JP2023098288A - 位相差補償素子、液晶表示素子及び液晶プロジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】液晶層に起因する位相差を補償して高いコントラストを得ることができる位相差補償素子、液晶表示素子及び液晶プロジェクタを提供する。【解決手段】基板と、基板の少なくとも一つの基板面に少なくとも一層の斜方蒸着層を有する位相差膜とを備え、斜方蒸着層は、屈折率楕円体における３つの主屈折率のうち、柱状構造体の長手方向の主屈折率をｎ１とし、柱状構造体の長手方向に垂直な楕円において、長軸方向の主屈折率をｎ２、短軸方向の主屈折率をｎ３とした場合に、３つの主屈折率のうちｎ２が最大であり、かつ、長軸方向が、柱状構造体の長手方向を斜方蒸着層の面に投影した軸に対して斜方蒸着層の面内で直交する方向であり、位相差膜の遅相軸方向と、液晶分子の傾斜した光学軸を基板面に投影した方向に対して直交する方向である液晶層の進相軸方向との交差角度が－２５°～＋２５°となる態様で配置される。【選択図】図４

Description

本開示は、位相差補償素子、液晶表示素子及び液晶プロジェクタに関する。

位相差補償素子は、例えば、ＶＡ（Vertical Alignment)モードの液晶表示装置に使用される（特許文献１参照）。ＶＡモードの液晶表示装置においては、液晶層を挟む偏光子と検光子とは、光を透過するそれぞれの透過軸が直交するクロスニコル配置であり、また、低電圧状態における液晶層の配向が基板面に対して垂直になる。そのため、低電圧状態では偏光子を透過した直線偏光は、偏光軸の向きを保ったまま液晶層を透過して、検光子に入射する。検光子に入射する直線偏光の偏光軸と検光子の透過軸とは直交するため、理論上は検光子を透過する光はなく、黒表示になる。しかし、液晶層は、斜め配向成分に起因して、屈折率異方性（複屈折性とも呼ばれる）を有しているため、液晶層を透過する光は、互いに直交する直線偏光（ｓ波とｐ波）間で位相差を生じる。直線偏光間に位相差があると検光子に入射する光は楕円偏光となるため、低電圧状態でも、一部の光が検光子を透過する。これは、黒表示時の透過光量を減らすことによりコントラストの低下をもたらす。また、液晶層に対して斜めに入射する光には、その入射角に応じた位相差が生じ、入射角が大きくなるほど、コントラストが低下する。

位相差補償素子は、液晶層内で生じる位相差を補償する。すなわち、位相差補償素子は、液晶層に起因する位相差をキャンセルするような位相差を生じさせることにより検光子を透過する光を減らす。黒表示時の透過光量を減らすことによりコントラストを向上させる機能を有する。また、位相差補償素子には、視野角を拡大する機能があることが知られている。

液晶プロジェクタでは、プロジェクタ内部の液晶表示素子に入射して変調される光は、液晶表示の法線方向から概ね極角１５°の円錐内の方向から各画素に入射する。スクリーン上に対応する画素の位置に投影される光は、この円錐状に入射した光線が全て重畳された光となっている。したがって、黒色を表示するときに、液晶層に斜めに入射した光が液晶表示素子をわずかでも透過すると、スクリーン上のコントラストは著しく低下してしまう。そのため、液晶プロジェクタに搭載された液晶表示素子に対しても、前述の視野角拡大に用いられる位相差補償素子を適用することによって、結果的に投影画像のコントラストが向上することが知られている。

特許文献１及び２には、無機材料を基板に対して斜め方向から蒸着することによって形成された斜方蒸着層を備えた位相差補償素子が開示されている。斜方蒸着層は、成膜面の法線に対して傾斜した方向に延びた柱状構造体を有する。特許文献１及び２において開示されている斜方蒸着層の屈折率異方性を示す屈折率楕円体は、柱状構造体の延びる方向に最大の主屈折率を有する。

特許第４７４４６０６号公報 特開２００９－７５４５９号公報

本開示に係る一つの実施形態は、液晶層に起因する位相差を補償して、従来よりも、コントラストを高めることが可能な位相差補償素子、液晶表示素子及び液晶プロジェクタを提供する。

本開示の位相差補償素子は、液晶分子の光学軸が傾斜した液晶層を備えた液晶セルと組み合わせて用いられ、液晶層において生じる光の位相差を補償する位相差補償素子であって、
基板と、基板の少なくとも一つの基板面に少なくとも一層の斜方蒸着層を有する位相差膜とを備え、
斜方蒸着層は、基板面の法線に対して傾斜した柱状構造体を有することにより、光学特性として二軸性の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を示し、屈折率楕円体における３つの主屈折率のうち、柱状構造体の長手方向の主屈折率をｎ１とし、柱状構造体の長手方向に垂直な楕円において、長軸方向の主屈折率をｎ２、短軸方向の主屈折率をｎ３とした場合に、３つの主屈折率のうちｎ２が最大であり、かつ、長軸方向が、柱状構造体の長手方向を斜方蒸着層の面に投影した軸に対して斜方蒸着層の面内で直交する方向であり、
位相差膜の遅相軸は、斜方蒸着層が一層である場合には、長軸方向と平行であり、斜方蒸着層が複数層である場合には、各斜方蒸着層における最大の主屈折率であるｎ２の大きさを有し、長軸方向に沿ったベクトルを方向ベクトルとした場合において、各斜方蒸着層の方向ベクトルを合成した合成ベクトルと平行であり、
位相差膜の遅相軸方向と、液晶分子の傾斜した光学軸を基板面に投影した方向に対して直交する方向である液晶層の進相軸方向との交差角度が－２５°～＋２５°となる態様で配置される。

本開示の位相差補償素子は、屈折率楕円体の３つの主屈折率の大きさの関係は、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１であることが好ましい。

本開示の位相差補償素子は、位相差膜が、斜方蒸着層を複数層備え、遅相軸の方位をηｓとし、斜方蒸着層の面に対し、極角１５°で入射した波長５５０ｎｍの光に対する方位ηｓにおける位相差値Ｒｅ（１５）ηｓをαとし、極角１５°で入射した光に対する方位ηｓ＋１８０°における位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋１８０）をβとし、Ａ＝α－βとした場合に、極角１５°で入射した光に対する方位ηｓ＋６０°における位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋６０）及び極角１５°で入射した光に対する方位ηｓ－６０°における位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ－６０）がそれぞれ、（Ａ／２－β）±５ｎｍの範囲であることが好ましい。

本開示の位相差補償素子は、高屈折率材料からなる薄膜と、低屈折率材料からなる薄膜とを交互に積層した多層薄膜で構成されている構造性複屈折率体であるＣプレートをさらに備えていることが好ましい。

本開示の液晶表示素子は、液晶分子の光学軸が傾斜した液晶層を備えた液晶セルと、
液晶層で生じる光の位相差を補償する位相差補償素子とを備え、
位相差補償素子が、基板と、基板の少なくとも一つの基板面に少なくとも一層の斜方蒸着層を有する位相差膜とを備え、
斜方蒸着層は、基板面の法線に対して傾斜した柱状構造体を有することにより、光学特性として二軸性の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を示し、屈折率楕円体における３つの主屈折率のうち、柱状構造体の長手方向の主屈折率をｎ１とし、柱状構造体の長手方向に垂直な楕円において、長軸方向の主屈折率をｎ２、短軸方向の主屈折率をｎ３とした場合に、３つの主屈折率のうちｎ２が最大であり、かつ、長軸方向が、柱状構造体の長手方向を斜方蒸着層の面に投影した軸に対して斜方蒸着層の面内で直交する方向であり、
位相差膜の遅相軸は、斜方蒸着層が一層である場合には、長軸方向と平行であり、斜方蒸着層が複数層である場合には、各斜方蒸着層における最大の主屈折率であるｎ２の大きさを有し、長軸方向に沿ったベクトルを方向ベクトルとした場合において、各斜方蒸着層の方向ベクトルを合成した合成ベクトルと平行であり、
位相差膜の遅相軸方向と、液晶分子の傾斜した光学軸を基板面に投影した方向に対して直交する方向である液晶層の進相軸方向との交差角度が－２５°～＋２５°となる態様で配置される。

本開示の液晶プロジェクタは、本開示の液晶表示素子と、
液晶表示素子によって表示される像を拡大して投影する投影光学系と、
を備えている。

液晶表示素子の概略構成及び位相差補償素子の作用を示す図である。 液晶表示素子における液晶分子のプレチルトの説明図である。 第１の実施形態の位相差補償素子の断面図である。 斜方蒸着層の光学的な性質を表す屈折率楕円体の説明図であり、図４Ａは屈折率楕円体の全体像を示す図、図４Ｂは屈折率楕円体のＸＳ－ＺＳ断面を示す図、図４Ｃは屈折率楕円体のＸＳ－ＹＳ断面を示す図である。 斜方蒸着層の遅相軸と、液晶層の進相軸との関係を示す図である。 斜方蒸着法についての説明図である。 斜方蒸着層の第１の作製方法を実施する蒸着装置の構成を示す図である。 回転移動する基板への蒸着方法を説明する説明図である。 斜方蒸着層の第２の作製方法を実施する蒸着装置の構成を示す図である。 図１０Ａは点Ａ１を中心に揺動する基板への蒸着方向を示す斜視図であり、図１０Ｂは、点Ａ１を中心に基板面への蒸着の方位角を示す平面図である。 点Ａ２を中心に揺動する基板への蒸着の方位角を示す平面図である。 従来技術の斜方蒸着層の光学的な性質を表す屈折率楕円体の説明図であり、図１２Ａは屈折率楕円体の全体像を示す図、図１２Ｂは屈折率楕円体のＸＺ断面を示す図、図１２Ｃは屈折率楕円体のＸＹ断面を示す図である。 図１３Ａは、斜方蒸着層の位相差の入射角依存性の測定方法を説明するための斜視図であり、図１３Ｂは断面図である。 位相差値の入射角依存性を示す図である。 従来技術の位相差補償を説明するための概念図である。 本開示の技術における位相差補償を説明するための概念図である。 本開示の技術における位相差補償を説明するための概念図である。 第２の実施形態の位相差補償素子の斜視図である。 第２の実施形態の位相差補償素子の遅相軸を説明する説明図である。 第２の実施形態の位相差補償素子に関し、斜方蒸着層の遅相軸と、液晶層の進相軸との関係を示す図である。 両面に１層ずつの斜方蒸着層を備えた位相差補償素子であって、反射防止膜を備えた位相差補償素子を示す図である。 片面に２層の斜方蒸着層を備えた位相差補償素子を示す図である。 ３層の斜方蒸着層を備えた位相差補償素子の一例の層構成を示す図である。 Ｃプレートを備えた位相差補償素子の説明図である。 位相差パターンの測定方法の説明図である。 試作例１の位相差パターンを示す図である。 試作例１１～１７の層構成を示す図である。 試作例１１の位相差パターンを示す図である。 液晶プロジェクタの外観を示す斜視図である。 液晶プロジェクタの光学的構成を示すブロック図である。 試験例において用いた液晶セルにおける液晶層の位相差パターンを示す図である。 試験例１及び試験例３の位相差補償素子の層構成を示す斜視図である。 ２層構成の位相差補償素子における遅相軸の合成ベクトルの説明図である。 試験例２の位相差補償素子の層構成を示す斜視図である。 試験例４及び試験例５の位相差補償素子の層構成を示す斜視図である。 ３層構成の位相差補償素子における遅相軸の合成ベクトルの説明図である。 試験例６の位相差補償素子の層構成を示す斜視図である。 ４層構成の位相差補償素子における遅相軸の合成ベクトルの説明図である。 試験例７の位相差補償素子の層構成を示す斜視図である。 試験例８のサンプル８－１及び８－２の位相差パターンを示す図である。 実施例及び比較例について、それぞれの遅相軸と液晶層の進相軸との軸ズレ量に対するコントラストゲインの変化を示す図である。

以下、図面を参照して本開示の実施形態について説明する。本明細書において、「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。

「液晶表示素子」
まず、図１を参照して、本開示の一実施形態の位相差補償素子２０を備えた液晶表示素子１０について説明する。液晶表示素子１０は、例えば、後述する液晶プロジェクタ１１０（図２９及び３０参照）に備えられる。

液晶表示素子１０は、透過型のＶＡ方式の液晶表示素子である。すなわち、液晶表示素子１０の液晶層には、無電圧状態で素子表面に対して略垂直に配向する液晶分子が封入されている。液晶表示素子１０は、画素ごとに液晶層に印加する電圧を調節して、液晶分子の配向を変化させる。これにより、各画素を透過する光の偏光状態を制御して像を表示する。

図１Ａに示すように、液晶表示素子１０は、光源側から順に偏光子１５、液晶セル１７、検光子１９を備えており、液晶セル１７と検光子１９の間に位相差補償素子２０が設けられている。

偏光子１５は、入射する光のうち、矢印で示す透過軸Ｔ１の方向の偏光成分だけを液晶セル１７側へ透過させる偏光板である。すなわち、液晶セル１７に入射する光は、透過軸Ｔ１と平行な方向に電場が振動する入射光Ｌ０のみとなる。

検光子１９は、液晶セル１７を透過し、位相差補償素子２０に位相差を補償された光のうち、矢印で示す透過軸Ｔ２の方向の偏光成分だけを透過させる偏光板である。検光子１９は、その透過軸Ｔ２が偏光子１５の透過軸Ｔ１の方向と直交するように配される。すなわち、検光子１９と偏光子１５とは、いわゆるクロスニコルに配置される。したがって、液晶表示素子１０は、無電圧状態で黒色を表示するノーマリーブラックの透過型液晶パネルとなる。

液晶セルは、透明基板７１，７２と、これら透明基板７１，７２の間に封入された、棒状の液晶分子７５を含む液晶層７６とから構成されている。

また、透明基板７１，７２は、例えばガラス基板７７、透明電極７８、配向膜７９などから構成されている。透明基板７１では、光源側から順にガラス基板７７、透明電極７８、配向膜７９が配置される。逆に、透明基板７２では、光源側から順に配向膜７９、透明電極７８、ガラス基板７７が配置される。

透明電極７８は、透明基板７１に設けられたＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）回路と接続されている。このＴＦＴ回路は、透明基板７１上の透明電極７８と、透明基板７２上の共通電極である透明電極７８との間の電圧を制御することで、液晶分子７５の配向状態を制御する。

本例において、配向膜７９は、その配向方向が偏光子１５の透過軸Ｔ１の方向と４５度の角度をなすように配されている。一対の配向膜７９により挟まれた液晶分子７５は、配向膜７９の配向方向に応じて傾斜して配向する。

液晶分子７５は、負の誘電異方性を持つ棒状の液晶分子であり、無電圧状態では、液晶表示素子１０の表面に略垂直に配向する。このとき、液晶分子７５は、液晶層７６を透過する光の位相には略影響を与えない。すなわち、無電圧状態の液晶層７６を透過する光は、その偏光方向を変化させることなく液晶層７６を透過する。

例えば、図１Ａに示すように、液晶層７６が無電圧状態の場合、入射光Ｌ０と略同じ偏光方向の情報光Ｌ１が液晶層７６から位相差補償素子２０に入射する。この情報光Ｌ１は、検光子１９の透過軸Ｔ２と垂直な方向に偏光する光であるから、検光子１９を透過することができない。したがって、液晶表示素子１０の画素を無電圧状態にすることで、黒色が表示される。

一方、透明基板７１の透明電極７８と透明基板７２の透明電極７８との間に電圧が印加されると、液晶分子７５は配向膜７９の配向方向に傾斜する。このとき液晶分子７５は、その傾斜角度に応じて、液晶層７６を透過する光の位相を変化させる。すなわち、液晶層７６を透過する光は、液晶分子７５の傾斜角度に応じて、偏光方向を変化させる。

例えば、図１Ｂに示すように、液晶層７６に電圧が印加されている場合には、多くの液晶分子７５は、配向膜７９の配向方向に傾斜する。このとき液晶層７６を透過する光は、傾斜して配向する液晶分子７５によって偏光方向が変化し、結果として、入射光Ｌ０と同じ方向の偏光成分と入射光Ｌ０に垂直な偏光成分の両方を含む情報光Ｌ２となる。この情報光Ｌ２は、いわゆる楕円偏光であって、検光子１９の透過軸Ｔ２に対して平行な偏光成分と垂直な偏光成分とを含む。このうち、検光子１９の透過軸と平行な偏光成分だけが検光子１９を透過する。したがって、液晶表示素子１０の画素を適度な電圧に調節することで、検光子１９を透過する光の量が調節され、中間階調色が表示される。

また、例えば、図１Ｃに示すように、液晶層７６に電圧が十分に印加されている場合には、多くの液晶分子７５は、配向膜７９の配向方向に大きく傾斜して、液晶表示素子１０の表面と略平行な向きとなる。このとき液晶層７６を透過する光は、略水平に配向した液晶分子７５の複屈折により偏光方向が変化し、入射光Ｌ０と９０度の角度をなす方向に偏光する情報光Ｌ３となる。この情報光Ｌ３は、検光子１９の透過軸Ｔ２に平行な方向に偏光する光であるから、検光子１９を透過する。したがって、液晶表示素子１０の画素に十分な電圧を印加することで、最も明るく表示される。

位相差補償素子２０は、液晶層７６を透過した情報光の位相差を補償するために、前述のように液晶層７６と検光子１９の間に設けられる。位相差補償素子２０の詳細については後述する。

前述したように、液晶表示素子１０の画素が無電圧状態である場合、液晶分子７５は液晶表示素子１０の表面に対して略垂直に配向する。しかし、実際には、図２に示すように、無電圧状態であっても、液晶分子７５を垂直方向から５°程度予め意図的に傾斜させている。この傾斜配置は、リバースチルトドメインと呼ばれる液晶分子７５の配向欠陥の発生を抑制するために行われる。リバースチルトドメインは、隣接する画素同士間で及ぼし合う電界によって生じる液晶分子７５の配向状態の乱れである。

ここで、図２に示すように、液晶表示素子１０の表面と平行な面内にＹ軸及びＺ軸を定め、液晶表示素子１０の表面に垂直な方向、すなわち液晶層７６を透過する光の光軸（透過光軸）Ｌ０と平行に、光の進行方向を正としてＸ軸を定める。また、Ｙ軸及びＺ軸は、検光子１９及び偏光子１５の透過軸とそれぞれ平行になるように定める。したがって、図２に示すように、本例では、液晶分子７５のチルト方向がＹ軸となす角γは４５°である。

このとき、Ｙ－Ｚ平面に対して液晶分子７５のなす角が液晶分子７５のチルト角δである。チルト角δは、画素ごとに印加される電圧の大きさに応じて、およそ０°以上８５°以下の範囲で変化する。チルト角δが略０°である場合は、液晶層７６に十分な電圧が印加され、液晶分子７５がＹ‐Ｚ平面と平行に配向している図１Ｃに示す状態である。一方、チルト角δが８５°である場合は、無電圧状態であって図１Ａに示す状態である。この無電圧状態でのチルト角δがプレチルト角であり、液晶分子７５は、配向膜７９の配向方向に沿って、Ｘ軸すなわち透過光軸Ｌ０に対して５°程度傾斜している。棒状の液晶分子７５の光学軸は液晶分子の長手方向と一致し、液晶分子７５が傾斜している、とは液晶分子７５の光学軸が傾斜していることと同義である。

また、液晶分子７５が前述のようにプレチルトしていると、例えば、黒を表示する画素であっても、液晶分子７５のプレチルトに起因する複屈折が生じ、光の一部が検光子１９を透過してしまう。したがって、完全な黒状態を表示することができず、投映像のコントラストが低下する。なお、液晶層７６における液晶分子７５の傾斜した光学軸を基板面に投影した方向であるプレチルト方位ＰＴに対して直交する方向が液晶層７６の進相軸ＦＬの方向である。進相軸ＦＬは、光を透過する媒質において、屈折率が相対的に低く、光の位相が相対的に進む方位に沿った軸をいう。以下において、液晶層７６における液晶分子７５のプレチルト成分による進相軸ＦＬを、単に液晶層７６の進相軸ＦＬという。なお、基板面内において進相軸ＦＬと直交する方向は遅相軸となる、遅相軸は、進相軸とは逆に、光を透過する媒質において、屈折率が相対的に高く、光の位相が相対的に遅れる方位に沿った軸をいう。

位相差補償素子２０は、液晶表示素子１０で生じる位相差と逆位相の位相差を生じることで、液晶層７６を透過した情報光の位相差を補償する。このため、位相差補償素子２０は、位相差補償素子２０の遅相軸ＳＰが液晶層７６の進相軸ＦＬと一致するように配置される。位相差補償素子２０の遅相軸ＳＰを液晶層７６の進相軸ＦＬと一致させて配置すると、液晶分子７５のプレチルトによって生じる位相差と、位相差補償素子２０によって生じる位相差とは互いに正負が逆になるので、液晶分子７５のプレチルトによって生じる位相差を補償することができる。なお、詳細は後述するが、本開示の技術においては、位相差補償素子２０の遅相軸ＳＰが、液晶層７６の進相軸ＦＬと交差角度－２５°～＋２５°となる態様で配置されていればよい。

以下、上記液晶表示素子１０の位相差補償素子２０として適用される、本開示の実施形態の位相差補償素子２１について説明する。

「第１の実施形態の位相差補償素子」
第１の実施形態の位相差補償素子２１は、図３に示すように、基板２３と、位相差膜２６とを備えた板状の部材である。位相差膜２６は、基板２３の少なくとも一つの基板面２３ａに少なくとも一層の斜方蒸着層２５を有する。図３に示す例では、位相差膜２６は、１層の斜方蒸着層２５から構成される。

斜方蒸着層２５は、いわゆる斜方蒸着法により、基板２３に斜め方向からＴａ_２Ｏ_５などの無機材料を蒸着することによって作製される。蒸着物質が基板面２３ａに斜め方向に入射することにより、基板面２３ａに対する蒸着物質の入射方向（以下において、蒸着方向という。）２８に応じて傾斜した柱状構造体２４が成長して、柱状構造体２４が林立した構造を有する斜方蒸着層２５が形成される。なお、柱状構造体２４の成長方向が柱状構造体２４の長手方向２９である。蒸着方向２８と基板面２３ａの法線ＸＳとのなす角度を蒸着角度ｇという。図３に示すように、一般には、基板面に対する法線ＸＳに対する蒸着方向２８と、柱状構造体２４の長手方向２９とは一致しないが、柱状構造体２４が基板２３の基板面２３ａの法線ＸＳとなす成長角度φは蒸着角度ｇと正の相関を持つ。すなわち、蒸着角度ｇが大きくなれば柱状構造体の成長角度φが大きくなり、蒸着角度ｇが小さくなれば柱状構造体の成長角度φも小さくなる。実際には、柱状構造体２４の長手方向２９は蒸着方向２８よりも基板面２３ａから立ち上がった方向となる傾向にあり、成長角度φは蒸着角度ｇよりも小さくなる（φ＜ｇ）。斜方蒸着層２５は、基板面２３ａの法線ＸＳに対して傾斜した柱状構造体２４を有することにより、光学特性として二軸性の屈折率異方性を有する。すなわち、この柱状構造体２４が林立してなる柱状構造によって、斜方蒸着層２５はＯプレートとして機能する。なお、以下において、蒸着方向２８を基板面に投影した軸方向を投影蒸着方向という。

図４に示すように、斜方蒸着層２５の屈折率異方性は、３つの主屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３を軸とする二軸性の屈折率楕円体１０２で概念的に表される。斜方蒸着層２５の光学特性を示す屈折率楕円体における３つの主屈折率のうち、柱状構造体２４の長手方向２９と一致する軸をｘ１軸とし、この軸に沿った主屈折率をｎ１とする。また、屈折率楕円体１０２の中心Ｃを通り、構造体の長手方向（ｘ１軸）に垂直な楕円１０４における長軸方向をｙ１軸、短軸方向をｚ１軸とする。そして、ｙ１軸方向の主屈折率をｎ２、ｚ１軸の主屈折率をｎ３とする。この場合において、３つの主屈折率ｎ１、ｎ２及びｎ３のうちｎ２が最大である。

主屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３の関係は、ｎ２＞ｎ３、かつ、ｎ２＞ｎ１であればよく、ｎ３とｎ１とはいずれが大きくてもかまわないが、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１であることが好ましい。ここでは、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１である場合について、説明する。

図４Ａには、斜方蒸着層２５の膜面に対する屈折率楕円体１０２の各軸の関係が示されている。図４Ａに示すように、斜方蒸着層２５の膜面の法線をＸＳ軸とし、ＸＳ軸に垂直な面にＹＳ軸とＺＳ軸を取る。長軸方向であるｙ１軸を膜面に投影した軸をＹＳ軸とし、ＹＳ軸と直交する方向をＺＳ軸とする。すなわち、長軸方向であるｙ１軸は、柱状構造体２４の長手方向２９を斜方蒸着層２５の面に投影した軸（ＺＳ軸）に対して斜方蒸着層２５の面内で直交する方向である。この場合、屈折率楕円体１０２のｘ１軸はＸＳ－ＺＳ平面内であって、ＸＳ軸からφ傾いている。そして、ＺＳ軸はｘ１軸を基板面２３ａに投影した軸と一致する。

図４Ｂは、屈折率楕円体１０２を、その中心Ｃを通るＸＳ－ＺＳ平面で切断した断面の楕円１０７をＹＳ軸方向から見た図である。また、図４Ｃは、屈折率楕円体１０２を、中心Ｃを通るＸＳ－ＹＳ平面で切断した断面の楕円１０８をＺＳ軸から見た図である。このように、位相差膜２６の屈折率異方性を示す屈折率楕円体１０２のｘ１軸及びｚ１軸は、位相差補償素子のＸＳ軸及びＺＳ軸に対してＹＳ軸を中心にφ回転している。

屈折率楕円体１０２の中心Ｃを通り、膜面に平行な平面で、屈折率楕円体１０２を切断すると、その断面は、図４Ａに示すように、ＹＳ軸方向の長軸半径に相当する屈折率ｎｙｓと、ＺＳ軸方向の短軸半径に相当する屈折率ｎｚｓとを有する楕円１０６となる。したがって、斜方蒸着層２５は、ＸＳ軸に沿って入射する光に対して、ＹＳ軸方向に屈折率ｎｙｓ、ＺＳ軸方向に屈折率ｎｚｓとなる複屈折性を示す。この屈折率ｎｙｓは屈折率ｎｚｓよりも大きい。すなわち、位相差膜２６は、ＸＳ軸方向から入射する光に対して、最大の屈折率となるＹＳ軸方向に遅相軸Ｓ１を有する。そして、遅相軸Ｓ１に直行するＺＳ軸方向に進相軸Ｆ１を有する。遅相軸Ｓ１は、柱状構造体２４の長手方向２９と一致するｘ１軸を膜面に投影した軸（ＺＳ軸）と直交する。投影蒸着方向（図３参照）はＺＳ軸と一致しているので、進相軸Ｆ１は、投影蒸着方向と平行であり、遅相軸Ｓ１は投影蒸着方向と直交する。

本実施形態の位相差膜２６は、単層の斜方蒸着層２５を備えているので、斜方蒸着層２５の遅相軸Ｓ１及び進相軸Ｆ１が、位相差膜２６の遅相軸ＳＰ及び進相軸ＦＰである。

上記のような斜方蒸着層２５を備えた位相差補償素子２１は、図５に示すように、液晶表示素子１０において、位相差膜の遅相軸ＳＰと、液晶分子７５のチルト方位と直交する方向である進相軸ＦＬと交差角度が－２５°～＋２５°となる態様で配置される。交差角度は－１０°～＋１０°が好ましく、－５°～＋５°が好ましい。これによって、既述の通り、液晶分子７５のプレチルトによって生じる位相差と、位相差補償素子２１によって生じる位相差とは互いに正負が逆になるので、位相差を補償することができる。

「斜方蒸着層の作製方法」
斜方蒸着層２５の作製方法を説明する。斜方蒸着とは、図６に示すように、基板２３を、蒸着源２７に対して基板２３の基板面２３ａを傾斜させた姿勢で保持させた状態で、基板２３の基板面２３ａに蒸着源２７からの蒸着物質を斜めに入射させて蒸着することをいう。蒸着源２７が水平な床面に配置されているとした場合、図６中点線で示す水平面（水平な床面と平行な面）と基板面２３ａとのなす角度を基板２３の設置角度ωという。すなわち、基板２３を水平に設置した場合の設置角度ωは０°、基板２３を水平に対して垂直に設置した場合の設置角度ωは９０°である。

本実施形態の位相差補償素子２０に備えられる斜方蒸着層２５は、既述の通り、屈折率楕円体の３つの主屈折率のうちｎ２が最大となる。斜方蒸着層２５の屈折率異方性を表す屈折率楕円体の形状は、斜方蒸着層の成膜条件によって変化する。ここでは、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を有する斜方蒸着層の具体的な２つの作製方法について説明する。

斜方蒸着層２５の材料としては、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｈｆ及びＴａの少なくとも１種を含有する酸化物を用いることができる。すなわち、斜方蒸着層２５は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ａｌ、Ｈｆ及びＴａの少なくとも１種を含有する酸化物から構成することができる。これらの材料を用いることで、良好な柱状構造体から構成される斜方蒸着層を得ることができる。

＜第１の作製方法＞
図７に第１の作製方法に用いられる蒸着装置８０の概略構成を示す。蒸着装置８０は、真空チャンバ８１と、台座８２、回転軸８３、基板ホルダ８４、回転機構８５、及び蒸着源２７などからなる。台座８２は、蒸着源２７の方向から見て凹状に湾曲したドーム型形状となっており、その凹面に複数の基板ホルダ８４が設けられている。また、蒸着源２７は、台座８２の回転軸８３から所定距離を隔てて配置されている。すなわち、蒸着源２７は、台座８２の回転中心から偏心した位置に設けられている。

本蒸着装置８０は、図７に示すように、基板２３を、蒸着源２７に対して基板２３の基板面２３ａを傾斜させた姿勢で保持させた状態で、基板２３の基板面２３ａに蒸着源２７からの蒸着物質を斜めに入射させて蒸着する装置である。蒸着装置８０においては、図６に示したように、基板２３を、蒸着源２７に対して基板２３の基板面２３ａを傾斜させた姿勢で保持させた状態で、基板２３の基板面２３ａに蒸着源２７からの蒸着物質を斜めに入射させて蒸着する。このように、基板２３の基板面２３ａに斜め方向から蒸着物質を蒸着することによって、基板面２３ａに対する蒸着物質の入射方向（以下において、蒸着方向という。）２８に応じて傾斜した柱状構造体２４が成長して、柱状構造体２４が林立した構造を有する斜方蒸着層２５が形成される。この際、蒸着方向２８と基板面２３ａの法線ＸＳとのなす角度を蒸着角度ｇという。また、蒸着源２７が水平な床面に配置されているとした場合、図６中点線で示す水平面（水平な床面と平行な面）と基板面２３ａとのなす角度を基板２３の設置角度ωという。すなわち、基板２３を水平に設置した場合の設置角度ωは０°、基板２３を水平に対して垂直に設置した場合の設置角度ωは９０°である。基板ホルダ８４に設けられている基板ホルダ８４は、設置角度ωを調整して基板２３を保持することが可能に構成されている。

回転機構８５は、基板２３を円軌道に沿って回転させることにより、蒸着源に対して基板２３を公転させる。回転機構８５は回転軸８３を駆動するモータ（図示せず）及びモータを制御する制御回路（図示せず）などを含んで構成される。回転軸８３は、台座８２の上面の回転中心に垂直方向に設けられており、この回転軸８３の回転により台座８２が回転する。基板は蒸着源に対して蒸着面を傾斜させた姿勢を保ちながら、台座８２と共に円軌道に沿って回転する。なお、蒸着装置８０において、回転機構８５による台座の回転のＯＮ／ＯＦＦは任意に実施可能となっている。

回転機構８５により基板２３を公転させた状態で斜め蒸着を実施した場合、図８に示すように、基板２３からみた蒸着源２７は円軌道８７上を所定方向に周回する。したがって、蒸着角度ｇが、所定角度範囲内で振動的に変化するとともに、方位角ｑも所定角度範囲内で振動的に変化する。このように、所定範囲内の異なる方位角ｑから連続的に蒸着材料を堆積させることによって、主屈折率ｎ２の方向にも広がりを持って堆積が進行し、その結果、主屈折率ｎ２の値が大きくなる。また、台座８２の回転の速さが蒸着材料の堆積する速さと比べて十分に速くなるようにすれば、作製される斜方蒸着層の物理的な微細構造はらせん型に歪むことなく、主屈折率ｎ３の方向が蒸着源２７の位置を時間平均した方向（平均の蒸着方位）に傾斜した構造となる。

上記説明した蒸着装置を用い、基板設置角度ω及び台座の回転のＯＮ／ＯＦＦ（すなわち、蒸着源に対する基板公転の有無）の条件を変化させ、斜方蒸着層を成膜した場合に得られた屈折率楕円体の形状を下記表１にまとめて示す。ここで、斜方蒸着層の材料としては、タンタル酸化物を用いた。

本蒸着装置８０においては、サンプル１～４及び６～８において、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を有する斜方蒸着層が得られた。すなわち、基板設置角度２０°～８０°で基板を公転させる、あるいは設置角度２０°～６０°で基板を公転させない、という成膜条件でｎ２＞ｎ３＞ｎ１の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を有する斜方蒸着層が得られた。

なお、蒸着装置における基板と蒸着源の距離等の他のパラメータによっても、作製される斜方蒸着層の屈折率楕円体形状は変化し得るため、上記表１に示す成膜条件と屈折率楕円体形状との関係は一義的に定まるものではない。しかしながら、基板設置角度及び基板公転の有無が屈折率楕円体形状を決定する支配的なパラメータである。そのため、上記検討を行った蒸着装置とは基板と蒸着源の距離が異なる蒸着装置を用いた場合であっても、基板設置角度及び基板交点の有無の条件を変化させて複数の異なる斜方蒸着層を成膜することで、適切な基板設置角度及び基板交点の有無の条件を特定することができ、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１の屈折率楕円形状を得られる。

＜第２の作製方法＞
図９に第２の作製方法に用いられる蒸着装置９０の概略構成を示す。図９に示す蒸着装置９０は、真空チャンバ９１と、蒸着源２７と、基板ホルダ９２と、基板ホルダ９２の支持面の法線方向に延びる回転軸９４と、回転軸９４を回転させる図示しない回転機構を備える。蒸着装置９０においても、図６に示したように、基板２３を、蒸着源２７に対して基板２３の基板面２３ａを傾斜させた姿勢で保持させた状態で、基板２３の基板面２３ａに蒸着源２７からの蒸着物質を斜めに入射させて蒸着する。

図９に示すように、蒸着装置９０において、基板ホルダ９２の支持面は水平から角度ω傾けて配置される。蒸着源２７は、基板２３の直下に備えられており、蒸着源２７から基板面２３ａに対する蒸着方向と基板面２３ａの法線ＸＳとのなす角度は蒸着角度ｇである。蒸着方向が水平に対して垂直な方向であるので、蒸着装置９０においては、基板設置角度ωと蒸着角度ｇが一致する。基板ホルダ９２は、紙面に垂直な軸を中心に回転自在に設けられており（図示せず）、この基板ホルダ９２の回転によって蒸着角度ｇが自在に調節される。

また、基板ホルダ９２は、回転軸９４を中心に回転自在に設けられている。蒸着中に基板ホルダ９２を、回転軸９４を中心に回転させることによって、一定の蒸着角度ｇに保ちながら、基板２３の所定基準位置から見た相対的な蒸着材料の飛来方向の角度（方位角）ｑを自在に変化させることができるようになっている。

このように構成される蒸着装置９０で、基板２３の法線ＸＳを軸とした曲線軌道上で基板２３を移動させ、方位角ｑを蒸着している最中に変化させることで、前述の各条件を満たす位相差補償素子が作製される。蒸着中の方位角ｑの変化様態は、所定の角度範囲内での振動的な往復回転（以下、揺動）であることが好ましい。また、この揺動の角度範囲は、０°より大きく９０°以下の範囲であることが好ましく、１０°以上であることがより好ましい。さらに、１０°以上６０°以下であることが特に好ましい。

上述の蒸着装置９０によって斜方蒸着を行うと、図１０Ａに示すように、基板２３から見た蒸着源２７は、基板２３の基板面２３ａの中心Ａ１を通り、法線ＸＳに平行な回転軸９４を中心として円弧軌道９６上を遥動する。このとき、蒸着源２７は、基板２３に対して一定の蒸着角度ｇを保ったまま、所定の方位角ｑの範囲で揺動する（図１０Ｂ参照）。すなわち、基板２３に対する蒸着材料の蒸着角度ｇを略一定に保ちながら、方位角ｑの範囲内で連続的に蒸着材料が飛来し、堆積する。この過程によって、主屈折率ｎ２の方向にも広がりを持って堆積が進行し、その結果、主屈折率ｎ２の値が大きくなる。また、揺動の速さが堆積の速さと比べて十分に速くなるようにすれば、作製される斜方蒸着層の物理的な微細構造はＳ型に歪むことなく、主屈折率ｎ１の方向が蒸着源の位置を時間平均した方向（平均の蒸着方位）Ｌ１に傾斜した構造となる。

なお、図９及び図１０において、基板２３を回転させる回転軸９４は基板２３の中心Ａ１にあるが、図１１に示すように、回転軸９４を基板２３の一辺であって、蒸着源２７から最も遠くに位置する一辺の中心Ａ２に設定し、Ａ２を通る軸を中心として、±ｑの方位角の範囲で基板２３を揺動するように構成してもよい。なお、以下において、図１０の基板２３の中心Ａ１を回転軸として回転させる場合をＴｙｐｅＩ、図１１に示す基板２３の一辺の中心Ａ２を回転軸として回転させる場合をＴｙｐｅＩＩとする。

上記説明した蒸着装置９０を用い、基板設置角度ωを変化させ、斜方蒸着層を成膜した場合に得られた屈折率楕円体の形状を下記表２にまとめて示す。ここで、斜方蒸着層の材料としては、タンタル酸化物を用いた。ＴｙｐｅＩ及びＴｙｐｅＩＩいずれも同様の結果であった。基板を、方位０°を基準に＋ｑ方向、及び－ｑ方向の両者において０°～９０°まで揺動した。すなわち、方位角－９０°～＋９０°の範囲で基板を揺動した。

本蒸着装置においては、サンプル１１～１４において、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を有する斜方蒸着層が得られた。すなわち、基板設置角度２０°～７０°、かつ、±９０°で基板を揺動させる、という成膜条件で、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を有する斜方蒸着層が得られた。

なお、蒸着装置９０における基板２３と蒸着源２７の距離等の他のパラメータによっても、作製される斜方蒸着層の屈折率楕円体形状は変化し得るため、上記表２に示す成膜条件と屈折率楕円体形状との関係は一義的に定まるものではない。しかしながら、基板設置角度が屈折率楕円体形状を決定する支配的なパラメータである。そのため、上記検討を行った蒸着装置９０とは基板２３と蒸着源２７の距離が異なる蒸着装置を用いた場合であっても、基板設置角度ωの条件を変化させて複数の異なる斜方蒸着層を成膜することで、適切な基板設置角度の条件を特定することができ、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１の屈折率楕円形状を得られる。

斜方蒸着法により斜方蒸着層２５を成膜する形態について説明したが、斜方蒸着層２５の形成方法は、上述の方法に限らない。基板２３の基板面２３ａに、法線ＸＳから傾いた方向に柱状構造体２４を成長させ斜方蒸着層２５を得ることできる形成方法であればよい。蒸着法としては、真空蒸着に限らず、電子ビーム蒸着あるいはイオンプレーティングなどを用いることができる。また、化学蒸着（ＣＶＤ）を用いてもよい。さらには、スパッタリング法、及び反応性スパッタリング法などを用いることもできる。

ここで、本開示の位相差補償素子に備えられている斜方蒸着層の特徴を、従来の位相差補償素子に備えられている斜方蒸着層の特徴と比較して説明する。ここで、本開示の位相差補償素子に備えられている斜方蒸着層Ｅ１と、従来の位相差補償素子に備えられている斜方蒸着層Ｅ２を、それぞれ表３の条件で作製した。

斜方蒸着層Ｅ１は、図４に示したｎ２＞ｎ３＞ｎ１の主屈折率を有する屈折率楕円体で示される屈折率異方性を有する。これに対し、斜方蒸着層Ｅ２は、図１２Ａに示すｎ１＞ｎ２＞ｎ３の主屈折率を有する屈折率楕円体２０２で示される屈折率異方性を有する。図１２Ａに示すように斜方蒸着層Ｅ２の屈折率異方性は、斜方蒸着層に対してラグビーボールを立てて配置した形状の屈折率楕円体２０２で表される。図１２Ｂは、屈折率楕円体２０２を、その中心Ｃを通るＸＳ－ＺＳ平面で切断した断面の楕円２０３をＹＳ軸方向から見た図である。また、図１２Ｃは、屈折率楕円体２０２を、中心Ｃを通るＸＳ－ＹＳ平面で切断した断面の楕円２０４をＺＳ軸から見た図である。図１２Ａに示すように、屈折率楕円体２０２で示される屈折率異方性を有する斜方蒸着層Ｅ２の遅相軸は、柱状構造体の長手方向２９を膜面に投影した軸と垂直である。

斜方蒸着層Ｅ１、Ｅ２において、その柱状構造体２４は蒸着方向に沿った断面において傾斜している。そのため、膜面に入射する光の入射角θが同じあっても、入射する方位が異なると、柱状構造体２４を通過する際に光が受ける位相差が異なる。斜方蒸着層Ｅ１及び斜方蒸着層Ｅ２に対し、図１３Ａ及び図１３Ｂに示すように、斜方蒸着層Ｅ１、Ｅ２の投影蒸着方向に沿って、すなわちＸＳ－ＺＳ面内において、測定光の入射角θを－４５°～＋４５°まで変化させて、位相差値Ｒｅ（θ）の測定を行った。ここで、図１３に示すように、斜方蒸着層Ｅ１の法線方向であるＸＳ軸を基準として柱状構造体２４の長手方向２９（図４参照）側に傾く方向の入射角を負、柱状構造体２４の長手方向２９と反対側に傾く方向の入射角を正とした。なお、測定光の入射角は、入射方向と膜面の法線ＸＳとのなす角度（極角）であり、以降において、入射角を極角と称する場合がある。斜方蒸着層Ｅ１及び斜方蒸着層Ｅ２について位相差値Ｒｅ（θ）の測定結果を図１４に示す。

図１４に示す様に、従来のｎ１＞ｎ２＞ｎ３の屈折率楕円体を示す斜方蒸着層Ｅ２は、入射角－４５°から＋４５°の範囲で位相差値が単調増加している。一方、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１の屈折率楕円体を示す斜方蒸着層Ｅ１は、入射角－４５°から＋４５°の範囲で位相差値が単調減少しており、斜方蒸着層Ｅ２と逆の振る舞いをしている。

本開示の位相差補償素子２１を用いることによる位相差補償について概念図を示して説明する。

液晶層７６の位相差補償とは、液晶層７６の屈折率楕円体に位相差補償素子２０によって位相差を付与して、両者を組み合わせた屈折率楕円体形状を球形にする（もしくは球形に近づける）ことである。球形の屈折率楕円体は３軸の主屈折率が全て同じ値であり、どの視野角（入射角）においても位相差が発生しないことになる。屈折率楕円体が球形に近くなるにつれて発生する位相差は小さくなるので、液晶層７６の位相差補償では、液晶層７６の屈折率楕円体と組み合わせた場合に、より球形の屈折率楕円体形状を実現できる位相差補償素子が望まれる。

図１５に示すように、ＶＡ方式の液晶層７６の屈折率楕円体２０１は、ラグビーボールが立ち上がった形（縦型ラグビーボールと称する。）をしている。

また、特許文献１及び２等の従来技術において開示されている位相差補償素子の屈折率異方性を示す屈折率楕円体は、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３であり柱状構造体の延びる方向に最大の主屈折率を有する。すなわち、従来技術の斜方蒸着層の屈折率楕円体２０２は、図１２で示した通り、液晶セルの屈折率楕円体２０１と同様に縦型ラグビーボールの形状を有している。

図１５示すように、縦型ラグビーボールで示される液晶層７６の屈折率楕円体２０１と縦型ラグビーボールで示される従来の位相差補償素子の屈折率楕円体２０２を組み合わせて得られる屈折率楕円体２０７は、縦型ラグビーボールのままであり、位相差補償の理想である球形屈折率楕円体にはならない。

一方、図１６に示すように、本実施形態の位相差補償素子２０の屈折率楕円体１０２は、ラグビーボールの長軸が平方向となる、ラグビーボールが倒れた形（横型ラグビーボールと称する。）をしている。縦型ラグビーボールで示される液晶層７６の屈折率楕円体２０１と、横型のラグビーボールで示される屈折率楕円体１０２を組み合わせるので、組み合わせて得られる屈折率楕円体２０８の形状は、従来の位相差補償素子の場合よりも球形に近くなる。よって、視点がＶ１～Ｖ３に変化して視野角が変化した際に観察される屈折率楕円形状の断面変化が従来技術よりも小さく、より円形状に見える。すなわち、どの視野角（入射角）においても、発生する位相差を小さくすることができるようになる。すなわち、どの視野角（入射角）においても検光子を通る光量を少なくできるのでコントラストが向上する。

なお、ｎ２＞ｎ１≧ｎ３の屈折率楕円体を有する斜方蒸着層を備えた場合であっても、横型ラグビーボールの屈折率楕円体であることから、縦型ラグビーボールの屈折率楕円体２０１と組み合わせた場合、従来技術と比較してコントラストを向上させることができる。但し、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１の屈折率楕円体であることで、縦型ラグビーボールの屈折率楕円体と組み合わせて得られる屈折率楕円体の形状が、ｎ２＞ｎ１≧ｎ３の場合よりも球形に近い形状にでき、コントラスト向上の効果が高い。

本開示の位相差補償素子は、上記位相差補償素子２０のように位相差膜２６が斜方蒸着層２５を１層だけ備えている構成に限らず、位相差膜２６が斜方蒸着層２５を２層以上積層して備えてもよい。

後述の第２実施形態の位相差補償素子のように、斜方蒸着層を２層備える場合には、図１７に示すように、２層の斜方蒸着層の互いの屈折率楕円体の長軸を交差させる、すなわち２つの横型ラグビーボールの屈折率楕円体１０２を、互いの長手方向を交差させて配置すれば、液晶層の屈折率楕円体２０１と組み合わせて得られる屈折率楕円体２０９の形状をより球形に近づけることができる。すなわち、より高いコントラスト向上効果を得ることができる。

「第２実施形態の位相差補償素子」
第２実施形態の位相差補償素子として、斜方蒸着層を２層備えた態様について説明する。以下の図面において、既述の図面と同等の構成要素には、同一の符号を付し詳細な説明は省略する。

図１８に示すように、本実施形態の位相差補償素子３１は、基板２３の一方の面に第１の斜方蒸着層２５ａを備え、他方の面に第２の斜方蒸着層２５ｂを備えている。すなわち、位相差膜２６は、第１の斜方蒸着層２５ａと第２の斜方蒸着層２５ｂを含む。図１９は、位相差膜２６の遅相軸の説明図である。

本実施形態における第１の斜方蒸着層２５ａ及び第２の斜方蒸着層２５ｂは、上述の斜方蒸着層２５と同様に作製され、その光学的な性質なども同様である。すなわち、第１の斜方蒸着層２５ａ及び第２の斜方蒸着層２５ｂは、それぞれ図４で示した斜方蒸着層２５と同様に、基板面２３ａの法線に対して傾斜した柱状構造体２４を有することにより、光学特性として二軸性の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を示す。そして、屈折率楕円体における３つの主屈折率ｎ１、ｎ２、ｎ３のうち、柱状構造体２４の長手方向２９の主屈折率をｎ１とし、柱状構造体２４の長手方向２９に垂直な楕円において、長軸方向の主屈折率をｎ２、短軸方向の主屈折率をｎ３とした場合に、３つの主屈折率のうちｎ２が最大である。また、長軸方向が、柱状構造体２４の長手方向２９を斜方蒸着層２５ａ、２５ｂの面に投影した軸に対してそれぞれの斜方蒸着層２５ａ、２５ｂの面内で直交する方向である。なお、以下において、主屈折率ｎ２について、第１の斜方蒸着層２５ａと第２の斜方蒸着層２５ｂとで区別する場合には、１または２の細別符号を付し、主屈折率ｎ２１、ｎ２２として区別する。

図１９に示すように、ここでは、位相差膜２６の遅相軸ＳＰの方位を４５°とするように方位を定める。第１の斜方蒸着層２５ａは、屈折率楕円体の最大の主屈折率ｎ２１を示す長軸方向ＹＳ１が、柱状構造体の長手方向に沿った軸ｘ１を膜面に投影した軸ＺＳ１に直交する方向である。第１の斜方蒸着層２５ａの遅相軸Ｓ１は長軸方向ＹＳ１に沿っている。ここでは、第１の斜方蒸着層２５ａの遅相軸Ｓ１を方位０°として、時計回りに９０°、１８０°、２７０°と設定している。

第２の斜方蒸着層２５ｂは、屈折率楕円体の最大の主屈折率ｎ２２を示す長軸方向ＹＳ２が、柱状構造体の長手方向に沿った軸ｘ２を膜面に投影した軸ＺＳ２に直交する方向である。第２の斜方蒸着層２５ｂの遅相軸Ｓ２は長軸方向ＹＳ２に沿っている。図１９に示す例では、第２の斜方蒸着層２５ｂは、遅相軸Ｓ２が方位９０°となるように配置されている。ただし、第２の斜方蒸着層２５ｂは、遅相軸Ｓ２が方位９０°から±３°程度ずらして配置されていることが好ましい。第１の斜方蒸着層２５ａと第２の斜方蒸着層２５ｂとを、互いの遅相軸Ｓ１、Ｓ２を直交から若干ずらすことにより、正面位相差を生じさせることができ、液晶層７６の正面位相差の成分を補償することが可能となる。なお、第２の斜方蒸着層２５ｂの遅相軸Ｓ２は、方位９０°から±３°ずれていることが好ましいが、ずれ量は±３°に限るものではない。

位相差補償素子３１の位相差膜２６の遅相軸ＳＰは、第１の斜方蒸着層２５ａにおける最大の主屈折率であるｎ２１の大きさを有し、長軸方向ＹＳ１に沿った方向ベクトルｎ２１と、第２の斜方蒸着層２５ｂにおける最大の主屈折率であるｎ２２の大きさを有し、長軸方向ＹＳ２に沿った方向ベクトルｎ２２とを合成した合成ベクトルｎｐと平行である。

上記のような斜方蒸着層２５ａ、２５ｂを備えた位相差補償素子３１は、液晶表示素子１０において、図２０に示すような位相差膜２６の遅相軸ＳＰと、液晶分子７５のチルト方位と直交する方向である液晶層７６の進相軸ＦＬとの交差角度が－２５°～＋２５°となる態様で配置される。すなわち、位相差補償素子３１の遅相軸ＳＰを液晶層７６の進相軸ＦＬと±２５°の範囲で一致させる。これによって、既述の通り、液晶分子７５のプレチルトによって生じる位相差と、位相差補償素子３１によって生じる位相差とは互いに正負が逆になるので、位相差を補償することができる。

また、図１９及び２０に示した通り、第１の斜方蒸着層２５ａと第２の斜方蒸着層２５ｂとは互いの遅相軸Ｓ１、Ｓ２が、例えば、直交から±３°程度ずれて交差するように配置されていることが好ましい。第１の斜方蒸着層２５ａの横型ラグビーボールの屈折率楕円体と第２の斜方蒸着層２５ｂの横型ラグビーボールの屈折率楕円体とによって、位相差膜２６としての屈折率楕円体がアンパン型に近づく態様で配置することが好ましい。位相差膜２６としての屈折率楕円体がアンパン型であれば、液晶層７６の縦型ラグビーボールの屈折率楕円体と組み合わせた場合に、トータルとしての屈折率楕円体が、より球状に近づくので、コントラストをより高めることができる（図１７参照）。

「設計変更例」
図２１～図２３を参照に２層の斜方蒸着層を備える位相差補償素子についての設計変更例を説明する。なお、図２１～図２３において、先に説明した構成要素と同一の要素には同一の符号を付している。

上記第２の実施形態の位相差補償素子３１は、図２１に示す位相差補償素子３１Ａのように、基板２３の両面に反射防止膜４１、４２を備え、さらに、位相差補償素子３１の最表面となる第１の斜方蒸着層２５ａの一面、及び第２の斜方蒸着層２５ｂの一面にそれぞれ反射防止膜４３、４４を備えることが好ましい。反射防止膜４１、４２、４３、４４を備えることにより、各界面における入射光の反射を抑制し、透過率を高めることができる。

斜方蒸着層２５を２層以上積層する形態としては、図２２に示す位相差補償素子３２のように、基板２３の片面に２層の斜方蒸着層２５ａ、２５ｂが形成されていてもよい。

基板２３の片面に２層の斜方蒸着層２５ａ、２５ｂを積層する場合にも、基板２３の両面及び、位相差補償素子３２の最表面となる第１の斜方蒸着層２５ａの一面にそれぞれ反射防止膜を備えていることが好ましい。

上記において、斜方蒸着層２５が２層積層された位相差補償素子３１、３１Ａ、３２について説明したが、本開示の位相差補償素子は、斜方蒸着層２５が３層以上積層されてもよい。例えば、図２３に示す位相差補償素子３３のように、基板２３の一方の面に斜方蒸着層２５ａ、２５ｂを備え、さらに他方の面に、斜方蒸着層２５ｃを備えてもよい。

斜方蒸着層２５が３層である位相差膜２６の遅相軸ＳＰは、第１の斜方蒸着層２５ａの最大の主屈折率の大きさを有し、長軸方向に沿った方向ベクトル、第２の斜方蒸着層２５ｂの最大の主屈折率の大きさを有し、長軸方向に沿った方向ベクトル、及び第３の斜方蒸着層２５ｃの最大の主屈折率の大きさを有し、長軸方向に沿った方向ベクトルの合成ベクトルと平行である。位相差補償素子３３は、位相差膜２６の遅相軸ＳＰが液晶層７６の進相軸ＦＬとなす角度が±２５°の範囲となるように、配置される。これによって、液晶分子７５のプレチルトによって生じる位相差と、位相差補償素子３３によって生じる位相差とは互いに正負が逆になるので、プレチルトによって生じる位相差を補償することができる。

「第３の実施形態の位相差補償素子」
以上においては、斜方蒸着層を１層もしくは２層以上積層して備えた位相差補償素子について説明したが、位相差補償素子としては、斜方蒸着層のみならず、さらにＣプレートを備えることが好ましい。第３実施形態の位相差補償素子として、位相差膜がＣプレートを備えた場合について説明する。

図２４に示すように、本実施形態の位相差補償素子３７は、基板２３とＣプレート５０と、斜方蒸着層２５ａ、２５ｂと、反射防止膜４８、４９とを備える。Ｃプレート５０は、基板２３の両面に備えられた第１Ｃプレート層５０ａと、第２Ｃプレート層５０ｂとを含む。第１の斜方蒸着層２５ａは第１Ｃプレート層５０ａ上に備えられており、第１の斜方蒸着層２５ａ上に反射防止膜４８が備えられている。また、第２の斜方蒸着層２５ｂは第２Ｃプレート層５０ｂ上に備えられており、第２の斜方蒸着層２５ｂ上に反射防止膜４９が備えられている。

Ｃプレート５０は、図２４に示すように、高屈折率層５１と、低屈折率層５２とが交互に積層された多層薄膜から構成される構造性複屈折率体である。高屈折率層５１は、相対的に屈折率の高い高屈折率材料からなる薄膜である。低屈折率層５２は、相対的に屈折率の低い低屈折率材料からなる薄膜である。Ｃプレート５０は、面内に垂直に入射する光、すなわち入射角０°で入射する光に対しては位相差を示さないが、入射角が０以外の斜め入射する光に対して位相差を生じさせる屈折率異方性を有する。

第２の実施形態と同様に、２層の斜方蒸着層２５ａ、２５ｂを備えた位相差補償素子３７は、合成遅相軸ＳＰが液晶層７６の進相軸ＦＬと一致するように配置される（図２０参照）。この際、両者の位相は逆であるため、液晶層７６で生じる位相差を位相差補償素子３７により補償することができる。さらに、液晶層７６の進相軸方位における位相差と位相差補償素子３７の遅相軸方位の位相差の絶対値が一致していれば、液晶層の進相軸方位における位相差を良好に補償することができる。具体的には、液晶層７６のプレチルト方位と直交する方向（すなわち液晶層７６の進相軸）が方位４５°にあるとした場合、液晶層７６の方位４５°における位相と位相差補償素子３７の方位４５°における位相が逆であり、かつ、位相差の絶対値が一致していれば、方位４５°における位相差をさらに良好に補償することができる。

液晶層７６と位相差補償素子との４５°方位における位相差値が一致していない場合には、両者の差をＣプレートにより補償することが好ましい。例えば、液晶層の極角１５°方位４５°の位相差値がａ、位相差補償素子３７の１５°入射角４５°方位の位相差値がｂとし、ａ＞ｂである場合、その差ａ－ｂを１５°入射角４５°方位の位相差値ｃ（＝ｂ－ａ）のＣプレートで補償することが好ましい。

なお、Ｃプレート５０を備える場合、図２４の位相差補償素子３７のように基板２３の両面にそれぞれ第１Ｃプレート層５０ａ及び第２Ｃプレート層５０ｂを形成する両面タイプを備えてもよいし、基板２３の片面のみにＣプレート５０を形成する片面タイプを備えてもよい（図３４参照）。両面タイプの場合には、第１Ｃプレート層５０ａ及び第２Ｃプレート層５０ｂにより、１つのＣプレート５０としての機能を奏する。また、Ｃプレート５０は、位相差補償機能に加えて反射防止機能を有していることが好ましい。第１Ｃプレート層５０ａ、第２Ｃプレート層５０ｂ、あるいはＣプレート５０を構成するそれぞれの多層膜中に反射防止機能を組み込むことができる。基板２３とＣプレート５０との間、及びＣプレート５０と斜方蒸着層２５との間に別途に反射防止膜を設ける必要がなくなり、位相差補償素子３７の薄板化を図ることができる。

第２実施形態及び第３実施形態のように、位相差膜２６が、複数の斜方蒸着層２５で構成される場合において、遅相軸の方位をηｓとし、斜方蒸着層の面に対し、方位ηｓかつ極角１５°で入射した波長５５０ｎｍの光に対する位相差値をＡとし、方位ηｓ＋１８０°かつ極角１５°での位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋１８０）をβとする。この場合に、方位ηｓ＋６０°かつ極角１５°での位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋６０）及び方位ηｓ－６０°かつ極角１５°での位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ－６０）がそれぞれ、（Ａ／２－β）±５ｎｍの範囲であることが好ましい。いずれの位相差値も、波長５５０ｎｍの光に対する値とする。Ｒｅ（１５）（ηｓ＋６０）及びＲｅ（１５）（ηｓ－６０）は、それぞれ（Ａ／２－β）±３ｎｍの範囲であることがより好ましく、（Ａ／２－β）±１ｎｍの範囲であることが特に好ましい。

上記条件を満たす、２層の斜方蒸着層を備えた位相差補償素子の試作例について説明する。ここでは、図１８に示した、基板２３の両面にそれぞれ１層の斜方蒸着層２５ａ、２５ｂを備えた位相差補償素子３１の試作例１～試作例７を作製した。二層の斜方蒸着層２５ａ、２５ｂを、互いの遅相軸Ｓ１、Ｓ２の開き角が９３°になるように積層した。蒸着方法は、上記の斜方蒸着層Ｅ１の方法と同等とし、位相差膜厚を変化させることによって正面位相差値が異なる試作例１～試作例７を作製した。試作例１～試作例７では、各斜方蒸着層の正面位相差値Ｒｅ（０）を３２ｎｍから２０ｎｍに変化させた。二層の斜方蒸着層のうち、光入射側に配置されているものを第１斜方蒸着層、光出射側に配置されているものを第２斜方蒸着層とする。

各試作例について、ＡＸＯＭＥＴＲＩＣ社のＡｘｏＳｃａｎ高速・高精度ミュラー行列ポリメータを用いて測定した。図２５に示すように、位相差補償素子に対し極角θ１５°で方位角ηｓから３６０°方位角を変化させて極角１５°位相差値Ｒｅ（１５）の方位角依存性を示す位相パターンを測定した。測定波長は５５０ｎｍとした。図２６は、試作例１の位相差補償素子の位相差パターンである。

図２６に示す位相差パターンは、遅相軸方位ηｓに対して線対称な形状を有し、円に近い楕円形状を有している。このような位相差パターンを有する場合、位相差補償素子の液晶セルに対する軸ズレが生じた場合における性能トレランスが従来の位相差補償素子よりも高い（後記試験例８を参照）。試作例２～試作例７についても同様の形状の位相差パターンが得られた。

位相差値Ｒｅ（θ）は、Ｒｅ（θ）＝（ｎａ－ｎｂ）×ｄ／λである。ここで、ｎａは、測定する方位の屈折率であり、ｎｂは、測定する方位と直交する方位の屈折率、ｄは膜厚、λは測定波長である。図２６における負の値は、ｎａ＞ｎｂの場合において、ｎｂの方位の位相差値を測定していることを意味する。

各試作例１～７について、表４に第１斜方蒸着層の正面位相差値Ｒｅ（０）、第２斜方蒸着層の正面位相差値Ｒｅ（０）、遅相軸方位ηｓにおける位相差値Ｒｅ（１５）ηｓ＝α、ηｓ＋１８０°方位における位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋１８０）＝β、位相差値Ｄ＝Ａ／２－β、方位ηｓ＋６０°での位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋６０）＝Ｂ、方位ηｓ－６０°での位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ－６０）＝Ｃをそれぞれ示す。ここで、Ａ＝α－βである（図２６参照）。また、それぞれについて、Δ１＝Ｄ－Ｂ，Δ２＝Ｄ－Ｃを算出した結果を表４に示す。

表４に示す通り、Δ１、Δ２は±５ｎｍを満たし、本例では特に好ましい±１ｎｍを満たす。すなわち、Ｒｅ（１５）（ηｓ＋６０）及びＲｅ（１５）（ηｓ－６０）は、それぞれ（Ａ／２－β）±１ｎｍの範囲であった。

次に、２層の斜方蒸着層２５ａ、２５ｂとＣプレート５０とを備えた位相差補償素子３８の試作例について説明する。ここでは、図２７に示すように、基板２３の両面にそれぞれ１層の斜方蒸着層２５ａあるいは２５ｂを備え、光入射側を第１の斜方蒸着層２５ａ、光出射側を第２の斜方蒸着層２５ｂとした場合に、第２斜方蒸着層２５ｂの表面にＣプレート５０を備えた位相差補償素子３８の試作例１１～試作例１７を作製した。二層の斜方蒸着層２５ａ及び２５ｂを、互いの遅相軸の開き角が９３°になるように積層した。第１の斜方蒸着層２５ａ及び第２の斜方蒸着層２５ｂの蒸着方法は、上記の斜方蒸着層Ｅ１の方法と同等とし、膜厚を変化させることによって正面位相差値を変化させた。試作例１１～試作例１７では、各斜方蒸着層２５ａ、２５ｂの正面位相差値Ｒｅ（０）を３２ｎｍから２０ｎｍに変化させた。Ｃプレート５０は、極角１５°での位相差値Ｒｅ（１５）の値が、位相差膜２６の遅相軸方位をηｓとした場合に、方位ηｓ＋１８０°での位相差値が略０となるように設計した。Ｃプレート５０については、表中において極角３０°での位相差値Ｒｅ（３０）を示している。

各試作性について、試作例１～７と同様にして、位相差パターンを測定した。図２８は、試作例１１の位相差パターンである。

図２８に示す位相差パターンも、遅相軸方位ηｓに対して線対称な形状を有し、円に近い楕円形状を有している。このような位相差パターンを有する場合、位相差補償素子の液晶セルに対する軸ズレが生じた場合における性能トレランスが従来の位相差補償素子よりも高い（後記試験例８を参照）。試作例１２～試作例１７についても同様の形状の位相差パターンが得られた。

各試作例１１～１７について、表５に、Ｃプレートの極角３０°における位相差値Ｒｅ（３０）、第１斜方蒸着層の正面位相差値Ｒｅ（０）、第２斜方蒸着層の正面位相差値Ｒｅ（０）、遅相軸方位ηｓにおける位相差値Ｒｅ（１５）ηｓ＝α、ηｓ＋１８０°方位における位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋１８０）＝β、位相差値Ｄ＝Ａ／２－β、方位ηｓ＋６０°での位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋６０）＝Ｂ、方位ηｓ－６０°での位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ－６０）＝Ｃをそれぞれ示す。ここで、Ａ＝α－βである。また、それぞれについて、Δ１＝Ｄ－Ｂ，Δ２＝Ｄ－Ｃを算出した結果を表５に示す。

表５に示す通り、Δ１、Δ２は±５ｎｍを満たし、本例では特に好ましい±１ｎｍを満たす。すなわち、Ｒｅ（１５）（ηｓ＋６０）及びＲｅ（１５）（ηｓ－６０）は、それぞれ（Ａ／２－β）±１ｎｍの範囲であった。

上記説明した実施形態の位相差補償素子２１、３１、３１Ａ、３２、３３、３７、３８は、いずれも液晶表示素子１０に適用可能である。以下に、液晶表示素子１０を備えた液晶プロジェクタ１１０について説明する。

「液晶プロジェクタ」
図２９に示すように、本開示の液晶プロジェクタ１１０は、投映レンズ１１６、プロジェクタ駆動部１１７、表示光学系１１８を備えている。

また、液晶プロジェクタ１１０は、筐体１１９の上面にズームダイヤル１２１、フォーカスダイヤル１２２、光量調節ダイヤル１２３などを備える。さらに、筐体１１９の背面には、コンピュータなどの外部機器と接続するための接続端子（図示しない）などが設けられている。

投映レンズ１１６は、表示光学系１１８から入射した投映光を拡大し、スクリーン１２４（図３０参照）上に投映する。この投映レンズ１１６は、例えば、ズームレンズ、フォーカスレンズ、絞りなどから構成される。ズームレンズやフォーカスレンズは、投映光軸Ｌ１１に沿って移動自在に設けられている。ズームレンズは、ズームダイヤル１２１の操作に応じて移動し、投映像の表示倍率を調節する。また、フォーカスレンズは、ズームレンズの移動やフォーカスダイヤル１２２の操作に応じて移動し、投映像のピントを調節する。さらに、絞りは、光量調節ダイヤル１２３の操作に応じて絞り開口の面積を変化させることで、投映像の明るさを調節する。

プロジェクタ駆動部１１７は、液晶プロジェクタ１１０の各部の電気的な動作を制御する。例えば、プロジェクタ駆動部１１７は、液晶プロジェクタ１１０に接続されるコンピュータなどから画像データなどを受信し、後述する液晶表示素子に表示させる。

また、プロジェクタ駆動部１１７は、投映レンズ１１６の各部を駆動するモータをそれぞれ備えており、これら各モータをズームダイヤル１２１、フォーカスダイヤル１２２、光量調節ダイヤル１２３などの操作に応じて駆動する。

表示光学系１１８は、光源から発せられた光を赤色光、緑色光及び青色光に分解し、各色の情報を表示する液晶表示素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ（図３０参照）にそれぞれ透過させて、各色の情報光を生成する。そして、これらの情報光を合成して投映光とし、投映レンズ１１６を介してスクリーン１２４上に投映する。

図３０に示すように、表示光学系１１８は、光源部１３１と、この光源部１３１が発した光から情報光を生成する情報光生成部１３２などから構成される。

光源部１３１は、ランプ１３３、反射鏡１３４、紫外線カットフィルタ１３６、インテグレータ１３７、偏光板１３８、リレーレンズ１４１、コリメートレンズ１４２などから構成される。

ランプ１３３は、例えばキセノンランプなどの高輝度光源であり、特定の偏光方向を持たない自然な白色光を発する。ランプ１３３から発せられた白色光は、紫外線カットフィルタ１３６を透過して、インテグレータ１３７に入射する。

紫外線カットフィルタ１３６は、ランプ１３３から発せられた白色光から紫外光を除去することで、この白色光により、有機高分子の重合体などからなる各種フィルタ（図示しない）に褐色等の劣化が生じるのを防止する。

反射鏡１３４は、例えば楕円曲面状の鏡であり、この楕円曲面の一方の焦点の近傍にランプ１３３が設けられる。さらに、もう一方の焦点の近傍には、インテグレータ１３７の一端が設けられている。これにより、ランプ１３３から発せられる白色光は、効率よくインテグレータ１３７に導かれる。

インテグレータ１３７は、例えば、ガラスロッドと、このガラスロッドの端面に設けられたマイクロレンズアレイなどから構成され、ランプ１３３から発せられた白色光を集光し、リレーレンズ１４１を介してコリメートレンズ１４２へと導く。ランプ１３３からインテグレータ１３７に入射する光の量は、光源光軸Ｌ１２から離れるほど減少し、光源光軸Ｌ１２を中心として不均一に分布する。そこで、インテグレータ１３７は、このような不均一な光量分布の光を、光源光軸Ｌ１２を中心とした所定の範囲内で略均一に分布させる。これにより、投映像はスクリーン１２４の全面で略均一の明るさとなる。

コリメートレンズ１４２は、インテグレータ１３７から射出した光を光源光軸Ｌ１２に平行な光に整える。偏光板１３８は、コリメートレンズ１４２から入射した無偏光の光を紙面に垂直な偏光成分（以下、Ｓ偏光成分）の直線偏光光に変換する。そして、Ｓ偏光成分の光は、反射鏡１４３ａを介して情報光生成部１３２へと導かれる。

情報光生成部１３２は、ダイクロイックミラー１４６，１４７、液晶表示素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ、位相差補償素子２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、及びダイクロイックプリズム１６０などから構成される。

ダイクロイックミラー１４６は、その表面の法線方向と入射する光の光軸とのなす角が４５°となるように設けられる。また、ダイクロイックミラー１４６は、光源部１３１から入射したＳ偏光の白色光のうち、赤色光成分を透過させて、反射鏡１４３ｂへと導く。反射鏡１４３ｂは、ダイクロイックミラー１４６を透過した赤色光を液晶表示素子１０Ａに向けて反射する。

また、ダイクロイックミラー１４６は、光源部１３１から入射したＳ偏光の白色光のうち、緑色光成分と青色光成分とをダイクロイックミラー１４７に向けて反射する。ダイクロイックミラー１４７は、その表面の法線方向と入射する光の光軸とのなす角が４５度となるように設けられる。また、ダイクロイックミラー１４７は、ダイクロイックミラー１４６から入射したＳ偏光の光のうち、緑色光成分を液晶表示素子１０Ｂに向けて反射する。

一方、ダイクロイックミラー１４７は、ダイクロイックミラー１４６から入射したＳ偏光の光のうち、青色光成分を透過させて反射鏡１４３ｃへと導く。この青色光成分は、反射鏡１４３ｃ及び反射鏡１４３ｄに反射され、液晶表示素子１０Ｃに入射する。

液晶表示素子１０Ａは、図１に示した液晶表示素子１０である。液晶表示素子１０Ａは、プロジェクタ駆動部１１７によって駆動されており、コンピュータなどから受信した投映像データの中の赤色成分をグレースケールで表示する。この液晶表示素子１０Ａを透過することで、赤色光は、投映像の赤色成分の情報を持つ赤色の情報光となる。

同様に、液晶表示素子１０Ｂは、図１に示した液晶表示素子１０であり、コンピュータなどから受信した投映像データの中の緑色成分をグレースケールで表示する。この液晶表示素子１０Ｂを透過することで、緑色光は、投映像の緑色成分の情報を持つ緑色の情報光となる。

さらに同様に、液晶表示素子１０Ｃは、図１に示した液晶表示素子１０であり、コンピュータなどから受信した投映像データの中の青色成分をグレースケールで表示する。この液晶表示素子１０Ｃを透過することで、青色光は、投映像の青色成分の情報を持つ青色の情報光となる。

位相差補償素子２０Ａは、液晶表示素子１０Ａからダイクロイックプリズム１６０に入射する赤色の情報光の位相差を補償する。すなわち、位相差補償素子２０Ａは、液晶分子のプレチルトに起因して生じる位相差を補償する。

同様に、位相差補償素子２０Ｂは、液晶表示素子１０Ｂからダイクロイックプリズム１６０に入射する緑色の情報光の位相差を補償し、位相差補償素子２０Ｃは、液晶表示素子１０Ｃからダイクロイックプリズム１６０に入射する青色の情報光の位相差を補償する。

ダイクロイックプリズム１６０は、ガラスなどの透明素材を用いて略立方体形状に作製されており、その内部に互いに直交するダイクロイック面１６２，１６３を備える。ダイクロイック面１６２は、赤色光を反射し、緑色光を透過させる。一方、ダイクロイック面１６３は、青色光を反射し、緑色光を透過させる。

したがって、ダイクロイックプリズム１６０は、液晶表示素子１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃからそれぞれ入射する赤色，緑色，青色の情報光を合成して投映光とし、これを投映レンズ１１６へと導いて、スクリーン１２４に投映像をフルカラーで表示させる。

液晶プロジェクタ１１０においては、位相差補償素子２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃとして、本開示の位相差補償素子２１、３１、３１Ａ、３２、３３、３７、３８等を用いることにより、液晶分子７５のプレチルトに起因して生じる位相差を効率よく補償することができる。これにより、コントラストを従来よりも向上させた投影像を得ることができる。

以下、実施例及び比較例の位相差補償素子を作製し、コントラスト測定を行った結果について説明する。

「液晶パネル」
コントラスト測定に使用した液晶パネルについて説明する。
ここでは、液晶セル中の液晶層としてＶＡ型の液晶を用いた。液晶層は、方位角４５°－２２５°に進相軸を有する。図３１は、液晶層の極角０°での位相差値Ｒｅ（０）の方位角依存性及び、極角１５°での位相差値Ｒｅ（１５）の方位角依存性を示す位相差パターンである。ＡＸＯＭＥＴＲＩＣ社製のＡｘｏＳｃａｎ高速・高精度ミュラー行列ポラリメータを用いて測定した。測定には、波長５５０ｎｍの光を用いた。

図３１に示す通り、液晶セルの方位角４５°かつ極角０°の位相差値Ｒｅ（０）４５は、－１．９ｎｍであり、方位角４５°かつ極角１５°の位相差値Ｒｅ（１５）４５は、－２５ｎｍであった。なお、方位角は、後述のコントラスト測定の際に配置した液晶パネルの１２時方位を０°とし、時計回りに９０°、１８０°及び２７０°とした。

「Ｃ－プレート」
Ｃプレートとしては、低屈折率材料としてシリコン酸化物を用い、高屈折率材料としてニオブ酸化物を用いて、低屈折材料からなる薄膜と高屈折率材料からなる薄膜とを交互に積層した多層薄膜を形成した。Ｃプレートには反射防止機能を加えて設計した。後述する試験例１～６及び８については、基板の両面に振り分けて配置される両面タイプのＣプレートとして、第１Ｃプレート層ＣＰ１と第２Ｃプレート層ＣＰ２を形成した。試験例７については、基板の一面にのみ配置される片面タイプのＣプレートＣＰを形成した。なお、各例の表中において、Ｃプレートの位相差値Ｒｅ（３０）は入射角３０°における値を用いて表示している。

ＣプレートのＲｅ（３０）値は、位相差膜の進相軸方位ηｓ＋１８０°における入射角１５°での位相差値がそれぞれのＯプレートとの組み合わせにおいて、略０になるように選定した。一例として、Ｃプレートのうち、Ｒｅ（３０）＝２６ｎｍのＣプレートであって、反射防止機能を含むＣプレートの層構成を表６及び表７に示す。表６及び表７において、Ｎｂはニオブ酸化物（Ｎｂ_２Ｏ_５）、Ｓｉはシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）をそれぞれ意味する。

表６は、両面タイプのＣプレートの層構成である。Ｒｅ（３０）＝２６ｎｍを得るために表６に示す３９層、合計膜厚９３１ｎｍの多層膜を、基板の両面にそれぞれ積層形成した。

表７は、片面タイプのＣプレートの層構成である。Ｒｅ（３０）＝２６ｎｍを得るために表７に示す８２層、合計膜厚１７４３ｎｍの多層膜を、基板の片面に積層形成した。

「コントラスト測定方法」
市販の液晶プロジェクタの光学エンジンを流用し、図１に示すように、偏光子１５、液晶セル１７、位相差補償素子２０として各サンプルの位相差補償素子、検光子１９を順に配置して評価用の液晶パネル（液晶表示素子１０）を構築した。

各試験例１～８について、それぞれ複数のサンプルを作製し、コントラストを測定して評価した。各サンプルの位相補償板の基板は厚さ０．５５ｍｍの石英板とした。各サンプルの構成については後述する。

検光子１９を通過する光が投影される位置にスクリーンを配置し、スクリーン上に白表示及び黒表示を行い、白表示時の光量と黒表示時の光量との比をコントラスト値とした。測定はスクリーン中央の位置で行った。

最初に、位相差補償素子２０を備えない液晶パネルのコントラスト値を測定し、このコントラスト値を基準Ａとする。各サンプルの位相差補償素子を備えた液晶パネルの場合のコントラスト値Ｂを測定し、コントラスト値Ｂを基準Ａで除した値をゲイン＝Ｂ／Ａとして求めた。ゲインによってコントラストを以下のように評価した。
ゲイン ：評価
３．０より大きい ：Ａ
３．０以下、２．０以上：Ｂ
２．０未満、１．５以上：Ｃ
１．５未満 ：Ｄ
実用上Ｃ以上であることが求められ、Ｂ以上であることが好ましくＡであることがより好ましい。

［試験例１］
試験例１では、図３２に示す、基板Ｓの一面に第１Ｃプレート層ＣＰ１と、第１Ｏプレート層ＯＰ１とを備え、基板Ｓの他面に第２Ｃプレート層ＣＰ２と、第２Ｏプレート層ＯＰ２とを備えた位相差補償素子を作製した。ここで、Ｏプレート層とは、実施形態の説明において説明した斜方蒸着層に相当する。本例において位相差膜は、第１Ｏプレート層ＯＰ１、第２Ｏプレート層ＯＰ２、第１Ｃプレート層ＣＰ１及び第２Ｃプレート層ＣＰ２から構成される。第１Ｃプレート層ＣＰ１と第２Ｃプレート層ＣＰ２とにより両面タイプのＣプレートが構成されている。第１Ｏプレート層ＯＰ１及び第２Ｏプレート層ＯＰ２は、既述の斜方蒸着層の第１作製方法を用い、基板設置角度ω＝８０°、基板Ｓを蒸着源に対して公転させた状態で蒸着することにより作製した。第１及び第２Ｏプレート層ＯＰ１、ＯＰ２の材料として、タンタル酸化物を用いた。一方、第１Ｃプレート層ＣＰ１及び第２Ｃプレート層ＣＰ２は、基板を、基板設置角度ω＝０°で設置して、蒸着することにより作製した。表１に示した通り、基板設置角度ωで公転させて成膜した斜方蒸着層はｎ２＞ｎ３＞ｎ１の主屈折率を示す屈折率楕円体で表される光学異方性を有する。以下において、第１Ｏプレート層ＯＰ１の最大の主屈折率をｎ２１、第２Ｏプレート層ＯＰ２の最大の主屈折率をｎ２２と表記する。また、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルをｎ２＿ＯＰ１、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルをｎ２＿ＯＰ２と表記する。

基板Ｓの両面にそれぞれ第１Ｃプレート層ＣＰ１、第２Ｃプレート層ＣＰ２を成膜し、その後、第１Ｃプレート層ＣＰ１上に斜め蒸着により斜方蒸着層である第１Ｏプレート層ＯＰ１を、第２Ｃプレート層ＣＰ２上に斜め蒸着により斜方蒸着層である第２Ｏプレート層ＯＰ２を成膜した。各サンプルについて、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１と第２Ｏプレート層ＯＰ２の最大主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２とが交差し、その開き角εが表８に記載の値となるように、第２Ｏプレート層ＯＰ２の蒸着方向をサンプル毎で変化させた。第１Ｏプレート層ＯＰ１と第２Ｏプレート層ＯＰ２は、各々の遅相軸方位（最大主屈折率ｎ２の方向ベクトルの方位）における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）がいずれも２０ｎｍとなるように膜厚を設定した。なお、本試験例における斜方蒸着層の作製方法では、Ｒｅ（０）＝２０ｎｍとするための設計物理膜厚は３７５ｎｍとした。

図３２に示すように、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１の方位を０°とし、時計回りに９０°、１８０°、２７０°と設定した。図３３に示すように、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１と、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２とは開き角εで配置されており、この場合、それぞれの方向ベクトルを合成した合成ベクトルｎＳに平行な軸が位相差膜の遅相軸ＳＰに相当する。表８に示す通り、本例では、開き角εを変化させることにより、位相差膜の遅相軸方位を変化させた。液晶セルの進相軸は方位４５°に設定されており、表８には各サンプルの位相差膜の遅相軸方位の、４５°方位からのズレ、すなわち、位相差膜の遅相軸方位と液晶セルの進相軸方位とのズレを示している。

試験例１の各サンプルの位相差補償素子を用いて、上述したコントラスト測定を行った結果を表８に示す。

サンプル１－１～１－８は、位相差膜の遅相軸方位と液晶セルの進相軸方位とのズレが２５°以下であり、本開示の技術の実施例に相当する。サンプル１－９は、位相差膜の遅相軸方位とパネル進相軸方位とのが２５°を超えた３８°であり比較例に相当する。

表８に示す通り、実施例であるサンプル１－１～１－８は、ゲイン１．５以上の評価が得られ、コントラストが向上していることが示された。一方、比較例であるサンプル１－９は、十分なゲインが得られなかった。

本試験例１は、Ｃプレートと、２層の斜方蒸着層（第１Ｏプレート層ＯＰ１、第２Ｏプレート層ＯＰ２）とを備えた位相差補償素子であって、基板の両面に１層ずつ斜方蒸着層を備えた位相差補償素子である。このような位相差補償素子において、２層の斜方蒸着層は、互いの最大の主屈折率を示す軸（遅相軸）間の開き角が、８８°以上１１０°以下であることが好ましく、９０°以上１１０°以下がより好ましく、９０°以上９５°以下が特に好ましい。

［試験例２］
試験例２では、図３４に示す、基板Ｓの一面に片面タイプのＣプレートＣＰを備え、他の一面に斜方蒸着層である第１Ｏプレート層ＯＰ１と第２Ｏプレート層ＯＰ２が積層された位相差補償素子を作製した。本例において位相差膜は、第１Ｏプレート層ＯＰ１、第２Ｏプレート層ＯＰ２及びＣプレートＣＰとから構成される。第１及び第２Ｏプレート層ＯＰ１、ＯＰ２及びＣプレートＣＰの作製方法は試験例１と同様とした。

基板Ｓの一面にＣプレートＣＰを成膜し、その後、基板Ｓの他の一面に斜め蒸着により斜方蒸着層である第２Ｏプレート層ＯＰ２及び第１Ｏプレート層ＯＰ１の順に成膜した。試験例１と同様に各サンプルについて、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２＿ＯＰ１の方向と第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２_ＯＰ２の方向とが交差し、その交差角度（開き角度）εが表９に記載の値となるように、第２Ｏプレート層ＯＰ２の蒸着方向をサンプル毎で変化させた。また、第１Ｏプレート層ＯＰ１と第２Ｏプレート層ＯＰ２は、各々の遅相軸方位（最大主屈折率ｎ２の方向ベクトルの方位）における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）はいずれも２０ｎｍとなるように膜厚を設定した。図３４に示すように、本例においても第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２の方位を０°とし、時計回りに９０°、１８０°、２７０°と設定した。第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１と、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２の関係は、試験例１と同様に図３３で示される。図３３に示すように、第１Ｏプレート層ＯＰ１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１と、第２Ｏプレート層ＯＰ２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２とは開き角度εで配置されており、それぞれの方向ベクトルを合成した合成ベクトルｎＳに平行な軸が位相差膜の遅相軸ＳＰに相当する。表９に示す通り、開き角εが変化することにより、位相差膜の遅相軸方位が変化する。液晶セルの進相軸は方位４５°に設定されており、表９には各サンプルの位相差膜の遅相軸方位の、４５°方位からのズレ、すなわち、位相差膜の遅相軸方位と液晶セルの進相軸方位とのズレを示している。

試験例２の各サンプルの位相差補償素子を用いて、上述したコントラスト測定を行った結果を表９に示す。

サンプル２－２～２－１１は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°以下であり、本開示の技術の実施例に相当する。サンプル２－１は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°を超え３０°であり比較例に相当する。

表９に示す通り、実施例であるサンプル２－２～２－１１は、ゲイン１．５以上の評価が得られ、コントラストが向上していることが示された。一方、比較例であるサンプル２－１は、十分なゲインが得られなかった。

［試験例３］
試験例３では、図３２に示した試験例１と同様の層構成の位相差補償素子を作製した。すなわち、本例において位相差膜は、第１Ｏプレート層ＯＰ１、第２Ｏプレート層ＯＰ２、第１Ｃプレート層ＣＰ１及び第２Ｃプレート層ＣＰ２から構成される。

基板Ｓの両面にそれぞれ第１Ｃプレート層ＣＰ１、第２Ｃプレート層ＣＰ２を成膜し、その後、第１Ｃプレート層ＣＰ１上に斜め蒸着により斜方蒸着層である第１Ｏプレート層ＯＰ１を、第２Ｃプレート層ＣＰ２上に斜め蒸着により斜方蒸着層である第２Ｏプレート層ＯＰ２を成膜した。各サンプルについて、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２＿ＯＰ１の方向と第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２_ＯＰ２の方向とが交差し、その開き角度εが９３°となるように、第２Ｏプレート層ＯＰ２の蒸着方向を設定した。他方、第１Ｏプレート層ＯＰ１と第２Ｏプレート層ＯＰ２のそれぞれの遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が表１０に記載の値となるように、膜厚を設定した。試験例１と同様に、本例についても、図３３に示すように、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１と、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２とは開き角度εで配置されており、それぞれの方向ベクトルを合成した合成ベクトルｎＳに平行な軸が位相差膜の遅相軸ＳＰに相当する。表１０に示す通り、本例では、第１Ｏプレート層ＯＰ１もしくは第２Ｏプレート層ＯＰ２の位相差値を変化させることにより、位相差膜の遅相軸方位を変化させた。液晶セルの進相軸は方位４５°に設定されており、表１０には各サンプルの位相差膜の遅相軸方位の、４５°方位からのズレ、すなわち、位相差膜の遅相軸方位と液晶セルの進相軸方位とのズレを示している。

上記の位相差補償素子２０として、各サンプルの位相差補償素子を用いて、上述したコントラスト測定を行った結果を表１０に示す。

サンプル３－１～３－５、３－８及び３－９は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°以下であり、本開示の技術の実施例に相当する。サンプル３－６、３－７、及び３－１０～３－１３は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°を超えており比較例に相当する。

表１０に示す通り、実施例であるサンプル３－１～３－５、３－８及び３－９は、イン１．５以上の評価が得られ、コントラストが向上していることが示された。一方、比較例であるサンプル３－６、３－７、及び３－１０，３－１３は、十分なゲインが得られなかった。

本試験例３は、Ｃプレートと、２層の斜方蒸着層（第１Ｏプレート層ＯＰ１、第２Ｏプレート層ＯＰ２）とを備えた位相差補償素子であって、基板の両面に１層ずつ斜方蒸着層を備えた位相差補償素子である。このような位相差補償素子は、２層の斜方蒸着層は、開き角度が９０°±５°程度の範囲であって、光入射側の斜方蒸着層の正面位相差値と、光出斜側の斜方蒸着層の正面位相差値との差が－４ｎｍ～＋２ｎｍであることが好ましく、－３ｎｍ～＋２ｎｍであることがより好ましく、０～＋１ｎｍであることが特に好ましい。

［試験例４］
試験例４では、図３５に示す、基板Ｓの一面に第１Ｃプレート層ＣＰ１と、斜方蒸着層である第１Ｏプレート層ＯＰ１とを備え、基板Ｓの他面に第２Ｃプレート層ＣＰ２と、斜方蒸着層である第２、第３Ｏプレート層ＯＰ２、ＯＰ３とを備えた位相差補償素子を作製した。本例において位相差膜は、第１Ｏプレート層ＯＰ１、第２Ｏプレート層ＯＰ２、第３Ｏプレート層ＯＰ３、第１Ｃプレート層ＣＰ１及び第２Ｃプレート層ＣＰ２から構成される。第１Ｃプレート層ＣＰ１と第２Ｃプレート層ＣＰ２とにより両面タイプのＣプレートが構成されている。第１～第３Ｏプレート層ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３及び第１、第２Ｃプレート層ＣＰ１、ＣＰ２の作製方法は試験例１と同様とした。

基板Ｓの両面にそれぞれ第１Ｃプレート層ＣＰ１、第２Ｃプレート層ＣＰ２を成膜し、その後、第１Ｃプレート層ＣＰ１上に斜め蒸着により斜方蒸着層である第１Ｏプレート層ＯＰ１を成膜し、第２Ｃプレート層ＣＰ２上に斜め蒸着により斜方蒸着層である第２Ｏプレート層ＯＰ２及び第３Ｏプレート層ＯＰ３を積層成膜した。各サンプルについて、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１の方向と第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２_ＯＰ２の方向とが交差し、その開き角ε１が８０°となるように、第２Ｏプレート層ＯＰ２の蒸着方向を設定した。また、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２の方向と、第３Ｏプレート層ＯＰ３の主屈折率ｎ２３の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ３の方向とが交差し、その開き角ε２が表１１に示す値となるように、第３Ｏプレート層ＯＰ３の蒸着方向を設定した。また、第１Ｏプレート層ＯＰ１は、その遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が２０ｎｍとなるように、第２Ｏプレート層ＯＰ２は、その遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が１５ｎｍとなるように、第３Ｏプレート層ＯＰ３は、その遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が１０ｎｍとなるように、それぞれ膜厚を設定した。

本例についても、図３５に示すように、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１の方位を０°とし、時計回りに９０°、１８０°、２７０°と設定した。図３６に示すように、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１と、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２とは開き角度ε１で配置されている。また、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２と、第３Ｏプレート層ＯＰ３の主屈折率ｎ２３の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ３とは開き角度ε２で配置されている。この場合、３つのＯプレート層ＯＰ１、ＯＰ２及びＯＰ３のそれぞれの主屈折率ｎ２１、ｎ２２及びｎ２３についての方向ベクトルを合成した合成ベクトルｎＳに平行な軸が位相差膜の遅相軸ＳＰに相当する。表１１に示す通り、本例では、第２Ｏプレート層ＯＰ２と第３Ｏプレート層ＯＰ３の開き角ε２を変化させることにより、位相差膜の遅相軸方位を変化させた。液晶セルの進相軸は方位４５°に設定されており、表１１には各サンプルの位相差膜の遅相軸方位の、４５°方位からのズレ、すなわち、位相差膜の遅相軸方位と液晶セルの進相軸方位とのズレを示している。

試験例４の各サンプルの位相差補償素子を用いて、上述したコントラスト測定を行った結果を表１１に示す。

サンプル４－３～４－１２は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°以下であり、本開示の技術の実施例に相当する。サンプル４－１、４－２及び４－１３は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°を超えており、比較例に相当する。

表１１に示す通り、実施例であるサンプル４－３～４－１２は、ゲイン１．５以上の評価が得られ、コントラストが向上していることが示された。一方、比較例であるサンプル４－１、４－２及び４－１３は、十分なゲインが得られなかった。

［試験例５］
試験例５では、試験例４と同様の構成の位相差補償素子を作製した。すなわち、本例において位相差膜は、第１Ｏプレート層ＯＰ１、第２Ｏプレート層ＯＰ２、第３Ｏプレート層ＯＰ３、第１Ｃプレート層ＣＰ１及び第２Ｃプレート層ＣＰ２から構成される（図３５参照）。

本例では、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１の方向と第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２_ＯＰ２の方向とが交差し、その開き角ε１が９５°となるように、第２Ｏプレート層ＯＰ２の蒸着方向を設定した。また、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２の方向と、第３Ｏプレート層ＯＰ３の主屈折率ｎ２３の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ３の方向とが交差し、その開き角ε２が１００°となるように、第３Ｏプレート層ＯＰ３の蒸着方向を設定した。

また、第１Ｏプレート層ＯＰ１の遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が表１２に示す値となるように、各サンプル毎で第１Ｏプレート層ＯＰ１の膜厚を設定した。第２Ｏプレート層ＯＰ２は、その遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が５ｎｍとなるように、第３Ｏプレート層ＯＰ３は、その遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が１０ｎｍとなるように、それぞれ膜厚を設定した。

本例についても、図３６に示すように、３つのＯプレート層ＯＰ１、ＯＰ２及びＯＰ３のそれぞれの主屈折率ｎ２１、ｎ２２及びｎ２３についての方向ベクトルを合成した合成ベクトルｎＳに平行な軸が位相差膜の遅相軸ＳＰに相当する。表１２に示す通り、本例では、第１Ｏプレート層ＯＰ１の位相差値Ｒｅ（０）を変化させることにより、液晶セルの進相軸は方位４５°に設定されており、表１２には各サンプルの位相差膜の遅相軸方位の、４５°方位からのズレ、すなわち、位相差膜の遅相軸方位と液晶セルの進相軸方位とのズレを示している。

上記の位相差補償素子２０として、試験例５の各サンプルの位相差補償素子を用いて、上述したコントラスト測定を行った結果を表１２に示す。

サンプル５－２～５－１２は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°以下であり、本開示の技術の実施例に相当する。サンプル５－１、５－１３及び５－１４は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°を超えており、比較例に相当する。

表１２に示す通り、実施例であるサンプル５－２～５－１２は、ゲイン１．５以上の評価が得られ、コントラストが向上していることが示された。一方、比較例であるサンプル５－１、５－１３及び５－１４は、十分なゲインが得られなかった。

［試験例６］
試験例６では、図３７に示す、基板Ｓの一面に第１Ｃプレート層ＣＰ１と、斜方蒸着層である第１及び第２Ｏプレート層ＯＰ１、ＯＰ２とを備え、基板Ｓの他面に第２Ｃプレート層ＣＰ２と、斜方蒸着層である第３及び第４Ｏプレート層ＯＰ３、ＯＰ４とを備えた位相差補償素子を作製した。本例において位相差膜は、第１～第４Ｏプレート層ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４及び第１、第２Ｃプレート層ＣＰ１、ＣＰ２から構成される。第１Ｃプレート層ＣＰ１と第２Ｃプレート層ＣＰ２とにより両面タイプのＣプレートが構成されている。第１～第４Ｏプレート層ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３、ＯＰ４及び第１、第２Ｃプレート層ＣＰ１、ＣＰ２の作製方法は試験例１と同様とした。

基板Ｓの両面にそれぞれ第１Ｃプレート層ＣＰ１、第２Ｃプレート層ＣＰ２を成膜し、その後、第１Ｃプレート層ＣＰ１上に斜め蒸着により斜方蒸着層である第２Ｏプレート層ＯＰ２及び第１Ｏプレート層ＯＰ１を成膜し、第２Ｃプレート層ＣＰ２上に斜め蒸着により斜方蒸着層である第３Ｏプレート層ＯＰ３及び第４Ｏプレート層ＯＰ４を積層成膜した。各サンプルについて、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１の方向と第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２_ＯＰ２の方向とが交差し、その開き角ε１が９３°となるように、第２Ｏプレート層ＯＰ２の蒸着方向を設定した。また、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２の方向と、第３Ｏプレート層ＯＰ３の主屈折率ｎ２３の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ３の方向とが交差し、その開き角ε２が８８°となるように、第３Ｏプレート層ＯＰ３の蒸着方向を設定した。さらに、第３Ｏプレート層ＯＰ３の主屈折率ｎ２３の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ３の方向と、第４Ｏプレート層ＯＰ４の主屈折率ｎ２４の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ４の方向とが交差し、その開き角ε３が８６°となるように、第４Ｏプレート層ＯＰ４の蒸着方向を設定した。

また、第１Ｏプレート層ＯＰ１の遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が表１３に示す値となるように、各サンプル毎で第１Ｏプレート層ＯＰ１の膜厚を設定した。第２Ｏプレート層ＯＰ２は、その遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が１５ｎｍとなるように、第３Ｏプレート層ＯＰ３は、その遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が１５ｎｍとなるように、第４Ｏプレート層ＯＰ４は、その遅相軸方位における極角０°での位相差値Ｒｅ（０）が１５ｎｍとなるように、それぞれ膜厚を設定した。

本例についても、図３７に示すように、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方位を０°とし、時計回りに９０°、１８０°、２７０°と設定した。図３８に示すように、第１Ｏプレート層ＯＰ１の主屈折率ｎ２１の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１と、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２とは開き角度ε１で配置されており、第２Ｏプレート層ＯＰ２の主屈折率ｎ２２の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ２と、第３Ｏプレート層ＯＰ３の主屈折率ｎ２３の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ３とは開き角度ε２で配置されている。さらに第３Ｏプレート層ＯＰ３の主屈折率ｎ２３の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ３と、第４Ｏプレート層ＯＰ４の主屈折率ｎ２４の方向ベクトルｎ２＿ＯＰ４とは開き角度ε３で配置されている。この場合、４つのＯプレート層ＯＰ１、ＯＰ２、ＯＰ３及びＯＰ４のそれぞれの主屈折率ｎ２１、ｎ２２、ｎ２３及びｎ２４についての方向ベクトルｎ２＿ＯＰ１、ｎ２＿ＯＰ２、ｎ２＿ＯＰ３及びｎ２＿ＯＰ４を合成した合成ベクトル（図示していない）に平行な軸が位相差膜の遅相軸に相当する。表１３に示す通り、本例では、第１Ｏプレート層ＯＰ１の位相差値Ｒｅ（０）を変化させることにより、位相差膜の遅相軸方位を変化させた。液晶セルの進相軸は方位４５°に設定されており、表１３には各サンプルの位相差膜の遅相軸方位の、４５°方位からのズレ、すなわち、位相差膜の遅相軸方位と液晶セルの進相軸方位とのズレを示している。

上記の位相差補償素子２０として、試験例６の各サンプルの位相差補償素子を用いて、上述したコントラスト測定を行った結果を表１３に示す。

サンプル６－４～６－１０は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°以下であり、本開示の技術の実施例に相当する。サンプル６－１～６－３、及び６－１１は、位相差膜の遅相軸とパネル進相軸方位との差が２５°を超えており、比較例に相当する。

表１３に示す通り、実施例であるサンプル６－４～６－１０は、ゲイン１．５以上の評価が得られ、コントラストが向上していることが示された。一方、比較例であるサンプル６－１～６－３及び６－１１は、十分なゲインが得られなかった。

[試験例７]
試験例７では、図３９に示す、基板Ｓの一面に斜方蒸着層であるＯプレート層ＯＰと、片面タイプのＣプレートＣＰを備え得た位相差補償素子を作製した。本例において、位相差膜はＯプレート層ＯＰと、Ｃプレート層ＣＰとから構成される。本例において、Ｏプレート層ＯＰは、既述の斜方蒸着層の第２作製方法のＴｙｐｅＩの手法を用い、基板設置角度ω＝７０°、基板を蒸着源に対して揺動させて蒸着することにより作製した。Ｏプレート層ＯＰの材料として、タンタル酸化物を用いた。一方、ＣプレートＣＰは基板設置角度ω＝０°で蒸着を行った。表２に示した通り、基板設置角度ω＝７０°で、基板を揺動させて成膜した斜方蒸着層はｎ２＞ｎ３＞ｎ１の主屈折率を示す屈折率楕円体で表される光学異方性を有する。なお、図３９においては、遅相軸ＳＰが液晶パネルの液晶層の進相軸方位４５°と一致する方位４５°の場合を示しているが、各サンプルにおける遅相軸ＳＰの方位は、表１４に示す通りとなるようにした。

基板Ｓの一面に斜方蒸着層からなるＯプレート層ＯＰを成膜し、Ｏプレート層ＯＰ上にＣプレートを作製した。各サンプルについて、Ｏプレート層ＯＰの成膜は、基板中心を軸として、＋ｑ側及び－ｑ側に表１４に示す範囲で揺動させて実施した。また、Ｏプレート層ＯＰの成膜時における＋ｑ側及び－ｑ側への揺動角は、Ｏプレート層ＯＰとＣプレートＣＰとからなる位相差膜の遅相軸方位におけるＲｅ（１５）値が２５ｎｍとなるように調整した。

試験例７の各サンプルの位相差補償素子を用いて、上述したコントラスト測定を行った結果を表１４に示す。

サンプル７－１～７－１０及び７－１３～７－２２は、位相差膜の遅相軸と液晶セルの進相軸方位との差が２５°以下であり、本開示の技術の実施例に相当する。サンプル７－１１、７－１２、７－２３及び７－２４は、位相差膜の遅相軸と液晶層の進相軸方位との差が２５°を超えており、比較例に相当する。

表１４に示す通り、実施例であるサンプル７－１～７－１０及び７－１３～７－２２は、ゲイン１．５以上の評価が得られ、コントラストが向上していることが示された。一方、比較例であるサンプル７－１１、７－１２、７－２３及び７－２４は、十分なゲインが得られなかった。

［試験例８］
図３２に示す、基板Ｓの一面に第１Ｃプレート層ＣＰ１と、斜方蒸着層である第１Ｏプレート層ＯＰ１とを備え、基板Ｓの他面に第２Ｃプレート層ＣＰ２と、斜方蒸着層である第２Ｏプレート層ＯＰ２とを備えた位相差補償素子を作製した。本例において位相差膜は、第１Ｏプレート層ＯＰ１、第２Ｏプレート層ＯＰ２、第１Ｃプレート層ＣＰ１及び第２Ｃプレート層ＣＰ２から構成される。第１Ｃプレート層ＣＰ１と第２Ｃプレート層ＣＰ２とにより両面タイプのＣプレートが構成されている。

サンプル８－１及びサンプル８－２は、各層が下記表１５の条件を満たすように成膜形成した。

サンプル８－１は、第１Ｏプレート層ＯＰ１及び第２Ｏプレート層ＯＰ２を、既述の斜方蒸着層の第１作製方法を用い、基板設置角度ω＝７０°、基板を蒸着源に対して公転させた状態で斜め蒸着することにより作製した。第１及び第２Ｏプレート層ＯＰ１、ＯＰ２の材料として、タンタル酸化物を用いた。一方、第１及び第２Ｃプレート層ＣＰ１、ＣＰ２は基板設置角度ω＝０°で蒸着を行った。表１５に示した通り、基板設置角度７０°で公転させて成膜した斜方蒸着層はｎ２＞ｎ３＞ｎ１の主屈折率を示す屈折率楕円体で表される光学異方性を有する。従ってサンプル８－１は、本開示の技術の実施例に相当する。

サンプル８－２は、第１Ｏプレート層ＯＰ１及び第２Ｏプレート層ＯＰ２を、基板設置角度ω＝８０°、基板を蒸着源に対して公転させることなく、斜め蒸着することにより作製した。第１及び第２Ｃプレート層ＣＰ１、ＣＰ２の成膜はサンプル８－１と同等とした。基板設置角度８０°で基板を公転させず成膜した斜方蒸着層はｎ１＞ｎ２＞ｎ３の主屈折率を示す屈折率楕円体で表される光学異方性を有する。従ってサンプル８－２は、本開示の技術の比較例に相当する。
なお、本例では、位相差膜の遅相軸方位が１３５°となるように設計した。

図４０は、サンプル８－１及びサンプル８－２それぞれの位相差パターンを示す。位相差膜に対して、法線方向からθ＝１５°傾いた入射角１５°で波長５５０ｎｍの光を入射した状態で光の入射位置を中心として位相差補償素子を３６０°回転させる（図２５参照）。これにより、Ｒｅ（１５）０°－３６０°の位相差特性（位相差パターン）を測定した。図４０は、この測定により得られた位相差パターンを示す図である。実線が実施例であるサンプル８－１、破線が比較例であるサンプル８－２の特性である。

図４０に示すように、サンプル８－１及びサンプル８－２は、いずれも最大位相差値を示す遅相軸方位は１３５°であり、位相差パターンは遅相軸を対象軸として線対称な形状となっている。そして、サンプル８－１の位相差パターンは、サンプル８－２の位相差パターンに比べて太い楕円形状をしている。

実際に製造される位相差補償素子における位相差膜の遅相軸方位は、製造時に発生する各斜方蒸着層の設計値からの膜厚ズレ、各斜方蒸着層の膜厚差、及び各斜方蒸着層の遅相軸同士の開き角の設計値からのズレ、などによって、設計された方位からずれが生じる。

位相差膜の遅相軸方位が液晶セルの進相軸方位と一致すると、最も良好に位相差補償されるため、コントラストゲインが高くなる。上記の通り、位相差膜の遅相軸方位が設計された方位からずれた場合、液晶セルの進相軸方位と位相差膜の遅相軸方位が平行でなくなるため、ゲインが低下する。サンプル８－２の位相差パターンは、サンプル８－１の位相差パターンよりも細いために、ズレに対するコントラストゲインの低下が著しい。言い換えると、サンプル８－１は、サンプル８－２と比較して、位相差パターンが太いために、ズレに対するコントラストゲインの低下を小さく抑えることができる。

[試験例９］
サンプル８－１と同様に、第１Ｏプレート層及び第２Ｏプレート層がｎ２＞ｎ３＞ｎ１を満たす実施例の位相差膜を備えた位相差補償素子のサンプルであって、位相差膜の遅相軸方位が異なる複数のサンプルを作製した。また、サンプル８－２と同様に、第１Ｏプレート層及び第２Ｏプレート層がｎ１＞ｎ２＞ｎ３を満たす比較例の位相差膜を備えた位相差補償素子のサンプルであって、位相差膜の遅相軸方位が異なる複数のサンプルを作製した。この際、第１Ｏプレート層ＯＰ１の遅相軸と第２Ｏプレート層ＯＰ２の遅相軸の開き角を変化させることによって、位相差膜の遅相軸方位を調整した。各サンプルの位相差補償素子について、１３５°に進相軸を有する液晶セルと組み合わせて液晶パネルを組み立てて、コントラスト測定を行った。位相差膜の遅相軸方位と液晶セルの進相軸方位との差を「軸ズレ量」と定義し、軸ズレ量対液晶のコントラストゲインの関係を調べた結果を図４１に示す。

図４１からわかるように、軸ズレ量＝０の場合のコントラストゲインは、比較例よりも実施例の方が高い。また、軸ズレ量に対するコントラストゲインへの影響は実施例の方が小さい。実施例は、軸ズレ量が２５°においても実用上問題のないゲイン値１．５を示すのに対して、比較例は、軸ズレ量が１０°を超えるとゲインが１．５未満となり、十分な位相差補償ができなくなる。

以上のように、本開示の位相差補償素子の実施例は、比較例と比較して、コントラスト向上の効果を有し、かつ、軸ズレに対するコントラスト低下が小さいことが分かった。軸ズレに対するコントラストの低下が小さいことは、製造バラつきに対する性能トレランスが大きいことを意味する。性能トレランスが大きければ、製造バラつきにより無駄になる位相差補償素子を抑制することができるため、製造コストを抑制することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 液晶表示素子
１５ 偏光子
１７ 液晶セル
１９ 検光子
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 位相差補償素子
２１ 位相差補償素子
２３ 基板
２３ａ 基板面
２４ 柱状構造体
２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ 斜方蒸着層（位相差膜）
２７ 蒸着源
２８ 蒸着方向
２９ 長手方向
３１、３１Ａ、３２、３３、３７、３８ 位相差補償素子
４１、４３、４８、４９ 反射防止膜
５０ Ｃプレート
５０ａ 第１Ｃプレート層
５０ｂ 第２Ｃプレート層
５１ 高屈折率層
５２ 低屈折率層
７１，７２ 透明基板
７５ 液晶分子
７６ 液晶層
７７ ガラス基板
７８ 透明電極
７９ 配向膜
８０ 蒸着装置
８１ 真空チャンバ
８２ 台座
８３ 回転軸
８４ 基板ホルダ
８５ 回転機構
８７ 円軌道
９０ 蒸着装置
９１ 真空チャンバ
９２ 基板ホルダ
９４ 回転軸
９６ 円軌道
１０２ 屈折率楕円体
１０４、１０６、１０７、１０８ 楕円
１１０ 液晶プロジェクタ
１１６ 投映レンズ
１１７ プロジェクタ駆動部
１１８ 表示光学系
１１９ 筐体
１２１ ズームダイヤル
１２２ フォーカスダイヤル
１２３ 光量調節ダイヤル
１２４ スクリーン
１３１ 光源部
１３２ 情報光生成部
１３３ ランプ
１３４ 反射鏡
１３６ カットフィルタ
１３６ 紫外線カットフィルタ
１３７ インテグレータ
１３８ 偏光板
１４１ リレーレンズ
１４２ コリメートレンズ
１４３ａ、１４３ｂ、１４３ｃ、１４３ｄ 反射鏡
１４６、１４７ ダイクロイックミラー
１６０ ダイクロイックプリズム
１６２、１６３ ダイクロイック面
２０１、２０２、２０７、２０８、２０９ 屈折率楕円体
２０３、２０４ 楕円

Claims (6)

1. 液晶分子の光学軸が傾斜した液晶層を備えた液晶セルと組み合わせて用いられ、前記液晶層において生じる光の位相差を補償する位相差補償素子であって、
   基板と、前記基板の少なくとも一つの基板面に少なくとも一層の斜方蒸着層とを有する位相差膜を備え、
   前記斜方蒸着層は、前記基板面の法線に対して傾斜した柱状構造体を有することにより、光学特性として二軸性の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を示し、前記屈折率楕円体における３つの主屈折率のうち、前記柱状構造体の長手方向の主屈折率をｎ１とし、前記柱状構造体の長手方向に垂直な楕円において、長軸方向の主屈折率をｎ２、短軸方向の主屈折率をｎ３とした場合に、前記３つの主屈折率のうちｎ２が最大であり、かつ、前記長軸方向が、前記柱状構造体の長手方向を前記斜方蒸着層の面に投影した軸に対して前記斜方蒸着層の面内で直交する方向であり、
   前記位相差膜の遅相軸は、前記斜方蒸着層が一層である場合には、前記長軸方向と平行であり、前記斜方蒸着層が複数層である場合には、各斜方蒸着層における最大の主屈折率であるｎ２の大きさを有し、前記長軸方向に沿ったベクトルを方向ベクトルとした場合において、前記各斜方蒸着層の前記方向ベクトルを合成した合成ベクトルと平行であり、
   前記位相差膜の遅相軸方向と、前記液晶分子の傾斜した前記光学軸を前記基板面に投影した方向に対して直交する方向である前記液晶層の進相軸方向との交差角度が－２５°～＋２５°となる態様で配置される、位相差補償素子。
2. 前記屈折率楕円体の３つの主屈折率の大きさの関係は、ｎ２＞ｎ３＞ｎ１である、請求項１に記載の位相差補償素子。
3. 前記位相差膜が、前記斜方蒸着層を複数層備え、
   前記遅相軸の方位をηｓとし、前記斜方蒸着層の面に対し、極角１５°で入射した波長５５０ｎｍの光に対する前記方位ηｓにおける位相差値Ｒｅ（１５）ηｓをαとし、極角１５°で入射した前記光に対する方位ηｓ＋１８０°における位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋１８０）をβとし、Ａ＝α－βとした場合に、極角１５°で入射した前記光に対する方位ηｓ＋６０°における位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ＋６０）及び極角１５°で入射した前記光に対する方位ηｓ－６０°における位相差値Ｒｅ（１５）（ηｓ－６０）がそれぞれ、（Ａ／２－β）±５ｎｍの範囲である、請求項１または２に記載の位相差補償素子。
4. 高屈折率材料からなる薄膜と、低屈折率材料からなる薄膜とを交互に積層した多層薄膜で構成されている構造性複屈折率体であるＣプレートをさらに備えた、請求項１から３のいずれか１項に記載の位相差補償素子。
5. 液晶分子の光学軸が傾斜した液晶層を備えた液晶セルと、
   前記液晶層で生じる位相差を補償する位相差補償素子とを備え、
   前記位相差補償素子が、基板と、前記基板の少なくとも一つの基板面に少なくとも一層の斜方蒸着層を有する位相差膜とを備え、
   前記斜方蒸着層は、前記基板面の法線に対して傾斜した柱状構造体を有することにより、光学特性として二軸性の屈折率楕円体で示される屈折率異方性を示し、前記屈折率楕円体における３つの主屈折率のうち、前記柱状構造体の長手方向の主屈折率をｎ１とし、前記柱状構造体の長手方向に垂直な楕円において、長軸方向の主屈折率をｎ２、短軸方向の主屈折率をｎ３とした場合に、前記３つの主屈折率のうちｎ２が最大であり、かつ、前記長軸方向が、前記柱状構造体の長手方向を前記斜方蒸着層の面に投影した軸に対して前記斜方蒸着層の面内で直交する方向であり、
   前記位相差膜の遅相軸は、前記斜方蒸着層が一層である場合には、前記長軸方向と平行であり、前記斜方蒸着層が複数層である場合には、各斜方蒸着層における最大の主屈折率であるｎ２の大きさを有し、前記長軸方向に沿ったベクトルを方向ベクトルとした場合において、前記各斜方蒸着層の前記方向ベクトルを合成した合成ベクトルと平行であり、
   前記位相差膜の遅相軸方向と、前記液晶分子の傾斜した前記光学軸を前記基板面に投影した方向に対して直交する方向である前記液晶層の進相軸方向との交差角度が－２５°～＋２５°となる態様で配置される、液晶表示素子。
6. 請求項５に記載の液晶表示素子と、
   前記液晶表示素子によって表示される像を拡大して投影する投影光学系と、
   を備えた液晶プロジェクタ。

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