(57)【要約】  位相差補償素子（５６）は、Ｃプレート（８６）とＯプレート（８５）とから構成される。Ｏプレート（８５）は、無機物を斜方蒸着した２軸性の複屈折体であり、その進相軸（Ｌ６）は、Ｏプレート（８５）の表面に正射影した蒸着方向（９６）と平行である。Ｏプレート（８５）は、液晶表示素子（５１）と検光子（６８）の間に配置され、液晶分子（７５）のチルト方向（Ｌ８）と進相軸（Ｌ６）とが平行となり、かつ、蒸着方向（９６）とチルト方向（Ｌ８）とがＺ２軸に対して反対側となるように配される。Ｃプレート（８６）は、液晶表示素子（５１）と検光子（６８）の間で、Ｏプレート（８５）の上方に配置される。
2008078764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧が印加されていない状態で、液晶分子が基板面に対して略垂直に配向するＶＡＮ液晶素子と組み合わされ、前記ＶＡＮ液晶素子内の液晶層を透過する光の位相差を補償する位相差補償素子であり、
無機材料を斜方蒸着することによって形成され、前記ＶＡＮ液晶素子の表面に対して光学軸が傾斜しており、前記表面への前記無機材料の蒸着方向の正射影と一致する進相軸を有し、前記ＶＡＮ液晶素子の基板面に対して傾斜する液晶分子によって生じる位相差を補償する２軸性複屈折体を備えた位相差補償素子。
【請求項２】
前記２軸性複屈折体の前記進相軸の向きが、前記液晶分子が傾斜する向きと逆になるように配置される請求の範囲第１項記載の位相差補償素子。
【請求項３】
前記２軸性複屈折体とともに設けられ、前記ＶＡＮ液晶素子の表面に対して垂直な光学軸を有し、前記液晶層を斜めに透過する光の位相差を補償するとともに、前記２軸性複屈折体を透過することによる光の位相差を補償する１軸性複屈折体を備えている請求の範囲第１項記載の位相差補償素子。
【請求項４】
前記１軸性複屈折体は、無機材料からなる高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した構造である請求の範囲第３項記載の位相差補償素子。
【請求項５】
前記２軸性複屈折体は２層であり、互いの前記進相軸のなす角が略９０度となるように、かつ、前記角の中線が前記無機材料の蒸着方向の正射影と一致するように配置され、液晶層を垂直及び斜めに透過する光の位相差を補償する請求の範囲第１項記載の位相差補償素子。
【請求項６】
電圧が印加されていない状態で、液晶分子が基板面に対して略垂直に配向するＶＡＮ液晶素子を有するＶＡＮ液晶表示素子であり、
無機材料を斜方蒸着することによって形成され、前記ＶＡＮ液晶素子の表面に対して傾斜する光学軸を有し、前記表面への前記無機材料の蒸着方向の正射影と一致する進相軸を有し、前記ＶＡＮ液晶素子の基板面に対して傾斜する液晶分子によって生じる位相差を補償する２軸性複屈折体を備えた位相差補償素子を設けたＶＡＮ液晶表示素子。
【請求項７】
電圧が印加されていない状態で、液晶分子が基板面に対して略垂直に配向するＶＡＮ液晶素子を有するＶＡＮ液晶表示素子によって表示される像を拡大して投映する液晶プロジェクタであり、
無機材料を斜方蒸着することによって形成され、前記ＶＡＮ液晶素子の表面に対して光学軸が傾斜しており、前記表面への前記無機材料の蒸着方向の正射影と一致する進相軸を有し、前記ＶＡＮ液晶素子の基板面に対して傾斜する液晶分子によって生じる位相差を補償する２軸性複屈折体を備えた位相差補償素子を設けた液晶プロジェクタ。
【請求項８】
前記２軸性複屈折体の前記進相軸の向きが、前記液晶分子が傾斜する向きに対して略１３５度となるように配置された請求の範囲第７項記載の液晶プロジェクタ。
【請求項９】
前記位相差補償素子が、前記ＶＡＮ液晶素子の表面に対して垂直な光学軸を有し、前記ＶＡＮ液晶素子の液晶層を斜めに透過する光の位相差を補償し、かつ前記２軸性複屈折体を透過することによる光の位相差を補償する１軸性複屈折体をさらに含む請求の範囲第７項記載の液晶プロジェクタ。
【請求項１０】
前記２軸性複屈折体は２層であり、互いの前記進相軸のなす角が略９０度となるように、かつ、前記角の中線が前記無機材料の蒸着方向の正射影と一致するように配置され、前記ＶＡＮ液晶素子の液晶層を垂直及び斜めに透過する光の位相差を補償する請求の範囲第７項記載の液晶プロジェクタ。
【請求項１１】
前記位相差補償素子が、前記ＶＡＮ液晶素子の表面に対して垂直な光学軸を有し、前記ＶＡＮ液晶素子の液晶層を斜めに透過する光の位相差を補償し、かつ前記２軸性複屈折体を透過することによる光の位相差を補償する１軸性複屈折体をさらに含む請求の範囲第１０項記載の液晶プロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶素子とともに用いられ、液晶素子を透過する光の位相差を補償する位相差補償素子に関し、さらに詳しくは、電圧が印加されていない状態で液晶分子が略垂直に配向するＶＡＮ液晶素子を透過する光の位相差を補償する位相差補償素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（以下、ＬＣＤ）は、電卓，電子辞書，テレビ，デジタルカメラなどのディスプレイ、カーナビゲーションシステムのモニタ、携帯電話やコンピュータのモニタ、プロジェクタの表示素子など、様々な電子機器のディスプレイとして用いられている。【０００３】
ＬＣＤは、液晶層の動作モードの違いにより、いくつかの種類に分類される。例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ  Ｎｅｍａｔｉｃ）‐ＬＣＤ、ＶＡＮ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  Ｎｅｍａｔｉｃ）‐ＬＣＤ、ＩＰＳ（Ｉｎ‐Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）‐ＬＣＤ、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ  Ｂｅｎｄ）‐ＬＣＤなどが知られている。これらのＬＣＤの動作モードは、電子機器の使用環境や必要とされる性能に応じて選択される。【０００４】
例えば、ＶＡＮ‐ＬＣＤでは、垂直配向膜が内面側に形成された一対の基板の間にネマティック液晶を封入し、この液晶層に電圧を印加しない状態（以下、無電圧状態）で液晶分子が基板に対して略垂直に配向するようにつくられる。そして、液晶層を挟み込むように一対の偏光板をクロスニコルで配置し、無電圧状態にしたＶＡＮ‐ＬＣＤを正面から観察すると、非常に高いコントラストで黒色が表示される。【０００５】
このことから、画像を拡大して表示するために高いコントラストが要求される液晶プロジェクタは、ＶＡＮ‐ＬＣＤを多く採用している。しかし、ＶＡＮ‐ＬＣＤは、正面から観察する場合には非常に良いコントラストであるが、他のＬＣＤと同様に、斜め方向から観察する場合には、コントラストが低下したり、中間階調色について明るさが逆転する階調反転現象が起きるなど、表示特性が悪化してしまう。これは、例えば、電圧を印加した状態の液晶層に斜めに入射した直線偏光が、液晶層の複屈折性により楕円偏光に変換されて、検光子を透過することに起因している。【０００６】
これを改善するために、液晶層の表面に対して垂直な方向に唯一の光学軸を有する位相差補償素子、いわゆるＣプレートを用いて、液晶層を斜めに通過する光の位相差を補償することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。【０００７】
一方、微細な電極構造により液晶層を高密度な画素配列で駆動する場合には、無電圧状態の画素に隣接する画素に電圧を印加した時に横方向に発生する電場の影響によって、電圧状態の画素に対応する液晶分子が所定の向きとは逆向きに傾いてしまうリバースチルトドメインが誘起され、配向欠陥が生じる。この配向欠陥を防ぎ、ＬＣＤを安定して動作させるためには、液晶分子を予め所定角度に傾けて（以下、プレチルト）おかなければならない。ＶＡＮ‐ＬＣＤの場合には、理想的には無電圧状態の液晶分子を基板面の法線方向から約３〜１０度の範囲で予め傾斜させておく必要がある。【０００８】
このようなＶＡＮ‐ＬＣＤでは、液晶分子のプレチルトに起因する複屈折によって、液晶層に垂直に入射した光にも位相差が生じ、コントラストが低下してしまう。【０００９】
そこで、このような液晶分子のプレチルトに起因するコントラストの低下を改善するために、液晶層の表面に平行な方向に唯一の光学軸を有する位相差補償素子、いわゆるＡプレートをＣプレートと組み合わせて用いることで、上述のようなプレチルトに起因するコントラストの低下を改善することが提案されている（例えば、非特許文献１参照）。【００１０】
また、液晶層の表面に対して傾斜した光学軸を有する位相差補償素子、いわゆるＯプレートを２層以上積層して、ＴＮ‐ＬＣＤの中間階調での視野角を拡大する技術が提案されている。具体的には、ＣプレートやＡプレートとともに、互いの進相軸が直交するように２個のＯプレートを組み合わせて用いることで、ＴＮ‐ＬＣＤのコントラストを改善する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−１４５２６８号公報
【特許文献２】米国特許第５６３８１９７号明細書
【非特許文献１】Ｃｌａｉｒｅ  Ｇｕ  ＆  Ｐｏｃｈｉ  Ｙｅｈ  「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｊｏｎｅｓ  ｍａｔｒｉｘ  ｍｅｔｈｏｄ．ＩＩ」  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ  Ａ／ｖｏｌ．１０  Ｎｏ．５／Ｍａｙ  １９９３  ｐ９６６−９７３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、Ｃプレートを単独で用いる場合には、液晶層に斜めに入射する光の位相差を補償することはできるものの、液晶分子のプレチルトに起因する複屈折によって生じる位相差を補償することができないという問題がある。【００１２】
また、ＣプレートとＡプレートとを組み合わせて用いる場合には、材料の選択肢が少ないほか、耐久性と量産性をともに満足させる材料がないという問題がある。例えば、Ａプレートとしては、１軸延伸した高分子フィルムからなる位相差板や、微細加工で作製された構造性複屈折体からなる位相差板が知られているが、高分子フィルムは耐久性に劣り、微細加工で作製される構造性複屈折体は量産性に欠けている。さらに、ＣプレートとＡプレートとの組み合わせでは、液晶層に斜めに入射した光の位相差や液晶分子のプレチルトに起因する複屈折によって生じる位相差を補償することができるのは、狭い視野角の範囲に限られている。実用的に必要な視野角の範囲では、液晶層に斜めに入射する光の位相差が大きくなり、結果としてＶＡＮ‐ＬＣＤのコントラストを改善して視野角を大きくすることはできないという問題がある。【００１３】
さらに、互いの進相軸が直交するように２個のＯプレートを積層して用いる場合には、積層したＯプレートが、液晶層の表面の法線方向に透過する光に対して等方的となり、ＶＡＮ‐ＬＣＤを垂直に透過する光の位相差を補償することができない。すなわち、液晶分子のプレチルトに起因する位相差を補償することはできないという問題がある。【００１４】
特に、特許文献２には、ＴＮ‐ＬＣＤに２軸性のＯプレートを用いることは記載されているが、この２軸性のＯプレートを配設する際の向きなどの具体的な記載がないため、ＶＡＮ‐ＬＣＤに単純に応用することは極めて困難である。【００１５】
本発明の目的は、ＶＡＮ‐ＬＣＤの液晶分子のプレチルトに起因する位相差、及びＶＡＮ‐ＬＣＤの液晶層に斜めに入射する光の位相差を補償することで、ＶＡＮ‐ＬＣＤのコントラストを改善し、視野角を拡大することができる位相差補償素子を提供することにある。【００１６】
本発明の別の目的は、この位相差補償素子によってコントラストや視野角を拡大したＶＡＮ液晶表示素子及び液晶プロジェクタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的その他の目的を達成するため、本発明の位相差補償素子は、無機材料を斜方蒸着して形成され、ＶＡＮ液晶素子の表面に対して光学軸が傾斜しており、前記表面への前記無機材料の蒸着方向の正射影と一致する進相軸を有する２軸性複屈折体を備えている。前記位相差補償素子は、電圧が印加されていない状態で、液晶分子が基板面に対して略垂直に配向するＶＡＮ液晶素子と組み合わせて用いられ、前記２軸性複屈折体は、前記ＶＡＮ液晶素子の基板面に対して傾斜する液晶分子によって生じる位相差を補償する。【００１８】
また、前記２軸性複屈折体の進相軸の向きと、前記液晶分子が傾斜する向きとが逆となるように位相差補償素子を配置することが好ましい。【００１９】
また、前記２軸性の複屈折体とともに設けられ、前記ＶＡＮ液晶素子の表面に対して垂直な光学軸を有し、前記液晶層を斜めに透過する光の位相差を補償するとともに、前記２軸性の複屈折体を透過することによる光の位相差を補償する１軸性複屈折体を更に備えることが好ましい。【００２０】
前記１軸性複屈折体は、無機材料からなる高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した構造であることが好ましい。【００２１】
また、前記２軸性複屈折体を２層以上としても良い。この場合、２層の２軸性複屈折体は、互いの進相軸のなす角が略９０度となるように、かつ、この角を二等分する中線が前記無機材料の蒸着方向の正射影と一致するように配置され、前記液晶層を垂直及び斜めに透過する光の位相差を補償する。【００２２】
本発明のＶＡＮ液晶表示素子は、前記２軸性複屈折体を備えた位相差補償素子を含んでいる。この２軸性複屈折体は、ＶＡＮ液晶素子の基板面に対して傾斜する液晶分子によって生じる位相差を補償する。【００２３】
本発明の液晶プロジェクタは、前記ＶＡＮ液晶表示素子と、前記２軸性複屈折体を備えた位相差補償素子とを含んでいる。そして、ＶＡＮ液晶表示素子によって表示される像をスクリーン上に拡大して投映する。前記２軸性複屈折体は、ＶＡＮ液晶素子の基板面に対して傾斜する液晶分子によって生じる位相差を補償する。【００２４】
また、前記２軸性複屈折体の進相軸の向きが、前記液晶分子が傾斜する向きに対して略１３５度となるように位相差補償素子を配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の位相差補償素子によれば、２軸性複屈折体が、ＶＡＮ‐ＬＣＤの液晶分子のプレチルトに起因する位相差、及びＶＡＮ‐ＬＣＤの液晶層に斜めに入射する光の位相差を補償する。これにより、ＶＡＮ‐ＬＣＤのコントラストが改善され、視野角が拡大する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の位相差補償素子を用いるプロジェクタの外観を示す斜視図である。
【図２】プロジェクタの光学的構成を示すブロック図である。
【図３】液晶分子の配向状態と位相差補償素子の作用を示す説明図である。
【図４】Ｃプレートの構成を示す断面図である。
【図５】Ｏプレートの構成を示す説明図である。
【図６】Ｏプレートの光学的な性質を表す屈折率楕円体の説明図である。
【図７】液晶表示素子に対するＯプレートの配置を示す説明図である。
【図８】Ｃプレートのみを用いたプロジェクタの視野特性を示すコノスコープ像である。
【図９】本発明の位相差補償素子を用いたプロジェクタの視野特性を示すコノスコープ像である。
【図１０】２つのＯプレートを備える位相差補償素子の構成を示す説明図である。
【図１１】第１のＯプレート及び第２のＯプレートの配置を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  プロジェクタ（液晶プロジェクタ）
５１，５２，５３  液晶表示素子（ＶＡＮ液晶表示素子）
５６，５７，５８，１１０  位相差補償素子
６６  偏光子
６７  液晶層
６８  検光子
７５  液晶分子
７９  配向膜
８５，１１１，１１２  Ｏプレート（２軸性複屈折体）
８６  Ｃプレート（１軸性複屈折体）
９１  高屈折率層
９２  低屈折率層
９３  斜方蒸着膜
９６  蒸着方向
１０２  屈折率楕円体
α  蒸着角度
β  チルト角
Ｌ５  Ｃプレートの光学軸
Ｌ６，Ｌ９，Ｌ１０  Ｏプレートの進相軸
Ｌ８  液晶分子のチルト方向
ｎ１，ｎ２，ｎ３  Ｏプレートの主屈折率
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
［第１の実施形態］
図１に示すように、本発明の位相差補償素子を用いるプロジェクタ１０は、投映レンズ１６、プロジェクタ駆動部１７、表示光学系１８を備えている。【００２９】
また、プロジェクタ１０は、筐体１９の上面にズームダイヤル２１、フォーカスダイヤル２２、光量調節ダイヤル２３などを備える。さらに、筐体１９の背面には、コンピュータなどの外部機器と接続するための接続端子（図示しない）などが設けられている。【００３０】
投映レンズ１６は、表示光学系１８から入射した投映光を拡大し、スクリーン２４（図２参照）上に投映する。この投映レンズ１６は、例えば、ズームレンズ、フォーカスレンズ、絞りなどから構成される。ズームレンズやフォーカスレンズは、投映光軸Ｌ１に沿って移動自在に設けられている。ズームレンズは、ズームダイヤル２１の操作に応じて移動し、投映像の表示倍率を調節する。また、フォーカスレンズは、ズームレンズの移動やフォーカスダイヤル２２の操作に応じて移動し、投映像のピントを調節する。さらに、絞りは、光量調節ダイヤル２３の操作に応じて絞り開口の面積を変化させることで、投映像の明るさを調節する。【００３１】
プロジェクタ駆動部１７は、プロジェクタ１０の各部の電気的な動作を制御する。例えば、プロジェクタ駆動部１７は、プロジェクタ１０に接続されるコンピュータなどから画像データなどを受信し、後述する液晶表示素子に表示させる。【００３２】
また、プロジェクタ駆動部１７は、投映レンズ１６の各部を駆動するモータをそれぞれ備えており、これら各モータをズームダイヤル２１、フォーカスダイヤル２２、光量調節ダイヤル２３などの操作に応じて駆動する。【００３３】
表示光学系１８は、光源から発せられた光を赤色光、緑色光及び青色光に分解し、各色ごとの情報を表示する液晶表示素子５１，５２，５３（図２参照）にそれぞれ透過させて、各色ごとの情報光を生成する。そして、これらの情報光を合成して投映光とし、投映レンズ１６を介してスクリーン２４上に投映する。【００３４】
図２に示すように、表示光学系１８は、光源部３１と、この光源部３１が発した光から情報光を生成する情報光生成部３２などから構成される。【００３５】
光源部３１は、ランプ３３、反射鏡３４、ＵＶカットフィルタ３６、インテグレータ３７、偏光板３８、リレーレンズ４１、コリメートレンズ４２などから構成される。【００３６】
ランプ３３は、例えばキセノンランプなどの高輝度光源であり、特定の偏光方向を持たない自然な白色光を発する。ランプ３３から発せられた白色光は、ＵＶカットフィルタ３６を透過して、インテグレータ３７に入射する。【００３７】
ＵＶカットフィルタ３６は、ランプ３３から発せられた白色光から紫外光を除去することで、この白色光により、有機高分子の重合体などからなる各種フィルタ（図示しない）に褐色等の劣化が生じるのを防止する。【００３８】
反射鏡３４は、例えば楕円曲面状の鏡であり、この楕円曲面の一方の焦点の近傍にランプ３３が設けられる。さらに、もう一方の焦点の近傍には、インテグレータ３７の一端が設けられいる。これにより、ランプ３３から発せられる白色光は、効率よくインテグレータ３７に導かれる。【００３９】
インテグレータ３７は、例えば、ガラスロッドと、このガラスロッドの端面に設けられたマイクロレンズアレイなどから構成され、ランプ３３から発せられた白色光を集光し、リレーレンズ４１を介してコリメートレンズ４２へと導く。ランプ３３からインテグレータ３７に入射する光の量は、光源光軸Ｌ２から離れるほど減少し、光源光軸Ｌ２を中心として不均一に分布する。そこで、インテグレータ３７は、このような不均一な光量分布の光を、光源光軸Ｌ２を中心とした所定の範囲内で略均一に分布させる。これにより、投映像はスクリーン２４の全面で略均一の明るさとなる。【００４０】
コリメートレンズ４２は、インテグレータ３７から射出した光を光源光軸Ｌ２に平行な光に整える。偏光板３８は、コリメートレンズ４２から入射した無偏光の光を紙面に垂直な偏光成分（以下、Ｓ偏光成分）の直線偏光光に変換する。そして、Ｓ偏光成分の光は、反射鏡４３ａを介して情報光生成部３２へと導かれる。【００４１】
情報光生成部３２は、ダイクロイックミラー４６，４７、液晶表示素子５１，５２，５３、位相差補償素子５６，５７，５８、ダイクロイックプリズム６１などから構成される。【００４２】
ダイクロイックミラー４６は、その表面の法線方向と入射する光の光軸とのなす角が４５度となるように設けられる。また、ダイクロイックミラー４６は、光源部３１から入射したＳ偏光の白色光のうち、赤色光成分を透過させて、反射鏡４３ｂへと導く。反射鏡４３ｂは、ダイクロイックミラー４６を透過した赤色光を液晶表示素子５１に向けて反射する。【００４３】
また、ダイクロイックミラー４６は、光源部３１から入射したＳ偏光の白色光のうち、緑色光成分と青色光成分とをダイクロイックミラー４７に向けて反射する。ダイクロイックミラー４７は、その表面の法線方向と入射する光の光軸とのなす角が４５度となるように設けられる。また、ダイクロイックミラー４７は、ダイクロイックミラー４６から入射したＳ偏光の光のうち、緑色光成分を液晶表示素子５２に向けて反射する。【００４４】
一方、ダイクロイックミラー４７は、ダイクロイックミラー４６から入射したＳ偏光の光のうち、青色光成分を透過させて反射鏡４３ｃへと導く。この青色光成分は、反射鏡４３ｃ及び反射鏡４３ｄに反射され、液晶表示素子５３に入射する。【００４５】
液晶表示素子５１は、透過型のＶＡＮ-ＬＣＤである。すなわち、液晶表示素子５１の液晶層には、無電圧状態で素子表面に対して略垂直に配向する液晶分子が封入されている。液晶表示素子５１は、画素ごとに液晶層に印加する電圧を調節して、液晶分子の配向を変化させる。これにより、各画素を透過する光の偏光状態を制御して像を表示する。【００４６】
液晶表示素子５１は、プロジェクタ駆動部１７によって駆動されており、コンピュータなどから受信した投映像データの中の赤色成分をグレースケールで表示する。この液晶表示素子５１を透過することで、赤色光は、投映像の赤色成分の情報を持つ赤色の情報光となる。【００４７】
同様に、液晶表示素子５２は、プロジェクタ駆動部１７によって駆動されるＶＡＮ‐ＬＣＤであり、コンピュータなどから受信した投映像データの中の緑色成分をグレースケールで表示する。この液晶表示素子５２を透過することで、緑色光は、投映像の緑色成分の情報を持つ緑色の情報光となる。【００４８】
さらに同様に、液晶表示素子５３は、プロジェクタ駆動部１７によって駆動されるＶＡＮ‐ＬＣＤであり、コンピュータなどから受信した投映像データの中の青色成分をグレースケールで表示する。この液晶表示素子５３を透過することで、青色光は、投映像の青色成分の情報を持つ青色の情報光となる。【００４９】
位相差補償素子５６は、液晶表示素子５１からダイクロイックプリズム６１に入射する赤色の情報光の位相差を補償する。すなわち、位相差補償素子５６は、液晶表示素子５１を斜めに透過する光の位相を、検光子を透過しない位相に補償する。さらに、位相差補償素子５６は、液晶表示素子５１を垂直に透過した情報光についても、液晶分子のプレチルトに起因する複屈折によって生じる位相差を補償する。【００５０】
同様に、位相差補償素子５７は、液晶表示素子５２からダイクロイックプリズム６１に入射する緑色の情報光の位相差を補償し、位相差補償素子５８は、液晶表示素子５３からダイクロイックプリズム６１に入射する青色の情報光の位相差を補償する。【００５１】
ダイクロイックプリズム６１は、ガラスなどの透明素材を用いて略立方体形状に作製されており、その内部に互いに直交するダイクロイック面６２，６３を備える。ダイクロイック面６２は、赤色光を反射し、緑色光を透過させる。一方、ダイクロイック面６３は、青色光を反射し、緑色光を透過させる。【００５２】
したがって、ダイクロイックプリズム６１は、液晶表示素子５１，５２，５３からそれぞれ入射する赤色，緑色，青色の情報光を合成して投映光とし、これを投映レンズ１６へと導いて、スクリーン２４に投映像をフルカラーで表示させる。【００５３】
図３（Ａ）に示すように、液晶表示素子５１は、光源側から順に偏光子６６、液晶層６７、検光子６８を備えており、液晶層６７と検光子６８の間に位相差補償素子５６が設けられている。【００５４】
偏光子６６は、その透過軸Ｌ３がＳ偏光成分の光の偏光方向と一致し、下方から入射する赤色光のうち、矢印で示す透過軸Ｌ３の方向の偏光成分だけを液晶表示素子５１側へ透過させる偏光板である。すなわち、液晶層６７に入射する光は、透過軸Ｌ３と平行な方向に電場が振動する入射光６９のみとなる。【００５５】
検光子６８は、液晶層６７を透過し、位相差補償素子５６に位相差を補償された光のうち、矢印で示す透過軸Ｌ４の方向の偏光成分だけを透過させる偏光板である。検光子６８は、その透過軸Ｌ４が偏光子６６の透過軸Ｌ３の方向と直交するように配される。すなわち、検光子６８と偏光子６６とは、いわゆるクロスニコルに配置される。したがって、液晶表示素子５１は、無電圧状態で黒色を表示するノーマリーブラックの透過型液晶パネルとなる。【００５６】
液晶層６７は、透明基板７１，７２と、これら透明基板７１，７２の間に封入された棒状の液晶分子７５とから構成されている。【００５７】
また、透明基板７１，７２は、例えばガラス基板７７、透明電極７８、配向膜７９などから構成されている。透明基板７１では、光源側から順にガラス基板７７、透明電極７８、配向膜７９が配置される。逆に、透明基板７２では、光源側から順に配向膜７９、透明電極７８、ガラス基板７７が配置される。【００５８】
透明電極７８は、例えば、インジウム‐スズ酸化物（ＩＴＯ）からなる薄膜であり、スパッタリングや電子ビーム蒸着法などの周知の方法によってガラス基板７７上に形成される。また、透明電極７８は、透明基板７１に設けられたＴＦＴ回路と接続されている。このＴＦＴ回路は、透明基板７１上の透明電極７８と、共通電極である透明基板７２上の透明電極７８との間の電圧を制御することで、液晶分子７５の配向状態を制御する。【００５９】
配向膜７９は、例えば、ＳｉＯなどの無機材料からなる斜方蒸着膜であり、材料の蒸着方向に応じた方向性（以下、配向方向）がある。一対の配向膜７９により挟まれた液晶分子は、配向膜７９の配向方向に応じて傾斜して配向する。配向膜７９は、その配向方向が偏光子６６の透過軸Ｌ３の方向と４５度の角度をなすように配される。なお、配向膜としては、例えば、ポリイミド結合を含む高分子の重合体、いわゆるポリイミド膜を用いることもできる。しかし、こうした有機材料からなる配向膜と比較して、無機材料の斜方蒸着膜は耐久性に優れるうえ、各種素子を長期間安定して動作させる。したがって、ＶＡＮ‐ＬＣＤの配向膜としては、無機材料の斜方蒸着膜が好適である。【００６０】
液晶分子７５は、負の誘電異方性を持つ棒状の液晶分子であり、無電圧状態では、液晶表示素子５１の表面に略垂直に配向する。このとき、液晶分子７５は、液晶層６７を透過する光の位相には略影響を与えない。すなわち、無電圧状態の液晶層６７を透過する光は、その偏光方向を変化させることなく液晶層６７を透過する。【００６１】
例えば、図３（Ａ）に示すように、液晶層６７が無電圧状態の場合、入射光６９と略同じ偏光方向の情報光８１が液晶層６７から位相差補償素子５６に入射する。この情報光８１は、検光子６８の透過軸Ｌ４と垂直な方向に偏光する光であるから、検光子６８を透過することができない。したがって、液晶表示素子５１の画素を無電圧状態にすることで、黒色が表示（以下、暗表示）される。【００６２】
一方、透明基板７１の透明電極７８と透明基板７２の透明電極７８との間に電圧が印加されると、液晶分子７５は配向膜７９の配向方向に傾斜する。このとき液晶分子７５は、その傾斜角度に応じて、液晶層６７を透過する光の位相を変化させる。すなわち、液晶層６７を透過する光は、液晶分子７５の傾斜角度に応じて、偏光方向を変化させる。【００６３】
例えば、図３（Ｂ）に示すように、液晶層６７に電圧が印加されている場合には、多くの液晶分子７５は、配向膜７９の配向方向に傾斜する。このとき液晶層６７を透過する光は、傾斜して配向する液晶分子７５によって偏光方向が変化し、結果として、入射光６９と同じ方向の偏光成分と入射光６９に垂直な偏光成分の両方を含む情報光８２となる。この情報光８２は、いわゆる楕円偏光であって、検光子６８の透過軸Ｌ４に対して平行な偏光成分と垂直な偏光成分とを含む。このうち、検光子６８の透過軸と平行な偏光成分だけが検光子６８を透過する。したがって、液晶表示素子５１の画素を適度な電圧に調節することで、検光子６８を透過する光の量が調節され、中間階調色が表示される。【００６４】
また、例えば、図３（Ｃ）に示すように、液晶層６７に電圧が十分に印加されている場合には、多くの液晶分子７５は、配向膜７９の配向方向に大きく傾斜して、液晶表示素子５１の表面と略平行な向きとなる。このとき液晶層６７を透過する光は、略水平に配向した液晶分子７５の複屈折により偏光方向が変化し、入射光６９と９０度の角度をなす方向に偏光する情報光８３となる。この情報光８３は、検光子６８の透過軸Ｌ４に平行な方向に偏光する光であるから、検光子６８を透過する。したがって、液晶表示素子５１の画素に十分な電圧を印加することで、最も明るい赤色が表示（以下、明表示）される。【００６５】
位相差補償素子５６は、液晶層６７を透過した情報光の位相差を補償するために、前述のように液晶層６７と検光子６８の間に設けられる。位相差補償素子５６は、負のＣプレート８６（以下、単にＣプレートと称す）とＯプレート８５（以下、単にＯプレートと称す）とから構成される。【００６６】
図４に示すように、Ｃプレート８６は、位相差補償素子５６の表面に対して垂直な光学軸Ｌ５を有し、このＣプレート８６を斜めに透過する光の位相差を補償する。Ｃプレート８６は、例えば、基材となるガラス基板８８上に、高屈折率層９１と低屈折率層９２とを交互に積層したものである。【００６７】
高屈折率層９１は、高屈折率の誘電体ＴｉＯ２からなり、また、低屈折率層９２は、低屈折率の誘電体ＳｉＯ２からなる。各層間で光が反射して干渉するのを防ぐために、Ｃプレート８６の各屈折率層は薄いことが好ましい。しかし、各層を薄くすると、Ｃプレート８６として機能させるのに必要な積層回数が増加し、製造適性や生産性が低下するおそれがある。【００６８】
したがって、各々の高屈折率層９１及び低屈折率層９２の光学膜厚、すなわち物理的膜厚と屈折率との積は、可視光の波長λよりも十分に小さくすることが好ましく、λ／１００以上λ／５以下の膜厚であることが好ましい。各層の光学膜厚は、より好ましくはλ／５０以上λ／１０であり、特に好ましくはλ／３０以上λ／１０である。【００６９】
また、高屈折率層９１としてＺｒＯ２などを用いてもよく、低屈折率層９２としてＭｇＦ２などを用いても良い。さらに、ガラス基板８８を基材として用いる代わりに、例えば液晶表示素子５１の表面やＯプレート８５の表面などに高屈折率層９１及び低屈折率層９２を直接設けても良い。【００７０】
Ｃプレート８６は、垂直に入射する光、すなわち光学軸Ｌ５に平行な光に対しては等方的であるから、位相差を補償することはできない。しかしながら、Ｃプレート８６は、斜めに入射する光に対しては等方的でないため、複屈折を生じさせる。これにより、Ｃプレート８６は、斜めに入射した光の位相差をその入射角に応じて補償する。さらにＣプレート８６は、Ｏプレート８５によって生じた光の位相差をも補償する。【００７１】
図５に示すように、Ｏプレート８５は２軸性の複屈折体であり、例えば、斜方蒸着膜９３とガラス基板９４などから構成される。斜方蒸着膜９３は、いわゆる斜方蒸着法により、例えば、基材となるガラス基板９４に斜め方向からＴａ２Ｏ５などの無機材料を蒸着することによって作製される。この製法により、斜方蒸着膜９３は、材料の蒸着方向９６に沿って蒸着角度αに応じて傾斜した柱状構造が林立した構造となる。【００７２】
その結果、Ｏプレート８５は、２軸性の複屈折体となる。したがって、図６に示すように、３つの主屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３を軸とする屈折率楕円体１０２によって、Ｏプレート８５を透過する光の複屈折は評価される。例えば、互いに垂直なＸ１軸及びＹ１軸をＯプレート８５の表面に平行な平面内に定め、Ｏプレート８５の表面の法線方向にＺ１軸を定める。また、蒸着方向９６はＸ１‐Ｚ１平面内にあり、主屈折率ｎ２の方向もＸ１‐Ｚ１平面内にあるものとする。このときＯプレート８５の主屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３の中で最大の大きさである主屈折率ｎ１の方向はＸ１‐Ｚ１平面内にあるが、蒸着方向９６の方向とは一般には異なり、主屈折率ｎ１がＺ１軸となす角ψは蒸着角度αよりも小さい（α＞ψ）。【００７３】
また、例えば、Ｏプレート８５の表面に平行な平面で、中心１０３を通るように屈折率楕円体１０２を切断すると、その断面１０４はＸ１軸方向の半径ｎｘと、Ｙ１軸方向の半径ｎｙとを有する楕円となる。したがって、Ｏプレート８５は、表面に垂直に入射する光に対して、Ｘ１軸方向に屈折率ｎｘ、Ｙ１軸方向に屈折率ｎｙの複屈折体として機能する。さらに、屈折率ｎｘが屈折率ｎｙよりも大きい場合（ｎｘ＞ｎｙ）、表面に垂直に入射する光に対して最小の屈折率である進相軸Ｌ６はＹ１軸方向となる。一方、屈折率ｎｘが屈折率ｎｙよりも小さい場合（ｎｘ＜ｎｙ）、進相軸Ｌ６の方向はＸ１軸方向となる。このように、Ｏプレート８５の進相軸Ｌ６の方向がＸ１軸と平行な方向となるか、Ｙ１軸と平行な方向となるかは、屈折率ｎｘと屈折率ｎｙとの大小関係、すなわち、主屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３の各々の値と角ψとの関係によって決まる。したがって、本明細書中では、Ｏプレート８５の進相軸Ｌ６は蒸着方向９６をＯプレート８５の表面に正射影した方向（Ｘ１軸方向）にあるものとして説明するが、Ｙ１軸方向に進相軸Ｌ６があってもよい。【００７４】
なお、このようなＯプレート８５の各方向の屈折率は、作製時の真空度、基板温度、蒸着材料、蒸着角度、あるいは作製に用いた装置などによって様々に変化するから、作製するＯプレートの性質を一概に予想することはできない。しかしながら、作製装置類や作製環境などの条件を同じにすれば、略同質のＯプレートを作製することができ、これらの条件を調節することでＯプレートの光学的な性質を自在に調節することができる。【００７５】
また、斜方蒸着法によって作製されるＯプレート８５は、一般に２軸性の複屈折体となるが、上述のように作製条件を調節することによって、例えば主屈折率ｎ２の大きさと主屈折率ｎ３の大きさとが等しい（ｎ２＝ｎ３）、いわゆる１軸性の複屈折体となる場合がある。このような１軸性の複屈折体は、２軸性の複屈折体の一つの特別な状態であって、２軸性の複屈折体であるＯプレート８５に含まれるものである。【００７６】
なお、Ｏプレート８５は、斜方蒸着膜９３をガラス基板９４上に設けたものであるが、Ｃプレート８６や液晶表示素子５１の表面などに斜方蒸着膜９３を直接設けても良い。【００７７】
なお、位相差補償素子５７，５８についても位相差補償素子５６と同様に構成されており、液晶表示素子５２，５３は液晶表示素子５１と同様に構成されている。【００７８】
図７に示すように、位相差補償素子５６を構成するＣプレート８６とＯプレート８５は、液晶表示素子５１に対してそれぞれ所定の位置に配置される。すなわち、光源側から、液晶層６７、Ｏプレート８５、Ｃプレート８６、検光子６８の順で配置される。【００７９】
前述したように、液晶表示素子５１の画素が無電圧状態である場合、液晶分子７５は液晶表示素子５１の表面に対して略垂直に配向する。しかし、実際的には、図７に示すように、リバースチルトドメインが誘起されて配向欠陥が生じるのを防ぐために、無電圧状態であっても、液晶分子７５を垂直方向から５度だけ予め意図的に傾斜させている。【００８０】
液晶表示素子５１の表面と平行な面内にＸ２軸及びＹ２軸を定め、液晶表示素子５１の表面に垂直な方向、すなわち液晶層６７を透過する光の光軸（透過光軸）Ｌ７と平行に、光の進行方向を正としてＺ２軸を定める。また、Ｘ２軸及びＹ２軸は、検光子６８及び偏光子６６の透過軸とそれぞれ平行になるように定める。したがって、図７に示すように、液晶分子７５のチルト方向がＸ２軸となす角（方位角）γは４５度であり、また、液晶分子７５のチルト方向がＹ２軸となす角も４５度となる。【００８１】
このとき、Ｘ２‐Ｙ２平面に対して液晶分子７５のなす角が液晶分子７５のチルト角βである。チルト角βは、各画素ごとに印加される電圧の大きさに応じて、およそ０度以上８５度以下の範囲で変化する。チルト角βが略０度である場合は、液晶層６７に十分な電圧が印加され、液晶分子７５がＸ２‐Ｙ２平面と平行に配向している状態である。一方、チルト角βが８５度である場合は、無電圧状態であって、液晶分子７５がＸ２‐Ｙ２平面に対して略垂直に配向している状態である。この無電圧状態でのチルト角βがプレチルト角であり、配向膜７９の配向方向に沿って、Ｚ２軸及び透過光軸Ｌ７に対して５度だけ液晶分子７５は傾斜している。【００８２】
さらに実際的には、電圧を印加した状態では、液晶層６７の中央に位置する液晶分子７５の大部分が電圧に応じて配向を変化させる一方で、配向膜７９の近傍にある液晶分子７５は、無電圧状態と略同じ配向を保つ。【００８３】
また、液晶分子７５が前述のようにプレチルトしていると、例えば、黒を表示する画素であっても、液晶分子７５のプレチルトに起因する複屈折が生じ、光の一部が検光子６８を透過してしまう。したがって、完全な黒状態を表示することができず、投映像のコントラストが低下する。【００８４】
そこで、Ｏプレート８５の進相軸Ｌ６と液晶分子７５のチルト方向Ｌ８とが平行になるように、Ｏプレート８５を配置する。このようにＯプレート８５を配置する場合、蒸着方向９６と液晶分子７５のプレチルトの方向との関係は、Ｚ２軸に対して同じ側にする配置（便宜的に正平行と称す）と、Ｚ２軸に対して互いに反対側にする配置（便宜的に逆平行と称す）とがあるが、図７に示すように、Ｚ２軸に対して互いに反対側（逆平行）となるように配置することが好ましい。【００８５】
このようにＯプレート８５を配置すると、液晶分子７５のプレチルトによって生じる位相差と、Ｏプレート８５を透過することによって生じる位相差とは互いに正負が逆になるので、効率良く位相差が補償される。これにより、Ｏプレート８５の厚さを最小限に抑えつつ、液晶分子７５のプレチルトに起因する位相差を補償することができる。実際には、Ｏプレート８５を透過することで生じる位相差の絶対値と、液晶分子７５のプレチルトに起因する位相差の絶対値とが等しくなるように、Ｏプレート８５の厚さが調節される。【００８６】
プレチルトした液晶分子７５によって生じる位相差を補償するには、原理的には上述のように進相軸Ｌ６が液晶分子７５のチルト方向Ｌ８に対してＸ２‐Ｙ２平面上で互いに逆平行となるようにＯプレート８５の向きを決めることが望ましい。ところが、実際に液晶プロジェクタに適用した場合には、プレチルトした液晶分子７５だけが位相差を生じさせる原因となっているわけではなく、液晶セルの微細構造に起因する光の回折や、偏光子６６や検光子６８による位相差の発生など、種々の要因が絡み合っていると考えられる。したがって、必ずしも図７に示すようにＯプレート８５の進相軸Ｌ６の向きを決めることが最善ではないことも多い。【００８７】
このため、液晶分子のチルト方向Ｌ８に対してＯプレート８５の進相軸Ｌ６の向きを調整する際には、投影画像のコントラストを観察しながらＯプレート８５をＺ２軸回りに回転調整する作業が行われるが、図２に示すような標準的な光学系で構成された液晶プロジェクタにあっては、図７においてＯプレート８５を時計方向または反時計方向に４５度（±５度）程度回転し、チルト方向Ｌ８となす角を１３５度（±１０度）程度にしたときに良好なコントラストが得られることが確かめられている。Ｏプレートを回転する好適な方向が時計方向であるか反時計方向であるかは、プロジェクタの構成および部品の特性によって異なる。このように、液晶プロジェクタを構成する各種の光学部品や液晶表示素子により複合的に生じる好ましくない位相差を、Ｏプレート８５の回転によって集約して調整し得ることは、液晶プロジェクタを製造する上では現実的な解決策として非常に有効であり、Ｃプレート８６を省略してこのＯプレート８５の回転調節だけで実用上問題がない程度にまでコントラストを向上させることも可能である。【００８８】
そして、一般的にはこのように配置したＯプレート８５と検光子６８の間に、その光学軸Ｌ５がＺ２軸と平行になるようにＣプレート８６が配置される。【００８９】
上述のように、液晶分子７５のプレチルトに起因する位相差と位相差補償素子５６を透過することで生じる位相差とは絶対値が等しく符号が逆になるので、液晶層６７を光が垂直に透過する場合に、液晶分子７５のプレチルトに起因する複屈折によって生じる位相差は、Ｏプレート８５によって補償される。また、Ｏプレート８５を透過することによって生じる光の位相差は、Ｃプレート８６によって補償される。このように、液晶層６７を垂直に透過する光の位相差は、Ｏプレート８５とＣプレート８６によって適切に補償されるから、例えば暗表示の際に意図せず検光子６８を透過する光が抑えられる。【００９０】
また、液晶層６７を斜めに透過する光は、Ｏプレート８５及びＣプレート８６により位相差が補償される。さらに、Ｏプレート８５を斜めに透過することによって生じる位相差は、Ｃプレート８６によって補償される。つまり、液晶層６７を斜めに透過する光には、液晶分子７５のプレチルト角βに起因する複屈折によって位相差が生じるが、この位相差は、Ｏプレート８５及びＣプレート８６によって適切に補償されるから、例えば暗表示の際に意図せず検光子６８を透過する光が抑えられる。【００９１】
このように、位相差補償素子５６は、液晶分子７５のプレチルトに起因する位相差を補償し、かつ、液晶層６７を斜めに透過する光の位相差を補償する。【００９２】
次に、実施例１を挙げて、位相差補償素子５６の作用を説明する。ここで、液晶表示素子や位相差補償素子を透過する光の位相差は、透過する光の波長などに依存するから、これに代わる同等の概念としてレタデーションを用いる。素子の物理的膜厚をｄ、素子表面における最大の主屈折率をｎｘ、素子表面における最小の主屈折率をｎｙとすると、レタデーションはｄΔｎ＝ｄ・（ｎｘ−ｎｙ）で表される。また、液晶層とＣプレートについては、厚さ方向のレタデーションＲｔｈは、Ｒｔｈ＝ｄ・｛ｎｚ−（ｎｘ＋ｎｙ）／２｝で表される。【００９３】
［実施例１］
液晶層の厚さ方向のレタデーションＲｔｈが＋４００ｎｍ、液晶分子のプレチルト角が８５度の液晶表示素子を作製し、レタデーションが＋８ｎｍ、最大の主屈折率ｎ１の傾斜角度ψが２０．５度であるＯプレートと、厚さ方向のレタデーションＲｔｈが−４００ｎｍであるＣプレートとから位相差補償素子を作製した。そして、これらを組み合わせてプロジェクタを構成し、液晶表示素子のコノスコープ像を測定して、液晶表示素子及びプロジェクタのコントラストを評価した。コノスコープ像の測定は、液晶表示素子の法線方向上の点を中心点とし、この中心点の周りの回転角度をφ、中心点を基点とした法線からの測定角度をθとして、−３０≦θ≦＋３０、０≦φ≦３６０の範囲で行った。【００９４】
なお、ここで用いるＯプレートは、蒸着角度α＝４５度の方向からＴａ２Ｏ５を斜方蒸着して作製され、最大の主屈折率ｎ１＝１．８００、主屈折率ｎ２＝１．７８４、主屈折率ｎ３＝１．７４２、主屈折率ｎ１の傾斜角度ψ＝２０．５度であった。したがって、屈折率ｎｘは、屈折率ｎｙより小さく（ｎｘ＜ｎｙ）、Ｏプレートの進相軸Ｌ６は、蒸着方向をＯプレートの表面に正射影した方向にあった。【００９５】
図８に示すように、Ｃプレートのみを導入してコノスコープ像を測定すると、透過光量が最も小さく、最良のコントラストが得られる点９８（以下、最暗点）は、液晶表示素子の法線方向上（θ＝０）にはない。これは、液晶分子のプレチルトに起因する複屈折によって、検光子を意図せず透過する光が存在するからである。【００９６】
一方、図９に示すように、液晶表示素子にＣプレートとＯプレートとからなる位相差補償素子を導入してコノスコープ像を測定すると、最暗点９８は液晶表示素子の法線方向上（θ＝０）にあった。これは液晶分子のプレチルトに起因する複屈折によって生じた位相差がＯプレートにより補償されていることを示している。【００９７】
また、位相差補償素子を設けない場合にコントラストが１１００：１であるプロジェクタに位相差補償素子を導入して、コントラストに及ぼす位相差補償素子の効果を評価した。このプロジェクタにＣプレートのみを導入した時のコントラストは、１６００：１に向上した。さらに、ＣプレートとＯプレートとからなる位相差補償素子を導入すると、コントラストは２４００：１に向上した。これらのことから、位相差補償素子を用いたプロジェクタでは、広い視野角の範囲でコントラストが十分に改善されていることが示された。【００９８】
上記実施形態では、Ｏプレートが２軸性であることを利用して、１枚のＯプレートを備えた位相差補償素子をＶＡＮ‐ＬＣＤに適用したが、以下に示す第２の実施形態のように、複数のＯプレートを位相差補償素子に備えてもよい。【００９９】
［第２の実施形態］
図１０に示すように、位相差補償素子１１０は、第１のＯプレート１１１と、第２のＯプレート１１２と、Ｃプレート８６とからなる。なお、第１のＯプレート１１１及び第２のＯプレート１１２は、前述のＯプレート８５と同様に作製され、その光学的な性質なども同様であるから、Ｏプレート８５と同じ部分には同一の符号を付している。また、液晶表示素子についても第１の実施形態と同様であるから、同一の部分には前述と同様の符号を付している。【０１００】
位相差補償素子１１０と前述の位相差補償素子５６との違いは、液晶層に対するＯプレートの配置である。具体的には、図１０及び図１１に示すように、第１のＯプレート１１１の進相軸Ｌ９と第２のＯプレート１１２の進相軸Ｌ１０とのなす角δが略９０度となるように、第１のＯプレート１１１及び第２のＯプレート１１２は配置される。さらに、角δを二等分する中線１１３が液晶分子７５のチルト方向Ｌ８と同一線上で、かつ、逆方向になるように、第１のＯプレート１１１及び第２のＯプレート１１２は配置される。このように配置することで、位相差補償素子１１０は液晶表示素子のコントラストをさらに改善する。以下に、実施例２を挙げて、位相差補償素子１１０の作用を説明する。【０１０１】
［実施例２］
液晶層の厚さ方向のレタデーションＲｔｈが＋４００ｎｍ、液晶分子のプレチルト角が８５度である液晶表示素子を作製し、最大の主屈折率ｎ１の傾斜角度ψが２０度でレタデーションが＋３０ｎｍである第１及び第２のＯプレートと、厚さ方向のレタデーションＲｔｈが−３００ｎｍであるＣプレートとから位相差補償素子を作製した。そして、これらを組み合わせてプロジェクタを構成し、液晶表示素子のコノスコープ像を測定し、液晶表示素子及びプロジェクタのコントラストを評価した。なお、第１のＯプレートの進相軸と第２のＯプレートの進相軸のなす角γは８６度とした。また、コノスコープ像の特徴は、前述の実施例１と略同様である。【０１０２】
まず、位相差補償素子を導入せずにプロジェクタのコントラストを測定したところ、その値は１１００：１であった。次に、位相差補償素子を導入してプロジェクタのコントラストを測定したところ、４５００：１と非常に高い値を示した。この結果は、互いの進相軸が略直交するように配置された第１及び第２のＯプレートは、負のＣプレートが傾斜して配置されたもの、すなわち負のＯプレートと同等に作用することを示す。さらに、この結果は、斜方蒸着によって作製された無機材料からなるＯプレートを進相軸が互いに略９０度なるように配置することで、負のＯプレートが容易に得られることを示す。【０１０３】
なお、第１のＯプレートの進相軸Ｌ９と第２のＯプレートの進相軸Ｌ１０とがなす角δの大きさは、０度より大きく１８０度より小さい大きさであればよいが、６０度以上１２度以下であることが好ましく、７０度以上１１０度以下であることがより好ましく、８０度以上１００度以下であることが最も好ましい。【０１０４】
［実施例３］
実施例２と同様にして液晶表示素子を作製し、最大の主屈折率ｎ１の傾斜角度ψが２０度、レタデーションが＋３０ｎｍである第１のＯプレートと、最大の主屈折率ｎ１の傾斜角度ψが２０度で、レタデーションが＋３７ｎｍである第２のＯプレートと、厚さ方向のレタデーションＲｔｈが−４００ｎｍであるＣプレートとから位相差補償素子を作製した。そして、これらを組み合わせて液晶表示素子のコノスコープ像を測定し、液晶表示素子及びプロジェクタのコントラストを評価した。なお、第１及び第２のＯプレートの配置は、前述の実施例２と同様である。また、コノスコープ像の特徴は、前述の実施例１と略同様である。【０１０５】
まず、位相差補償素子を導入せずにプロジェクタのコントラストを評価したところ、その値は１１００：１であった。これに対して、位相差補償素子を導入したところ、プロジェクタのコントラストは改善した。特に、液晶分子７５のプレチルトの方向を基準として、液晶表示素子の表面と平行に、位相差補償素子を±５度の範囲で回転させたところ、コントラストは１５００：１から４０００：１の範囲で変化した。これは、位相差補償素子を回転させると、第１のＯプレートのレタデーションと第２のＯプレートのレタデーションとの差に相当する補償過剰分のレタデーション（７ｎｍ）によって、検光子に入射する光の位相差が微調節されたことによる。【０１０６】
したがって、レタデーションに差のある２つ以上のＯプレートを備える位相差補償素子を用い、液晶表示素子に対する配置を微調節することによって、液晶表示素子のコントラストを自在に調節することができる。極めて高いコントラストを得るためには、第１のＯプレートのレタデーションと第２のＯプレートのレタデーションの差は０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、３ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが最も好ましい。こうした位相差補償素子を回転させることによるコントラストの調節は、赤色、緑色、青色の液晶表示素子を個別に備えるプロジェクタなどで、各色のコントラストの相対的なバランスを調節するのに好適である。【０１０７】
なお、２つあるいはそれ以上のＯプレートからなる位相差補償素子の１つまたは複数のＯプレートを回転調整することもまた、液晶プロジェクタを構成する各種の光学部品や液晶表示素子が複合的に発生させる位相差を改善する手段として有効である。そして、液晶プロジェクタの製造工程の最終段階で画像のコントラストを確認しながらこの調整を行うことにより、好ましくない位相差の発生要因を個々に解析して個別にその対策を講じるといった面倒を省くことができる。【０１０８】
以上のように、本発明の位相差補償素子によれば、ＶＡＮ‐ＬＣＤの液晶分子がプレチルトしていることに起因する位相差を適切に補償してコントラストを改善することができる。さらに、Ｃプレートと２軸性のＯプレートとからなる位相差補償素子により、ＶＡＮ‐ＬＣＤを斜めに透過する光の位相差をも適切に補償され、視野角が改善される。【０１０９】
また、一般的に、位相差補償フィルムの作製には、複数の位相差フィルムを重ね合わせたり、高分子フィルムを複数の方向に延伸したりなどの煩雑な作業工程や、高価な設備などが必要となるが、本発明の位相差補償素子は、斜方蒸着法により作製される２軸性のＯプレートを用いるから、容易かつ安価に作製することができる。【０１１０】
なお、上記第２の実施形態では２つのＯプレートを備える位相差補償素子を例に挙げて説明したが、３つ以上のＯプレートを備える位相差補償素子を用いてもよい。このとき、液晶表示素子に対する各々のＯプレートの配置は、上記第１及び第２の実施形態と同様にする。【０１１１】
なお、上記実施形態では、透過型ＶＡＮ‐ＬＣＤを備えたプロジェクタを用いたが、反射型ＶＡＮ‐ＬＣＤにも本発明の位相差補償素子を用いることができる。【０１１２】
さらに、液晶プロジェクタに限らず、液晶表示素子を直接見る直視型の液晶パネルにも本発明の位相差補償素子を用いることができる。【０１１３】
なお、上記実施形態では、全ての液晶分子が所定の方向に傾斜するシングルドメインのＶＡＮ‐ＬＣＤを用いたが、各画素が複数のドメインに分割され、各ドメインごとに液晶分子の傾斜する方向が異なるマルチドメインのＶＡＮ‐ＬＣＤに、本発明の位相差補償素子を適用することもできる。【０１１４】
また、上記実施形態では、Ｃプレートは、屈折率の異なる層を交互に積層する構造体であるが、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムなどを延伸することで作製されたＣプレートであっても良い。なお、ＴＡＣフィルムの他にＣプレートとして用いることができるフィルムとして、例えば、ポリカーボネートフィルム、ポリビニルアルコールフィルム、ポリサルファンフィルム、ポリオレフィンフィルム、ポリアリレートフィルムなどが挙げられる。【０１１５】
上記実施形態では、位相差補償素子を液晶層と検光子の間に配置しているが、液晶層と偏光子の間に位相差補償素子を配置しても良い。この場合、液晶層で生じる位相差を見越して、これを補償する位相差を入射光に予め与えておくとよい。【０１１６】
また、上記実施形態では、Ｏプレート８５とＣプレート８６を一体に設けているが、Ｏプレート８５とＣプレート８６とを液晶表示素子５１の両端に距離を隔てて設けても良い。【０１１７】
さらに、上記実施形態においては、液晶プロジェクタは、Ｒ，Ｇ，Ｂのそれぞれに対応する３個の液晶表示素子を備えているが、例えば、１個の液晶表示素子に、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれに対応する像を短時間で切り替え表示させながら、ここにＲ，Ｇ，Ｂの光を選択的に入射させてフルカラーの投映像を得ても良い。【０１１８】
なお、上記実施形態では、反射防止層や防眩層など、液晶表示素子の一般的な付加機能層を省略しているが、本発明の位相差補償層とともに、これらの付加機能層を従来どおりに用いることが望ましい。
【図１】
2008078764.tif 000003
【図２】
2008078764.tif 000004
【図３】
2008078764.tif 000005
【図４】
2008078764.tif 000006
【図５】
2008078764.tif 000007
【図６】
2008078764.tif 000008
【図７】
2008078764.tif 000009
【図８】
2008078764.tif 000010
【図９】
2008078764.tif 000011
【図１０】
2008078764.tif 000012
【図１１】
2008078764.tif 000013
【国際調査報告】
2008078764.tif 000014
2008078764.tif 000015
2008078764.tif 000016
2008078764.tif 000017