WO2018042912A1 - 光学補償素子、液晶表示装置および投射型表示装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to an optical compensation element, a liquid crystal display device including the same, and a projection display device using such a liquid crystal display device.
  • a liquid crystal used for a liquid crystal panel of a projection display device such as a liquid crystal projector has been mainly used in a vertical alignment type (VA mode).
  • VA mode vertical alignment type
  • an optical compensator that compensates for residual retardation during black display is used.
  • optical compensator examples include O-Plate (Patent Document 1) made of a liquid crystal polymer, or negative C-plate (Patent Documents 2 to 4).
  • a liquid crystal display device includes a pair of polarizing plates, a liquid crystal display element provided between the pair of polarizing plates, and at least one of the pair of polarizing plates and the liquid crystal display element. And an optical compensation element provided therebetween.
  • Each of the optical compensation elements includes a base layer having a plurality of structures each including a first surface and a second surface having different inclination angles, and a plurality of layers that are alternately and repeatedly stacked on the base layer.
  • a multilayer film including the first and second refractive index films, and the arrangement period of the plurality of structures in the base layer is smaller than the wavelength of visible light.
  • a projection display device includes the liquid crystal display device according to the embodiment of the present disclosure.
  • the optical compensation elements provided between at least one of the pair of polarizing plates and the liquid crystal display element are inclined with respect to each other.
  • An underlayer having a plurality of structures including different first and second surfaces is provided.
  • the optical compensation element functions as a negative C-plate with an inclined optical axis.
  • residual retardation in the liquid crystal display element can be compensated. Since the arrangement period of the plurality of structures in the base layer of the laminated film is smaller than the wavelength of visible light, the influence of diffraction in the optical compensation element is suppressed, and light loss is reduced.
  • An optical compensation element is formed on an underlayer having a plurality of structures each including a first surface and a second surface having different inclination angles, A plurality of first and second refractive index films stacked alternately and repeatedly, and the arrangement period of the plurality of structures in the base layer is smaller than the wavelength of visible light.
  • An optical compensation element includes a base layer having a plurality of structures including a first surface and a second surface having different inclination angles, and is alternately and repeatedly stacked on the base layer.
  • a laminated film including the plurality of first and second refractive index films thus formed is formed. Thereby, it functions as a negative C-plate with an inclined optical axis, and the residual retardation in the liquid crystal display element can be compensated. Since the arrangement period of the plurality of structures in the base layer of the laminated film is smaller than the wavelength of visible light, the influence of diffraction is suppressed and light loss is reduced.
  • the optical compensation elements provided between at least one of the pair of polarizing plates and the liquid crystal display element are inclined with respect to each other.
  • An underlayer having a plurality of structures including a first surface and a second surface having different corners is provided.
  • a laminated film including a plurality of first and second refractive index films alternately and repeatedly laminated on the base layer residual retardation in the liquid crystal display element can be compensated.
  • the arrangement period of the plurality of structures in the base layer of the laminated film smaller than the wavelength of visible light, light loss can be reduced and luminance can be increased. Therefore, it is possible to realize high luminance and high contrast ratio.
  • the optical compensation element includes the underlayer having a plurality of structures including the first surface and the second surface having different inclination angles, and alternately on the underlayer.
  • a laminated film including a plurality of first and second refractive index films laminated repeatedly is formed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a liquid crystal display device illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the optical compensation plate illustrated in FIG. 2. It is a schematic diagram showing a refractive index ellipsoid. It is a schematic diagram for demonstrating the optical axis of negative C-plate. It is a cross-sectional schematic diagram showing an example of the laminated structure shown in FIG. It is a flowchart for demonstrating the formation method of the optical compensation board shown in FIG.
  • FIG. 7A It is a cross-sectional schematic diagram showing 1 process of the formation method of the optical compensation board shown in FIG. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process following FIG. 7A. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 7B. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 7C. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process following FIG. 7D. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 7E. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of an optical compensation plate according to Comparative Example 1. FIG. It is a schematic diagram for demonstrating an effect
  • FIG. 9A It is a cross-sectional schematic diagram showing the structure of the optical compensator shown in FIG. It is a schematic diagram for demonstrating an effect
  • FIG. 13C It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 13C. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 13D. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 13E. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 13F. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 13G. It is a cross-sectional schematic diagram showing the process of following FIG. 13H. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating a configuration of a liquid crystal panel according to Comparative Example 2.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a main part of an optical compensation plate according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a main part of an optical compensation plate according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a main part of an optical compensation plate according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a configuration of an optical compensator according to Modification 1-1. 10 is a schematic diagram for explaining a configuration of an optical compensator according to Modification 1-2. FIG. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a configuration of an optical compensation plate according to Modification 1-3.
  • FIG. 10 is a schematic diagram for explaining a configuration of an optical compensator according to Modification 1-4.
  • FIG. It is a schematic diagram for demonstrating the example of arrangement
  • First embodiment an example of a liquid crystal display device and a projection display device in which an optical compensation plate is provided between a liquid crystal panel and a polarizing plate
  • Second embodiment an example of a liquid crystal display device in which an optical compensation layer is provided in a liquid crystal panel
  • Modifications 1-1 to 1-4 (Other examples of the structure of the underlying layer)
  • FIG. 1 illustrates an example of the overall configuration of a projection display device (projection display device 1) according to a first embodiment of the present disclosure.
  • the projection display device 1 is, for example, a transmission type three-plate liquid crystal projector device, and includes a light source 11, an illumination optical system 20, liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B, a color synthesis prism 40, and a projection lens unit. 41.
  • the light source 11 is configured to emit white light including red, green, and blue light, which are the three primary colors of light, necessary for projecting a full-color image.
  • the light source 11 includes, for example, a light emitter 11a that emits white light and a reflector 11b that reflects light emitted from the light emitter 11a.
  • a discharge lamp in which a gas containing a mercury component is sealed for example, an ultra-high pressure mercury lamp or the like is used.
  • the reflector 11b of the light source 11 is a concave mirror, and the mirror surface has a shape with good circumferential efficiency. Further, the reflector 11b has a shape of a rotationally symmetric surface such as a rotating surface or a rotating ellipsoid.
  • the illumination optical system 20 includes, for example, a cut filter 12, a first multi-lens array 14, a second multi-lens array 15, and a first multi-lens array 15 that cut light outside the visible region in the order of the optical paths of the light emitted from the light source 11.
  • the PS synthetic resin 16 for polarizing the light from the multi-lens array 15 in a predetermined polarization direction, the condenser lens 17 for condensing the light that has passed through the PS synthetic resin 16, and the light are separated according to the wavelength band.
  • the first dichroic mirror 20 is provided.
  • the cut filter 12 is a flat mirror that removes the ultraviolet light contained in the white light emitted from the light source 11 by reflecting it.
  • the cut filter 12 is, for example, a glass substrate coated with a coating that reflects light in the ultraviolet region, and transmits light outside the ultraviolet region.
  • first multi-lens array 14 and the second multi-lens array 15 for example, a plurality of lens cells having a similar outer shape that is substantially equal to the aspect ratio of the effective pixel region of the liquid crystal display element 25 are arranged in an array. It is a thing. Between the first multi-lens array 14 and the second multi-lens array 15, a first folding mirror 13 that reflects light is disposed. The first multi-lens array 14 and the second multi-lens array 15 use light as a light beam having an effective area of the liquid crystal display element 32 in order to uniformly illuminate an effective pixel area of the liquid crystal display element 32 to be described later. The illuminance distribution is made uniform.
  • the first fly-eye lens 14 collects the light reflected by the first folding mirror 13 by each lens cell to create a small point light source, and the second multi-lens array 15 illuminates from each point light source. Synthesize light.
  • the condenser lens 17 is a convex lens, and adjusts the spot diameter so that the light controlled in the predetermined polarization direction by the PS synthetic resin 16 is efficiently irradiated to the effective pixel region of the liquid crystal display element 32.
  • the first dichroic mirror 20 is a wavelength-selective mirror having a so-called dichroic coating in which a dielectric film is formed in multiple layers on the main surface of a glass substrate or the like.
  • the first dichroic mirror 20 separates red light to be reflected and other color light to be transmitted, that is, green light and blue light. Specifically, the first dichroic mirror 20 transmits the blue light and the green light out of the light incident from the condenser lens 17 and reflects the red light to change the direction of 90 ° from the condenser lens 17. It is disposed at an angle of 45 ° in the vertical direction with respect to the optical path of the incident light.
  • the illumination optical system 20 also includes, for example, a second folding mirror 22 that totally reflects light, a first field lens 23R, and a liquid crystal display device in the order of the optical path of red light separated by the first dichroic mirror 20. 30R.
  • the second folding mirror 22 is a total reflection mirror that reflects the light reflected by the first dichroic mirror 20 and changes the direction by 90 °, and is 45 ° perpendicular to the optical path of the reflected red light. It is arranged at an angle. Thereby, the second folding mirror 22 reflects this red light toward the first field lens 23R.
  • the first field lens 23R is a condensing lens and outputs red light reflected by the second folding mirror 22 toward the liquid crystal display device 30R and is collected on the liquid crystal display element 32 in the liquid crystal display device 30R. Shine. The configuration of the liquid crystal display device 30R will be described later.
  • the illumination optical system 20 further includes a second dichroic mirror 21 that separates incident light according to the wavelength band, for example, along the optical paths of blue light and green light separated by the first dichroic mirror 20.
  • the second dichroic mirror 21 separates incident light into blue light and other color light, that is, green light.
  • the second dichroic mirror 21 transmits the blue light of the light incident from the first dichroic mirror 20, while reflecting the green light and changing the direction of 90 ° so that the first dichroic mirror 20 changes. Is inclined by 45 ° in the vertical direction with respect to the optical path of the light incident from.
  • the illumination optical system 20 also includes, for example, a second field lens 23G and a liquid crystal display device 30G in the order of the optical path of the green light separated by the second dichroic mirror 21.
  • the second field lens 23G is a condensing lens that outputs the green light reflected by the second dichroic mirror 21 toward the liquid crystal display device 30G and collects it on the liquid crystal display element 32 in the liquid crystal display device 30G. Shine. The configuration of the liquid crystal display device 30G will be described later.
  • the illumination optical system 20 further includes, for example, a first relay lens 23, a third folding mirror 24 that totally reflects incident light, and a second light beam in the order of the optical path of the blue light separated by the second dichroic mirror 21.
  • the first relay lens 23 is a lens for adjusting the optical path length together with the second relay lens 25, and guides the blue light separated by the second dichroic mirror 21 to the third folding mirror 34.
  • the third folding mirror 24 is a total reflection mirror that reflects the light from the first relay lens 23 and changes the direction by 90 °, and is perpendicular to the optical path of the blue light from the first relay lens 23. Are inclined by 45 °. Thus, the third folding mirror 34 reflects the blue light from the first relay lens 23 toward the second relay lens 25.
  • the second relay lens 25 is a lens for adjusting the optical path length together with the first relay lens 23, and guides the blue light reflected by the third folding mirror 24 to the fourth folding mirror 36.
  • the first relay lens 23 and the second relay lens 25 are configured such that the optical path to the blue light liquid crystal display device 30B is the optical path to the red light liquid crystal display device 30R or the green light liquid crystal display device 30G. Since it is relatively long, the liquid crystal display element 32 in the liquid crystal display device 30B is corrected so that the blue light is in focus.
  • the fourth folding mirror 26 is a total reflection mirror that reflects the light from the second relay lens 25 and changes the direction by 90 °, and is perpendicular to the optical path of the blue light from the second relay lens 25. Are inclined by 45 °. Accordingly, the fourth folding mirror 26 reflects the blue light from the second relay lens 25 toward the third field lens 23B.
  • the third field lens 23B is a condensing lens, and outputs the blue light reflected by the fourth folding mirror 26 toward the liquid crystal display device 30B, and collects it on the liquid crystal display element 32 in the liquid crystal display device 30B. Shine. The configuration of the liquid crystal display device 30B will be described later.
  • the color synthesizing prism 40 is disposed at a position where the optical paths of red light, green light, and blue light emitted from the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B intersect.
  • the color synthesizing prism 40 synthesizes the incident red light, green light, and blue light and emits them from the emission surface 40T.
  • the projection lens unit 41 enlarges and projects the combined light emitted from the emission surface 40T of the color synthesis prism 40 onto a projection surface such as a screen.
  • the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B are light modulation devices (spatial modulation devices) that modulate and emit illumination light from the illumination optical system 20. Each color light (red light, green light, blue light) emitted from these liquid crystal display devices 30R, 30G, 30B is emitted toward the color synthesis prism 40.
  • the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B are transmissive liquid crystal display devices such as HTPS (High Temperature Poly-Silicon), for example.
  • HTPS High Temperature Poly-Silicon
  • each of the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B may be a reflective liquid crystal display device such as LCOS (Liquid Crystal On Silicon).
  • FIG. 2 schematically shows a configuration example of the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B.
  • the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B include a liquid crystal display element 32 between a pair of polarizing plates (a first polarizing plate 31 and a second polarizing plate 34).
  • the liquid crystal display device 30R generates red video light by modulating incident red light (wavelength 600 nm or more and 700 nm or less), for example.
  • the liquid crystal display device 30G modulates incident green light (wavelength of 500 nm or more and 600 nm or less) to generate green image light, for example.
  • the liquid crystal display device 30B generates blue video light by modulating incident blue light (wavelength of 430 nm or more and 500 nm or less), for example.
  • an optical compensation plate 33 is provided between at least one of the first polarizing plate 31 and the second polarizing plate 34 and the liquid crystal display element 32.
  • the liquid crystal display element 32 is sealed by a pair of substrates 32A and 32B.
  • the optical compensation plate 33 is provided between the second polarizing plate 34 and one of the pair of substrates that seal the liquid crystal display element 32 (the substrate 32B on the light emitting side). ing.
  • the first polarizing plate 31 and the second polarizing plate 34 may be bonded to the substrates 32A and 32B, but are disposed as separate members from the substrates 32A and 32B. It is desirable that This is because, in general, in a liquid crystal projector, the polarizing plate tends to generate heat and become high temperature by absorbing light, so that this heat is prevented from being transmitted to the liquid crystal display element 32. On the other hand, since the optical compensation plate 33 hardly absorbs light, it may be bonded to the substrate 32B or may be disposed as separate members.
  • the “optical compensation plate 33” in the present embodiment corresponds to a specific example of “optical compensation element” in the present disclosure.
  • first polarizing plate 31 and the second polarizing plate 34 for example, one polarizing plate selectively transmits the first polarizing component (s-polarizing component or p-polarizing component) and the other polarizing plate is the second polarizing component. (P-polarized component or s-polarized component) is selectively transmitted.
  • the liquid crystal display element 32 includes a liquid crystal layer between a pair of electrodes, and modulates the light transmittance by applying a driving voltage to the liquid crystal layer through the pair of electrodes.
  • a liquid crystal layer of the liquid crystal display element 32 for example, vertical alignment (VA (Vertical Alignment) mode) liquid crystal is used.
  • VA Vertical Alignment
  • a so-called pretilt is imparted to the liquid crystal molecules in order to enhance the response characteristics to the applied voltage.
  • the liquid crystal layer has other driving modes such as TN (Twisted Nematic) mode, ECB (Electrically controlled birefringence) mode, FFS (Fringe Field Switching) mode or IPS (In Plane Switching) mode, depending on the application.
  • a liquid crystal may be used.
  • the optical compensation plate 33 is an optical element that compensates for the residual retardation of the liquid crystal display element 32 as described above. For example, in the liquid crystal layer of the liquid crystal display element 32, depending on the pretilt or interface alignment state of the liquid crystal molecules, a phase difference (residual retardation) is generated and the transmittance is changed. In particular, in the VA mode liquid crystal, light is slightly transmitted due to residual retardation at the time of black display, leading to a decrease in contrast. The retardation of the optical compensation plate 33 is set to a value that cancels out such residual retardation.
  • FIG. 3 shows a configuration example of the optical compensation plate 33.
  • the optical compensation plate 33 includes a laminated structure 332 on a substrate 331, for example.
  • the substrate 331 is made of glass such as borosilicate glass, for example.
  • the optical axis Zc of the optical compensation plate 33 is set to be inclined from the perpendicular direction (direction perpendicular to the substrate surface) of the substrate 331 based on the configuration of a laminated structure 332 described later.
  • the direction (tilt direction) of the optical axis Zc of the optical compensation plate 33 is the pretilt direction (long axis) of the liquid crystal molecules of the liquid crystal display element 32.
  • Direction the direction (tilt direction) of the optical axis Zc of the optical compensation plate 33 is the pretilt direction (long axis) of the liquid crystal molecules of the liquid crystal display element 32.
  • the optical axis Zc of the optical compensation plate 33 is defined as the Nz axis of the refractive index ellipsoid, as shown in FIGS. 4A and 4B.
  • FIG. 5 illustrates a detailed configuration example of the laminated structure 332.
  • the laminated structure 332 includes, for example, the base layer 332A and the laminated film 332B.
  • the stacked film 332B is formed on the base layer 332A.
  • the underlayer 332A has a plurality of structures 332A1 arranged two-dimensionally.
  • Each of the plurality of structures 332A1 includes a first surface S1 and a second surface S2 having different inclination angles (inclination angles e11 and e12).
  • the inclination angle e11 of the first surface S1 is smaller than the inclination angle e12 of the second surface S2 (e11 ⁇ e12).
  • Each of the plurality of structures 332A1 has a polyhedron or a curved surface including the first surface S1 and the second surface S2.
  • each structure 332A1 has a polyhedron
  • the cross-sectional shape of the base layer 332A has, for example, a sawtooth shape.
  • the constituent material of the base layer 332A includes an inorganic insulating material, for example, a material having high adhesion to the substrate 331 among constituent materials of refractive index films 332b1 and 332b2 described later.
  • the arrangement period (pitch) A of the plurality of structures 332A1 is set to be smaller than the wavelength of visible light. Specifically, it is set to be smaller than any of the wavelengths incident on the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B. As an example of the arrangement period A, it is shorter than the incident wavelength (for example, 430 nm) of the liquid crystal display device 30B having the shortest wavelength. However, the arrangement period A is desirably 380 nm or less, more desirably 300 nm or less, and further desirably 250 nm or less. Although details will be described later, the smaller the arrangement period A is, the more the optical loss can be reduced by suppressing the influence of diffraction in the optical compensation plate 33.
  • the laminated film 332B functions as, for example, a negative C-plate, and includes a plurality of refractive index films 332b1 and 332b2 (first refractive index film and second refractive index film) that are alternately and repeatedly laminated.
  • Each film thickness of these refractive index films 332b1 and 332b2 is, for example, 10 nm or more and 50 nm or less, and the number of layers of each of the refractive index films 332b1 and 332b2 is, for example, 10 or more and 200 or less.
  • These refractive index films 332b1 and 332b2 include, for example, an inorganic insulating material.
  • the inorganic insulating material examples include silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiON), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) and niobium oxide (Nb 2 O 5 ).
  • the film thickness t1 in the region D1 facing the first surface S1 of the structure 332A1 is different from the film thickness t2 in the region D2 facing the second surface S2.
  • the film thickness t1 in the region D1 is larger than the film thickness t2 in the region D2.
  • the film thicknesses t1 and t2 correspond to the total film thickness of the plurality of stacked refractive index films 332b1 and 332b2 in the respective regions D1 and D2.
  • the individual film thicknesses of the refractive index films 332b1 and 332b2 in the stacked film 332B may be the same as each other as described above, but may be different from each other.
  • the ratio of the thicknesses of the refractive index films 332b1 and 332b2 is 1: 1. This is because the refractive index Nz in the refractive index ellipsoid can be reduced and the retardation value can be efficiently obtained as shown below.
  • the refractive index of the refractive index film 332b1 is n 1
  • the film thickness per layer is t 11
  • the refractive index of the refractive index film 332b2 is n 2
  • the film thickness per layer is t 12
  • the retardation value Rth in the thickness direction can be expressed as in Expression (3).
  • the film thickness of the refractive index film 332b1 and the film thickness of the refractive index film 332b2 are 1: 1, the difference between Nx and Nz is maximum, and the value of Rth is also maximum. It becomes.
  • FIG. 6 shows the flow of the manufacturing method of the optical compensation plate 33 as described above.
  • 7A to 7F are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the optical compensation plate 33 in the order of steps.
  • a substrate 331 made of, for example, borosilicate glass is prepared (step S11, FIG. 7A).
  • a base layer 332A made of, for example, SiO is formed on the substrate 331 by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method (step S12, FIG. 7B).
  • a photoresist film 150 is formed on the base layer 332A (step S13, FIG. 7C). Thereafter, the photoresist film 150 is exposed using, for example, a halftone mask (step S14, FIG. 7D).
  • anisotropic etching is performed (step S15), and the photoresist film 150 is removed.
  • a plurality of structures 332A1 each including the first surface S1 and the second surface S2 can be formed in the base layer 332A.
  • a laminated film 332B is formed on the base layer 332A (step S16, FIG. 7F). Specifically, a refractive index film 332b1 made of, for example, SiO and a refractive index film 332b2 made of, for example, SiN are alternately formed sequentially over a plurality of layers by, for example, the CVD method and the sputtering method. Thereby, the laminated film 332B as a negative C-plate can be formed. Further, by sequentially forming the refractive index films 332b1 and 332b2 on the base layer 332A, the refractive index films 332b1 and 332b2 are deposited along the shape of the structure 332A1 of the base layer 332A.
  • the refractive index films 332b1 and 332b2 are deposited while maintaining the inclined surfaces corresponding to the inclination angles of the first surface S1 and the second surface S2 of the structure 332A1. Further, the thickness of the laminated film 332B differs between the region facing the first surface S1 and the region facing the second surface S2 according to the inclination angles of the first surface S1 and the second surface S2. .
  • the optical compensation plate 33 can be manufactured as described above.
  • the projection display device 1 when light (for example, white light) emitted from the light source 11 enters the illumination optical system 20, the optical paths of the R, G, and B color lights are separated while being formed into illumination light.
  • the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B are guided to the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B.
  • the first dichroic mirror 20 reflects red light and transmits green light and blue light
  • the second dichroic mirror 21 reflects green light and transmits blue light.
  • each color light is separated.
  • the red light enters the liquid crystal display device 30R via the first dichroic mirror 20, the second folding mirror 22, and the first field lens 23R.
  • the green light passes through the first dichroic mirror 20, is reflected by the second dichroic mirror 21, and then passes through the second field lens 23G and enters the liquid crystal display device 30G. After the blue light passes through the first dichroic mirror 20 and the second dichroic mirror 21, the first relay lens 23, the third folding mirror 24, the second relay lens 25, the fourth folding mirror 26, The light enters the liquid crystal display device 30B through the third field lens 23B.
  • each of the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B incident light is modulated (an image is generated) based on the video signal of each color, and the modulated light for each color is emitted toward the color synthesis prism 40.
  • the color combining prism 40 combines the modulated lights of the respective colors, and the combined light enters the projection lens unit 41.
  • the light (video) incident on the projection lens unit 41 is enlarged and displayed, for example, on a projection surface such as a screen.
  • the phase difference depends on the pretilt or interface orientation state of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer of the liquid crystal display element 32.
  • the transmittance changes.
  • the VA mode liquid crystal light is slightly transmitted due to residual retardation during black display due to the pretilt of liquid crystal molecules. This leads to a decrease in contrast.
  • FIG. 8A shows a configuration of an optical compensation plate 100 according to a comparative example (Comparative Example 1) of the present embodiment.
  • the optical compensation plate 100 has a dielectric multilayer film and functions as a negative C-plate.
  • the optical compensation plate 100 has a laminated film 102 on a substrate 101.
  • the laminated film 102 is a film in which a plurality of refractive index films 102a and 102b are alternately and repeatedly laminated.
  • the laminated film 102 is formed on the flat substrate 101, and the optical axis Zc thereof is perpendicular to the substrate 101 (in-plane of the substrate 101). Along the direction perpendicular to the direction).
  • the residual retardation of the liquid crystal layer 103 can be compensated by arranging the optical axis Zc of the optical compensation plate 100 to be inclined with respect to the liquid crystal layer 103.
  • the optical compensation plate 100 is arranged so that the optical axis Zc is arranged along a direction substantially parallel to the major axis direction Zp of the liquid crystal molecules 103a (direction according to the pretilt angle of the liquid crystal molecules 103a).
  • the compensation plate 100 is physically tilted and installed.
  • a mechanism or space for tilting the optical compensation plate 100 is required.
  • the optical compensation plate 33 includes a base layer 332A including a plurality of structures 332A1.
  • Each structure 332A1 includes a first surface S1 and a second surface S2 having different inclination angles.
  • a laminated film 332B including a plurality of refractive index films 332b1 and 332b2 that are alternately and repeatedly laminated is formed on the base layer 332A.
  • the optical compensation plate 33 functions as a negative C-plate with the optical axis Zc inclined.
  • the optical axis Zc of the optical compensation plate 33 is arranged along a direction substantially parallel to the major axis direction Zp of the liquid crystal molecules 32a (a direction corresponding to the pretilt angle of the liquid crystal molecules 103a).
  • the residual retardation of the liquid crystal display element 32 can be compensated.
  • the arrangement period A of the plurality of structures 332A1 in the base layer 332A of the stacked film 332B is smaller than the wavelength of visible light, the influence of diffraction on the optical compensation plate 33 is suppressed, and light loss is reduced.
  • the refractive index films 332b1 and 332b2 constituting the laminated film 332B include an inorganic insulating material, so that, for example, compared to a case where the refractive index films 332b1 and 332b2 are made of an organic material such as a liquid crystal polymer (Patent Document 1). Material deterioration due to heat and light hardly occurs. For this reason, the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B and the projection display device 1 that do not require replacement of parts or the like even after long-time use can be realized.
  • the optical compensation plate 33 itself can be arranged with the optical axis Zc inclined without being physically inclined. And simplification of the configuration can be realized. This also makes it possible to reduce the cost.
  • the optical compensation plate 33 includes the base layer 332A including the plurality of structures 332A1, and the structures 332A1 are inclined with respect to each other.
  • the first surface S1 and the second surface S2 having different angles (e11, e12) are included.
  • a laminated film 332B including a plurality of refractive index films 332b1 and 332b2 is formed on the base layer 332A, thereby realizing a negative C-plate function in which the optical axis Zc is inclined. Residual retardation in the liquid crystal display element 32 can be compensated.
  • the arrangement period A of the plurality of structures 332A1 in the base layer 332A is smaller than the wavelength of visible light, light loss due to the influence of diffraction on the optical compensation plate 33 can be reduced. Therefore, it is possible to realize high luminance and high contrast ratio.
  • FIG. 10 illustrates a configuration example of a liquid crystal display device according to the second embodiment of the present disclosure.
  • This liquid crystal display device corresponds to one of the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B of the first embodiment, and includes the same components (light source 11, illumination optics as those of the first embodiment).
  • the present invention can be applied to a projection display device including the system 20, the color synthesis prism 40, and the projection lens unit 41).
  • the liquid crystal display device of the present embodiment is a light modulation device (spatial modulation) that modulates and emits the light emitted from the illumination optical system 20, as with the liquid crystal display devices 30R, 30G, and 30B of the first embodiment. Device). Further, a liquid crystal display element (liquid crystal display element 35) is provided between the pair of polarizing plates (first polarizing plate 31 and second polarizing plate 34).
  • the optical compensation element (optical compensation layer 36) that compensates for the residual retardation of the liquid crystal display element 35 includes the liquid crystal display element 35 and the liquid crystal display element 35. It is provided between at least one of the pair of substrates to be sealed (the drive substrate 351 and the counter substrate 356).
  • FIG. 11 illustrates a configuration example of a main part for explaining the optical compensation layer 36.
  • the liquid crystal display element 35 is sealed between a driving substrate 351 including a TFT 352 and the like and a counter substrate 356, and includes a liquid crystal layer 355 between a pair of electrodes (pixel electrode 354a and counter electrode 354b).
  • the optical compensation layer 36 is provided between one of the drive substrate 351 and the counter substrate 356 and one of the pixel electrode 354a and the counter electrode 354b.
  • the optical compensation layer 36 is provided between the counter substrate 356 and the counter electrode 354b.
  • a lens 357 is provided for each pixel P on the counter substrate 356.
  • the “optical compensation layer 36” in the present embodiment corresponds to a specific example of “optical compensation element” in the present disclosure.
  • the drive substrate 351 includes, for example, a pixel circuit including a TFT 352 and wirings such as signal lines and scanning lines (not shown) and a storage capacitor.
  • the light transmittance is modulated by applying a driving voltage to the liquid crystal layer 355 through the pixel electrode 354a and the counter electrode 354b.
  • the liquid crystal layer 355 for example, VA mode liquid crystal is used as in the liquid crystal layer of the liquid crystal display element 32 of the first embodiment.
  • liquid crystal such as TN mode, ECB mode, FFS mode, or IPS mode may be used.
  • an alignment film (not shown) is formed between each of the pixel electrode 354 a and the counter electrode 354 b and the liquid crystal layer 355.
  • the optical compensation layer 36 is an optical element that compensates for the residual retardation in the liquid crystal layer 355 in the same manner as the optical compensation plate 33 of the first embodiment. As described above, in the liquid crystal layer 355, depending on the pretilt of the liquid crystal molecules and the like, a phase difference (residual retardation) is generated and the transmittance is changed. In particular, in the VA mode liquid crystal, the contrast is reduced due to residual retardation during black display.
  • the retardation of the optical compensation layer 36 is set to a value that cancels the residual retardation of the liquid crystal layer 355.
  • the optical compensation layer 36 has a function as a negative C-plate.
  • the base layer 332A and the laminated layer are stacked.
  • the laminated film 332B is formed on the base layer 332A.
  • the optical axis Zc is set to be inclined from a direction perpendicular to the substrate surface.
  • the optical axis Zc of the optical compensation layer 36 is set along the pretilt direction (major axis direction) of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer 355.
  • the base layer 332A has a plurality of structures 332A1.
  • Each of the plurality of structures 332A1 includes a first surface S1 and a second surface S2 having different inclination angles (inclination angles e11 and e12).
  • the arrangement period A of each structure 332A1 is set smaller than the wavelength of visible light. As an example of the arrangement period A, it is shorter than the incident wavelength (for example, 430 nm) of the liquid crystal display device 30B having the shortest wavelength. Further, it is desirably 380 nm or less, more desirably 300 nm or less, and further desirably 250 nm or less.
  • 11 shows a total of ten structures 332A1 for one pixel P, but the number of structures 332A1 is not limited to this.
  • the width (pitch) of the pixels P is, for example, 3 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, for example, 10 to 100 structures 332A1 can be arranged according to the arrangement period A.
  • the array period A can be set sufficiently smaller than the pixel pitch. The same applies to the first embodiment.
  • the laminated film 332B functions as, for example, a negative C-plate, and includes a plurality of refractive index films 332b1 and 332b2 that are alternately and repeatedly laminated. These refractive index films 332b1 and 332b2 are configured to include the above-described inorganic insulating material such as silicon oxide. In addition, the film thickness of the stacked film 332B is different between a region facing the first surface S1 and a region facing the second surface S2 of the structure 332A1.
  • the optical compensation layer 36 of the present embodiment has a planarizing layer 332C on the surface of the laminated film 332B on the counter electrode 354b side.
  • the planarization layer 332C includes, for example, an inorganic insulating material equivalent to the refractive index films 332b1 and 332b2, and has a film thickness larger than the film thicknesses of the refractive index films 332b1 and 332b2, for example.
  • the surface on the side of the laminated film 332B of the planarizing layer 332C has an uneven shape corresponding to the shape of the structure 332A1, and the surface on the side of the counter electrode 354b is flat.
  • the counter substrate 356 is made of an inorganic insulating material having optical transparency such as glass.
  • the lens 357 is provided, for example, in order to improve light utilization efficiency by suppressing light loss in the wiring and pixel circuit arranged on the drive substrate 351 by condensing in the pixel opening.
  • FIG. 12 shows the flow of the method for forming the optical compensation layer 36 as described above.
  • 13A to 13I are schematic cross-sectional views showing the steps of forming the optical compensation layer 36 in the order of steps.
  • a counter substrate 356 is prepared as a base material for forming the optical compensation layer 36 (step S21, FIG. 13A).
  • a base layer 332A made of, for example, SiO is formed on the counter substrate 356 by, for example, a CVD method (step S22, FIG. 13B).
  • a photoresist film 150 is formed on the base layer 332A (step S23, FIG. 13C).
  • the photoresist film 150 is exposed using, for example, a halftone mask (step S24, FIG. 13D).
  • anisotropic etching is performed (step S25), and the photoresist film 150 is removed. Accordingly, as shown in FIG. 13E, a plurality of structures 332A1 each including the first surface S1 and the second surface S2 can be formed in the base layer 332A.
  • a laminated film 332B is formed on the base layer 332A (step S26, FIG. 13F).
  • a refractive index film 332b1 made of, for example, SiO and a refractive index film 332b2 made of, for example, SiN are alternately spread over a plurality of layers, for example, CVD and sputtering. Films are sequentially formed by a method or the like. Thereby, the laminated film 332B as a negative C-plate can be formed.
  • a planarizing layer 332C is formed on the stacked film 332B (step S27, FIG. 13G).
  • the planarization layer 332C made of, for example, SiO is formed with a thickness larger than that of the stacked film 332B, for example, by, for example, the CVD method.
  • the surface of the formed planarization layer 332C is polished and planarized by, for example, a CMP (Chemical-Mechanical-Polishing) method (Step S28, FIG. 13H). In this way, the optical compensation layer 36 can be formed on the counter substrate 356.
  • CMP Chemical-Mechanical-Polishing
  • a counter electrode 354b made of, for example, ITO (indium tin oxide) or the like is formed by, eg, sputtering (step S29, FIG. 13I). As described above, the optical compensation layer 36 and the counter electrode 354b can be formed in this order on the counter substrate 356.
  • ITO indium tin oxide
  • the liquid crystal layer 355 of the liquid crystal display element 35 has a phase difference (residual retardation) depending on the pretilt of liquid crystal molecules and the like.
  • phase difference residual retardation
  • the liquid crystal layer 355 of the liquid crystal display element 35 has a phase difference (residual retardation) depending on the pretilt of liquid crystal molecules and the like.
  • FIG. 14 shows a liquid crystal panel 104 including an optical compensation layer 1046 according to a comparative example (Comparative Example 2) of the present embodiment.
  • the liquid crystal panel 104 includes, for example, a liquid crystal display element 1043, an optical compensation layer 1046, a counter substrate 1047, and a lens 1048 on a drive substrate 1041 including a TFT 1042 and the like in this order.
  • the liquid crystal display element 1043 is sealed between the driving substrate 1041 and the counter substrate 1047 and includes a liquid crystal layer 1045 between the pixel electrode 1044a and the counter electrode 1044b.
  • the optical compensation layer 1046 is provided with a plurality of prism shapes 1046A.
  • one prism shape 1046A is arranged for one pixel P, and includes, for example, an inclined surface S100.
  • the optical axis Zc of the optical compensation layer 1046 can be inclined and arranged.
  • the prism shape 1046A is used for the optical compensation layer 1046, light loss (diffraction or scattering) due to the prism shape 1046A occurs, resulting in a decrease in transmittance and a decrease in contrast.
  • the optical compensation layer 36 provided between the counter electrode 354b of the liquid crystal display element 35 and the counter substrate 356 includes a plurality of structures 332A1.
  • a base layer 332A is provided.
  • Each structure 332A1 includes a first surface S1 and a second surface S2 having different inclination angles.
  • a laminated film 332B including a plurality of refractive index films 332b1 and 332b2 that are alternately and repeatedly laminated is formed on the base layer 332A.
  • the optical compensation layer 36 functions as a negative C-plate with the optical axis Zc inclined.
  • the residual retardation of the liquid crystal layer 355 can be compensated.
  • the arrangement period A of the plurality of structures 332A1 in the base layer 332A is smaller than the wavelength of visible light, the influence of diffraction in the optical compensation layer 36 is suppressed, and the optical loss is reduced as compared with Comparative Example 2 described above. Is done.
  • the optical compensation layer 36 includes the base layer 332A including the plurality of structures 332A1, and each of the structures 332A1 includes the first surface S1 and the first surface S1 having different inclination angles.
  • the second surface S2 is included.
  • a laminated film 332B including a plurality of refractive index films 332b1 and 332b2 is formed on the base layer 332A, thereby realizing a negative C-plate function in which the optical axis Zc is inclined, Residual retardation in the liquid crystal display element 35 can be compensated.
  • the arrangement period A of the plurality of structures 332A1 in the base layer 332A is smaller than the wavelength of visible light, light loss due to the influence of diffraction in the optical compensation layer 36 can be reduced. Therefore, similarly to the first embodiment, it is possible to realize high luminance and high contrast ratio.
  • FIG. 15 illustrates a configuration example of a main part of the optical compensation plate 33 according to the first embodiment.
  • FIG. 16 shows an example of each design value of the optical compensation plate 33 shown in FIG.
  • the arrangement period of the structures 332A1 is A
  • the height is B
  • the inclination angle of the first surface S1 is e11
  • the inclination angle of the second surface S2 is e12
  • the length of the base facing the second surface S2 is C2.
  • the film thickness of the laminated film 332B in the region D1 is t1
  • the film thickness in the region D2 is t2
  • the film thickness in the direction perpendicular to the substrate surface is t.
  • each of these values can be set as shown in FIG. 16, for example. That is, the arrangement period A is 300 nm, the height B of the structure 332A1 is 150 nm, the base length C1 is 250 nm, C2 is 50 nm, the tilt angle e11 is 36.9 °, the tilt angle e12 is 56.3 °, and the film thickness.
  • t is 4800 nm, film thickness t1 is 3840 nm, and film thickness t2 is 2663 nm.
  • a transmissive liquid crystal display device (HTPS) was used as the liquid crystal display element 32.
  • a VA mode liquid crystal is used for the liquid crystal layer, the pretilt angle of the liquid crystal layer is 85 ° (the horizontal direction along the substrate surface is 0 °), and the birefringence (refractive index anisotropy) is 0.13.
  • the thickness was 2.7 ⁇ m.
  • borosilicate glass was used as a constituent material of the substrate 331 of the optical compensation plate 33, SiO was used for the refractive index film 332b1 in the laminated film 332B, and SiN was used for the refractive index film 332b2.
  • the thicknesses of the refractive index films 332b1 and 332b2 were 30 nm, and the number of layers of the refractive index films 332b1 and 332b2 was 80 (a total of 160 layers).
  • the value of retardation Rth in the thickness direction by this design was 280 nm.
  • FIG. 17A shows the relationship between the arrangement period A (nm) of the structures 332A1 in the optical compensation plate 33 and the ratio of light diffracted and scattered with respect to incident light.
  • the arrangement period A less than the wavelength of visible light, the loss of light due to diffraction and scattering tends to decrease.
  • the influence due to diffraction and scattering decreases rapidly at 300 nm or less, and approximately 0% at 250 nm or less. It can be reduced to.
  • FIG. 17B shows the relationship between the array period A (nm) and the loss of light utilization efficiency.
  • FIG. 18 illustrates a configuration example of a main part of the optical compensation layer 36 according to the second embodiment.
  • FIG. 19 shows an example of design values of the optical compensation layer 36 shown in FIG.
  • the arrangement period of the structures 332A1 is A
  • the height is B
  • the inclination angle of the first surface S1 is e11
  • the inclination angle of the second surface S2 is e12
  • the length of the base facing the second surface S2 is C2.
  • the film thickness of the laminated film 332B in the region D1 is t1
  • the film thickness in the region D2 is t2
  • the film thickness in the direction perpendicular to the substrate surface is t.
  • each of these values can be set as shown in FIG. 19, for example. That is, the arrangement period A is 300 nm, the height B of the structure 332A1 is 150 nm, the base length C1 is 250 nm, C2 is 50 nm, the tilt angle e11 is 31.0 °, the tilt angle e12 is 71.6 °, and the film thickness t is 3600 nm, film thickness t1 is 3087 nm, and film thickness t2 is 1138 nm.
  • a transmissive liquid crystal display (HTPS) was used as the liquid crystal display element 35.
  • a VA mode liquid crystal is used for the liquid crystal layer 355, the pretilt angle of the liquid crystal layer is 85 ° (the horizontal direction along the substrate surface is 0 °), and the birefringence (refractive index anisotropy) is 0.13.
  • the thickness was 2.7 ⁇ m.
  • a laminated film 332B was formed on the counter substrate, and SiO was used for the refractive index film 332b1 and SiN was used for the refractive index film 332b2.
  • the thicknesses of the refractive index films 332b1 and 332b2 were 30 nm, and the number of layers of the refractive index films 332b1 and 332b2 was 60 (total of 120 layers).
  • the value of retardation Rth in the thickness direction by this design was 212 nm.
  • FIG. 20A is a schematic diagram for explaining an optical compensation plate according to Modification 1-1.
  • FIG. 20B is a schematic diagram for explaining an optical compensation plate according to Modification 1-2.
  • FIG. 20C is a schematic diagram for explaining an optical compensation plate according to Modification 1-3.
  • FIG. 20D is a schematic diagram for explaining an optical compensation plate according to Modification 1-4.
  • the configuration of the optical compensator having the base layer 332A on the substrate 331 will be described as an example.
  • the configuration of the base layer 332A in this modification is described above.
  • the present invention can also be applied to the same optical compensation layer as in the second embodiment.
  • the structure 332A1 includes the first surface S1 and the second surface S2 having different inclination angles (e11, e12).
  • the cross-sectional shape has a generally sawtooth shape.
  • the configuration of the base layer 332A of Modifications 1-1 to 1-4 is different from the base layer 332A of the first embodiment in the following points.
  • the second surface S2 is a surface perpendicular to the substrate surface (inclination angle e12 is 90 °).
  • inclination angle e12 is 90 °.
  • one of the inclination angles e11 and e12 may be 90 °.
  • the underlayer 332A of Modification 1-2 has a surface (third surface S3) other than the first surface S1 and the second surface S2, as shown in FIG. 20B.
  • the cross-sectional shape of the base layer 332A is trapezoidal.
  • the structure 332A1 may be a polyhedron including at least the first surface S1 and the second surface S2, and may have a surface other than the first surface S1 and the second surface S2.
  • the structure 332A1 has a curved surface.
  • the cross-sectional shape of the structure 332A1 is, for example, such that the cross-sectional shape (triangular shape) of the structure 332A1 of the first embodiment is rounded.
  • the curved surface of the structure 332A1 can be regarded as a polyhedron including the first surface S1 having the inclination angle e11 and the second surface S2 having the inclination angle e12 (approximate to a polyhedron).
  • it can be regarded as a structure having two planes (the first surface S1 and the second surface S2) with the vertex h of the structure 332A1 as a boundary.
  • the structure 332A1 may have a curved surface that approximates the first surface S1 and the second surface S2.
  • a plurality of structural bodies 332A1 are discretely arranged. That is, the gap D3 is provided between the structures 332A1.
  • the plurality of structures 332A1 may be laid out and arranged discretely as in the first embodiment, or may be arranged discretely as in the present modification. It may be.
  • each structural body 332A1 may be arranged to extend along one direction (Y direction) in the substrate surface, for example, as schematically shown in FIG. 21A.
  • a plurality of structures 332A1 may be arranged in a matrix along the X direction and the Y direction.
  • optical compensation plate 33 optical compensation layer 36
  • a plurality of regions are different from each other. It may have regions F1 and F2. These regions F1 and F2 have optical axes Zc1 and Zc2 that are inclined in different directions.
  • the liquid crystal layer of the liquid crystal display element 32 liquid crystal display element 35
  • the configuration in which the optical compensation element is disposed at one place (between one polarizing plate and the liquid crystal display element of the pair of polarizing plates) is exemplified. It may be arranged at a location.
  • the optical compensation element may be disposed at a total of two locations between the liquid crystal display element and each of the pair of polarizing plates.
  • the optical compensation element (for example, the optical compensation plate 33 of the first embodiment) arranged between the polarizing plate and the substrate, and the substrate and the electrode are arranged.
  • the optical compensation element (for example, the optical compensation layer 36 of the second embodiment) may be mixed.
  • the effect described in this specification is an example, The other effect may be sufficient and the other effect may be included.
  • this indication can take the following composition.
  • (1) A pair of polarizing plates; A liquid crystal display element provided between the pair of polarizing plates; An optical compensation element provided between at least one polarizing plate of the pair of polarizing plates and the liquid crystal display element,
  • the optical compensation element is: An underlayer having a plurality of structures each including a first surface and a second surface having different inclination angles from each other; A plurality of first and second refractive index films formed on the underlayer and alternately and repeatedly laminated, and The liquid crystal display device, wherein an arrangement period of the plurality of structures in the base layer is smaller than a wavelength of visible light.
  • the liquid crystal display device (2) The liquid crystal display device according to (1), wherein a film thickness of the laminated film is different between a region facing the first surface and a region facing the second surface. (3) The liquid crystal display device according to (1) or (2), wherein the arrangement period of the plurality of structures is 380 nm or less. (4) The liquid crystal display device according to any one of (1) to (3), wherein an arrangement period of the plurality of structures is 300 nm or less. (5) The liquid crystal display device according to any one of (1) to (4), wherein an arrangement period of the plurality of structures is 250 nm or less. (6) The liquid crystal display element is sealed between a pair of substrates and includes a liquid crystal layer between a pair of electrodes.
  • the optical compensation element is provided between one of the pair of substrates and one polarizing plate of the pair of polarizing plates. Any one of (1) to (5) A liquid crystal display device according to 1. (7) The liquid crystal display element is sealed between a pair of substrates and includes a liquid crystal layer between a pair of electrodes. The optical compensation element is provided between one substrate of the pair of substrates and one electrode of the pair of electrodes, according to any one of (1) to (6) above. Liquid crystal display device. (8) The liquid crystal display device according to (7), wherein the optical compensation element includes a planarization layer between the stacked film and one electrode of the pair of electrodes.
  • the liquid crystal display element has a liquid crystal layer containing vertically aligned liquid crystal molecules, The liquid crystal display device according to any one of (1) to (8), wherein an optical axis direction of the optical compensation element is set along a pretilt direction of the liquid crystal molecules. (10) The liquid crystal display device according to (9), wherein the optical compensation element includes a plurality of regions having different optical axis directions. (11) The liquid crystal display device according to any one of (1) to (10), wherein a cross-sectional shape of the base layer has a sawtooth shape. (12) The liquid crystal display device according to any one of (1) to (11), wherein each of the plurality of structures has a polyhedron or a curved surface including the first surface and the second surface.
  • the underlayer is configured to include a material having high adhesion to the substrate among the constituent materials of the first and second refractive index films.
  • liquid crystal display device (17) The liquid crystal display device according to any one of (1) to (16), wherein the liquid crystal display device is a transmissive liquid crystal display device. (18) The liquid crystal display device according to any one of (1) to (16), wherein the liquid crystal display device is a reflective liquid crystal display device.
  • the optical compensation element is: An underlayer having a plurality of structures each including a first surface and a second surface having different inclination angles from each other; A plurality of first and second refractive index films formed on the underlayer and alternately and repeatedly laminated, and
  • the projection type display apparatus provided with the liquid crystal display device in which the arrangement period of the said several structure body in the said base layer is smaller than the wavelength of visible light.
  • An underlayer having a plurality of structures each including a first surface and a second surface having different inclination angles from each other; A plurality of first and second refractive index films formed on the underlayer and alternately and repeatedly laminated, and An optical compensation element, wherein an arrangement period of the plurality of structures in the underlayer is smaller than a wavelength of visible light.

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Abstract

本発明の液晶表示装置は、一対の偏光板と、一対の偏光板の間に設けられた液晶表示素子と、一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板と液晶表示素子との間に設けられた光学補償素子とを備える。ここで、本発明の光学補償素子は、それぞれが、互いに傾斜角（ｅ１１，ｅ１２）の異なる第１面（Ｓ１）および第２面（Ｓ２）を含む複数の構造体（３３２Ａ１）を有する下地層（３３２Ａ）と、下地層（３３２Ａ）の上に形成されると共に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜（３３２ｂ１，３３２ｂ２）を含む積層膜（３３２Ｂ）とを有し、下地層（３３２Ａ）における複数の構造体（３３２Ａ１）の配列周期（Ａ）は可視光の波長よりも小さい。

Description

光学補償素子、液晶表示装置および投射型表示装置
　本開示は、光学補償素子およびそれを備えた液晶表示装置、ならびにそのような液晶表示装置を用いた投射型表示装置に関する。
　近年、液晶プロジェクタ等の投射型表示装置の液晶パネルに用いられる液晶は、垂直配向型（ＶＡモード）のものが主流となっている。この液晶表示装置では、例えば黒表示時における残留リタデーションを補償する光学補償板が使用されている。
　このような光学補償板としては、例えば液晶ポリマーからなるＯ－Ｐｌａｔｅ（特許文献１）、またはネガティブＣ－ｐｌａｔｅ（特許文献２～４）が挙げられる。
国際公開第２００８／０８１９１９号パンフレット 特開２００６－１１２９８号公報 特開２００８－１４５８１６号公報 特開２００７－５２２１８号公報
　上記のような光学補償板（光学補償素子）を用いた液晶表示装置において、高輝度および高コントラスト比を実現することが望まれている。
　本開示の一実施の形態の液晶表示装置は、一対の偏光板と、一対の偏光板の間に設けられた液晶表示素子と、一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板と液晶表示素子との間に設けられた光学補償素子とを備えたものである。光学補償素子は、それぞれが、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層と、下地層の上に形成されると共に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜とを有し、下地層における複数の構造体の配列周期は可視光の波長よりも小さい。
　本開示の一実施の形態の投射型表示装置は、上記本開示の一実施の形態の液晶表示装置を備えたものである。
　本開示の一実施の形態の液晶表示装置および投射型表示装置では、一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板と液晶表示素子との間に設けられた光学補償素子が、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層を有する。この下地層の上に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜が形成されることで、光学補償素子が光軸の傾いたネガティブＣ－ｐｌａｔｅとして機能し、液晶表示素子における残留リタデーションを補償することができる。この積層膜の下地層における複数の構造体の配列周期が可視光の波長よりも小さいことにより、光学補償素子での回折の影響が抑制され、光損失が低減される。
　本開示の一実施の形態の光学補償素子は、それぞれが、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層と、下地層の上に形成されると共に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜とを有し、下地層における前記複数の構造体の配列周期は可視光の波長よりも小さい。
　本開示の一実施の形態の光学補償素子では、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層を有し、この下地層の上に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜が形成される。これにより、光軸の傾いたネガティブＣ－ｐｌａｔｅとして機能し、液晶表示素子における残留リタデーションを補償することができる。この積層膜の下地層における複数の構造体の配列周期が可視光の波長よりも小さいことにより、回折の影響が抑制され、光損失が低減される。
　本開示の一実施の形態の液晶表示装置および投射型表示装置によれば、一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板と液晶表示素子との間に設けられた光学補償素子が、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層を有する。この下地層の上に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜が形成されることで、液晶表示素子における残留リタデーションを補償することができる。この積層膜の下地層における複数の構造体の配列周期を可視光の波長よりも小さくすることにより、光損失を低減して輝度を高めることができる。よって、高輝度および高コントラスト比を実現することが可能となる。
　本開示の一実施の形態の光学補償素子によれば、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層を有し、この下地層の上に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜が形成される。これにより、液晶表示素子における残留リタデーションを補償することができる。この積層膜の下地層における複数の構造体の配列周期を可視光の波長よりも小さくすることにより、光損失を低減することができる。この光学補償素子を備えた液晶表示装置では、高輝度および高コントラスト比を実現することが可能となる。
　尚、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。
本開示の第１の実施形態に係る液晶表示装置を用いた投射型表示装置の全体構成例を示す図である。 図１に示した液晶表示装置の構成例を表す模式図である。 図２に示した光学補償板の構成例を表す模式図である。 屈折率楕円体を表す模式図である。 ネガティブＣ－ｐｌａｔｅの光軸を説明するための模式図である。 図３に示した積層構造体の一例を表す断面模式図である。 図３に示した光学補償板の形成方法を説明するための流れ図である。 図３に示した光学補償板の形成方法の一工程を表す断面模式図である。 図７Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図７Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図７Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図７Ｄに続く工程を表す断面模式図である。 図７Ｅに続く工程を表す断面模式図である。 比較例１に係る光学補償板の構成を表す断面模式図である。 図８Ａに示した光学補償板の作用を説明するための模式図である。 図３に示した光学補償板の構成を表す断面模式図である。 図９Ａに示した光学補償板の作用を説明するための模式図である。 本開示の第２の実施形態に係る液晶表示装置の構成例を表す模式図である。 図１０に示した光学補償層を説明するための要部の断面模式図である。 図１１に示した光学補償層の形成方法を説明するための流れ図である。 図１１に示した光学補償層を形成する際の一工程を表す断面模式図である。 図１３Ａに続く工程を表す断面模式図である。 図１３Ｂに続く工程を表す断面模式図である。 図１３Ｃに続く工程を表す断面模式図である。 図１３Ｄに続く工程を表す断面模式図である。 図１３Ｅに続く工程を表す断面模式図である。 図１３Ｆに続く工程を表す断面模式図である。 図１３Ｇに続く工程を表す断面模式図である。 図１３Ｈに続く工程を表す断面模式図である。 比較例２に係る液晶パネルの構成を表す断面模式図である。 実施例１に係る光学補償板の要部構成例を表す図である。 図１５に示した光学補償板の各設計値を示した表である。 配列周期に対する回折光の割合を表す特性図である。 配列周期に対する光利用効率の損失分を表す特性図である。 実施例２に係る光学補償層の要部構成例を表す図である。 図１８に示した光学補償層の各設計値を示した表である。 変形例１－１に係る光学補償板の構成を説明するための模式図である。 変形例１－２に係る光学補償板の構成を説明するための模式図である。 変形例１－３に係る光学補償板の構成を説明するための模式図である。 変形例１－４に係る光学補償板の構成を説明するための模式図である。 下地層における構造体の配置例を説明するための模式図である。 下地層における構造体の配置例を説明するための模式図である。 その他の変形例に係る光学補償板の構成を説明するための模式図である。
　以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、説明は以下の順序で行う。
　１．第１の実施の形態（液晶パネルと偏光板との間に光学補償板を設けた液晶表示装置および投射型表示装置の例）
　２．第２の実施の形態（液晶パネル内に光学補償層を設けた液晶表示装置の例）
　３．変形例１－１～１－４（下地層の構造体形状の他の例）
＜第１の実施形態＞
［構成］
　図１は、本開示の第１の実施の形態に係る投射型表示装置（投射型表示装置１）の全体構成例を表したものである。この投射型表示装置１は、例えば透過型３板方式の液晶プロジェクタ装置であり、光源１１と、照明光学系２０と、液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂと、色合成プリズム４０と、投射レンズユニット４１とを備える。
　光源１１は、フルカラー画像を投射するために必要とされる、光の３原色である赤色、緑色及び青色の光を含む白色光を出射するように構成されている。光源１１は、例えば、白色光を発する発光体１１ａと、発光体１１ａから発せられた光を反射するリフレクタ１１ｂとを有している。光源１１の発光体１１ａとしては、水銀成分を含むガスが封入された放電ランプ、例えば、超高圧水銀ランプ等が用いられる。光源１１のリフレクタ１１ｂは、凹面鏡となっており、その鏡面が周効率のよい形状とされている。また、リフレクタ１１ｂは、例えば、回転方物面や回転楕円面のような回転対称面の形状とされている。
　照明光学系２０は、光源１１から出射された光の光路順に、例えば、可視領域外の光をカットするカットフィルタ１２と、第１のマルチレンズアレイ１４および第２のマルチレンズアレイ１５と、第２のマルチレンズアレイ１５からの光を所定の偏光方向に偏光させるためのＰＳ合成樹脂１６と、ＰＳ合成樹脂１６を通過した光を集光するコンデンサレンズ１７と、光を波長帯域に応じて分離する第１のダイクロイックミラー２０とを備える。
　カットフィルタ１２は、光源１１から出射された白色光に含まれる紫外領域の光を反射することで除去する平面ミラーである。カットフィルタ１２は、例えば、ガラス基材上に紫外領域の光を反射するコートを施したものであり、紫外領域以外の光を透過する。
　第１のマルチレンズアレイ１４および第２のマルチレンズアレイ１５は、例えば、液晶表示素子２５の有効画素領域のアスペクト比にほぼ等しい相似形をした外形を有する複数のレンズセルがアレイ状に配置されたものである。これらの第１のマルチレンズアレイ１４と第２のマルチレンズアレイ１５との間には、光を反射する第１の折り返しミラー１３が配置されている。第１のマルチレンズアレイ１４および第２のマルチレンズアレイ１５は、後述する液晶表示素子３２の有効画素領域を均一に照明するために、光を液晶表示素子３２の有効面積の形状の光束とし、照度分布を均一化するものである。第１のフライアイレンズ１４が、第１の折り返しミラー１３により反射された光を各レンズセルにより集光して小さな点光源を作り出し、第２のマルチレンズアレイ１５が、各点光源からの照明光を合成する。
　コンデンサレンズ１７は、凸レンズであり、ＰＳ合成樹脂１６により所定の偏光方向に制御された光を液晶表示素子３２の有効画素領域に効率よく照射されるようにスポット径を調整する。
　第１のダイクロイックミラー２０は、ガラス基板等の主面上に、誘電体膜を多層形成した、いわゆるダイクロイックコートが施された波長選択性のミラーである。第１のダイクロイックミラー２０は、反射させる赤色光と、透過させるその他の色光、すなわち緑色光及び青色光とに分離する。具体的には、第１のダイクロイックミラー２０は、コンデンサレンズ１７から入射する光のうち青色光および緑色光を透過させ、赤色光を反射して９０°向きを変化させるように、コンデンサレンズ１７から入射する光の光路に対して垂直方向に４５°傾けて配設されている。
　照明光学系２０は、また、第１のダイクロイックミラー２０によって分離された赤色光の光路順に、例えば、光を全反射する第２の折り返しミラー２２と、第１のフィールドレンズ２３Ｒと、液晶表示装置３０Ｒとを備える。
　第２の折り返しミラー２２は、第１のダイクロイックミラー２０を反射した光を反射して９０°向きを変えさせる全反射ミラーであり、かかる反射された赤色光の光路に対して垂直方向に４５°傾けて配設されている。これにより、第２の折り返しミラー２２は、この赤色光を、第１のフィールドレンズ２３Ｒに向けて反射する。第１のフィールドレンズ２３Ｒは、集光レンズであり、第２の折り返しミラー２２により反射された赤色光を液晶表示装置３０Ｒに向けて出力すると共に、液晶表示装置３０Ｒ内の液晶表示素子３２に集光する。液晶表示装置３０Ｒの構成については後述する。
　照明光学系２０は、更に、第１のダイクロイックミラー２０によって分離された青色光および緑色光の光路に沿って、例えば、入射光を波長帯域に応じて分離する第２のダイクロイックミラー２１を備える。
　第２のダイクロイックミラー２１は、入射した光を青色光と、その他の色光、すなわち緑色光とに分離する。第２のダイクロイックミラー２１は、第１のダイクロイックミラー２０から入射する光のうちの青色光を透過させる一方で、緑色光を反射して９０°向きを変化させるように、第１のダイクロイックミラー２０から入射する光の光路に対して垂直方向に４５°傾けて配設されている。
　照明光学系２０は、また、第２のダイクロイックミラー２１によって分離された緑色光の光路順に、例えば、第２のフィールドレンズ２３Ｇと、液晶表示装置３０Ｇとを備える。
　第２のフィールドレンズ２３Ｇは、集光レンズであり、第２のダイクロイックミラー２１により反射された緑色光を液晶表示装置３０Ｇに向けて出力すると共に、液晶表示装置３０Ｇ内の液晶表示素子３２に集光する。液晶表示装置３０Ｇの構成については後述する。
　照明光学系２０は、更に、第２のダイクロイックミラー２１によって分離された青色光の光路順に、例えば、第１のリレーレンズ２３と、入射光を全反射する第３の折り返しミラー２４と、第２のリレーレンズ２５と、入射光を全反射する第４の折り返しミラー２６と、第３のフィールドレンズ２３Ｂと、液晶表示装置３０Ｂとを備える。
　第１のリレーレンズ２３は、第２のリレーレンズ２５と共に光路長を調整するためのレンズであり、第２のダイクロイックミラー２１によって分離された青色光を、第３の折り返しミラー３４へ導く。第３の折り返しミラー２４は、第１のリレーレンズ２３からの光を反射して９０°向きを変えさせる全反射ミラーであり、第１のリレーレンズ２３からの青色光の光路に対して垂直方向に４５°傾けて配設されている。これにより、第３の折り返しミラー３４は、第１のリレーレンズ２３からの青色光を、第２のリレーレンズ２５に向けて反射する。第２のリレーレンズ２５は、第１のリレーレンズ２３と共に光路長を調整するためのレンズであり、第３の折り返しミラー２４によって反射された青色光を、第４の折り返しミラー３６へ導く。
　尚、第１のリレーレンズ２３および第２のリレーレンズ２５は、青色光の液晶表示装置３０Ｂまでの光路が、赤色光の液晶表示装置３０Ｒまでの光路や緑色光の液晶表示装置３０Ｇまで光路と比して長いため、液晶表示装置３０Ｂ内の液晶表示素子３２に青色光の焦点が合うように補正するようになっている。
　第４の折り返しミラー２６は、第２のリレーレンズ２５からの光を反射して９０°向きを変えさせる全反射ミラーであり、第２のリレーレンズ２５からの青色光の光路に対して垂直方向に４５°傾けて配設されている。これにより、第４の折り返しミラー２６は、第２のリレーレンズ２５からの青色光を、第３のフィールドレンズ２３Ｂに向けて反射する。第３のフィールドレンズ２３Ｂは、集光レンズであり、第４の折り返しミラー２６により反射された青色光を液晶表示装置３０Ｂに向けて出力すると共に、液晶表示装置３０Ｂ内の液晶表示素子３２に集光する。液晶表示装置３０Ｂの構成については後述する。
　色合成プリズム４０は、液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのそれぞれを出射した赤色光、緑色光および青色光の光路が交わる位置に配置されている。色合成プリズム４０は、入射した赤色光、緑色光および青色光を合成して出射面４０Ｔから出射する。
　投射レンズユニット４１は、色合成プリズム４０の出射面４０Ｔから出射された合成光をスクリーン等の投射面上に拡大して投射する。
（液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの構成）
　液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、照明光学系２０からの照明光を変調して出射する光変調装置（空間変調装置）である。これらの液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを出射した各色光（赤色光，緑色光，青色光）は、色合成プリズム４０へ向けて出射される。液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂはそれぞれ、例えばＨＴＰＳ（High Temperature Poly-Silicon）等の透過型液晶表示装置である。但し、特に図示はしないが、液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂはそれぞれ、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）等の反射型液晶表示装置であってもよい。
　図２は、液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂの構成例を模式的に表したものである。液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂは、一対の偏光板（第１偏光板３１，第２偏光板３４）間に、液晶表示素子３２を備えたものである。液晶表示装置３０Ｒは、例えば入射する赤色光（波長６００ｎｍ以上７００ｎｍ以下）を変調して赤色の映像光を生成するものである。液晶表示装置３０Ｇは、例えば入射する緑色光（波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下）を変調して緑色の映像光を生成するものである。液晶表示装置３０Ｂは、例えば入射する青色光（波長４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下）を変調して青色の映像光を生成するものである。
　本実施の形態では、これらの液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのそれぞれにおいて、第１偏光板３１および第２偏光板３４のうちの少なくとも一方の偏光板と、液晶表示素子３２との間に、光学補償板３３が設けられている。液晶表示素子３２は、一対の基板３２Ａ，３２Ｂにより封止されている。ここでは、一例として、光学補償板３３は、第２偏光板３４と、液晶表示素子３２を封止する一対の基板のうちの一方の基板（光出射側の基板３２Ｂ）との間に設けられている。液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂでは、第１偏光板３１および第２偏光板３４は、基板３２Ａ，３２Ｂに貼り合わせられていてもよいが、基板３２Ａ，３２Ｂとは別々の部材として配置されていることが望ましい。これは、一般に、液晶プロジェクタでは、偏光板が光を吸収することにより発熱して高温になり易いことから、この熱が液晶表示素子３２へ伝わることを抑制するためである。一方、光学補償板３３は、光をほとんど吸収しないことから、基板３２Ｂに貼り合わせられていてもよいし、互いに別々の部材として配置されていてもよい。尚、本実施の形態の「光学補償板３３」が本開示における「光学補償素子」の一具体例に相当する。
　第１偏光板３１および第２偏光板３４は、例えば一方の偏光板が第１の偏光成分（ｓ偏光成分またはｐ偏光成分）を選択的に透過し、他方の偏光板が第２の偏光成分（ｐ偏光成分またはｓ偏光成分）を選択的に透過するものである。
　液晶表示素子３２は、一対の電極間に液晶層を含んで構成されると共に、それらの一対の電極を通じて液晶層に駆動電圧が印加されることにより光透過率を変調するものである。この液晶表示素子３２の液晶層には、例えば垂直配向型（ＶＡ（Vertical Alignment）モード）の液晶が用いられる。ＶＡモードの液晶層では、印加電圧に対する応答特性を高めるために、液晶分子にいわゆるプレチルトが付与されている。尚、液晶層には、用途に応じて、他の駆動モード、例えばＴＮ（Twisted Nematic）モード、ＥＣＢ（Electrically controlled birefringence）モード、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードあるいはＩＰＳ（In Plane Switching）モード等の液晶が用いられても構わない。
　光学補償板３３は、上記のような液晶表示素子３２の残留リタデーションを補償する光学素子である。例えば、液晶表示素子３２の液晶層では、液晶分子のプレチルトあるいは界面配向状態等に依存して、位相差（残留リタデーション）を生じて透過率が変化してしまう。特に、ＶＡモードの液晶では、黒表示時の残留リタデーションにより光が僅かに透過してしまい、コントラストの低下を招く。光学補償板３３のリタデーションは、そのような残留リタデーションを打ち消すような値に設定される。
　図３は、光学補償板３３の構成例を表したものである。光学補償板３３は、例えば基板３３１上に、積層構造体３３２を備えたものである。基板３３１は、例えばホウ珪酸ガラス等のガラスにより構成されている。この光学補償板３３の光軸Ｚｃは、後述する積層構造体３３２の構成に基づいて、基板３３１の垂線方向（基板面に垂直な方向）から傾いて設定されている。一例としては、液晶表示素子３２がＶＡモードの液晶を用いている場合には、光学補償板３３の光軸Ｚｃの方向（傾斜方向）は、液晶表示素子３２の液晶分子のプレチルト方向（長軸方向）に沿って設定される。尚、光学補償板３３の光軸Ｚｃは、図４Ａおよび図４Ｂに示したように、屈折率楕円体のＮｚ軸と定義される。この光学補償板３３は、いわゆるネガティブＣ－ｐｌａｔｅとして機能するものであり、即ち屈折率楕円体において、Ｎｘ＝Ｎｙ＞Ｎｚの関係が成り立つ。
　図５は、積層構造体３３２の詳細構成例を表したものである。このように積層構造体３３２は、例えば下地層３３２Ａと、積層膜３３２Ｂとを有する。積層膜３３２Ｂは、下地層３３２Ａの上に形成されている。
　下地層３３２Ａは、２次元配置された複数の構造体３３２Ａ１を有している。複数の構造体３３２Ａ１のそれぞれは、互いに傾斜角（傾斜角ｅ１１，ｅ１２）の異なる第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含む。この例では、第１面Ｓ１の傾斜角ｅ１１が第２面Ｓ２の傾斜角ｅ１２よりも小さくなっている（ｅ１１＜ｅ１２）。これらの複数の構造体３３２Ａ１はそれぞれ、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含む多面体または曲面を有する。図５の例では、各構造体３３２Ａ１が多面体を有しており、下地層３３２Ａの断面形状は、例えば鋸歯状を有する。この下地層３３２Ａの構成材料は、無機絶縁材料、例えば、後述の屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２の各構成材料のうち基板３３１と密着性が高い材料を含んで構成されている。
　複数の構造体３３２Ａ１の配列周期（ピッチ）Ａは、可視光の波長よりも小さく設定されている。具体的には、液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂへの入射波長のいずれの波長よりも小さく設定されている。配列周期Ａの一例としては、最も短波長となる液晶表示装置３０Ｂの入射波長（例えば４３０ｎｍ）未満である。但し、配列周期Ａは、望ましくは３８０ｎｍ以下であり、より望ましくは３００ｎｍ以下であり、更に望ましくは２５０ｎｍ以下である。詳細は後述するが、配列周期Ａが小さくなるほど、光学補償板３３における回折の影響を抑制して光損失を低減できるためである。
　積層膜３３２Ｂは、例えばネガティブＣ－ｐｌａｔｅとして機能するものであり、交互に繰り返し積層された複数の屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２（第１の屈折率膜，第２の屈折率膜）を含んで構成されている。これらの屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２の各膜厚は、例えば１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であり、屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２のそれぞれの層数は例えば１０以上２００以下である。これらの屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２は、例えば無機絶縁材料を含んで構成されている。無機絶縁材料としては、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯx）、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、シリコン酸窒化物（ＳｉＯＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化タンタル（Ｔａ2Ｏ5）および酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）等が挙げられる。
　この積層膜３３２Ｂでは、構造体３３２Ａ１の第１面Ｓ１に対向する領域Ｄ１における膜厚ｔ１と、第２面Ｓ２に対向する領域Ｄ２における膜厚ｔ２とが互いに異なっている。具体的には、領域Ｄ１における膜厚ｔ１が、領域Ｄ２における膜厚ｔ２よりも大きくなっている。膜厚ｔ１、ｔ２は、各領域Ｄ１，Ｄ２において、積層された複数の屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２のトータルの膜厚に相当する。積層膜３３２Ｂにおける屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２の個々の膜厚は、上記のように互いに同一であってもよいが、異なっていてもよい。但し、屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２の各膜厚の比率が１：１であることが望ましい。屈折率楕円体における屈折率Ｎｚを小さくすることができ、以下に示すように、リタデーション値を効率的に出すことができるためである。
　即ち、屈折率膜３３２ｂ１の屈折率をｎ1、１層あたりの膜厚をｔ11とし、屈折率膜３３２ｂ２の屈折率をｎ2、１層あたりの膜厚をｔ12とすると、屈折率楕円体のＮｘ，Ｎｙ，Ｎｚは、以下の式（１），（２）のように表される。これにより、厚み方向におけるリタデーション値Ｒｔｈは、式（３）のように表すことができる。これらの式（１）～（３）では、屈折率膜３３２ｂ１の膜厚と、屈折率膜３３２ｂ２の膜厚とが１：１のとき、ＮｘとＮｚの差が最大となり、Ｒｔｈの値も最大となる。
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［光学補償板３３の製造方法］
　図６は、上記のような光学補償板３３の製造方法の流れを表したものである。図７Ａ～図７Ｆは、光学補償板３３の製造方法を工程順に表した断面模式図である。
　まず、例えばホウ珪酸ガラスよりなる基板３３１を用意する（ステップＳ１１，図７Ａ）。続いて、この基板３３１の上に、例えばＳｉＯよりなる下地層３３２Ａを、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等により成膜する（ステップＳ１２，図７Ｂ）。
続いて、下地層３３２Ａの上に、フォトレジスト膜１５０を成膜する（ステップＳ１３，図７Ｃ）。この後、フォトレジスト膜１５０を、例えばハーフトーンマスクを用いて露光する（ステップＳ１４，図７Ｄ）。続いて、異方性エッチングを行い（ステップＳ１５）、フォトレジスト膜１５０を除去する。これにより、図７Ｅに示したように、下地層３３２Ａに、それぞれが第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含む複数の構造体３３２Ａ１を形成することができる。
　この後、下地層３３２Ａの上に、積層膜３３２Ｂを形成する（ステップＳ１６，図７Ｆ）。具体的には、例えばＳｉＯからなる屈折率膜３３２ｂ１と、例えばＳｉＮからなる屈折率膜３３２ｂ２とを、交互に複数層にわたって、それぞれ例えばＣＶＤ法およびスパッタ法等により順次成膜する。これにより、ネガティブＣ－ｐｌａｔｅとしての積層膜３３２Ｂを形成することができる。また、下地層３３２Ａの上に、屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２を順次成膜することで、各屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２は、下地層３３２Ａの構造体３３２Ａ１の形状に沿って堆積される。換言すると、各屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２は、構造体３３２Ａ１の第１面Ｓ１および第２面Ｓ２のそれぞれの傾斜角に対応する傾斜面を保ちつつ、堆積される。また、積層膜３３２Ｂの厚みは、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２の各傾斜角に応じて、第１面Ｓ１に対向する領域と、第２面Ｓ２に対向する領域とにおいて異なるものとなる。以上のようにして、光学補償板３３を製造することができる。
［作用、効果］
　この投射型表示装置１では、光源１１から出射された光（例えば白色光）が、照明光学系２０に入射すると、照明光に成形されつつ、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色光の光路が分離され、液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのそれぞれに導かれる。例えば、第１のダイクロイックミラー２０では、赤色光が反射されると共に、緑色光および青色光が透過され、第２のダイクロイックミラー２１では、緑色光が反射されると共に、青色光が透過されることにより、各色光が分離される。これにより、赤色光は、第１のダイクロイックミラー２０、第２の折り返しミラー２２および第１のフィールドレンズ２３Ｒを介して液晶表示装置３０Ｒへ入射する。緑色光は、第１のダイクロイックミラー２０を透過して、第２のダイクロイックミラー２１によって反射された後、第２のフィールドレンズ２３Ｇを通過して液晶表示装置３０Ｇへ入射する。青色光は、第１のダイクロイックミラー２０および第２のダイクロイックミラー２１を透過した後、第１のリレーレンズ２３、第３の折り返しミラー２４、第２のリレーレンズ２５、第４の折り返しミラー２６、第３のフィールドレンズ２３Ｂを介して、液晶表示装置３０Ｂへ入射する。
　液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂではそれぞれ、各色の映像信号に基づいて入射光が変調され（画像が生成され）、この色毎の変調光が色合成プリズム４０へ向けて出射される。色合成プリズム４０において、各色の変調光が合成され、この合成後の光が投射レンズユニット４１へ入射する。投射レンズユニット４１に入射した光（映像）が、例えばスクリーン等の投射面上に、例えば拡大表示される。
　このような液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂを用いた投射型表示装置１では、液晶表示素子３２の液晶層において、液晶分子のプレチルトあるいは界面配向状態等に依存して、位相差（残留リタデーション）を生じて透過率が変化してしまう。特に、ＶＡモードの液晶では、液晶分子のプレチルトに起因して、黒表示時の残留リタデーションにより光が僅かに透過する。これは、コントラストの低下を招く。
　そこで、この液晶層の残留リタデーションを補償する様々な光学補償板が提案されている。図８Ａに、本実施の形態の比較例（比較例１）に係る光学補償板１００の構成を示す。光学補償板１００は、本実施の形態と同様、誘電体多層膜を有すると共に、ネガティブＣ－ｐｌａｔｅとして機能するものである。この光学補償板１００は、基板１０１の上に、積層膜１０２を有している。積層膜１０２は、複数の屈折率膜１０２ａ，１０２ｂが交互に繰り返し積層されたものである。このように、比較例１の光学補償板１００では、平坦な基板１０１の上に、積層膜１０２が形成されたものであり、その光軸Ｚｃは、基板１０１の垂線方向（基板１０１の面内方向に垂直な方向）に沿っている。図８Ｂに示したように、この光学補償板１００の光軸Ｚｃを、液晶層１０３に対して傾けて配置することで、液晶層１０３の残留リタデーションを補償することができる。具体的には、光学補償板１００の光軸Ｚｃが、液晶分子１０３ａの長軸方向Ｚｐと略平行な方向（液晶分子１０３ａのプレチルト角に応じた方向）に沿って配置されるように、光学補償板１００が物理的に傾けられて設置される。ところが、この比較例１の光学補償板１００では、光学補償板１００を傾けるための機構あるいはスペースを要する。
　また、この他にも、プリズム形状を用いた光学補償板（例えば上記特許文献４）もある。プリズム形状を用いることで、比較例１のように光学補償板自体を傾けることなく、光軸Ｚｃだけを傾けることが可能である。
　しかしながら、光学補償板にプリズム形状を用いた場合、プリズム形状に起因する光損失（回折または散乱）が生じ、透過率の低下およびコントラストの低下につながる。
　これに対し、本実施の形態では、図９Ａに示したように、光学補償板３３が、複数の構造体３３２Ａ１を含む下地層３３２Ａを有する。各構造体３３２Ａ１は、互いに傾斜角の異なる第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含んでいる。光学補償板３３では、この下地層３３２Ａの上に、交互に繰り返し積層された複数の屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２を含む積層膜３３２Ｂが形成されている。
　これにより、図９Ｂに示したように、光学的には、光学補償板３３が、光軸Ｚｃが傾いたネガティブＣ－ｐｌａｔｅとして機能する。光学補償板３３の光軸Ｚｃは、液晶分子３２ａの長軸方向Ｚｐと略平行な方向（液晶分子１０３ａのプレチルト角に応じた方向）に沿って配置される。このような光学補償板３３が用いられることで、液晶表示素子３２の残留リタデーションを補償することができる。また、積層膜３３２Ｂの下地層３３２Ａにおける複数の構造体３３２Ａ１の配列周期Ａが可視光の波長よりも小さいことにより、光学補償板３３での回折の影響が抑制され、光損失が低減される。
　また、本実施の形態では、積層膜３３２Ｂを構成する屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２が無機絶縁材料を含むことにより、例えば液晶ポリマー等の有機材料から構成される場合（上記特許文献１）に比べ、熱および光による材料劣化が生じにくい。このため、長時間使用後も、部品替え等が不要な（メンテナンスフリーの）液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂおよび投射型表示装置１を実現できる。
　更に、本実施の形態では、図９Ｂに示したように、光学補償板３３自体を物理的に傾けることなく、光軸Ｚｃを傾けて配置することができるので、比較例１に比べ、省スペース化および構成の簡易化を実現できる。また、これにより低コスト化を実現可能となる。
　以上のように本実施の形態では、液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのそれぞれにおいて、光学補償板３３が、複数の構造体３３２Ａ１を含む下地層３３２Ａを有し、各構造体３３２Ａ１は、互いに傾斜角（ｅ１１，ｅ１２）の異なる第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含む。光学補償板３３において、下地層３３２Ａの上に、複数の屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２を含む積層膜３３２Ｂが形成されることで、光軸Ｚｃの傾いたネガティブＣ－ｐｌａｔｅの機能を実現して、液晶表示素子３２における残留リタデーションを補償することができる。また、下地層３３２Ａの複数の構造体３３２Ａ１の配列周期Ａが可視光の波長よりも小さいことにより、光学補償板３３での回折の影響による光損失を低減することができる。よって、高輝度および高コントラスト比を実現することが可能となる。
　以下、本開示の他の実施の形態および変形例について説明する。尚、上記第１の実施の形態と同様の構成要素については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
＜第２の実施形態＞
［構成］
　図１０は、本開示の第２の実施の形態に係る液晶表示装置の構成例を表したものである。この液晶表示装置は、上記第１の実施の形態の液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂのいずれかに相当するものであり、上記第１の実施の形態と同様の構成要素（光源１１、照明光学系２０、色合成プリズム４０および投射レンズユニット４１）を備えた投射型表示装置に適用可能である。
　本実施の形態の液晶表示装置は、上記第１の実施の形態の液晶表示装置３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂと同様、照明光学系２０から出射される光を変調して出射する光変調装置（空間変調装置）である。また、一対の偏光板（第１偏光板３１，第２偏光板３４）間に、液晶表示素子（液晶表示素子３５）を備えている。
　但し、本実施の形態では、上記第１の実施の形態と異なり、液晶表示素子３５の残留リタデーションを補償する光学補償素子（光学補償層３６）が、液晶表示素子３５と、液晶表示素子３５を封止する一対の基板（駆動基板３５１，対向基板３５６）とのうちの少なくとも一方の基板との間に設けられている。
　図１１は、光学補償層３６を説明するための要部構成例を表したものである。尚、図１１では、液晶表示素子３５における３つの画素Ｐに相当する領域のみを示している。液晶表示素子３５は、ＴＦＴ３５２等を含む駆動基板３５１と対向基板３５６との間に封止されると共に、一対の電極（画素電極３５４ａ，対向電極３５４ｂ）間に、液晶層３５５を含んで構成されている。本実施の形態では、光学補償層３６が、駆動基板３５１および対向基板３５６のうちの一方の基板と、画素電極３５４ａおよび対向電極３５４ｂのうちの一方の電極との間に設けられている。この例では、光学補償層３６が、対向基板３５６と対向電極３５４ｂとの間に設けられている。対向基板３５６上には、レンズ３５７が画素Ｐ毎に設けられている。尚、本実施の形態の「光学補償層３６」が本開示における「光学補償素子」の一具体例に相当する。
　駆動基板３５１は、ＴＦＴ３５２と共に、例えば、図示しない信号線および走査線等の配線および保持容量等を含む画素回路を含んで構成されている。
　液晶表示素子３５３は、画素電極３５４ａおよび対向電極３５４ｂを通じて液晶層３５５へ駆動電圧が印加されることにより、光透過率が変調されるものである。液晶層３５５には、上記第１の実施の形態の液晶表示素子３２の液晶層と同様、例えばＶＡモードの液晶が用いられる。また、この他にも、例えばＴＮモード、ＥＣＢモード、ＦＦＳモードあるいはＩＰＳモード等の液晶が用いられても構わない。尚、画素電極３５４ａおよび対向電極３５４ｂのそれぞれと液晶層３５５との間には、図示しない配向膜が形成されている。
　光学補償層３６は、上記第１の実施の形態の光学補償板３３と同様、液晶層３５５における残留リタデーションを補償する光学素子である。上述したように、液晶層３５５では、液晶分子のプレチルト等に依存して、位相差（残留リタデーション）を生じて透過率が変化する。特に、ＶＡモードの液晶では、黒表示時の残留リタデーションにより、コントラストの低下が生じる。光学補償層３６のリタデーションは、この液晶層３５５の残留リタデーションを打ち消すような値に設定される。
　この光学補償層３６は、上記第１の実施の形態の光学補償板３３と同様、ネガティブＣ－ｐｌａｔｅとしての機能を有するものであり、例えば対向基板３５６の側から順に、下地層３３２Ａと、積層膜３３２Ｂとを有する。積層膜３３２Ｂは、下地層３３２Ａの上に形成されるものである。その光軸Ｚｃは、基板面に垂直な方向から傾いて設定されている。一例としては、液晶層３５５がＶＡモードの液晶を含む場合には、光学補償層３６の光軸Ｚｃは、液晶層３５５の液晶分子のプレチルト方向（長軸方向）に沿って設定される。
　下地層３３２Ａは、上記第１の実施の形態と同様、複数の構造体３３２Ａ１を有している。複数の構造体３３２Ａ１のそれぞれは、互いに傾斜角（傾斜角ｅ１１，ｅ１２）の異なる第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含む。また、各構造体３３２Ａ１の配列周期Ａは、可視光の波長よりも小さく設定されている。配列周期Ａの一例としては、最も短波長となる液晶表示装置３０Ｂの入射波長（例えば４３０ｎｍ）未満である。また望ましくは３８０ｎｍ以下であり、より望ましくは３００ｎｍ以下であり、更に望ましくは２５０ｎｍ以下である。尚、図１１には、１つの画素Ｐに計１０個の構造体３３２Ａ１を示しているが、構造体３３２Ａ１の個数は、これに限定されるものではない。画素Ｐの幅（ピッチ）が、例えば３μｍ以上３０μｍ以下である場合には、配列周期Ａに応じて、例えば１０個以上１００個以下の構造体３３２Ａ１を配置することができる。換言すると、配列周期Ａは、画素ピッチに比べ、十分に小さく設定することができる。これは、上記第１の実施の形態においても同様である。
　積層膜３３２Ｂは、例えばネガティブＣ－ｐｌａｔｅとして機能するものであり、交互に繰り返し積層された複数の屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２を含んで構成されている。これらの屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２は、上述したシリコン酸化物等の無機絶縁材料を含んで構成されている。また、積層膜３３２Ｂの膜厚は、構造体３３２Ａ１の第１面Ｓ１に対向する領域と、第２面Ｓ２に対向する領域とにおいて互いに異なっている。
　但し、本実施の形態の光学補償層３６は、積層膜３３２Ｂの対向電極３５４ｂ側の面に平坦化層３３２Ｃを有する。平坦化層３３２Ｃは、例えば、屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２と同等の無機絶縁材料を含んで構成され、例えば屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２の各膜厚よりも大きな膜厚を有している。この平坦化層３３２Ｃの積層膜３３２Ｂ側の面は、構造体３３２Ａ１の形状に応じた凹凸形状を有し、対向電極３５４ｂの側の面は平坦となっている。
　対向基板３５６は、例えばガラス等の光透過性を有する無機絶縁材料から構成されている。レンズ３５７は、例えば、画素開口部に集光することにより、駆動基板３５１に配置された配線および画素回路における光損失を抑制して光利用効率を向上させるために設けられている。
　図１２は、上記のような光学補償層３６の形成方法の流れを表したものである。図１３Ａ～図１３Ｉは、光学補償層３６の形成工程を工程順に表した断面模式図である。
　まず、光学補償層３６を形成するための基材として、対向基板３５６を用意する（ステップＳ２１，図１３Ａ）。続いて、この対向基板３５６の上に、例えばＳｉＯよりなる下地層３３２Ａを、例えばＣＶＤ法等により成膜する（ステップＳ２２，図１３Ｂ）。続いて、下地層３３２Ａの上に、フォトレジスト膜１５０を成膜する（ステップＳ２３，図１３Ｃ）。この後、フォトレジスト膜１５０を、例えばハーフトーンマスクを用いて露光する（ステップＳ２４，図１３Ｄ）。続いて、異方性エッチングを行い（ステップＳ２５）、フォトレジスト膜１５０を除去する。これにより、図１３Ｅに示したように、下地層３３２Ａに、それぞれが第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含む複数の構造体３３２Ａ１を形成することができる。
　この後、下地層３３２Ａの上に、積層膜３３２Ｂを形成する（ステップＳ２６，図１３Ｆ）。具体的には、上記第１の実施の形態と同様にして、例えばＳｉＯからなる屈折率膜３３２ｂ１と、例えばＳｉＮからなる屈折率膜３３２ｂ２とを、交互に複数層にわたって、それぞれ例えばＣＶＤ法およびスパッタ法等により順次成膜する。これにより、ネガティブＣ－ｐｌａｔｅとしての積層膜３３２Ｂを形成することができる。
　続いて、積層膜３３２Ｂの上に、平坦化層３３２Ｃを成膜する（ステップＳ２７，図１３Ｇ）。具体的には、例えばＳｉＯからなる平坦化層３３２Ｃを、例えばＣＶＤ法により、例えば積層膜３３２Ｂよりも大きな厚みで成膜する。この後、成膜した平坦化層３３２Ｃの表面を、例えばＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により研磨し、平坦化する（ステップＳ２８，図１３Ｈ）。このようにして、対向基板３５６の上に、光学補償層３６を形成することができる。
　この光学補償層３６の平坦化層３３２Ｃの上に、例えばＩＴＯ（酸化インジウム錫）等からなる対向電極３５４ｂを、例えばスパッタ法等により成膜する（ステップＳ２９，図１３Ｉ）。以上のように、対向基板３５６上に、光学補償層３６および対向電極３５４ｂをこの順に形成することができる。
［作用、効果］
　本実施の形態の液晶表示装置においても、上記第１の実施の形態で述べたように、液晶表示素子３５の液晶層３５５では、液晶分子のプレチルト等に依存して、位相差（残留リタデーション）を生じる。特に、ＶＡモードの液晶では、黒表示時の残留リタデーションにより光が僅かに透過し、コントラストの低下を招く。
　この残留リタデーションは、上述したように、ネガティブＣ－ｐｌａｔｅの光軸を傾けて配置することで、補償することができる。ここで、図１４に、本実施の形態の比較例（比較例２）に係る光学補償層１０４６を備えた液晶パネル１０４について示す。この液晶パネル１０４は、例えば、ＴＦＴ１０４２等を含む駆動基板１０４１上に、液晶表示素子１０４３、光学補償層１０４６、対向基板１０４７およびレンズ１０４８をこの順に有している。液晶表示素子１０４３は、駆動基板１０４１および対向基板１０４７の間に封止されると共に、画素電極１０４４ａおよび対向電極１０４４ｂの間に、液晶層１０４５を含んで構成されている。
　この比較例２の液晶パネル１０４では、光学補償層１０４６において、複数のプリズム形状１０４６Ａが設けられている。プリズム形状１０４６Ａは、例えば１つの画素Ｐに対して１つ配置されており、例えば傾斜する面Ｓ１００を含んで構成されている。このプリズム形状１０４６Ａを用いることで、光学補償層１０４６の光軸Ｚｃを傾けて配置することが可能である。しかしながら、光学補償層１０４６にプリズム形状１０４６Ａを用いた場合、このプリズム形状１０４６Ａに起因する光損失（回折または散乱）が生じ、この結果、透過率の低下およびコントラストの低下が生じる。
　これに対し、本実施の形態では、図１１に示したように、液晶表示素子３５の対向電極３５４ｂと対向基板３５６との間に設けられた光学補償層３６が、複数の構造体３３２Ａ１を含む下地層３３２Ａを有する。各構造体３３２Ａ１は、互いに傾斜角の異なる第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含んでいる。光学補償層３６では、この下地層３３２Ａの上に、交互に繰り返し積層された複数の屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２を含む積層膜３３２Ｂが形成されている。これにより、上記第１の実施の形態と同様、光学的には、光学補償層３６が、光軸Ｚｃが傾いたネガティブＣ－ｐｌａｔｅとして機能する。これにより、液晶層３５５の残留リタデーションを補償することができる。また、下地層３３２Ａにおける複数の構造体３３２Ａ１の配列周期Ａが可視光の波長よりも小さいことにより、光学補償層３６での回折の影響が抑制され、上記の比較例２に比べ光損失が低減される。
　以上のように本実施の形態の液晶表示装置では、光学補償層３６が、複数の構造体３３２Ａ１を含む下地層３３２Ａを有し、各構造体３３２Ａ１は、互いに傾斜角の異なる第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含む。光学補償層３６において、下地層３３２Ａの上に、複数の屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２を含む積層膜３３２Ｂが形成されることで、光軸Ｚｃの傾いたネガティブＣ－ｐｌａｔｅの機能を実現して、液晶表示素子３５における残留リタデーションを補償することができる。また、下地層３３２Ａの複数の構造体３３２Ａ１の配列周期Ａが可視光の波長よりも小さいことにより、光学補償層３６での回折の影響による光損失を低減することができる。よって、上記第１の実施の形態と同様、高輝度および高コントラスト比を実現することが可能となる。
＜実施例＞
　次に、上記第１の実施の形態の光学補償板３３、および上記第２の実施の形態の光学補償層３６のそれぞれの実施例（実施例１，２）について示す。
（実施例１）
　図１５は、上記第１の実施の形態の光学補償板３３の要部構成例を表したものである。図１６には、図１５に示した光学補償板３３の各設計値の一例について示す。図１５に示したように、構造体３３２Ａ１の配列周期をＡ、高さをＢ、第１面Ｓ１の傾斜角をｅ１１、第２面Ｓ２の傾斜角をｅ１２、第１面Ｓ１に対向する底辺の長さをＣ１、第２面Ｓ２に対向する底辺の長さをＣ２とする。また、積層膜３３２Ｂの領域Ｄ１における膜厚をｔ１、領域Ｄ２における膜厚をｔ２、基板面に垂直な方向における膜厚をｔとする。これらの各値は、例えば図１６に示したように、設定することができる。即ち、配列周期Ａが３００ｎｍ、構造体３３２Ａ１の高さＢが１５０ｎｍ、底辺の長さＣ１が２５０ｎｍ，Ｃ２が５０ｎｍ、傾斜角ｅ１１が３６．９°，傾斜角ｅ１２が５６．３°、膜厚ｔが４８００ｎｍ、膜厚ｔ１が３８４０ｎｍ、膜厚ｔ２が２６６３ｎｍである。
　尚、液晶表示素子３２としては透過型の液晶表示装置（ＨＴＰＳ）を用いた。液晶層にはＶＡモードの液晶を用い、その液晶層のプレチルト角は８５°（基板面に沿った水平方向を０°とする）、複屈折率（屈折率異方性）は０．１３、厚みは２．７μｍとした。また、光学補償板３３の基板３３１の構成材料としては、ホウ珪酸ガラスを使用し、積層膜３３２Ｂにおける屈折率膜３３２ｂ１にはＳｉＯ、屈折率膜３３２ｂ２にはＳｉＮを用いた。屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２の各膜厚（基板面に垂直な方向における膜厚）は３０ｎｍとし、屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２のそれぞれの層数は８０層（トータルで１６０層）とした。この設計による厚み方向におけるリタデーションＲｔｈの値は２８０ｎｍとなった。
　図１７Ａには、光学補償板３３における構造体３３２Ａ１の配列周期Ａ（ｎｍ）と、入射光に対して回折および散乱した光の割合との関係について示す。このように可視光の波長未満の配列周期Ａでは、回折および散乱による光の損失分が減少する傾向にあり、特に３００ｎｍ以下では回折および散乱による影響が急激に減少し、２５０ｎｍ以下では略０％にまで低減することができる。図１７Ｂには、配列周期Ａ（ｎｍ）と、光利用効率の損失分との関係について示す。
（実施例２）
　図１８は、上記第２の実施の形態の光学補償層３６の要部構成例を表したものである。図１９には、図１８に示した光学補償層３６の各設計値の一例について示す。図１８に示したように、構造体３３２Ａ１の配列周期をＡ、高さをＢ、第１面Ｓ１の傾斜角をｅ１１、第２面Ｓ２の傾斜角をｅ１２、第１面Ｓ１に対向する底辺の長さをＣ１、第２面Ｓ２に対向する底辺の長さをＣ２とする。また、積層膜３３２Ｂの領域Ｄ１における膜厚をｔ１、領域Ｄ２における膜厚をｔ２、基板面に垂直な方向における膜厚をｔとする。これらの各値は、例えば図１９に示したように、設定することができる。即ち、配列周期Ａが３００ｎｍ、構造体３３２Ａ１の高さＢが１５０ｎｍ、底辺の長さＣ１が２５０ｎｍ，Ｃ２が５０ｎｍ、傾斜角ｅ１１が３１．０°，傾斜角ｅ１２が７１．６°、膜厚ｔが３６００ｎｍ、膜厚ｔ１が３０８７ｎｍ、膜厚ｔ２が１１３８ｎｍである。
　尚、液晶表示素子３５としては透過型の液晶表示装置（ＨＴＰＳ）を用いた。液晶層３５５にはＶＡモードの液晶を用い、その液晶層のプレチルト角は８５°（基板面に沿った水平方向を０°とする）、複屈折率（屈折率異方性）は０．１３、厚みは２．７μｍとした。また、対向基板上に積層膜３３２Ｂを形成し、屈折率膜３３２ｂ１にはＳｉＯ、屈折率膜３３２ｂ２にはＳｉＮを用いた。屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２の各膜厚（基板面に垂直な方向における膜厚）は３０ｎｍとし、屈折率膜３３２ｂ１，３３２ｂ２のそれぞれの層数は６０層（トータルで１２０層）とした。この設計による厚み方向におけるリタデーションＲｔｈの値は２１２ｎｍとなった。
＜変形例１－１～１－４＞
　図２０Ａは、変形例１－１に係る光学補償板を説明するための模式図である。図２０Ｂは、変形例１－２に係る光学補償板を説明するための模式図である。図２０Ｃは、変形例１－３に係る光学補償板を説明するための模式図である。図２０Ｄは、変形例１－４に係る光学補償板を説明するための模式図である。尚、ここでは、上記第１の実施の形態と同様、基板３３１上に下地層３３２Ａを有する光学補償板の構成を例に挙げて説明するが、本変形の下地層３３２Ａの構成は、上記第２の実施の形態と同様の光学補償層にも適用可能である。
　変形例１－１～１－４の各下地層３３２Ａでは、上記第１の実施の形態と同様、構造体３３２Ａ１が、互いに傾斜角（ｅ１１，ｅ１２）の異なる第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を有する。また、断面形状が概ね鋸歯形状を有している。但し、変形例１－１～１－４の下地層３３２Ａの構成は、以下の点で、上記第１の実施の形態の下地層３３２Ａと異なっている。
　変形例１－１の下地層３３２Ａでは、図２０Ａに示したように、第２面Ｓ２が基板面に対して垂直な面となっている（傾斜角ｅ１２が９０°である）。このように、傾斜角ｅ１１，ｅ１２のうちのどちらかが９０°であってもよい。
　変形例１－２の下地層３３２Ａでは、図２０Ｂに示したように、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２以外の面（第３面Ｓ３）を有している。この例では、下地層３３２Ａの断面形状が台形状となっている。このように、構造体３３２Ａ１は少なくとも第１面Ｓ１および第２面Ｓ２を含む多面体であればよく、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２以外の面を有していても構わない。
　変形例１－３の下地層３３２Ａでは、図２０Ｃに示したように、構造体３３２Ａ１が曲面を有している。構造体３３２Ａ１の断面形状は、例えば、上記第１の実施の形態の構造体３３２Ａ１の断面形状（三角形状）が丸みを帯びたような形状である。この構造体３３２Ａ１の曲面は、傾斜角ｅ１１を有する第１面Ｓ１と、傾斜角ｅ１２を有する第２面Ｓ２とを含む多面体と見做す（多面体に近似する）ことができる。例えば、構造体３３２Ａ１の頂点ｈを境にして２つの平面（第１面Ｓ１および第２面Ｓ２）を有する構造と見做すことができる。このように、構造体３３２Ａ１は、第１面Ｓ１および第２面Ｓ２に近似される曲面を有していても構わない。
　変形例１－４の下地層３３２Ａでは、図２０Ｄに示したように、複数の構造体３３２Ａ１が、離散して配置されている。即ち、構造体３３２Ａ１同士の間に、間隙Ｄ３を有している。このように、下地層３３２Ａにおいて、複数の構造体３３２Ａ１は、上記第１の実施の形態のように、敷き詰められて配置されていてもよいし、本変形例のように、離散して配置されていてもよい。
　尚、下地層３３２Ａにおいて、各構造体３３２Ａ１は、例えば図２１Ａに模式的に示したように、基板面内の一方向（Ｙ方向）に沿って延在して配置されていてもよい。あるいは、図２１Ｂに模式的に示したように、複数の構造体３３２Ａ１が、Ｘ方向およびＹ方向に沿ってマトリクス状に配置されていても構わない。
＜他の変形例＞
　また、光学補償板３３（光学補償層３６）では、例えば図２２に模式的に示したように、互いに光軸（ネガティブＣ－ｐｌａｔｅの光軸Ｚｃ）方向の異なる複数の領域（ここでは２つの領域Ｆ１，Ｆ２を示す）を有していてもよい。これらの領域Ｆ１，Ｆ２では、互いに異なる方向に傾いた光軸Ｚｃ１，Ｚｃ２を有している。例えば、液晶表示素子３２（液晶表示素子３５）の液晶層が、配向分割（マルチドメイン）技術により配向方向の異なる複数の領域を含む場合等には、この液晶層の領域毎の配向方向に応じて、光軸Ｚｃの方向（傾斜方向）を変化させることが望ましい。
　以上、実施の形態およびその変形例を挙げて説明したが、本開示は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態等で述べた、各構成要素の材料、形状およびサイズ等はあくまで一例であり、記載したものに限定される訳ではない。
　また、上記実施の形態等では、光学補償素子が１箇所（一対の偏光板のうちの一方の偏光板と液晶表示素子との間）に配置された構成を例示したが、光学補償素子は複数箇所に配置されていてもよい。例えば、光学補償素子は、液晶表示素子と、一対の偏光板のそれぞれの偏光板との間の計２箇所に配置されていてもよい。また、複数箇所に配置される場合、偏光板と基板との間に配置される光学補償素子（例えば、上記第１の実施の形態の光学補償板３３）と、基板と電極との間に配置される光学補償素子（例えば、上記第２の実施の形態の光学補償層３６）とが混在していてもよい。
　尚、本明細書中に記載された効果は一例であり、他の効果であってもよいし、更に他の効果を含んでいてもよい。
　例えば、本開示は以下のような構成を取ることができる。
（１）
　一対の偏光板と、
　前記一対の偏光板の間に設けられた液晶表示素子と、
　前記一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板と前記液晶表示素子との間に設けられた光学補償素子と
　を備え、
　前記光学補償素子は、
　それぞれが、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層と、
　前記下地層の上に形成されると共に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜と
　を有し、
　前記下地層における前記複数の構造体の配列周期は可視光の波長よりも小さい
　液晶表示装置。
（２）
　前記積層膜の膜厚は、前記第１面に対向する領域と、前記第２面に対向する領域とにおいて互いに異なっている
　上記（１）に記載の液晶表示装置。
（３）
　前記複数の構造体の配列周期は、３８０ｎｍ以下である
　上記（１）または（２）に記載の液晶表示装置。
（４）
　前記複数の構造体の配列周期は、３００ｎｍ以下である
　上記（１）ないし（３）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（５）
　前記複数の構造体の配列周期は、２５０ｎｍ以下である
　上記（１）ないし（４）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（６）
　前記液晶表示素子は、一対の基板間に封止されると共に、一対の電極間に液晶層を含んで構成され、
　前記光学補償素子は、前記一対の基板のうちの一方の基板と前記一対の偏光板のうちの一方の偏光板との間に設けられている
　上記（１）ないし（５）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（７）
　前記液晶表示素子は、一対の基板間に封止されると共に、一対の電極間に液晶層を含んで構成され、
　前記光学補償素子は、前記一対の基板のうちの一方の基板と前記一対の電極のうちの一方の電極との間に設けられている
　上記（１）ないし（６）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（８）
　前記光学補償素子は、前記積層膜と前記一対の電極の一方の電極との間に平坦化層を有する
　上記（７）に記載の液晶表示装置。
（９）
　前記液晶表示素子は、垂直配向型の液晶分子を含む液晶層を有し、
　前記光学補償素子の光軸方向は、前記液晶分子のプレチルト方向に沿って設定される
　上記（１）ないし（８）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（１０）
　前記光学補償素子は、互いに光軸方向の異なる複数の領域を含む
　上記（９）に記載の液晶表示装置。
（１１）
　前記下地層の断面形状は、鋸歯状を有する
　上記（１）ないし（１０）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（１２）
　前記複数の構造体はそれぞれ、前記第１面および前記第２面を含む多面体または曲面を有する
　上記（１）ないし（１１）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（１３）
　前記下地層が形成される基板を更に備え、
　前記下地層は、前記第１および第２の屈折率膜の各構成材料のうち前記基板と密着性が高い材料を含んで構成されている
　上記（１）ないし（１２）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（１４）
　前記第１および第２の屈折率膜の膜厚比は１：１である
　上記（１）ないし（１３）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（１５）
　前記第１および第２の屈折率膜はそれぞれ、無機絶縁材料を含んで構成されている
　上記（１）ないし（１４）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（１６）
　前記第１および第２の屈折率膜はそれぞれ、シリコン酸化物、シリコン窒化物およびシリコン酸窒化物のうちのいずれかを含んで構成されている
　上記（１５）に記載の液晶表示装置。
（１７）
　透過型液晶表示装置である
　上記（１）ないし（１６）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（１８）
　反射型液晶表示装置である
　上記（１）ないし（１６）のいずれか１つに記載の液晶表示装置。
（１９）
　一対の偏光板と、
　前記一対の偏光板の間に設けられた液晶表示素子と、
　前記一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板と前記液晶表示素子との間に設けられた光学補償素子と
　を備え、
　前記光学補償素子は、
　それぞれが、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層と、
　前記下地層の上に形成されると共に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜と
　を有し、
　前記下地層における前記複数の構造体の配列周期は可視光の波長よりも小さい
　液晶表示装置を備えた投射型表示装置。
（２０）
　それぞれが、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層と、
　前記下地層の上に形成されると共に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜と
　を備え、
　前記下地層における前記複数の構造体の配列周期は可視光の波長よりも小さい
　光学補償素子。
　本出願は、日本国特許庁において２０１６年８月３０日に出願された日本特許出願番号第２０１６－１６７８８１号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願の全ての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (20)

  1. 　一対の偏光板と、
    　前記一対の偏光板の間に設けられた液晶表示素子と、
    　前記一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板と前記液晶表示素子との間に設けられた光学補償素子と
    　を備え、
    　前記光学補償素子は、
    　それぞれが、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層と、
    　前記下地層の上に形成されると共に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜と
    　を有し、
    　前記下地層における前記複数の構造体の配列周期は可視光の波長よりも小さい
    　液晶表示装置。
  2. 　前記積層膜の膜厚は、前記第１面に対向する領域と、前記第２面に対向する領域とにおいて互いに異なっている
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  3. 　前記複数の構造体の配列周期は、３８０ｎｍ以下である
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  4. 　前記複数の構造体の配列周期は、３００ｎｍ以下である
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  5. 　前記複数の構造体の配列周期は、２５０ｎｍ以下である
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  6. 　前記液晶表示素子は、一対の基板間に封止されると共に、一対の電極間に液晶層を含んで構成され、
    　前記光学補償素子は、前記一対の基板のうちの一方の基板と前記一対の偏光板のうちの一方の偏光板との間に設けられている
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  7. 　前記液晶表示素子は、一対の基板間に封止されると共に、一対の電極間に液晶層を含んで構成され、
    　前記光学補償素子は、前記一対の基板のうちの一方の基板と前記一対の電極のうちの一方の電極との間に設けられている
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  8. 　前記光学補償素子は、前記積層膜と前記一対の電極の一方の電極との間に平坦化層を有する
    　請求項７に記載の液晶表示装置。
  9. 　前記液晶表示素子は、垂直配向型の液晶分子を含む液晶層を有し、
    　前記光学補償素子の光軸方向は、前記液晶分子のプレチルト方向に沿って設定される
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  10. 　前記光学補償素子は、互いに光軸方向の異なる複数の領域を含む
    　請求項９に記載の液晶表示装置。
  11. 　前記下地層の断面形状は、鋸歯状を有する
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  12. 　前記複数の構造体はそれぞれ、前記第１面および前記第２面を含む多面体または曲面を有する
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  13. 　前記下地層が形成される基板を更に備え、
    　前記下地層は、前記第１および第２の屈折率膜の各構成材料のうち前記基板と密着性が高い材料を含んで構成されている
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  14. 　前記第１および第２の屈折率膜の膜厚比は１：１である
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  15. 　前記第１および第２の屈折率膜はそれぞれ、無機絶縁材料を含んで構成されている
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  16. 　前記第１および第２の屈折率膜はそれぞれ、シリコン酸化物、シリコン窒化物およびシリコン酸窒化物のうちのいずれかを含んで構成されている
    　請求項１５に記載の液晶表示装置。
  17. 　透過型液晶表示装置である
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  18. 　反射型液晶表示装置である
    　請求項１に記載の液晶表示装置。
  19. 　一対の偏光板と、
    　前記一対の偏光板の間に設けられた液晶表示素子と、
    　前記一対の偏光板のうちの少なくとも一方の偏光板と前記液晶表示素子との間に設けられた光学補償素子と
    　を備え、
    　前記光学補償素子は、
    　それぞれが、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層と、
    　前記下地層の上に形成されると共に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜と
    　を有し、
    　前記下地層における前記複数の構造体の配列周期は可視光の波長よりも小さい
    　液晶表示装置を備えた投射型表示装置。
  20. 　それぞれが、互いに傾斜角の異なる第１面および第２面を含む複数の構造体を有する下地層と、
    　前記下地層の上に形成されると共に、交互に繰り返し積層された複数の第１および第２の屈折率膜を含む積層膜と
    　を備え、
    　前記下地層における前記複数の構造体の配列周期は可視光の波長よりも小さい
    　光学補償素子。
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