相差が０であり、前記傾斜角θから傾斜角±４５°の範囲において、傾斜角が傾斜角θから離れるほど位相差が増加する位相差特性であり、
   Ｏプレート様の位相差特性が、斜め異方性を示す方向における位相差の傾斜角依存性において、位相差の極小値が０にならず、位相差が極小となる傾斜角φから傾斜角±４５°の範囲において、傾斜角が傾斜角φから離れるほど位相差が増加する位相差特性である、
   請求項１に記載の位相差補償素子。
3. Ｏプレートの位相差特性を有しない第二の光学異方性層が、光学軸が基板面に対して垂直な方向から傾斜していて、かつ、光学軸方向における位相差の傾斜角依存性において、傾斜角により位相差の符号が入れ替わる光学異方性層である請求項１から２のいずれかに記載の位相差補償素子。
4. 前記第二の光学異方性層における前記無機材料が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆ、及びＣｅ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３のいずれかに記載の位相差補償素子。
5. 前記第一の光学異方性層が、屈折率が異なる２種類以上の無機酸化物膜が積層されてなる反射防止層である請求項１から４のいずれかに記載の位相差補償素子。
6. 前記透明基板と、前記第二の光学異方性層との間に、屈折率が異なる２種類以上の無機酸化物膜が積層されてなるマッチング層を有する請求項１から５のいずれかに記載の位相差補償素子。
7. 前記反射防止層における前記無機酸化物膜の少なくとも１種が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆの少なくともいずれかを含有する酸化物膜である請求項５に記載の位相差補償素子。
8. 前記マッチング層における前記無機酸化物膜の少なくとも１種が、Ｔｉ、Ｓｉ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｎｂ、及びＨｆの少なくともいずれかを含有する酸化物膜である請求項６に記載の位相差補償素子。
9. 前記第二の光学異方性層上に、誘電体膜からなる保護層を有する請求項１から８のいずれかに記載の位相差補償素子。
10. 前記透明基板が、ガラス、石英、水晶、及びサファイアのいずれかである請求項１から９のいずれかに記載の位相差補償素子。
11. 液晶パネルと請求項１から１０のいずれかに記載の位相差補償素子とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
12. 前記液晶パネルと前記位相差補償素子とが、前記液晶パネルの主面と前記位相差補償素子の主面とが平行、乃至、前記液晶パネルの主面と前記位相差補償素子の主面との傾斜が２°以内で配置されている請求項１１に記載の液晶表示装置。
13. 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１２に記載の液晶表示装置とを備えることを特徴とする投射型画像表示装置。

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