JP4672469B2 - 液晶装置及び投射型表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、液晶装置等に用いられる位相差補償素子、これを備えた液晶装置及び投射型表示装置に関するものである。

液晶層を挟持して対向配置される一対の電極付き基板からなる液晶セルを基本構成とし、電圧無印加時と電圧印加時とで液晶層内の液晶分子の配向を変化させて表示等を行う、縦電界型の液晶装置がある。かかる液晶装置では、一対の電極付き基板の内面に各々配向膜が設けられて、電圧無印加時の液晶分子の配向（プレチルト角及びツイスト角）が規定され、電圧印加時に液晶分子が電界方向（縦電界では垂直方向）に沿って配向が変化する。ＴＮ（Twisted Nematic）モードでは、電圧無印加時のツイスト角は９０°とされる。

上記液晶装置では、液晶セルの外側に偏光子が設けられ、偏光子を介して液晶層に光が入射され、液晶層内に入射した光が偏光子を介して観察者側に出射される。

透過型液晶装置では、液晶セルをなす一対の基板の外側（光入射側及び光出射側）に各々偏光子が取り付けられ、電圧無印加時と電圧印加時のいずれかの液晶分子の配向状態において観察者側に光が出射されないよう、一対の偏光子の組合わせが選定される。具体的には、ＴＮモードにおいて、一対の偏光子を偏光軸が互いに直交するクロスニコル配置とすれば、電圧無印加時に明状態となるノーマリホワイトモードとなり、一対の偏光子を偏光軸が平行なパラレルニコル配置とすれば、電圧印加時に明状態となるノーマリブラックモードとなる。

液晶装置には、偏光子の他、位相差補償素子も備えられる。以下、電圧印加時に暗状態となるノーマリホワイトのＴＮモードを例として、位相差補償素子の機能について説明する。

上記モードで位相差補償素子を設けない場合、液晶分子が略垂直配向状態（略一軸配向状態）となる電圧印加時において、液晶層は、垂直入射光に対してはほとんど複屈折性を示さず直線偏光をそのまま透過するが、斜方入射光に対しては複屈折性を示し、液晶層に斜方入射した直線偏光は楕円偏光となって液晶層から出射され、この楕円偏光は部分的に出射側の偏光子を透過するため、暗度の低下、すなわちコントラストの低下を招いてしまう。また、斜方入射光の入射角が大きくなるほど、複屈折性が大きくなり、コントラストの低下が大きくなるため、良好なコントラストが得られる視野角が狭くなってしまう。そこで、斜方入射光の複屈折によって生じる上記楕円偏光の位相差を補償してこれを直線偏光に戻す位相差補償機能（Ａ）を有する位相差補償素子が用いられる。

また、上記モードでは、電圧印加時に液晶層内の液晶分子は全体的に略垂直配向状態となるが、配向膜近傍の液晶分子は配向膜の影響を受けるため、配向膜近傍には略垂直方向から配向膜の配向方向に向けて連続的に液晶分子の配向方向が変化するハイブリッド配向状態が現れることがある。位相差補償素子としては、位相差補償機能（Ａ）に加えて、ハイブリッド配向状態の液晶分子による複屈折に対しても位相差補償機能（Ｂ）を有するものが好ましい。

また、近年、耐熱性、耐光性、及び化学的安定性等に優れ、プロジェクタ等の投射型表示装置に搭載される液晶装置用等として好適なことから、無機材料からなる位相差補償素子が提案されている。無機の位相差補償素子としては、（１）高屈折性薄膜と低屈折性薄膜とを光の波長より小さい厚みで交互に積層した多層薄膜を備えた位相差補償素子（特許文献１）、（２）斜方蒸着方向の異なる複数の無機斜方蒸着膜を備えた位相差補償素子（特許文献２）等が開示されている。
特開２００４−１０２２００号公報 特開平１０−８１９５５号公報

特許文献１に記載の位相差補償素子（１）は、上記多層薄膜が負の一軸性の複屈折性を示し、いわゆる負のＣ-plateの性質を有するものであり、斜方入射光の複屈折に対する位相差補償機能（Ａ）は良好であるが、ハイブリッド配向状態の液晶分子による複屈折に対する位相差補償機能（Ｂ）については充分ではない。

特許文献２に記載の位相差補償素子（２）は、複屈折性の異なる複数の無機斜方蒸着膜の積層構造を有するものであるので、ハイブリッド配向状態の液晶分子による複屈折に対する位相差補償機能（Ｂ）についても得られると考えられる。しかしながら、多数の柱状結晶からなる無機斜方蒸着膜はその表面凹凸が大きく、複数の無機斜方蒸着膜を積層すると、後から蒸着する膜に柱状結晶の凝集等の蒸着不良が起こりやすく、所望の光学特性の膜を安定的に成膜することが難しい傾向にある。また、柱状結晶の凝集等が生じると、該部分における光の散乱現象によって膜が白濁して透過率等の光学特性が低下する恐れもある。特許文献２には、複数の無機斜方蒸着膜の間に正面蒸着膜を介在させることで、後から蒸着する膜の蒸着不良を抑制し、白濁を抑制することが記載されている。しかしながら、正面蒸着膜を介在させることは、製造工程数や製造コスト等の点で好ましくない。また、不要な正面蒸着膜が介在することで、透過率が低下するなど、光学特性が低下する恐れもある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド配向状態の液晶分子の複屈折性に対しても良好な位相差補償機能を呈し、位相差補償機能や透過率等の光学特性、製造容易性、製造安定性も良好な無機の位相差補償素子、これを用いた液晶装置及び投射型表示装置を提供することを目的とするものである。

なお、本発明は特に上記特性の無機の位相差補償素子を提供することを目的とするものであるが、本発明は有機の位相差補償素子にも適用可能である。

本発明の第１の位相差補償素子は、透光性基材の表面に斜方蒸着方向の異なるａ層（ａ≧２）の無機斜方蒸着膜が積層された複屈折性積層体を、単数又は複数備えた位相差補償素子において、
前記複屈折性積層体は、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された前記無機斜方蒸着膜のレターデーション値ｄ・Δｎ（ｄは膜厚、Δｎは複屈折率）をＲｅ（ｉ）としたとき、下記式（i）及び（i i）を充足するものであることを特徴とするものである。
Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（ａ）・・・（i）
Ｒｅ（ｂ−１）≦Ｒｅ（ｂ）（ｂは２≦ｂ≦ａを充足する任意の整数）・・・（i i）

本明細書において、「斜方蒸着方向が異なる」とは、斜方蒸着方向の方位角α及び／又は極角βが異なることを意味する（図３等参照）。蒸着面上に互いに直交する任意のｘ軸とｙ軸とを定め、該蒸着面に垂直な軸をｚ軸としたとき、斜方蒸着方向の方位角αは斜方蒸着方向のｘｙ方向ベクトルとｘ軸とのなす角、極角βは斜方蒸着方向のｘｙｚ方向ベクトルとｚ軸とのなす角である。

本明細書において、「レターデーション値Ｒｅ（Ｒｅ（１）〜Ｒｅ（ａ）、後記Ｒｅ（０）及びＲｅ（ＬＣ））」は、入射光の波長域が同一の条件で求めるものとする。「膜厚」は特に明記しない限り、物理的膜厚である。

本発明の第２の位相差補償素子は、液晶層を挟持して対向配置された一対の基板を備え、該一対の基板に前記液晶層に電圧を印加する電極が設けられた液晶セルと組み合わされて使用されるものであり、
透光性基材の表面に、略一軸配向状態の液晶分子の複屈折性に対して位相差補償を行う第一位相差補償層と、ハイブリッド配向状態の液晶分子の複屈折性に対して位相差補償を行う第二位相差補償層とが積層された複屈折性積層体を、単数又は複数備えた位相差補償素子において、
前記複屈折性積層体は、前記第二位相差補償層がａ層（ａ≧２）の複屈折性膜の積層構造からなり、該第二位相差補償層は、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された前記複屈折性膜のレターデーション値ｄ・Δｎ（ｄは膜厚、Δｎは複屈折率）をＲｅ（ｉ）としたとき、下記式（i）及び（i i）を充足するものであることを特徴とするものである。
Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（ａ）・・・（i）
Ｒｅ（ｂ−１）≦Ｒｅ（ｂ）（ｂは２≦ｂ≦ａを充足する任意の整数）・・・（i i）

本発明の第２の位相差補償素子において、透光性基材は液晶セルの基板と別個の部材でもよいし、液晶セルの基板を透光性基材として用いてもよい。

本発明の第２の位相差補償素子は、無機の位相差補償素子にも有機の位相差補償素子にも適用可能である。

本発明の第２の位相差補償素子は、無機の位相差補償素子に好ましく適用できる。すなわち、本発明の第２の位相差補償素子としては、前記第一位相差補償層が無機材料からなり、前記第二位相差補償層が斜方蒸着方向の異なるａ層の無機斜方蒸着膜からなる素子構成が好ましい。

上記構成の無機の本発明の第２の位相差補償素子においては、前記液晶セルは、前記一対の基板の内面に各々、電圧無印加時の前記液晶層内の液晶分子の配向を規定する配向膜を有するものであり、前記位相差補償素子が前記液晶セルと組み合わされたときに、該液晶セルの該位相差補償素子に近い側に位置する前記配向膜の配向軸をｘ軸、該配向膜の面において前記ｘ軸と直交する軸をｙ軸、該配向膜の面に垂直な軸をｚ軸としたとき、
前記ａ層の無機斜方蒸着膜はいずれも、斜方蒸着方向のｘｙ方向ベクトルが前記ｘ軸と一致しないように設定され、前記ａ層の無機斜方蒸着膜の光学軸ベクトルを各々下記式（Ｉ）から求め、前記ａ層の無機斜方蒸着膜の前記光学軸ベクトルの合成ベクトルのｘｙ成分（Ａｘ，Ａｙ）を求めたとき、Ａｘ及びＡｙが下記式（i i i）を充足することが好ましい。
Ｐ_ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（Ｒｅ（ｉ）×cosα_ｉ×sinβ_ｉ，Ｒｅ（ｉ）×sinα_ｉ×sinβ_ｉ，Ｒｅ（ｉ）×cosβ_ｉ）・・・（Ｉ）
（式（Ｉ）中、Ｐ_ｉ、α_ｉ、β_ｉは各々、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された無機斜方蒸着膜の光学軸ベクトル、斜方蒸着方向の方位角、斜方蒸着方向の極角である。方位角は斜方蒸着方向のｘｙ方向ベクトルとｘ軸とのなす角、極角は斜方蒸着方向のｘｙｚ方向ベクトルとｚ軸とのなす角である。）
０ｎｍ≦｜Ａｘ｜≦１００ｎｍ、５０ｎｍ≦｜Ａｙ｜≦２００ｎｍ・・・（i i i）

なお、無機斜方蒸着膜の光学軸ベクトル（斜方蒸着膜の複屈折性が現れない光学軸）は、斜方蒸着方向のｘｙｚ方向ベクトルと略一致する。「配向膜の配向軸」は液晶分子の長軸方向を規定する軸であり、ラビング配向膜の場合はラビング方向に相当する。

上記構成の無機の本発明の第２の位相差補償素子においては、前記第一位相差補償層のレターデーション値をＲｅ（０）とし、前記液晶層のレターデーション値をＲｅ（ＬＣ）としたとき、下記式（iｖ）を充足することが好ましい。
−２×Ｒｅ（ＬＣ）≦Ｒｅ（０）≦−０．５×Ｒｅ（ＬＣ）・・・（iｖ）

本発明の第２の位相差補償素子において、前記第一位相差補償層は、相対的に屈折率の高い高屈折率膜と相対的に屈折率の低い低屈折率膜とを交互に積層した積層構造からなり、前記高屈折率膜と前記低屈折率膜はいずれも、物理的膜厚と屈折率との積である光学膜厚が前記位相差補償素子に入射する光の基準波長の１／１００〜１／５であることが好ましい。

本明細書において、「基準波長」とは、位相差補償素子に入射する入射光の中心波長と定義する。光源にもよるが、基準波長は、入射光が赤色光の場合には例えば７００ｎｍ、緑色光の場合には例えば５４６ｎｍ、青色光の場合には例えば４３５ｎｍである。

本発明の第１、第２の位相差補償素子においては、光入射側及び／又は光出射側の最表面に反射防止層が備えられていることが好ましい。

本発明の液晶装置は、液晶層を挟持して対向配置され、電圧無印加時の前記液晶層内の液晶分子の配向を規定する配向膜を有する一対の基板を備え、該一対の基板に前記液晶層に電圧を印加する電極が設けられた液晶セルに、上記の本発明の第１又は第２の位相差補償素子が対向配置されたことを特徴とするものである。

本発明の投射型表示装置は、光源と、該光源から出射された光を変調する単数又は複数の光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射光学系とを備えた投射型表示装置において、前記光変調装置が、上記の本発明の液晶装置からなることを特徴とするものである。

本発明の第１の位相差補償素子は、斜方蒸着方向の異なるａ層（ａ≧２）の無機斜方蒸着膜の積層構造を有するものであるので、ハイブリッド配向状態の液晶分子の複屈折性に対しても良好な位相差補償機能を呈する。

本発明の第１の位相差補償素子はまた、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された無機斜方蒸着膜のレターデーション値ｄ・ΔｎをＲｅ（ｉ）としたとき、下記式（i）及び（i i）を充足するものである。
Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（ａ）・・・（i）
Ｒｅ（ｂ−１）≦Ｒｅ（ｂ）（ｂは２≦ｂ≦ａを充足する任意の整数）・・・（i i）

レターデーション値Ｒｅが大きくなるほど、無機斜方蒸着膜の表面凹凸が大きくなる傾向にあるので、複数の無機斜方蒸着膜をレターデーション値Ｒｅが小さい方から順に蒸着する構成とすることで、不要な層を介在させることなく、後から蒸着する無機斜方蒸着膜の蒸着不良を抑制することができる。

本発明の第２の位相差補償素子は液晶装置用の位相差補償素子であり、略一軸配向状態の液晶分子の複屈折性に対して位相差補償を行う第一位相差補償層と、ハイブリッド配向状態の液晶分子の複屈折性に対して位相差補償を行う第二位相差補償層との積層構造を有するものである。

本発明の第２の位相差補償素子は上記第二位相差補償層を有するものであるので、ハイブリッド配向状態の液晶分子の複屈折性に対しても良好な位相差補償機能を呈する。

本発明の第２の位相差補償素子はまた、第二位相差補償層がａ層（ａ≧２）の複屈折性膜の積層構造からなり、第二位相差補償層は、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された複屈折性膜のレターデーション値ｄ・ΔｎをＲｅ（ｉ）としたとき、下記式（i）及び（i i）を充足するものである。
Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（ａ）・・・（i）
Ｒｅ（ｂ−１）≦Ｒｅ（ｂ）（ｂは２≦ｂ≦ａを充足する任意の整数）・・・（i i）

本発明の第１の位相差補償素子と同様の理由から、本発明の第２の位相差補償素子においても、不要な層を介在させることなく、後から蒸着する無機斜方蒸着膜の蒸着不良を抑制することができる。

本発明の第１、第２の位相差補償素子によれば、ハイブリッド配向状態の液晶分子の複屈折性に対しても良好な位相差補償機能を呈し、位相差補償機能や透過率等の光学特性、製造容易性、製造安定性も良好な無機の位相差補償素子を提供することができる。本発明の第２の位相差補償素子によれば、同様の特性の有機の位相差補償素子を提供することもできる。

「位相差補償素子及び液晶装置」
図面を参照して、本発明に係る実施形態の位相差補償素子及びこれを備えた液晶装置について説明する。本実施形態では、電圧無印加時に明状態となるノーマリホワイトモードのＴＮモードの透過型液晶装置を例として説明する。また、プロジェクタ等の投射型表示装置に搭載され、特定波長域の色光（赤色光、緑色光、青色光のうちいずれか）を変調する光変調装置として用いられる液晶装置を例として説明する。

図１は位相差補償素子の厚み方向断面図であり、図２は液晶装置の同方向の断面構造を示す概略構成図である（ハッチング省略）。図１及び図２においては、図示上側が光入射側、図示下側が光出射側である。図中、光源から出射され第１の偏光子３１に入射する光に符号Ｌ１、液晶セル２０から出射され位相差補償素子１０に入射する光に符号Ｌ２、位相差補償素子１０から出射され第２の偏光子３２に入射する光に符号Ｌ３、第２の偏光子３２から出射される光に符号Ｌ４を付してある。

図１に示す如く、本実施形態の位相差補償素子１０は、透光性基材１１の光入射側の表面に、略一軸配向状態の液晶分子の複屈折性に対して位相差補償を行う第一位相差補償層１２と、ハイブリッド配向状態の液晶分子の複屈折性に対して位相差補償を行う第二位相差補償層１３とが積層された１個の複屈折性積層体１０Ａにより構成されたものである。位相差補償素子１０においては、第二位相差補償層１３の表面及び透光性基材１１の光出射側の表面（光入射側及び光出射側の最表面）に各々、反射防止層１４、１５が形成されている。

図２に示す如く、本実施形態の位相差補償素子１０は、電圧無印加時に明状態となるノーマリホワイトモードのＴＮモードの透過型液晶装置４０に使用されるものである。

透過型液晶装置４０は、液晶層２７を挟持して対向配置された一対の基板（ガラス基板等）２１、２２からなる液晶セル２０を基本構成とするものである。液晶装置４０において、基板２１が光入射側の基板、基板２２が光出射側の基板であり、基板２１の内面に電極２３と配向膜２５とが積層形成され、基板２２の内面にも同様に電極２４と配向膜２６とが積層形成されている。液晶装置４０はＴＮモードであるので、配向膜２５と配向膜２６の配向軸は互いに直交する関係にある。図では、配向膜２５の配向軸が図示左右方向、配向膜２６の配向軸が図示紙面垂直方向の場合について図示してある。

液晶装置４０はパッシブマトリクス型又はアクティブマトリクス型の駆動方式を採用することができ、駆動方式に応じて、電極２３及び電極２４のパターンが設計される。例えば、アクティブマトリクス型の場合、電極２３、２４のうち一方は多数の画素電極により構成され、他方は１個の共通電極により構成される。

液晶セル２０の光入射側の面（基板２１の外面）に第１の偏光子３１が対向配置され、液晶セル２０の光出射側の面（基板２２の外面）に位相差補償素子１０及び第２の偏光子３２が対向配置されている。第１の偏光子３１／液晶セル２０／位相差補償素子１０／第２の偏光子３２は互いに接合されることが好ましい。ただし、これらは互いに微小間隙を空けて離間配置されてもよい。

光源からの出射光Ｌ１は第１の偏光子３１を介して液晶セル２０に入射し、液晶セル２０からの出射光Ｌ２は位相差補償素子１０に入射し、位相差補償素子１０からの出射光Ｌ３が第２の偏光子３２に入射し、第２の偏光子３２からの出射光Ｌ４が観察者側に出射されるようになっている。

ノーマリホワイトモードにおいては、第１の偏光子３１及び第２の偏光子３２は、偏光軸が互いに直交するクロスニコル配置とされている。本実施形態では、第１の偏光子３１の偏光軸と配向膜２１の配向軸が一致し、第２の偏光子３２の偏光軸と配向膜２２の配向軸が一致するよう、設計されている。

液晶層２７内の液晶分子２７ｍは、電圧無印加時には配向膜２５、２６による規制を受けて、ツイスト配向状態（ツイスト角９０°）となり、電圧印加時には電極２３、２４間に発生する縦電界に沿って配向が変化し、略垂直配向状態（略一軸配向状態）となる。

電圧印加時には上記の如く、液晶層２７内の液晶分子２７ｍは全体的に略垂直配向状態（略一軸配向状態）となるが、配向膜２５、２６近傍については配向膜の影響を受けて、略垂直方向から配向膜の配向方向に向けて連続的に液晶分子２７ｍの配向方向が変化するハイブリッド配向状態が現れることがある。

図２は電圧印加時の状態を示す図であり、液晶層２７の略垂直配向状態の領域に符号Ｖ、ハイブリッド配向状態の領域に符号Ｈを付してある。なお、図では、ハイブリッド配向状態を説明しやすくするため、配向膜２５、２６に接した液晶分子２７ｍの長軸方向が配向膜２５、２６の配向方向と略完全に一致している場合について図示してあるが、実際には、ハイブリッド配向状態の領域Ｈにおける液晶分子２７ｍの配向不良のレベルは図示よりはるかに小さいものである。

本実施形態の位相差補償素子１０において、第一位相差補償層１２は、電圧印加時に略垂直配向状態となる液晶分子２７ｍの複屈折性に対して位相差補償を行う層であり、第二位相差補償層１３は、電圧印加時に配向膜２５、２６近傍の液晶分子２７ｍが配向膜２５、２６の影響を受けて、略垂直方向から配向膜の配向方向に向けて連続的に液晶分子２７ｍの配向方向（チルト角等）が変化しハイブリッド配向状態となる液晶分子２７ｍの複屈折性に対して位相差補償を行う層である。

（位相差補償素子１０の層構成）
以下、位相差補償素子１０の層構成について詳述する。本実施形態の位相差補償素子１０は無機の位相差補償素子であり、すべての構成要素が無機材料により構成されている。本実施形態では、特に第二位相差補償層１３の構成が特徴的である。

＜透光性基材＞
透光性基材１１の材質は特に制限なく、ガラス、サファイヤ、水晶等が挙げられる。形状も特に制限なく、板状等が好ましい。本実施形態では、透光性基材１１として液晶セル及び偏光子とは別個の基材を用いているが、液晶セルの基板又は偏光子を透光性基材１１として用いることも差し支えない。

＜第一位相差補償層＞
第一位相差補償層１２は、電圧印加時に略垂直配向状態（略一軸配向状態）となる液晶分子２７ｍ（図２で示す領域Ｖの液晶分子２７ｍ）の複屈折性に対して位相差補償を行う層である。

第一位相差補償層１２は一軸性の負の複屈折性を示し、いわゆる負のＣ-plateの性質を示す層である。第一位相差補償層１２は、相対的に屈折率の高い高屈折率膜１２Ａと相対的に屈折率の低い低屈折率膜１２Ｂとが交互に積層された多層膜からなり、高屈折率膜１２Ａと低屈折率膜１２Ｂはいずれも、無機材料を透光性基材１１の表面に対して略垂直方向に蒸着した正面蒸着膜からなっている。高屈折率膜１２Ａと低屈折率膜１２Ｂとを２層ずつ積層したものについて図示してあるが、層数については適宜設計できる。

高屈折率膜１２Ａと低屈折率膜１２Ｂはいずれも、物理的膜厚と屈折率との積である光学膜厚が位相差補償素子１０に入射する入射光Ｌ２の基準波長λの１／１００〜１／５、好ましくは１／５０〜１／５、特に好ましくは１／３０〜１／１０とされている。

上記構成の第一位相差補償層１２は、垂直入射光に対しては、電場が各膜の平面に平行に振動する波（ＴＥ波）だけになるため、複屈折性を示さない。これに対して、斜方入射光に対しては、電場が各膜に平行に振動する波（ＴＥ波成分）と電場が各膜に垂直に振動する波（ＴＭ波成分）とで有効屈折率Ｎ_ＴＥ，Ｎ_ＴＭが異なり、複屈折性を示す。複屈折率Δｎは、高屈折率膜１２Ａ及び低屈折率膜１２Ｂの各々の屈折率と膜厚によって求められ、高屈折率膜１２Ａ及び低屈折率膜１２Ｂの屈折率に差があるほど大きい値となる（光学第２７巻第１号（1998）p. 12−17等参照）。

有効屈折率Ｎ_TE，Ｎ_TM及び複屈折率Δｎは、下記式で表される。
Ｎ_TE＝√｛（ａｎ₁ ²＋ｂｎ₂ ²）／（ａ＋ｂ）｝
Ｎ_TM＝√〔（ａ＋ｂ）／｛（ａ／ｎ₁ ²）＋（ｂ／ｎ₂ ²）｝〕
Δｎ＝Ｎ_TM−Ｎ_TE
式中、ｎ_１，ｎ_２は各々高屈折率膜１２Ａ，低屈折率膜１２Ｂの屈折率、ａ，ｂは各々、高屈折率膜１２Ａ，低屈折率膜１２Ｂの物理的膜厚である。

すなわち、第一位相差補償層１２は、電圧印加時に全体的に液晶分子２７ｍが略垂直配向状態（略一軸配向状態）となる液晶層２７が有する斜方入射光に対する複屈折性に対する位相差補償機能（Ａ）を有する層である。

第一位相差補償層１２のレターデーション値Ｒｅ（＝ｄ・Δｎ）は特に制限されず、良好な位相差補償機能（Ａ）を呈することから、第一位相差補償層１２のレターデーション値をＲｅ（０）とし、液晶層２７の最大電圧印加時のレターデーション値をＲｅ（ＬＣ）としたとき、下記条件を充足することが好ましい。

最大電圧印加時に液晶層２７内において略垂直配向状態となる液晶分子２７ｍの割合は、液晶の種類、セルギャップ、最大電圧値等によって異なる。例えば、液晶の種類とセルギャップが同一の条件であれば、最大電圧値が大きいほど略垂直配向状態となる液晶分子２７ｍの割合が大きく、略垂直配向状態となる液晶分子２７ｍによる複屈折性が大きくなる傾向にある。

また、第二位相差補償層１３は液晶分子２７ｍと同様に正の複屈折率を有するので、電圧印加時には液晶分子２７ｍだけでなく、第二位相差補償層１３も正のレターデーションを生じさせる要因となるから、第二位相差補償層１３のレターデーション値Ｒｅも考慮する必要がある。例えば、第二位相差補償層１３の厚み等に応じて、第一位相差補償層１２の厚み等を考慮する必要がある。

本発明者らは上記点を考慮して、第一位相差補償層１２のレターデーション値Ｒｅ（０）と液晶層２７の最大電圧印加時のレターデーション値をＲｅ（ＬＣ）とが下記式（iｖ）を充足することで、良好な位相差補償機能（Ａ）を呈することを見出している。
−２×Ｒｅ（ＬＣ）≦Ｒｅ（０）≦−０．５×Ｒｅ（ＬＣ）・・・（iｖ）

レターデーション値Ｒｅ（０）（＝ｄ・Δｎ）において、ｄは第一位相差補償層１２の全体の膜厚、Δｎは第一位相差補償層１２の全体の複屈折率である。したがって、上記式（iｖ）を充足するよう、高屈折率膜１２Ａ及び低屈折率膜１２Ｂの各々の屈折率と膜厚、及び第一位相差補償層１２の全体の膜厚ｄを設計すればよい。

また、Ｒｅ（ＬＣ）は液晶装置４０に入射する入射光Ｌ１の波長によって変わるから、入射光Ｌ１の基準波長λに対するＲｅ（ＬＣ）を求め、上記式（iｖ）を充足するようＲｅ（０）を決定することが好ましい。

高屈折率膜１２Ａ、低屈折率膜１２Ｂの構成材料としては特に制限なく、蒸着容易性や透光性等を考慮すれば、ＴｉＯ_２（2.2〜2.4）、ＺｒＯ_２（2.20）、ＳｉＯ_２（1.40〜1.48）、ＭｇＦ_２（1.39）、ＣａＦ_２（1.30）、ＣｅＯ_２（2.45）、ＳｎＯ_２（2.30）、Ｔａ_２Ｏ_５（2.12）、Ｉｎ_２Ｏ_３（2.00）、ＺｒＴｉＯ_４ （2.01）、ＨｆＯ_２（1.91）、Ａｌ_２Ｏ_３（1.59〜1.70）、ＭｇＯ（1.70）、ＡＬＦ_３ 、ダイヤモンド薄膜、ＬａＴｉＯ_ｘ、酸化サマリウム等から、相対的に屈折率の高い材料と相対的に屈折率の低い材料とを選択して用いることが好ましい。高屈折率膜１２Ａ及び低屈折率膜１２Ｂは各々、２種以上の上記構成材料を含むものであってもよい。（ ）内の数値は屈折率の概略値である。

高屈折率膜１２Ａ／低屈折率膜１２Ｂの好適な構成材料の組合せとしては、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５ ／Ａｌ_２Ｏ_３ 、ＨｆＯ_２ ／ＳｉＯ_２ 、ＭｇＯ／ＭｇＦ_２ 、ＺｒＴｉＯ_４／Ａｌ_２ Ｏ_３、ＣｅＯ_２／ＣａＦ_２、ＺｒＯ_２／ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２／Ａｌ_２Ｏ_３等が挙げられる。

＜第二位相差補償層＞
第二位相差補償層１３は、電圧印加時に配向膜２５、２６近傍の液晶分子２７ｍが配向膜２５、２６の影響を受けて、略垂直方向から配向膜の配向方向に向けて連続的に液晶分子２７ｍの配向方向が変化しハイブリッド配向状態となる液晶分子２７ｍの複屈折性に対して位相差補償を行う層である。

第二位相差補償層１３は、斜方蒸着方向の異なるａ層（ａ≧２）の無機斜方蒸着膜の積層構造を有する層である。無機斜方蒸着膜は斜方蒸着方向に延びる柱状結晶が透光性基材１１の面方向に多数形成された複屈折性膜である。第二位相差補償層１３は正の複屈折率を有し、いわゆるＯ-plateの性質を有する層である。

第二位相差補償層１３は、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された無機斜方蒸着膜のレターデーション値ｄ・Δｎ（ｄは膜厚、Δｎは複屈折率）をＲｅ（ｉ）としたとき、下記式（i）及び（i i）を充足するよう設計されている。
Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（ａ）・・・（i）
Ｒｅ（ｂ−１）≦Ｒｅ（ｂ）（ｂは２≦ｂ≦ａを充足する任意の整数）・・・（i i）

上記式（i）は、最下層の無機斜方蒸着膜のレターデーション値Ｒｅ（１）が、最上層の無機斜方蒸着膜のレターデーション値Ｒｅ（ａ）より小さいことを意味し、上記式（i i）は、ａ層（ａ≧２）の無機斜方蒸着膜のうち任意の上下隣り合う無機斜方蒸着膜に着目すれば、下層の無機斜方蒸着膜のレターデーション値Ｒｅ（ｂ−１）が、上層の無機斜方蒸着膜のレターデーション値Ｒｅ（ｂ）より小さく、Ｒｅ（ｂ−１）とＲｅ（ｂ）とはイコールでもよいことを示している。

第二位相差補償層１３は上記式（i）及び（i i）を共に充足する必要があるので、ａ＝２のときはＲｅ（１）＜Ｒｅ（２）を充足し、ａ＝３のときはＲｅ（１）＜Ｒｅ（２）＜Ｒｅ（３）を充足し、ａ＝４のときはＲｅ（１）＜Ｒｅ（２）≦Ｒｅ（３）＜Ｒｅ（４）を充足し、ａ≧５のときはＲｅ（１）＜Ｒｅ（２）≦Ｒｅ（３）≦・・・・≦Ｒｅ（ａ−１）＜Ｒｅ（ａ）を充足するものとなる。

図１では、第二位相差補償層１３が４層の無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄからなる場合（ａ＝４）について図示してある。以下、この場合について説明する。

第二位相差補償層１３をなす４層の無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄは各々、斜方蒸着方向が異なっている。図３に基づいて、無機斜方蒸着膜の斜方蒸着方向について説明する。同図には、斜方蒸着方向と配向膜２５、２６の配向軸との関係についても合わせて図示してある（配列順序は適宜変えてある）。

図３は、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された無機斜方蒸着膜の斜方蒸着方向を示すものである。第ｉ番目の無機斜方蒸着膜の光学軸ベクトルに符号Ｐ_ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）を付してある。無機斜方蒸着膜の光学軸ベクトルＰ_ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）は、斜方蒸着方向のｘｙｚ方向ベクトルに略一致する。したがって、無機斜方蒸着膜の光学軸ベクトルと斜方蒸着方向のｘｙｚ方向ベクトルには同じ符号を付すこととする。また、透光性基材１１の表面に符号１１Ｓを付してある。液晶セル２０の位相差補償素子１０に近い側に位置する配向膜２６の配向軸をｘ軸、配向膜２６の面においてｘ軸と直交する軸をｙ軸、配向膜２６の面に垂直な軸をｚ軸とし、各軸の＋方向を図示してある。なお、原点、ｘ〜ｚ軸、各軸の±方向は便宜上定めたものであり、基準は適宜定めることができる。配向膜２６の配向軸に符号Ｘ、配向膜２５の配向軸に符号Ｙを付してある。

第ｉ番目の無機斜方蒸着膜の斜方蒸着方向は、斜方蒸着方向のｘｙ方向ベクトルＰ_ｉ（ｘ，ｙ）とｘ軸とのなす角である方位角αと、斜方蒸着方向のｘｙｚ方向ベクトルＰ_ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）とｚ軸とのなす角である極角βとによって、特定される。方位角αは便宜上、図示反時計回り方向を＋方向としてある。

本実施形態において、第二位相差補償層１３をなす４層の無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄは各々、斜方蒸着方向の方位角α及び／又は極角βが異なる条件で成膜されている。

無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄにおいては、膜厚ｄが大きくなるほど、表面凹凸が大きくなる傾向にある。また、斜方蒸着方向の極角βが大きくなるほど、複屈折率Δｎが大きくなり、表面凹凸が大きくなる傾向にある。すなわち、レターデーション値Ｒｅが大きくなるほど、表面凹凸が大きくなる傾向にある。

本実施形態では、第二位相差補償層１３が上記式（i）及び（i i）を共に充足する構成としている。すなわち、第二位相差補償層１３をなす複数の無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄをレターデーション値Ｒｅが小さい方から順に蒸着する構成としている。本発明者はかかる構成とし、複数の無機斜方蒸着膜を相対的に表面凹凸の小さい層から順に成膜することで、不要な層を介在させることなく、後から蒸着する無機斜方蒸着膜の蒸着不良を抑制することができ、白濁等が抑制され、結晶構造が良好な複数の無機斜方蒸着膜を安定的に積層できることを見出している。複数の無機斜方蒸着膜の間に不要な層を介在させる必要がないので、複数の無機斜方蒸着膜の間に正面蒸着膜を介在させる特許文献２に記載の位相差補償素子に比して、はるかに製造が容易である。また、不要な層の存在によって透過率等の光学特性が低下することもない。本実施形態では、以上の理由から、位相差補償機能や透過率等の光学特性が良好な第二位相差補償層１３を安定的に成膜することができる。なお、従来は、複数の無機斜方蒸着膜のレターデーション値Ｒｅの関係については一切検討がなされていない。

第二位相差補償層１３が４層以上の無機斜方蒸着膜からなる場合には、レターデーション値Ｒｅがイコールの無機斜方蒸着膜が複数あってもよいことを述べた。レターデーション値Ｒｅがイコールの場合には、極角βが小さい方を透光性基材１１側とすることが好ましい。極角βが大きい方が表面凹凸が大きくなる傾向にあるからである。

また、ａ≧４の条件では、Ｒｅ（ｂ−１）＜Ｒｅ（ｂ）（ｂは上記と同様）を充足することが、特に好ましい。これは、Ｒｅ（１）及びＲｅ（ａ）の値を固定して、間の層のＲｅを決定するにあたっては、Ｒｅがイコールの層を含まない方が隣接する層間のＲｅの差を小さくでき、蒸着不良をより抑制することができるからである。

無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄのそれぞれの斜方蒸着方向は特に制限されない。ただし、ハイブリッド配向状態の液晶分子２７ｍの複屈折性に対する位相差補償機能（Ｂ）が良好となることから、下記条件を充足することが好ましい。

無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄはいずれも、斜方蒸着方向のｘｙ方向ベクトルＰ_ｉ（ｘ，ｙ）が、ｘ軸、すなわち液晶セル２０の位相差補償素子１０に近い側に位置する配向膜２６の配向方向Ｘと一致しないことが好ましい。

さらに、無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄの光学軸ベクトルＰ_ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）を各々下記式（Ｉ）から求め、無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄの光学軸ベクトルの合成ベクトル（ΣＰ_ｉ）を求め、そのｘｙ成分（Ａｘ，Ａｙ）を求めたとき、Ａｘ及びＡｙが下記式（i i i）を充足することが好ましい。上記合成ベクトルは、複数の無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄの平均的な光学軸ベクトルに相当する。
Ｐ_ｉ（ｘ，ｙ，ｚ）＝（Ｒｅ（ｉ）×cosα_ｉ×sinβ_ｉ，Ｒｅ（ｉ）×sinα_ｉ×sinβ_ｉ，Ｒｅ（ｉ）×cosβ_ｉ）・・・（Ｉ）
０ｎｍ≦｜Ａｘ｜≦１００ｎｍ、５０ｎｍ≦｜Ａｙ｜≦２００ｎｍ・・・（i i i）

無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄは公知の斜方蒸着法により成膜することができる。無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄの構成材料は無機材料であれば制限なく、斜方蒸着容易性や透光性等を考慮すれば、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３等が好ましい。第二位相差補償層１３をなす無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄは同一材料により構成してもよいし、異なる材料により構成してもよい。また、各無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄは２種以上の上記構成材料を含むものであってもよい。

無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄの成膜に際しては、水晶式の膜厚監視モニタ等によって、膜厚ｄをモニタリングしながら斜方蒸着を実施することが好ましい。また、エリプソメータ等によって複屈折率Δｎを測定しながら斜方蒸着を実施することが好ましい。かかるモニタリングを実施することで、所望のレターデーション値Ｒｅを有する無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄを安定的に成膜することができ、上記式（i）及び（i i）を充足する第二位相差補償層１３が安定的に得られる。

（反射防止層）
反射防止層１４、１５は位相差補償素子１０の表面反射を防止し、光の利用効率を高める層である。

反射防止層１４、１５としては特に制限なく、低屈折率材料であるＭｇＦ_２を光学膜厚λ／４で形成した単層膜、異種の蒸着材料を積層した複層膜（例えば、ＳｉＯ_２膜（光学膜厚λ／４）／ＴｉＯ_２膜（光学膜厚λ／２）／ＳｉＯ_２膜（光学膜厚λ／４）の３層構造の複層膜）等が好ましい。反射防止層１４と反射防止層１５とは、同一の層構造でも異なる層構造でもよい。λは入射光Ｌ２の基準波長である。

上記の如く、光入射側及び光出射側の最表面に各々反射防止層１４、１５を設ける構成とすることが好ましいが、光入射側及び／又は光出射側の最表面に反射防止層を設ける構成とすればよい。

本実施形態の位相差補償素子１０及び液晶装置４０は、以上のように構成されている。

本実施形態の位相差補償素子１０は、透光性基材１１の表面に、略一軸配向状態の液晶分子２７ｍの複屈折性に対して位相差補償を行う第一位相差補償層１２と、斜方蒸着方向の異なるａ層（ａ≧２）の無機斜方蒸着膜（例えば４層の無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄ）の積層構造からなる第二位相差補償層１３とが積層された１個の複屈折性積層体１０Ａにより構成されたものである。かかる構成の位相差補償素子１０では、電圧印加時に略垂直配向状態となる液晶分子２７ｍの複屈折性に対する位相差補償機能（Ａ）と、電圧印加時にハイブリッド配向状態となる液晶分子２７ｍの複屈折性に対する位相差補償機能（Ｂ）の双方が良好に得られる。

本実施形態の位相差補償素子１０はまた、第二位相差補償層１３において、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された無機斜方蒸着膜のレターデーション値ｄ・ΔｎをＲｅ（ｉ）としたとき、下記式（i）及び（i i）を充足するものである。
Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（ａ）・・・（i）
Ｒｅ（ｂ−１）≦Ｒｅ（ｂ）（ｂは２≦ｂ≦ａを充足する任意の整数）・・・（i i）

先に詳述したように、レターデーション値Ｒｅ（＝ｄ・Δｎ）が大きくなるほど、無機斜方蒸着膜の表面凹凸が大きくなる傾向にあるので、複数の無機斜方蒸着膜をレターデーション値Ｒｅが小さい方から順に蒸着する構成とすることで、不要な層を介在させることなく、後から蒸着する無機斜方蒸着膜の蒸着不良を抑制することができる。

したがって、本実施形態によれば、ハイブリッド配向状態の液晶分子２７ｍの複屈折性に対しても良好な位相差補償機能（Ｂ）を呈し、位相差補償機能や透過率等の光学特性、製造容易性、製造安定性も良好な無機の位相差補償素子１０を提供することができる。

本実施形態の位相差補償素子１０は無機の位相差補償素子であるので、耐熱性、耐光性、及び化学的安定性等に優れ、熱や光の過酷な条件においても長期使用安定性に優れたものであるので、プロジェクタ等の投射型表示装置に搭載される液晶装置用等として好適である。

本実施形態の位相差補償素子１０を備えた液晶装置４０は、位相差が良好に補償され、コントラストや視野角等の表示品質に優れ、投射型表示装置の使用条件においても長期使用安定性に優れたものとなる。

（設計変更）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能である。

上記実施形態では、位相差補償素子１０が、透光性基材１１の表面に、第一位相差補償層１２と複数の無機斜方蒸着膜からなる第二位相差補償層１３とが積層された１個の複屈折性積層体１０Ａからなる場合について説明した。

本発明は上記構成に限定されず、複数の複屈折性積層体１０Ａを重ねて（複数の複屈折性積層体１０Ａ間には微小間隙を空けてもよい）、本発明の位相差補償素子を構成することもできる。複屈折性積層体１０Ａを複数重ねて本発明の位相差補償素子を構成する場合には、個々の複屈折性積層体１０Ａに反射防止層を設けなくてもよく、少なくとも複数の複屈折性積層体１０Ａを重ねた状態の光入射側及び／又は光出射側の最表面に反射防止層を設ける構成とすればよい。

上記実施形態では、複屈折性積層体１０Ａが、第一位相差補償層１２と複数の無機斜方蒸着膜からなる第二位相差補償層１３との積層構造を有する場合について説明した。かかる構成では、電圧印加時に略垂直配向状態となる液晶分子２７ｍの複屈折性に対する位相差補償機能（Ａ）と、電圧印加時にハイブリッド配向状態となる液晶分子２７ｍの複屈折性に対する位相差補償機能（Ｂ）の双方が良好に得られるので、好ましい。ただし、本発明は、少なくとも複数の無機斜方蒸着膜の積層構造を有する単数又は複数の複屈折性積層体からなる位相差補償素子に適用可能である。

無機の位相差補償素子１０について説明したが、本発明は有機の位相差補償素子にも適用可能である。この場合、第二位相差補償層がａ層（ａ≧２）の無機斜方蒸着膜の積層構造ではなく、ａ層（ａ≧２）の有機の複屈折性膜の積層構造からなり、該第二位相差補償層は、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された複屈折性膜のレターデーション値をＲｅ（ｉ）としたとき、上記実施形態の第二位相差補償層１３と同様、上記式（i）及び（i i）を充足する構成とすればよい。

また、位相差補償素子１０を液晶セル２０の光出射側にのみ配置する場合について説明したが、透過型液晶装置４０では、位相差補償素子１０を液晶セル２０の光入射側及び／又は光出射側に配置することができる。

ノーマリーホワイトモードのＴＮモードの透過型液晶装置を例として説明したが、本発明の位相差補償素子は、他のタイプの液晶装置にも使用することができる。

投射型表示装置搭載用の液晶装置について説明したが、本発明の位相差補償素子は、単独でディスプレイとして使用される液晶装置用としても使用することができる。ディスプレイ用の液晶装置では、通常、画素パターンに応じた赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の着色パターンを有するカラーフィルタが内蔵され、Ｒ、Ｇ、Ｂの３ドットにより一画素が構成される。この場合、表示ドットによって異なる色光が出射されるので、例えば基準波長を緑色光の中心波長に設定して、位相差補償素子の各層のレターデーション値Ｒｅを設計すればよい。また、位相差補償素子を、表示ドットごとに、液晶セルから出射される色光の中心波長に応じて各層のレターデーション値Ｒｅを設計したマイクロアレイ構造とすることで、より高品位な位相差補償を行うことができ、好ましい。

本発明の位相差補償素子は、液晶装置以外の用途にも使用することができる。

「投射型表示装置」
次に、図４に基づいて、本発明に係る実施形態の投射型表示装置について説明する。本実施形態は、赤色光Ｌ（Ｒ）、緑色光Ｌ（Ｇ）、青色光Ｌ（Ｂ）を各々変調する液晶装置（光変調装置）４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂを搭載したフルカラーの投射型表示装置である。本実施形態では、プロジェクタを例として説明する。

液晶装置４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂはいずれも上記実施形態の液晶装置４０からなり、各々上記実施形態の位相差補償素子１０である位相差補償素子１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂが用いられている。位相差補償素子１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂは同一の光学特性を有するものでもよいが、液晶層２７のレターデーション値Ｒｅ（ＬＣ）は入射光の波長によって変わるから、変調対象の色光の基準波長に応じて位相差補償機能が最適化された光学特性の異なる位相差補償素子１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを用いることが好ましい。例えば、位相差補償素子１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂごとに、変調対象の色光の基準波長に応じて第一位相差補償層１２の膜厚ｄを変えるなどして、位相差補償機能を最適化することができる。液晶装置４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの位相差補償素子１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ以外の構成要素（液晶セル２０及び偏光子３１、３２）は同一である。

本実施形態の投射型表示装置５０は、１個の光源５２と、光源５２から出射された光を赤色光Ｌ（Ｒ）、緑色光Ｌ（Ｇ）、青色光Ｌ（Ｂ）に分離する色光分離光学系（符号略）と、赤色光Ｌ（Ｒ）、緑色光Ｌ（Ｇ）、青色光Ｌ（Ｂ）を各々変調する３個の液晶装置（光変調装置）４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂと、液晶装置４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂにより変調された光を合成する合成プリズム６４（合成光学系）と、合成プリズム６４により合成された光を投射する投射レンズ６５（投射光学系）とから概略構成されている。

光源５２は、高圧水銀ランプ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザ等からなり、光源５２と色光分離光学系との間には、光源５２から出射された光から不要な紫外光及び赤外光をカットするカットフィルタ５３と、カットフィルタ５３から出射された白色光をホモジナイズするインテグレータ（ロッドレンズ等）５４と、インテグレータ５４からの出射光を平行光束化するリレーレンズ５５及びコリメートレンズ５６と、コリメートレンズ５６からの出射光を色光分離光学系側に反射させるミラー５７とが設けられている。

色光分離光学系は、ダイクロイックミラー５８Ｒ、５８Ｇ、及びミラー５８Ｂ、６０により構成されている。

ミラー５７で反射された白色光は、赤色光Ｌ（Ｒ）を選択的に透過し、他の波長域の光を反射するダイクロイックミラー５８Ｒに入射し、分離される。ダイクロイックミラー５８Ｒにより分離された赤色光Ｌ（Ｒ）は液晶装置４０Ｒに入射し、画像信号に応じて変調される。ダイクロイックミラー５８Ｒにより反射された光は、緑色光Ｌ（Ｇ）を選択的に反射し、他の波長域の光を透過するダイクロイックミラー５８Ｇに入射し、分離される。ダイクロイックミラー５８Ｇにより分離された緑色光Ｌ（Ｇ）は液晶装置４０Ｇに入射し、画像信号に応じて変調される。ダイクロイックミラー５８Ｇを透過した青色光Ｌ（Ｂ）は、ミラー５８Ｂ及び６０により反射され、液晶装置４０Ｂに入射し、画像信号に応じて変調される。

液晶装置４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂにより変調された光は各々、同一の合成プリズム６４（合成光学系）に入射する。合成プリズム６４はその内部に２つのダイクロイック面６４ａ，６４ｂを有し、液晶装置４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂからの出射光を合成して一方向に出射する。本実施形態の投射型表示装置５０はスクリーン７０と組み合わせて使用され、合成プリズム６４から出射された合成光は、投射レンズ６５（投射光学系）を介してスクリーン７０に拡大投射される。

本実施形態の投射型表示装置５０は以上のように構成されている。本実施形態の投射型表示装置５０は、上記実施形態の液晶装置４０である液晶装置４０Ｒ〜４０Ｂを用いたものであるので、コントラストや視野角等の表示品質に優れ、長期使用安定性に優れたものとなる。

本実施形態では、プロジェクタを例として説明したが、本発明はリアプロジェクションディスプレイ等にも適用可能である。

本発明に係る実施例及び比較例について説明する。

（実施例１）
以下の手順にて、２層の無機斜方蒸着膜１３Ａ、１３Ｂからなる第二位相差補償層１３を備えた、上記実施形態の位相差補償素子１０と同様の本発明の位相差補償素子Ａ１を製造した。レターデーション値Ｒｅ等を求める際の基準波長λは４３５ｎｍとした。

透光性基材１１としては、ガラス基板（コーニング社製１７３７ガラス、５０×５０ｍｍ）を用いた。はじめに、蒸着装置として（株）シンクロン製ＲＡＳを用い、室温、圧力５×１０^−１Ｐａの条件下、ＴｉＯ_２とＳｉＯ_２とを交互に正面スパッタ蒸着して、ＴｉＯ_２高屈折率膜１２Ａ（膜厚３０ｎｍ）とＳｉＯ_２低屈折率膜１２Ｂ（膜厚２０ｎｍ）とを合計膜厚が５μｍとなるように交互に５０層ずつ合計１００層積層し、第一位相差補償層１２を成膜した。得られた第一位相差補償層１２は、分光エリプソメータによる測定の結果、負の複屈折性を有し、光学異方性を発現させない光学軸が透光性基材１１の法線と一致しており、負のＣ-plateとして機能するものであることが確認された。

次いで、蒸着装置として神港精機（株）製ＡＡＭＦを用い、装置内の圧力を１×１０^−４Ｐａとなるまで真空排気し、圧力が１×１０^−２Ｐａになるまで酸素ガスを導入した状態で、室温下、斜方蒸着方向（方位角及び／又は極角）を変えて計２回無機斜方蒸着を実施して、２層の無機斜方蒸着膜１３Ａ（膜厚１３００ｎｍ）、１３Ｂ（膜厚２０００ｎｍ）からなる第二位相差補償層１３を成膜した。無機斜方蒸着膜１３Ａ、１３Ｂの組成はいずれもＺｒＯ_２／ＴｉＯ_２＝９０／１０（質量比）の混合物とした。第二位相差補償層１３の第ｉ番目の無機斜方蒸着膜のレターデーション値Ｒｅ（ｉ）の関係は、Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（２）とした。

次いで、同じ蒸着装置を使用し、蒸着装置内の圧力を１×１０^−４Ｐａになるまで真空排気し、第二位相差補償層１３上に正面蒸着により反射防止層１４を成膜した。反射防止層１４の層構成は、ＳｉＯ_２膜（膜厚λ／４）／ＴｉＯ_２膜（膜厚λ／２）／ＳｉＯ_２膜（膜厚λ／４）（λは上記基準波長）の積層構造とした。さらに、透光性基材１１を上下反転させて同装置にセットし、透光性基材１１の光出射側の面に、反射防止層１４と同じ層構造の反射防止層１５を成膜し、青色光用の本発明の位相差補償素子Ａ１を製造した。

上記と同様にして、基準波長を７００ｎｍとして赤色光用の本発明の位相差補償素子Ａ２を製造し、基準波長を５４６ｎｍとして緑色光用の本発明の位相差補償素子Ａ３を製造した。

（比較例１）
無機斜方蒸着膜１３Ａと１３Ｂの成膜順序を変更した以外は実施例１と同様にして、比較用の青色光用の位相差補償素子Ｂ１、赤色光用の位相差補償素子Ｂ２、緑色光用の位相差補償素子Ｂ３を製造した。比較例１における第二位相差補償層１３の第ｉ番目の無機斜方蒸着膜のレターデーション値Ｒｅ（ｉ）の関係は、Ｒｅ（１）＞Ｒｅ（２）であった。

（実施例２）
第二位相差補償層１３を４層の無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄの積層構造とした以外は実施例１と同様にして、本発明の青色光用の位相差補償素子Ｃ１、赤色光用の位相差補償素子Ｃ２、緑色光用の位相差補償素子Ｃ３を製造した。実施例２における第二位相差補償層１３の第ｉ番目の無機斜方蒸着膜のレターデーション値Ｒｅ（ｉ）の関係は、Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（２）＝Ｒｅ（３）＜Ｒｅ（４）とした。

（比較例２）
無機斜方蒸着膜１３Ａ〜１３Ｄの成膜順序を変更した以外は実施例２と同様にして、比較用の青色光用の位相差補償素子Ｄ１、赤色光用の位相差補償素子Ｄ２、緑色光用の位相差補償素子Ｄ３を製造した。比較例２における第二位相差補償層１３の無機斜方蒸着膜の第ｉ番目の無機斜方蒸着膜のレターデーション値Ｒｅ（ｉ）の関係は、Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（２）＞Ｒｅ（３）＞Ｒｅ（４）であった。

（評価）
＜ヘーズ値＞
各例において得られた青色光用の位相差補償素子について、ＪＩＳ Ｋ７１３６に準拠して、素子全体のヘーズ値（％）を求めた。

（結果）
青色光用の位相差補償素子について、各実施例・比較例の斜方蒸着方向の方位角α及び極角β（α、βは図３で規定した通り）、各層のレターデーション値Ｒｅ、及び素子全体のヘーズ値を表１〜４に示す。

表１〜４に示す如く、同じ層数の無機斜方蒸着膜からなる第二位相差補償層１３を備えた実施例１と比較例１、実施例２と比較例２の比較から分かるように、第二位相差補償層１３を成膜するにあたり、レターデーション値Ｒｅの小さい無機斜方蒸着膜から順に積層した実施例１、２では、レターデーション値Ｒｅの大小関係がかかる関係にない比較例１、２に比して、蒸着不良が抑制され、ヘーズ値（白濁）が小さく透過率が良好な光学特性に優れた位相差補償素子が得られている。本発明者は、赤色光用、緑色光用についても、同様の傾向にあることを確認している。

実施例１、２について、赤色光用、緑色光用、青色光用の位相差補償素子を各々ＴＮモードの液晶装置４０Ｒ〜４０Ｇに使用して図４に示した投射型表示装置５０を構成したところ、全面白（最明状態）と全面黒（最暗状態）とのコントラスト比は７００：1と良好であった。任意のフルカラー画像を投射したときも黒部分の黒色度が低いため、画像の鮮明性が良好で、視野角も良好であった。比較例１、２について、実施例と同じ投射型表示装置５０を構成したところ、全面白（最明状態）と全面黒（最暗状態）とのコントラスト比は５２０：１であった。

比較例１、２のコントラスト比は従来レベル（５００：１程度）であり、本発明の位相差補償素子を用いることで、位相差が良好に補償され、コントラストや視野角等の表示品質に優れた液晶装置及び投射型表示装置が得られることが明らかとなった。これら液晶装置及び投射型表示装置は無機の位相差補償素子を備えたものであるから、有機の位相差補償素子を備えたものに比して、耐熱性、耐光性、及び化学的安定性等に優れ、熱や光の過酷な条件においても長期使用安定性に優れたものである。

本発明の位相差補償素子は、液晶装置用、特に投射型表示装置に搭載される液晶装置用として、好ましく利用することができる。

本発明に係る実施形態の位相差補償素子の厚み方向断面図 本発明に係る実施形態の液晶装置の断面構造を示す図 無機斜方蒸着膜の斜方蒸着方向、及び斜方蒸着方向と配向膜の配向軸との関係を示す図 本発明に係る実施形態の投射型表示装置を示す概略構成図

符号の説明

１０ 位相差補償素子
１０Ａ 複屈折性積層体
１１ 透光性基材
１２ 第一位相差補償層
１２Ａ 高屈折率膜
１２Ｂ 低屈折率膜
１３ 第二位相差補償層
１３Ａ〜１３Ｄ 無機斜方蒸着膜（複屈折性膜）
４０ 液晶装置
２１、２２ 基板
２３、２４ 電極
２５、２６ 配向膜
２７ 液晶層
２７ｍ 液晶分子
Ｖ 電圧印加時に液晶分子が略垂直配向状態（略一軸配向状態）となる領域
Ｈ 電圧印加時に液晶分子がハイブリッド配向状態となる領域
５０ 投射型表示装置
５２ 光源
４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂ 液晶装置（光変調装置）
６５ 投射レンズ（投射光学系）

Claims (5)

1. 液晶層を挟持して対向配置され、電圧無印加時の前記液晶層内の液晶分子の配向を規定する配向膜を有する一対の基板を備え、該一対の基板に前記液晶層に電圧を印加する電極が設けられた液晶セルと、
   該液晶セルに、対向配置された位相差補償素子とを備え、
   該位相差補償素子が、透光性基材の表面に、略一軸配向状態の液晶分子の複屈折性に対して位相差補償を行う第一位相差補償層と、ハイブリッド配向状態の液晶分子の複屈折性に対して位相差補償を行う第二位相差補償層とが積層された複屈折性積層体を、単数又は複数備えた位相差補償素子であって、前記複屈折性積層体は、前記第二位相差補償層がａ層（ａ≧２）の複屈折性膜の積層構造からなり、該第二位相差補償層は、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された前記複屈折性膜のレターデーション値ｄ・Δｎ（ｄは膜厚、Δｎは複屈折率）をＲｅ（ｉ）としたとき、下記式（i）及び（i i）を充足するものであり、
   Ｒｅ（１）＜Ｒｅ（ａ）・・・（i）
   Ｒｅ（ｂ−１）≦Ｒｅ（ｂ）（ｂは２≦ｂ≦ａを充足する任意の整数）・・・（i i）
   前記第一位相差補償層が無機材料からなり、前記第二位相差補償層が斜方蒸着方向の異なるａ層の無機斜方蒸着膜からなり、
   前記位相差補償素子が、前記液晶セルの該位相差補償素子に近い側に位置する前記配向膜の配向軸をｘ軸、該配向膜の面において前記ｘ軸と直交する軸をｙ軸、該配向膜の面に垂直な軸をｚ軸としたとき、
   前記ａ層の無機斜方蒸着膜はいずれも、斜方蒸着方向のｘｙ方向ベクトルが前記ｘ軸と一致しないように設定され、
   前記ａ層の無機斜方蒸着膜の光学軸ベクトルを各々下記式（Ｉ）から求め、前記ａ層の無機斜方蒸着膜の前記光学軸ベクトルの合成ベクトルのｘｙ成分（Ａｘ，Ａｙ）を求めたとき、Ａｘ及びＡｙが下記式（i i i）を充足することを特徴とする液晶装置。
   Ｐ _ｉ （ｘ，ｙ，ｚ）＝（Ｒｅ（ｉ）×cosα _ｉ ×sinβ _ｉ ，Ｒｅ（ｉ）×sinα _ｉ ×sinβ _ｉ ，Ｒｅ（ｉ）×cosβ _ｉ ）・・・（Ｉ）
   （式（Ｉ）中、Ｐ _ｉ 、α _ｉ 、β _ｉ は各々、第ｉ番目（１≦ｉ≦ａ）に成膜された無機斜方蒸着膜の光学軸ベクトル、斜方蒸着方向の方位角、斜方蒸着方向の極角である。方位角は斜方蒸着方向のｘｙ方向ベクトルとｘ軸とのなす角、極角は斜方蒸着方向のｘｙｚ方向ベクトルとｚ軸とのなす角である。）
   ０ｎｍ≦｜Ａｘ｜≦１００ｎｍ、５０ｎｍ≦｜Ａｙ｜≦２００ｎｍ・・・（i i i）
2. 前記位相差補償素子が、前記第一位相差補償層のレターデーション値をＲｅ（０）とし、前記液晶層の最大電圧印加時のレターデーション値をＲｅ（ＬＣ）としたとき、下記式（iｖ）を充足するものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶装置。
   −２×Ｒｅ（ＬＣ）≦Ｒｅ（０）≦−０．５×Ｒｅ（ＬＣ）・・・（iｖ）
3. 前記位相差補償素子が、前記第一位相差補償層は、相対的に屈折率の高い高屈折率膜と相対的に屈折率の低い低屈折率膜とを交互に積層した積層構造からなり、
   前記高屈折率膜と前記低屈折率膜はいずれも、物理的膜厚と屈折率との積である光学膜厚が前記位相差補償素子に入射する光の基準波長の１／１００〜１／５であることを特徴とする請求項１または２に記載の液晶装置。
4. 前記位相差補償素子が、光入射側及び／又は光出射側の最表面に反射防止層を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の液晶装置。
5. 光源と、該光源から出射された光を変調する単数又は複数の光変調装置と、該光変調装置により変調された光を投射する投射光学系とを備えた投射型表示装置において、
   前記光変調装置が、請求項１〜４いずれかに記載の液晶装置からなることを特徴とする投射型表示装置。

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