(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
光学多層膜からなり、入射光のうち斜入射光に位相差を付与し、かつ前記入射光の反射を防止する位相差付与反射防止層と、
光学異方性無機材料を有してなり、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が９０°ではない第１の複屈折層と、
光学異方性無機材料を有してなり、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が９０°ではない第２の複屈折層であって、前記第１の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第１の線分における前記透明基板側の端部を端部Ａとし、前記第２の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第２の線分における前記透明基板側の端部を端部Ｂとし、前記第１の線分及び前記第２の線分を前記透明基板上に投影し前記端部Ａ及び前記端部Ｂを重ねたときに、前記透明基板上に投影された前記第１の線分及び前記第２の線分のなす角度が０°及び１８０°ではないように前記第１の複屈折層に接し、前記第１の複屈折層の平均厚みと略同一の平均厚みを有する第２の複屈折層と、
を有し、
前記位相差付与反射防止層が負のＣプレートのような屈折率楕円体でなく、前記透明基板に対する直交方向から１５°傾斜した斜入射光に対して３．５ｎｍ以上２８ｎｍ以下の位相差を付与されていることを特徴とする位相差素子。
【請求項２】
第１の複屈折層の光学異方性無機材料の材質が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌの少なくともいずれかを含有する酸化物であり、
第２の複屈折層の光学異方性無機材料の材質が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌの少なくともいずれかを含有する酸化物である請求項１に記載の位相差素子。
【請求項３】
第１の複屈折層及び第２の複屈折層の少なくともいずれかが、次式：Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚを満たす請求項１から２のいずれかに記載の位相差素子。
ただし、前記Ｎｘは、屈折率異方性の主軸に平行な方向における屈折率を表し、前記Ｎｙは、前記Ｎｘに直交する方向における屈折率を表し、前記Ｎｚは、前記Ｎｘ及び前記Ｎｙに直交する方向における屈折率を表す。
【請求項４】
透明基板上に投影された第１の線分及び第２の線分のなす角度が、７０°以上９０°未満である請求項１から３のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項５】
第１の複屈折層の位相差と、第２の複屈折層の位相差との差が、１０ｎｍ未満である請求項１から４のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項６】
第１の複屈折層の位相差と、第２の複屈折層の位相差とが、略同一である請求項５に記載の位相差素子。
【請求項７】
光学多層膜における各層の平均厚みが異なる請求項１から６のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項８】
位相差付与反射防止層が、高屈折率の誘電体膜ａと低屈折率の誘電体膜ｂとが交互に積層された誘電体多層膜からなり、前記高屈折率の誘電体膜ａの平均厚みｔａ、及び前記低屈折率の誘電体膜ｂの平均厚みｔｂが、共に使用波長λに対し、λ／１００≦ｔａ，ｔｂ≦λ／２の関係を満たす請求項１から７のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項９】
光学多層膜における各層の材質が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌの少なくともいずれかを含有する酸化物である請求項１から８のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項１０】
位相差付与反射防止層が、波長帯域４３０ｎｍ〜５１０ｎｍで反射防止層として機能する請求項１から９のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項１１】
位相差付与反射防止層が、波長帯域５１０ｎｍ〜５９０ｎｍで反射防止層として機能する請求項１から９のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項１２】
位相差付与反射防止層が、波長帯域５９０ｎｍ〜６８０ｎｍで反射防止層として機能する請求項１から９のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項１３】
透明基板上に投影された第１の線分及び第２の線分のなす角の２等分線と、前記透明基板の一辺とのなす角度が略４５°である請求項１から１２のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項１４】
基板と、前記基板の主面の直交方向に対してプレチルトを有する液晶分子を含有するＶＡモード液晶層とを有し、入射された光束を変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に配置された第１の偏光板と、
前記液晶パネルの出射側に配置された第２の偏光板と、
前記液晶パネルと、前記第２の偏光板との間の光路に配置された請求項１から１３のいずれかに記載の位相差素子とを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１５】
プレチルトにより液晶分子が基板の表面の直交方向に対して傾斜している方向を透明基板上に投影したときの仮想線と、前記透明基板上に投影された第１の線分及び第２の線分のなす角の２等分線とが、略平行である請求項１４に記載の液晶表示装置。
【請求項１６】
光を出射する光源と、
変調された光を投射する投射光学系と、
前記光源と、前記投射光学系との間の光路上に配置された請求項１４から１５のいずれかに記載の液晶表示装置とを有することを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１７】
請求項１から１３のいずれかに記載の位相差素子の製造方法であって、
透明基材、及び位相差付与反射防止層のいずれかの上に、斜方蒸着により第１の複屈折層を形成する第１の複屈折層形成工程と、
前記第１の複屈折層上に、斜方蒸着により第２の複屈折層を形成する第２の複屈折層形成工程とを含むことを特徴とする位相差素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１４から１５のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法であって、
請求項１７に記載の位相差素子の製造方法と、
液晶パネルと第２の偏光板との間の光路上に、液晶パネルの基材の一辺と、位相差素子の一辺とが略同一となるように前記位相差素子を配置する配置工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差素子及びその製造方法、液晶表示装置及びその製造方法、並びに投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置においては、コントラスト特性及び視野角特性を改善するために、位相差素子を用いた光学補償技術が用いられている。例えば、垂直配向液晶における黒輝度補正が挙げられる。液晶のプレチルト角、斜入射光に生じる複屈折などによる偏光の乱れを補正するために、水晶などの位相差素子を液晶パネルの面と平行に設置して光学補償を行う方法、高分子フィルム等の複屈折を有する有機材料などを液晶パネルの面と平行に設置して光学補償を行う方法などが考えられている（例えば、特許文献１〜３参照）。
しかし、位相差素子として単結晶を加工する方法を用いる場合、特に液晶のプレチルト角度までをも考慮して補償しようとしたとき、結晶軸に対して所定の角度で切り出す必要が生じ、材料の切り出し、研磨等に非常に高い精度が必要となり、実現するためには高コストとなる。また、延伸したフィルムなどでは軸の制御は容易ではない。
【０００３】
そのため、位相差素子そのものを、液晶パネルと傾斜して配置する方法が考案されている（例えば、特許文献４及び５参照）。
しかし、小型化が進むプロジェクター内部では、傾斜するスペースが足りなくなる懸念がある。さらに、熱やＵＶ光線に対して劣化しやすく、耐久性に課題がある。
【０００４】
一方、誘電体材料の斜方蒸着による薄膜形成を用いた位相差素子として、高／低屈折率材料の交互積層により形成された負のＣ−プレートと、二層構成以上の斜方蒸着膜で形成されたＯ−プレートとを組み合わせた位相差補償素子が提案されている（例えば、特許文献６参照）。この技術では、高／低屈折率材料の交互積層による構造性複屈折を有する負のＣ−プレートによって光変調素子への斜入射光の偏光の乱れを補正し、二層構成以上の斜方蒸着膜で形成されたＯ−プレートによってプレチルト角によって生じる偏光の乱れを補正する位相差素子が提案されている。
しかし、負のＣ−プレートを作製するためには計８０層の積層を要し、さらには別途反射防止層を必要とするため、高コスト化及びリードタイムの長時間化が懸念される。
【０００５】
また、斜方蒸着膜で形成された２枚の位相差板を用いた光学補償方法が提案されている（例えば、特許文献７参照）。この提案の技術では、それぞれの位相差板を面内方向に回転させ、関係角度を最適な位置にしており、そうすることでコントラストの向上が期待されている。
しかし、２枚の位相差板を用いること、かつ回転機構を必要とすることで、高コスト化や搭載スペースの増加が懸念される。
【０００６】
また、スーパーツイストネマティック（ＳＴＮ）型液晶素子とともに用いられ、ＳＴＮ型液晶素子のねじれ角と等しい角度だけ蒸着方向の基板面内方位に対して一定角度ずつずらして斜方蒸着した無機薄膜を多数積層して形成する位相差板が提案されている（例えば、特許文献８参照）。
この方法では、ＳＴＮ型液晶素子のねじれを蒸着で再現するために多方向からの蒸着方向が必要となり、特殊な蒸着装置が必要、かつ多層構造によるリードタイムの増加などが懸念される。また、ＳＴＮ型液晶素子にしか用いることができない本質的な課題がある。
【０００７】
また、層面が対向するように配置された少なくとも２つの位相差補償層を有し、それらの位相差の値、及び位相差補償層を形成する材料の進相軸又は遅相軸に対応する光学軸の層面の面内における方向が互いに異なるようにして位置している位相差板を用いた液晶表示装置が提案されている（例えば、特許文献９参照）。
しかし、この提案の技術では、２つの補償層を貼り合せによって形成することから、接着剤を必要とし、耐熱性に課題がある。また、基板も２枚分必要であり、高コスト化の懸念がある。
【０００８】
したがって、正面入射光の特性変化と、液晶層の厚みに起因する斜入射光の特性変化とを、効果的かつ高精度に補正することができ、配置スペースを大幅に縮小でき、更に耐久性にも優れる位相差素子、液晶表示装置、及び投射型画像表示装置の提供が求められているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−１７２９８４号公報
【特許文献２】特開２００７−１０１７６４号公報
【特許文献３】特許第４５６６２７５号公報
【特許文献４】特開２００６−１１２９８号公報
【特許文献５】特開２００９−２２９８０４号公報
【特許文献６】特開２００６−１７１３２７号公報
【特許文献７】特開２００９−１４５８６３号公報
【特許文献８】特開２００６−１７１３２７号公報
【特許文献９】国際公開第２００８／０８１９１９号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、正面入射光の特性変化と、液晶層の厚みに起因する斜入射光の特性変化とを、効果的かつ高精度に補正することができ、配置スペースを大幅に縮小でき、更に耐久性にも優れる位相差素子及びその製造方法、液晶表示装置及びその製造方法、並びに投射型画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
＜１＞  透明基板と、
光学多層膜からなり、入射光のうち斜入射光に位相差を付与し、かつ前記入射光の反射を防止する位相差付与反射防止層と、
光学異方性無機材料を有してなり、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が９０°ではない第１の複屈折層と、
光学異方性無機材料を有してなり、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が９０°ではない第２の複屈折層であって、前記第１の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第１の線分における前記透明基板側の端部を端部Ａとし、前記第２の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第２の線分における前記透明基板側の端部を端部Ｂとし、前記第１の線分及び前記第２の線分を前記透明基板上に投影し前記端部Ａ及び前記端部Ｂを重ねたときに、前記透明基板上に投影された前記第１の線分及び前記第２の線分のなす角度が０°及び１８０°ではないように前記第１の複屈折層に接し、前記第１の複屈折層の平均厚みと略同一の平均厚みを有する第２の複屈折層と、
を有することを特徴とする位相差素子である。
＜２＞  第１の複屈折層の光学異方性無機材料の材質が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌの少なくともいずれかを含有する酸化物であり、
第２の複屈折層の光学異方性無機材料の材質が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌの少なくともいずれかを含有する酸化物である前記＜１＞に記載の位相差素子である。
＜３＞  第１の複屈折層及び第２の複屈折層の少なくともいずれかが、次式：Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚを満たす前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の位相差素子である。
ただし、前記Ｎｘは、屈折率異方性の主軸に平行な方向における屈折率を表し、前記Ｎｙは、前記Ｎｘに直交する方向における屈折率を表し、前記Ｎｚは、前記Ｎｘ及び前記Ｎｙに直交する方向における屈折率を表す。
＜４＞  透明基板上に投影された第１の線分及び第２の線分のなす角度が、７０°以上９０°未満である前記＜１＞から＜３＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜５＞  第１の複屈折層の位相差と、第２の複屈折層の位相差との差が、１０ｎｍ未満である前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜６＞  第１の複屈折層の位相差と、第２の複屈折層の位相差とが、略同一である前記＜５＞に記載の位相差素子である。
＜７＞  光学多層膜における各層の平均厚みが異なる前記＜１＞から＜６＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜８＞  位相差付与反射防止層が、透明基板に対する直交方向から１５°傾斜した斜入射光に対して２８ｎｍ以下の位相差を付与する前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜９＞  光学多層膜における各層の材質が、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌの少なくともいずれかを含有する酸化物である前記＜１＞から＜８＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜１０＞  位相差付与反射防止層が、波長帯域４３０ｎｍ〜５１０ｎｍで反射防止層として機能する前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜１１＞  位相差付与反射防止層が、波長帯域５１０ｎｍ〜５９０ｎｍで反射防止層として機能する前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜１２＞  位相差付与反射防止層が、波長帯域５９０ｎｍ〜６８０ｎｍで反射防止層として機能する前記＜１＞から＜９＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜１３＞  透明基板上に投影された第１の線分及び第２の線分のなす角の２等分線と、前記透明基板の一辺とのなす角度が略４５°である前記＜１＞から＜１２＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜１４＞  基板と、前記基板の主面の直交方向に対してプレチルトを有する液晶分子を含有するＶＡモード液晶層とを有し、入射された光束を変調する液晶パネルと、
前記液晶パネルの入射側に配置された第１の偏光板と、
前記液晶パネルの出射側に配置された第２の偏光板と、
前記液晶パネルと、前記第２の偏光板との間の光路に配置された前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の位相差素子とを有することを特徴とする液晶表示装置である。
＜１５＞  プレチルトにより液晶分子が基板の表面の直交方向に対して傾斜している方向を透明基板上に投影したときの仮想線と、前記透明基板上に投影された第１の線分及び第２の線分のなす角の２等分線とが、略平行である前記＜１４＞に記載の液晶表示装置である。
＜１６＞  光を出射する光源と、
変調された光を投射する投射光学系と、
前記光源と、前記投射光学系との間の光路上に配置された前記＜１４＞から＜１５＞のいずれかに記載の液晶表示装置とを有することを特徴とする投射型画像表示装置である。
＜１７＞  前記＜１＞から＜１３＞のいずれかに記載の位相差素子の製造方法であって、
透明基材、及び位相差付与反射防止層のいずれかの上に、斜方蒸着により第１の複屈折層を形成する第１の複屈折層形成工程と、
前記第１の複屈折層上に、斜方蒸着により第２の複屈折層を形成する第２の複屈折層形成工程とを含むことを特徴とする位相差素子の製造方法である。
＜１８＞  前記＜１４＞から＜１５＞のいずれかに記載の液晶表示装置の製造方法であって、
前記＜１７＞に記載の位相差素子の製造方法と、
液晶パネルと第２の偏光板との間の光路上に、液晶パネルの基材の一辺と、位相差素子の一辺とが略同一となるように前記位相差素子を配置する配置工程とを含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、正面入射光の特性変化と、液晶層の厚みに起因する斜入射光の特性変化とを、効果的かつ高精度に補正することができ、配置スペースを大幅に縮小でき、更に耐久性にも優れる位相差素子及びその製造方法、液晶表示装置及びその製造方法、並びに投射型画像表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、Ｒｄ−ＡＲ層の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、光学薄膜の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、屈折率が１／１．４１／１の構造における入射光θの角度を変化させたときの位相差の光学膜厚依存性を示すグラフである。
【図４】図４は、屈折率が２／１．４１／２の構造における入射光θの角度を変化させたときの位相差の光学膜厚依存性を示すグラフである。
【図５】図５は、Ｒｄ−ＡＲ層を設計した際の斜入射光の位相差Ｒｄの層数依存性を示すグラフである。
【図６】図６は、Ｒｄ−ＡＲ層を設計した際の斜入射光の位相差Ｒｄの膜厚依存性を示すグラフである。
【図７】図７は、Ｂｌｕｅの波長帯域における積層数と位相差Ｒｄの波長分散の関係を示すグラフである。
【図８】図８は、相対的に最も高い屈折率ＮＨを有する誘電体と、相対的に最も低い屈折率ＮＬを有する誘電体とを用いて誘電体多層膜を形成したとき、２５°の斜入射光に付与できる最大の位相差を示すグラフである。
【図９】図９は、２５°の斜入射光に１８ｎｍの位相差を付与するときのｔＬ／（ｔＨ＋ｔＬ）と膜厚の関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、液晶表示装置の構成の一例を示す概略図である。
【図１１】図１１は、本発明の位相差素子の構造の一例を示す概略図である。
【図１２】図１２は、斜方蒸着によって形成される複屈折層により近似できる屈折率楕円体の概略図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、本発明の位相差素子を、基板法線方向（透明基板の表面の直交方向）から透明基板上に投影したときの、各軸の位置を示した一例の平面図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、液晶分子、第１の複屈折層、及び第２の複屈折層を、同一面上に並べたと仮定した場合、それぞれの傾斜方向を示した一例の概略図である。
【図１４】図１４は、複屈折層１層あたりの平均厚みｔを変えたときの、正面位相差とＮｘ１’−Ｎｘ２’間角度αの関係を示すグラフである。
【図１５Ａ】図１５Ａは、液晶パネルのプレチルト角αを８５°にしたときの投影画像のコントラストの膜厚依存性を示すグラフである。
【図１５Ｂ】図１５Ｂは、液晶パネルのプレチルト角αを８７°にしたときの投影画像のコントラストの膜厚依存性を示すグラフである。
【図１６】図１６は、投射型画像表示装置の一例を示す概略図である。
【図１７】図１７は、第１の複屈折層及び第２の複屈折層の膜厚と、コントラストとの関係を示すグラフである。
【図１８】図１８は、第１の複屈折層及び第２の複屈折層の膜厚差と、コントラストとの関係を示すグラフである。
【図１９】図１９は、Ｎｘ１’−Ｎｘ２’間角度と、コントラストとの関係を示すグラフである。
【図２０】図２０は、第１の複屈折層及び第２の複屈折層の膜厚と、コントラストとの関係を示すグラフである。
【図２１】図２１は、Ｎｘ１’−Ｎｘ２’間角度と、コントラストとの関係を示すグラフである。
【図２２】図２２は、１５°斜入射光に生じる位相差と、コントラストとの関係を示すグラフである。
【図２３Ａ】図２３Ａは、実施例１の位相差素子のコントラストの面内分布を等高線で示した図である。
【図２３Ｂ】図２３Ｂは、比較例１の位相差素子のコントラストの面内分布を等高線で示した図である。
【図２４】図２４は、各種位相差素子とコントラストとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（位相差素子及びその製造方法）
本発明の位相差素子は、透明基板と、位相差付与反射防止層と、第１の複屈折層と、第２の複屈折層とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
【００１５】
本発明の位相差素子の製造方法は、本発明の前記位相差素子の製造方法であって、第１の複屈折層形成工程と、第２の複屈折層形成工程とを少なくとも含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記第１の複屈折層形成工程は、前記透明基材、及び前記位相差付与反射防止層のいずれかの上に、斜方蒸着により第１の複屈折層を形成する工程である。
前記第２の複屈折層形成工程は、前記第１の複屈折層上に、斜方蒸着により前記第２の複屈折層を形成する工程である。
【００１６】
以下、前記位相差素子の各構成の説明を通して、本発明の前記位相差素子の製造方法についても説明する。
【００１７】
なお、本発明において、正面入射光とは、液晶パネル、及び位相差素子に垂直に入射する光のことであり、斜入射光とは、正面入射光から一定の角度を持って入射する光を指す。
【００１８】
＜透明基板＞
前記透明基板としては、使用帯域の光に対して透光性を有する基板であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記透明基板の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ガラス、石英、水晶などが挙げられる。
【００１９】
前記透明基板の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、四角形であることが好ましい。
【００２０】
前記透明基板の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、基板の反りを防止する点から、０．１ｍｍ〜３．０ｍｍが好ましく、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍがより好ましい。
【００２１】
＜位相差付与反射防止層＞
前記位相差付与反射防止層としては、光学多層膜からなり、入射光のうち斜入射光に位相差を付与し、かつ前記入射光の反射を防止する層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００２２】
前記光学多層膜における各層の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌの少なくともいずれかを含有する酸化物であることが好ましい。
【００２３】
前記光学多層膜における各層の平均厚みは異なることが好ましい。そうすることにより、十分な反射防止機能を得ることができる。
以下、各層の平均厚み、光学多層膜の平均厚み、誘電体多層膜の平均厚みを、膜厚と称することがある。
【００２４】
前記位相差付与反射防止層は、前記透明基板に対する直交方向から１５°傾斜した斜入射光に対して２８ｎｍ以下の位相差を付与することが好ましい。
【００２５】
従来、構造性複屈折と呼ばれる光学多層膜は、膜厚方向の位相差Ｒｔｈを発現させる場合、光の干渉効果を利用しない。例えば、２種類の誘電体膜をそれぞれ誘電体膜ａ、誘電体膜ｂとし、誘電体膜ａと誘電体膜ｂとの積層を１構成単位として１００層近く積層した場合、誘電体膜ａの膜厚ｔａは、多層膜中で全て等価であり、誘電体膜ｂの膜厚ｔｂも多層膜中で全て等価である。例えば、国際公開第２００９／００１７９９号公報の技術では、誘電体膜の膜厚は全て１５ｎｍである。このような従来の光学多層膜は、別途、反射防止膜をその両側に設ける必要がある。
【００２６】
一方、本発明における位相差付与反射防止層は、誘電体膜への斜入射によって生じる位相差を利用し、さらに光の干渉効果を積極的に利用して、反射防止層としても機能する。すなわち、前記位相差付与反射防止層は、第１の複屈折層及び第２の複屈折層で制御困難である斜入射光の位相差の独立設計を可能とし、また、反射防止機能を有する。
【００２７】
また、前記位相差付与反射防止層は、各層の平均厚みを等価にする必要はなく、積層数も比較的少なくすることが可能である。具体的には、各層の平均厚みをおおよそ全て異なるものとし、さらに積層数を最適なものとすることが好ましい。これは、従来の設計思想とは根本的に異なるものである。以下、前記位相差付与反射防止層をＲｄ−ＡＲ層とも称する。
【００２８】
図１は、Ｒｄ−ＡＲ層の一例を模式的に示す断面図である。このＲｄ−ＡＲ層１１は、図１に示すように、透明基板１０上に高屈折率の誘電体膜ａと低屈折率の誘電体膜ｂとが交互に積層された誘電体多層膜である。
【００２９】
前記Ｒｄ−ＡＲ層は、所望の波長帯域において反射防止機能を有し、かつ所定の角度を有する斜入射光に対して任意の位相差を付与するため、反射防止の設計と同時に斜入射光の位相差の設計も行う必要がある。
【００３０】
前記Ｒｄ−ＡＲ層は、可視光の帯域に対しても設計することができるが、Ｒｅｄの波長帯域（例えば５９０〜６８０ｎｍ）、Ｇｒｅｅｎの波長帯域（例えば５１０〜５９０ｎｍ）、Ｂｌｕｅの波長帯域（例えば４３０〜５１０ｎｍ）の３原色の波長帯域のそれぞれに対して設計することが好ましい。誘電体は、屈折率の波長分散を有し、斜入射光の位相差も波長分散を持つため、可視光の帯域で一定の位相差を設計することは難しいが、ＲＧＢの３原色に分けることにより、斜入射光の位相差の波長分散を抑制し、また、反射防止の設計を容易にすることができる。
【００３１】
前記Ｒｄ−ＡＲ層に用いられる誘電体膜としては、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａ１２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ、Ｎｂ２０５などの酸化物、又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。高屈折率の誘電体膜ａとしてＮｂ２Ｏ５、低屈折率の誘電体膜ｂとしてＳｉＯ２が好ましく用いられる。
【００３２】
また、高屈折率の誘電体膜ａの平均厚みｔａ及び低屈折率の誘電体膜ｂの平均厚みｔｂは、共に使用波長λに対し、λ／１００≦ｔａ，ｔｂ≦λ／２の関係を満たすことが好ましい。誘電体膜への斜入射によって生じる位相差Ｒｄは、平均厚みをλ／２以下とすることにより、位相差の符号を一定とすることができる。また、平均厚みをλ／１００以上とすることにより、位相差を発現させることができる。
【００３３】
また、誘電体膜の層数ｄは、８≦ｄ≦１，０００の関係を満たすことが好ましい。誘電体膜の層数ｄが８層未満であると、位相差Ｒｄの波長分散が大きくなってしまう。また、誘電体膜の層数ｄが１，０００層以上であると、リードタイムが増加してしまう。
【００３４】
また、各誘電体膜の平均厚みは、おおよそ全て異なることが好ましい。任意の位相差Ｒｄを付与しながら反射防止層を形成するためには、各層の平均厚みを微調整し、光の干渉を積極的に利用することが重要になる。
【００３５】
以下、誘電体膜の平均厚みについて、より具体的に説明する。図２は、光学薄膜の一例を示す断面図である。この光学薄膜２１は、平均厚みｄ、屈折率ｎを有し、屈折率がｎａの媒質２２とｎｂの媒質２３とに挟まれている。
【００３６】
ここでは、どの媒質も吸収はないものとする。また、媒質２２の側から最初の界面に入射角θで入射する光に対するＦｒｅｓｎｅ１係数をｒｐａ、ｒｓａ、ｔｐａ、ｔｓａ、もう一方の媒質２３の界面でのＦｒｅｓｈｅｌ係数をｒｐｂ、ｒｓｂ、ｔｐｂ、ｔｓｂとする。ｒは反射係数、ｔは透過係数、ｐとｓはそれぞれの偏光を表す。
【００３７】
この単層の光学薄膜の透過係数をτＰ、τｓとすると、下記（１）式で表わすことができる。
【００３８】
【数１】
0005984771.tif 000002
【００３９】
また、下記（２）式の関係がある。
【００４０】
【数２】
0005984771.tif 000003
【００４１】
媒質に吸収はないとすると、Ｆｒｅｓｎｅ１係数のｔ、ｒは、実数である。前記（１）式を有理化すると、下記（３）式になる。
【００４２】
【数３】
0005984771.tif 000004
【００４３】
したがって、透過係数τＰ、τｓは、それぞれ下記（４）式、下記（５）式となる。
【００４４】
【数４】
0005984771.tif 000005
【００４５】
ただし、α、δ、β、εは、実数である。入射角が０でないとき、一般にδ、εは０ではない。さらに、前記（３）式から明らかなように、偏光によってｔやｒの大きさが違うため、δ、εの値も偏光によって異なる可能性がある。すなわち、入射角０以外では、位相差が生じるように作用するといえる。
【００４６】
ここで、ある媒質０から別の媒質１へのｐ偏光とｓ偏光のＦｒｅｓｎｅ１係数ｒｐ０１、ｒｓ０１、ｔｐ０１、ｔｓ０１は、以下のとおりである。
【００４７】
【数５】
0005984771.tif 000006
ただし、下記（８）式、下記（９）式の関係にある。
【００４８】
【数６】
0005984771.tif 000007
【００４９】
これを前記（５）式に代入することで、位相差を計算することができる。
【００５０】
例えば、図２において、ｎａ＝ｎｂ＝１、ｎ＝１．４１のような屈折率を持つ構造を考える。このとき、入射光の角度θを変化させたときの位相差の光学膜厚依存性は、図３に示すようなグラフになる。光学膜厚がλ／２までは位相差の符号は同一になるが、λ／２以上となると、特にθが小さい時には、符号が反転する。
【００５１】
また、例えば、図２において、ｎａ＝ｎｂ＝２、ｎ＝１．４１のような屈折率を持つ構造を考える。このとき、入射光の角度θを変化させたときの位相差の光学膜厚依存性は、図４に示すようなグラフになる。図３と同様の傾向であり、光学膜厚がλ／２までは位相差の符号が同一であるが、λ／２以上となると、特にθが小さい時には、符号が反転する。
【００５２】
以上のように、相対的に屈折率の異なる誘電体膜を積層する場合、光学膜厚がλ／２までは、光に生じる位相差の符号が一方向になる。そのため、Ｒｄ−ＡＲ層を用いてＲｄを制御する場合には、光学膜厚をλ／２以下とすることが好ましい。また、図３、及び４からわかるように、光学膜厚が薄すぎても位相差が生じにくくなる。そのため、光学膜厚はλ／１００以上であることが好ましい。
【００５３】
次に、Ｒｄ−ＡＲ層における誘電体膜の層数について、より具体的に説明する。図５は、誘電体多層膜の層数を４〜３６層と変化させ、それぞれの層数でＲｄ−ＡＲ層を設計したときの、最大付与できる位相差Ｒｄを示す。縦軸は、位相差の絶対値を表している。高屈折率の誘電体膜としてＮｂ２Ｏ５、低屈折率の誘電体膜としてＳｉＯ２を用いた。入射光角度は２５°とした。図５に示すグラフより、Ｒｄ−ＡＲ層を設計する場合は、誘電体膜の層数が多くなるほど、最大付与できる位相差Ｒｄを増加させることが可能となることが分かる。
【００５４】
また、図６は、誘電体多層膜各層の膜厚の総和を２００ｎｍ〜１，３００ｎｍと変化させ、それぞれの膜厚でＲｄ−ＡＲ層を設計したときの、最大付与できる位相差Ｒｄを示す。縦軸は、位相差の絶対値を表している。高屈折率の誘電体膜としてＮｂ２Ｏ５、低屈折率の誘電体膜としてＳｉＯ２を用いた。入射光角度は２５°とした。図６に示すグラフより、Ｒｄ−ＡＲ層の総膜厚が大きいほど、最大付与できる位相差Ｒｄを増加させることが可能となることが分かる。
【００５５】
また、図７は、Ｂｌｕｅの波長帯域において、Ｒｄ（２５°）が、１ｎｍ、２．６ｎｍ、４ｎｍ、８ｎｍ、１６ｎｍを目標値とした場合の積層数と位相差Ｒｄの波長分散の関係を示すグラフである。波長分散とは、所定の波長帯域内での位相差Ｒｄのばらつきを示す。図７に示すグラフより、層数が８層以上であれば、Ｒｄの分散が抑制でき、良好な位相差素子が作製できることが分かる。また、Ｂｌｕｅの波長帯域に限らず、Ｇｒｅｅｎの波長帯域やＲｅｄの波長帯域でも同様の傾向が得られる。特に、大きな位相差Ｒｄを付与する場合、層数を多くすることにより、分散を抑制することができる。通常、透明基板に対する反射防止層は、４層〜６層程度で形成されるが、Ｒｄ−ＡＲ層は、以上の理由から、８層以上であることが好ましい。
【００５６】
次に、相対的に最も高い屈折率ＮＨを有する誘電体と、相対的に最も低い屈折率ＮＬを有する誘電体とを含む誘電体多層膜について説明する。
【００５７】
Ｒｄ−ＡＲ層は、相対的に最も高い屈折率ＮＨを有する誘電体と、相対的に最も低い屈折率ＮＬを有する誘電体との関係が下記式を満たすことが好ましい。
【００５８】
０．４＜ＮＨ−ＮＬ＜１．５
【００５９】
図８は、相対的に最も高い屈折率ＮＨを有する誘電体と、相対的に最も低い屈折率ＮＬを有する誘電体とを用いて誘電体多層膜を形成したとき、２５°の斜入射光に付与できる最大の位相差を示すグラフである。縦軸は、位相差の絶対値を表している。ＮＨ−ＮＬが０．４以上であると、比較的大きな位相差Ｒｄを与えやすい。一方、ＮＨ−ＮＬが１．５以上であると、波長分散が大きくなる懸念がある。
【００６０】
また、Ｒｄ−ＡＲ層は、相対的に最も高い屈折率を有する誘電体の膜厚をｔＨ、相対的に最も高い屈折率を有する誘電体の膜厚をｔＬとすると、ｔＬ／（ｔＨ＋ｔＬ）＞０．４であることが好ましい。図８に合わせて示すように、２５°の斜入射光に最大の位相差を付与するように相対的に最も高い屈折率ＮＨを有する誘電体と、相対的に最も低い屈折率ＮＬを有する誘電体とを用いて誘電体多層膜を形成する場合は、ｔＬ／（ｔＨ＋ｔＬ）＞０．４とする必要がある。
【００６１】
また、図９は、２５°の斜入射光に１８ｎｍの位相差を付与するときのｔＬ／（ｔＨ＋ｔＬ）と膜厚の関係を示すグラフである。ｔＬ／（ｔＨ＋ｔＬ）が小さくなるほど、反射防止層と位相差付与を両立するために必要な膜厚は増加してしまうことが分かる。このため、ｔＬ／（ｔＨ＋ｔＬ）＞０．４であることが好ましい。
【００６２】
以上説明したように、Ｒｄ−ＡＲ層は、所定の角度を有する斜入射光に位相差を付与するものであって、誘電体多層膜が負のＣプレートで表わされるような複屈折を有するものではない。なぜなら、Ｒｄ−ＡＲ層が付与する位相差は、複屈折では定義されないからである。すなわち、Ｒｄ−ＡＲ層は、負のＣプレートのような屈折率楕円体としてふるまうことなく、所定の角度を有する光に対して、任意の位相差を付与する機能を持つ。この機能は、例えば、光変調素子において、垂直配向液晶分子を通過する斜入射光に生じる位相差を補正するには十分なものである。
【００６３】
＜第１の複屈折層及び第２の複屈折層＞
前記第１の複屈折層は、光学異方性無機材料を有してなる。
前記第１の複屈折層は、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が９０°ではなく、２０°以上８０°以下が好ましく、４０°以上７０°以下がより好ましい。
なお、主軸と透明基板の表面とのなす角の角度は、通常、合計を１８０°とする２つの角度をとり得るが、ここでは、９０°未満の角度を指す。以下も同様である。
【００６４】
前記第２の複屈折層は、光学異方性無機材料を有してなる。
前記第２の複屈折層は、前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角が９０°ではなく、２０°以上８０°以下が好ましく、４０°以上７０°以下がより好ましい。
【００６５】
前記第１の複屈折層において前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角と、前記第２の複屈折層において前記光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸が前記透明基板の表面となす角とは、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、略同一角度であることが好ましい。ここで、略同一角度とは、±５°以内をいう。
【００６６】
前記第２の複屈折層は、前記第１の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第１の線分における前記透明基板側の端部を端部Ａとし、前記第２の複屈折層の屈折率異方性の主軸を表す第２の線分における前記透明基板側の端部を端部Ｂとし、前記第１の線分及び前記第２の線分を前記透明基板上に投影し前記端部Ａ及び前記端部Ｂを重ねたときに、前記透明基板上に投影された前記第１の線分及び前記第２の線分のなす角度（以下、「Ｎｘ１’−Ｎｘ２’間角度」と称することがある。）が０°及び１８０°ではないように前記第１の複屈折層に接している。
前記透明基板上に投影された前記第１の線分及び前記第２の線分のなす角度は、０°超９０°以下が好ましく、０°超９０°未満がより好ましく、７０°以上９０°未満がより好ましい。
ここで、「屈折率異方性の主軸」とは、複屈折層において屈折率が最も高い方向を意味する。
また、前記端部Ａ及び前記端部Ｂを重ねるときには、前記透明基板上に投影された前記第１の線分及び前記第２の線分を投影面に対して回転させずに、重ねる。
また、前記第１の線分及び前記第２の線分のなす角度は、通常、合計を３６０°とする２つの角度をとり得るが、ここでは、角度が小さい方（劣角）を指す。
なお、第１の複屈折層及び第２の複屈折層に共通して説明する場合には、第１の複屈折層及び第２の複屈折層を区別せず、複屈折層と称することがある。
【００６７】
前記第２の複屈折層は、前記第１の複屈折層の平均厚みと略同一の平均厚みを有する。ここでいう略同一とは、前記第１の複屈折層の平均厚みと前記第２の複屈折層の平均厚みとの差が、前記第１の複屈折層の平均厚みと前記第２の複屈折層の平均厚みとの和の、１／５以下であることをいう。
【００６８】
前記第１の複屈折層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４０ｎｍ〜４００ｎｍが好ましい。
前記第２の複屈折層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、４０ｎｍ〜４００ｎｍが好ましい。
ここで、複屈折層の厚みは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による複屈折層の断面観察により測定できる。平均厚みは、前記厚みを１０箇所で測定し、それを算術平均することにより求めることができる。
【００６９】
前記第１の複屈折層の前記光学異方性無機材料の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌの少なくともいずれかを含有する酸化物が好ましい。
【００７０】
前記第２の複屈折層の前記光学異方性無機材料の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、及びＡｌの少なくともいずれかを含有する酸化物が好ましい。
【００７１】
前記第１の複屈折層及び前記第２の複屈折層の少なくともいずれかは、次式：Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚを満たすことが好ましい。
ただし、前記Ｎｘは、屈折率異方性の主軸に平行な方向における屈折率を表し、前記Ｎｙは、前記Ｎｘに直交する方向における屈折率を表し、前記Ｎｚは、前記Ｎｘ及び前記Ｎｙに直交する方向における屈折率を表す。
【００７２】
前記第１の複屈折層の位相差と、前記第２の複屈折層の位相差との差としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、１０ｎｍ以下が好ましく、略同一であることが好ましい。ここで、略同一とは、差が３ｎｍ以下であることを意味する。
【００７３】
前記透明基板上に投影された前記第１の線分及び前記第２の線分のなす角の２等分線と、前記透明基板の一辺とのなす角度は、略４５°であることが好ましい。前記略４５°とは、４０°〜５０°である。
【００７４】
前記第１の複屈折層及び前記第２の複屈折層の平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、使用波長以下が好ましい。
【００７５】
前記位相差素子においては、前記第１の複屈折層と前記第２の複屈折層との積層体を一単位として、複数の単位を繰り返し積層してもよい。
【００７６】
前記第１の複屈折層及び前記第２の複屈折層は、例えば、斜方蒸着により形成できる。
例えば、斜方蒸着においては、高屈折率材料の粒子が透明基板に対して斜め方向から入射される。高屈折率材料としては、例えば、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａ１２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ、Ｎｂ２Ｏ５などの酸化物、又はこれらを組み合わせたものを用いることができる。Ｔａ２Ｏ５を主成分とする材料が好ましく用いられ、Ｔａ２Ｏ５にＴｉＯ２を５質量％〜１５質量％添加した材料が好ましく用いられる。
【００７７】
斜方蒸着の後には、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるためにアニール処理を行うことが好ましい。柱状組織間に水分が付着していると、蒸着膜の屈折率が変化し、特性が大きく変わってしまうことがある。このため、アニール処理は水分が蒸発する１００℃以上が好ましい。また、温度を上げすぎると、柱状組織同士が成長しコラム状となり、複屈折の低下、透過率の低下などが起こるため、３００℃以下であることが好ましい。
【００７８】
斜方蒸着により形成される層は、セルフシャドーイングと呼ばれる効果により、基材面内において蒸着粒子の入射方向に垂直な方向（ｘ方向とする。）の密度が相対的に高く、基材面内において蒸着粒子の入射方向に平行な方向（ｙ方向とする。）の密度が相対的に低くなる。この蒸着膜に対して基材の垂直方向から光を入射すると、膜の密度の粗密差は屈折率の差異となり、複屈折を発現する。ｘ方向の屈折率をＮｘ、ｙ方向の屈折率をＮｙとすると、以下の関係となる。
【００７９】
Ｎｘ＞Ｎｙ
【００８０】
このとき、基材面内に生じる位相差をＲ０とすると、面内位相差Ｒ０は以下の式で表わされる。
【００８１】
Ｒ０＝（Ｎｘ−Ｎｙ）×ｔ
【００８２】
ここで、Ｎｘ−Ｎｙは、一般的に複屈折△ｎと呼ばれる。複屈折△ｎは蒸着される物質の屈折率と、蒸着条件などによって決定される。
【００８３】
面内位相差Ｒ０は、複屈折△ｎと蒸着膜の厚みｔとの積であるため、複屈折△ｎがある程度大きい蒸着膜であれば、膜厚によって位相差を制御することが可能となる。通常、位相差素子に必要な面内位相差Ｒ０は１ｎｍ〜３０ｎｍ程度であり、例えば、液晶のプレチルト角によって具体的な位相差の値が決定される。本発明では、蒸着膜厚の制御によって、面内位相差Ｒ０を０ｎｍ＜Ｒ０＜１，０００ｎｍの範囲で設定することができ、１／４波長板や１／２波長板にも適用することができる。
【００８４】
さらに、複屈折層の膜厚方向の位相差をＲｔｈとすると、Ｒｔｈは以下の式で表わされる。
【００８５】
Ｒｔｈ＝〔Ｎｚ−（Ｎｘ十Ｎｙ）／２〕×ｄ
式中、Ｎｚは、複屈折層の膜厚方向の屈折率である。
【００８６】
特開２００５−１７２９８４号公報、及び特開２００７−１０１７６４号公報では、位相差補償素子において、斜入射光に生じる偏光の乱れを補正するために、位相差Ｒｔｈを所定の値に設定しているが、斜方蒸着においては、Ｎｘ、Ｎｙ、及びＮｚをそれぞれ独立して制御することは困難である。蒸着条件等を変更すると、ＮｘとＮｙが同時に変化し、その変化量が異なることで複屈折△ｎが変化するため、Ｎｘ、Ｎｙ、及びＮｚを独立に制御することは難しい。特にＮｚは、斜め粒子形状や粒子間の空隙などによって影響を受けるため、Ｎｘ、Ｎｙ、及びＮｚの制御はさらに難しくなる。
【００８７】
前記位相差素子は、例えば、斜方蒸着により形成した前記第１の複屈折層及び前記第２の複屈折層による面内複屈折を利用して、例えば、光変調素子のプレチルト角によって生じる偏光の乱れを補正する。
【００８８】
＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、例えば、応力調整層、反射防止層などが挙げられる。
【００８９】
＜＜応力調整層＞＞
前記応力調整層としては、位相差素子の反りを防止するために配置され、応力を調整する層であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、その材質としては、例えば、ＳｉＯ２などが挙げられる。
【００９０】
前記位相差素子の層構成としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、以下の層構成などが挙げられる。
（１）位相差付与反射防止層／透明基板／第１の複屈折層／第２の複屈折層
（２）透明基板／第１の複屈折層／第２の複屈折層／位相差付与反射防止層
（３）透明基板／位相差付与反射防止層／第１の複屈折層／第２の複屈折層
また、透明基板と位相差付与反射防止層との間、透明基板と第１の複屈折層との間、位相差付与反射防止層と第１の複屈折層との間に応力調整層を有していてもよい。
【００９１】
（液晶表示装置及びその製造方法）
本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、第１の偏光板と、第２の偏光板と、本発明の前記位相差素子とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
【００９２】
本発明の液晶表示装置の製造方法は、本発明の前記液晶表示装置の製造方法であって、配置工程を少なくとも含み、更に必要に応じて、その他の工程を含む。
前記配置工程は、液晶パネルと第２の偏光板との間の光路上に、液晶パネルの基材の一辺と、位相差素子の一辺とが略同一となるように前記位相差素子を配置する工程である。
【００９３】
＜液晶パネル＞
前記液晶パネルとしては、基板と、前記基板の主面の直交方向に対してプレチルトを有する液晶分子を含有するＶＡモード液晶層とを有し、入射された光束を変調するパネルでれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００９４】
前記ＶＡモード（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｍｏｄｅ）とは、基板に垂直に（又はプレチルトを有して）配置した液晶分子を、垂直方向の縦電界を使って動かす方式を意味する。
【００９５】
前記基板としては、例えば、ガラス基板などが挙げられる。
【００９６】
＜第１の偏光板及び第２の偏光板＞
前記第１の偏光板としては、前記液晶パネルの入射側に配置された偏光板であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００９７】
前記第２の偏光板としては、前記液晶パネルの出射側に配置された偏光板であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
【００９８】
前記第１の偏光板及び前記第２の偏光板は、耐久性の点から、無機偏光板であることが好ましい。前記無機偏光板としては、例えば、使用波長帯域に対して透明である基板（ガラス基板）にスパッタリング、真空蒸着等の真空成膜法により、大きさが使用波長帯域よりも短く、かつ、形状異方性を有する無機微粒子（半導体、金属）を形成したものなどが挙げられる。
【００９９】
＜位相差素子＞
前記位相差素子は、本発明の前記位相差素子であって、前記液晶パネルと、前記第２の偏光板との間の光路に配置される。
【０１００】
前記プレチルトにより前記液晶分子が前記基板の表面の直交方向に対して傾斜している方向を前記透明基板上に投影したときの仮想線と、前記透明基板上に投影された前記第１の線分及び前記第２の線分のなす角の２等分線とは、略平行であることが好ましい。そうすることにより、プレチルトによって発生する位相差を適切に補償することができる。ここで、略平行とは、±５°以内の角度であることをいう。
【０１０１】
前記液晶表示装置は、前記液晶パネルと、前記第１の偏光板との間に、前記第１の偏光板と同じ方向の偏光を透過する第３の偏光板を有することが好ましい。
【０１０２】
前記位相差素子と、前記液晶パネルとは、高耐熱性の接着剤により張り合わされていることが好ましい。
前記位相差素子と、前記第２の偏光板とは、高耐熱性の接着剤により張り合わされていることが好ましい。
【０１０３】
前記液晶表示装置において、前記位相差素子は、面内角度調整が可能なホルダに接着剤、又は両面テープにより端部が固定されていることが好ましい。
【０１０４】
（投射型画像表示装置）
本発明の投射型画像表示装置は、光源と、投射光学系と、本発明の前記液晶表示装置とを少なくとも有し、更に必要に応じて、その他の部材を有する。
【０１０５】
＜光源＞
前記光源としては、光を出射する部材であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、白色光を出射する超高圧水銀ランプなどが挙げられる。
【０１０６】
＜投射光学系＞
前記投射光学系としては、変調された光を投射する部材であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、変調された光をスクリーンに投射する投射レンズなどが挙げられる。
【０１０７】
＜液晶表示装置＞
前記液晶表示装置は、前記光源と、前記投射光学系との間の光路上に配置される。
【０１０８】
代表的な光学系について、図１０を用いて説明する。垂直配向型の透過型液晶パネルの場合、無電圧印加状態での液晶分子１は、基板面の直交方向に対して一定の方向にプレチルト角αだけ傾いて配向する。このとき、液晶パネルは、透過軸方向が９０°対向した一対の偏光板の間に挟み込まれるように配置される。なお、図１０において、符号２はガラス基板を示し、符号３はガラス基板を示し、符号４は位相差素子を示し、符号５は第２の偏光板を示し、符号６は第１の偏光板を示し、符号７は出射光を示し、符号８は入射光を示す。
【０１０９】
また、図１１は、本発明における位相差素子について、その構造の一例を示す概略図である。図１１において、符号３１は透明基板を示し、符号３２は位相差付与反射防止層を示し、符号３３は第１の複屈折層を示し、符号３４は第２の複屈折層を示し、符号３５は保護層を示し、符号３６は位相差付与反射防止層を示す。符号３３’は２軸性の屈折率楕円体を示す。符号３４’は２軸性の屈折率楕円体を示す。保護層としては、例えば、ＳｉＯ２などが挙げられる。
【０１１０】
さらに、図１２は、斜方蒸着によって形成される複屈折層により近似できる屈折率楕円体の概略図である。一般的には、蒸着方向に対し平行な方向に屈折率（以下、これをＮｘと称する）が最も大きい。また、蒸着方向と垂直な方向の屈折率をＮｙとし、ＮｘとＮｙの両方に垂直な方向をＮｚとすると、典型的には、Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚの関係になる。
【０１１１】
図１３Ａは、本発明の位相差素子を、基板法線方向（透明基板の表面の直交方向）から透明基板上に投影したときの、各軸の位置を示した平面図である。このとき、第１の複屈折層のＮｘの軸（Ｎｘ１とする）と、第２の複屈折層のＮｘの軸（Ｎｘ２とする）を投影した軸Ｎｘ１’と軸Ｎｘ２’との間の角度（Ｎｘ１’−Ｎｘ２’間角度）を、７０°以上９０°未満とするように成膜することが好ましい。蒸着中に基板を回転させてもよいし、基板は固定して２つの異なる方向の蒸着源から成膜してもよい。
【０１１２】
このＮｘ１’−Ｎｘ２’間角度のちょうど中間にＮｘ１２’という軸（透明基板２１上に投影された２つの前記線分のなす角の２等分線）を描画すると、Ｎｘ１２’軸と、透過型液晶パネルの液晶分子がプレチルト角分傾斜した際の長軸方向の基板投影軸方向とがおよそ同一とするように位相差素子を配置することが好ましい。
【０１１３】
図１３Ｂは、液晶分子、第１の複屈折層、及び第２の複屈折層を、同一面上に並べたと仮定した場合、それぞれの傾斜方向を示した図である。図１３Ｂに示すように、液晶分子が傾斜している方向は、Ｎｘ１、Ｎｘ２の各方向と９０°以上の角度方向になるようにそれぞれを配置することが好ましい。
以上のような形態とすることで、第１の複屈折層によって液晶パネルを透過した光の特性変化（光の進行方向の変化、偏光状態の変化、周波数などの光の基本的な特性パラメータのうちの少なくとも一つ）を補正し、さらに第２の複屈折層によって、光の特性変化を補正する。これによって液晶分子のプレチルト角による光の特性変化を効果的、かつ高精度に補正することができる。
【０１１４】
一方、液晶分子のプレチルト角は、液晶パネルの特性によって異なるため、プレチルト角を補正するために必要な位相差の値は、パネルに合わせて異なってくる。
例えば、国際公開第２００８／０８１９１９号パンフレットには、対向する２つ以上の補償層が、補償層の膜厚を変えてその位相差の値を１０ｎｍ異なるものとし、かつ面内に角度調整することで高コントラストが得られ、ばらつきの少ない補償効果が得られることが記載されている。
ここで、例えば、Ｔａ２Ｏ５を主成分とした材料を、基板法線方向から７０°傾斜した方向から斜方蒸着したとき、成膜された位相差層の複屈折Δｎは約０．０７５となる（例えば、Ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍ  ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ  ｐｌａｔｅ  ｂｙ  ｏｂｌｉｑｕｅ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」  ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ  ／  Ｖｏｌ．  ２８，  Ｎｏ．  １３  ／  １  Ｊｕｌｙ  １９８９参照）。このとき、正面入射光に生じる位相差（正面位相差と称する）Ｒｅ０は、Ｒｅ０＝Δｎ×ｔ（ｔは位相差層の膜厚）で表されるため、２つ以上の補償層の位相差を１０ｎｍ異なるものとするためには、膜厚の差が１０／０．０７５＝１３３ｎｍ必要となる。仮に１つの補償層の厚みを１００ｎｍとすると、合計で１００＋（１００＋１３３）＝３３３ｎｍの補償層の厚みが必要となる。
【０１１５】
本発明によれば、位相差の制御は、主にＮｘ１’−Ｎｘ２’間角度αによって制御することができる。図１４は、複屈折層１層あたりの平均厚みｔを変えたときの、正面位相差とＮｘ１’−Ｎｘ２’間角度αの関係を示す。一般的に、液晶パネルのプレチルト角によって生じる位相差は数ｎｍである。例えば、補正する必要のある位相差が２ｎｍであれば、位相差素子の設計としてｔ＝４０ｎｍ、かつα＝７０°、またはｔ＝８０ｎｍ、α＝８０°付近などを選択することができる。このときの複屈折層全体の膜厚は８０ｎｍ、１６０ｎｍ程度であり、薄膜化が可能である。さらに、各層の膜厚が同一であるほうが、製造上のばらつきも少なくなる。
【０１１６】
一方、プレチルト角を補正するだけであれば、任意の膜厚を選択してαを調整すればよいが、液晶パネルは前述のように斜入射光にも位相差が生じる。この斜入射光の位相差を合わせて光学補償するには、複屈折層の膜厚は補償に適したものにする必要がある。
【０１１７】
図１５Ａ及び図１５Ｂは、それぞれ、本発明の位相差素子を用いた液晶表示装置において、液晶パネルのプレチルト角αを８５°（図１５Ａ）、８７°（図１５Ｂ）としたときの、投影画像のコントラストの膜厚依存性を示す。なお、膜厚ｔ＝０のときは、位相差素子を配置しない液晶表示装置の測定結果を表している。
【０１１８】
評価に用いた光学系の構成図は、図１０に示すとおりである。第１の偏光板、液晶パネル、位相差素子、第２の偏光板、の順に設置し、第１の偏光板の外側から光を入射し、投影画像の輝度を測定する。輝度は光透過状態（液晶分子の平行配向状態）、及び光遮断状態（液晶分子の垂直配向状態）の２種類を測定し、その比率を計算してコントラストを算出している。
【０１１９】
本発明の構成とすることで、例えば、位相差素子を用いない場合と比較して、コントラストが向上する。さらに、プレチルト角によって、最適な膜厚が大きく変わることがわかる。これは、液晶層の厚みだけでなく、液晶分子のプレチルト角が異なることでも、液晶パネルを通過する斜入射光に発生する位相差が変化することを意味する。プレチルト角と、斜入射光に発生する位相差を同時、かつ最適に補正するには、膜厚を最適化し、かつ正面位相差を補正するようなＮｘ１’−Ｎｘ２’間角度を決めてやればよい。本発明はそれに最適な形態である。
しかし、各軸の屈折率の調整が難しい斜方蒸着の複屈折層においては、膜厚の最適化だけでは光学補償が不十分な場合がある。本発明の液晶表示装置は、位相差付与反射防止層を兼ね備える位相差素子を配置することで、その問題についても解決できる。
【０１２０】
次に、投射型画像表示装置の一例について説明する。
図１６は、投射型画像表示装置に用いられる光学エンジンの一部の構成を示す概略断面図である。この投射型画像表示装置は、透過型偏光子４４と、垂直配向液晶層４０と、透過型光変調素子４１と、位相差素子４３と、透過型偏光子４２とを備える透過型液晶プロジェクターである。ここで、位相差素子４３は、透明基板と、第１の複屈折層と、第２の複屈折層と、位相差付与反射防止層とを備え、位相差付与反射防止層は、複屈折層で生じる斜入射光位相差とは別の位相差を付与させ、さらに位相差の値を制御する。これにより、複屈折層により透過型光変調素子４１のプレチルト角によって生じる偏光の乱れを補正し、また、位相差付与反射防止層により透過型光変調素子４１への斜入射光によって生じる偏光の乱れを補正し、さらに、位相差付与反射防止層により反射を防止することができるため、高いコントラストを得ることができる。図１６において、符号４５は入射光を表し、符号ＰはＰ偏光を表し、符号ＳはＳ偏光を表す。
【０１２１】
この液晶プロジェクターにおいて、光源より発せられた光は、平面偏光に変換されたのちＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光に分解され、各色に設けられた透過型偏光子４４に入射される。
透過型偏光子４４で透過する直線偏光（Ｓ偏光成分）は、垂直配向液晶層４０に入射し、画素ごとに変調した透過光が出射し、位相差素子４３を透過したのち、透過型偏光子４２を透過、又は反射及び吸収される。透過型偏光子４２を透過した光はプリズムによって再度ＲＧＢが合成され、投影スクリーンに画像が表示される。
例えば、黒表示を行う場合、透過型偏光子４４で透過するＳ偏光は、垂直配向液晶層４０でＳ偏光のまま透過するように設定されるが、上述したように透過する際の偏光の乱れにより、望まない偏光成分（Ｐ偏光成分）も透過してしまう。位相差素子４３がない場合、Ｐ偏光成分は透過型偏光子４２を透過してしまうため、スクリーンに光として表示され黒表示を劣化させる要因となる。本発明の位相差素子を備えることで、偏光の乱れを補正し、Ｐ偏光成分を極力低減させることで、黒表示を向上させ、結果として投影画像のコントラストを向上することができる。
【実施例】
【０１２２】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【０１２３】
（実施例１）
＜位相差素子の作製＞
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上の一面に、Ｎｂ２Ｏ５とＳｉＯ２とを用いて、下記表１のＮｏ．１から順にＮｏ．３４までの３４層をスパッタ法により交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このとき、ガラス基板の表面の直交方向から１５°傾斜した斜入射光に付与する位相差は、７．０ｎｍとなるような層構成とした。
【０１２４】
【表１】
0005984771.tif 000008
【０１２５】
次に、前記ガラス基板のもう一方の面上に、Ｔａ２Ｏ５にＴｉＯ２を添加した蒸着材料を、前記ガラス基板面の直交方向に対して蒸着源が７０°になるようにした状態で斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。
次に、前記ガラス基板を面内方向に８４°回転させて斜方蒸着を行い、形成された前記第１の複屈折層上に、第２の複屈折層を形成した。
蒸着後、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために２００℃で５時間のアニール処理を行った。
第１の複屈折層、及び第２の複屈折層の平均厚みを、それぞれ４０ｎｍ〜４００ｎｍの間で変化させたサンプルを準備した。
【０１２６】
次に、第２の複屈折層の上に透過率を向上させる目的でＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５多層膜からなる反射防止層（平均厚み４００ｎｍ）をスパッタ法により成膜した。
【０１２７】
＜液晶表示装置の作製＞
このようにして作製した位相差素子と、第１の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、第２の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、垂直配向型の液晶パネル（屈折率の異方性が正で、誘電率異方性が負の垂直配向型の液晶材料を注入した液晶パネルであって、比屈折率Δｎと液晶層ｄとが、Δｎ×ｄ＝３３２ｎｍとなるような液晶層を有し、また、斜方蒸着法により形成された配向膜によって制御された、８５°のプレチルト角を有する液晶パネル）とを、図１０に示すように配置して、液晶表示装置を作製した。そして、投影画像のコントラストを測定した。
図１７は、位相差素子の第１の複屈折層及び第２の複屈折層のそれぞれの平均厚み（膜厚）と、コントラストとの関係を示した図である。２層の膜厚は、略同一とした。膜厚が０のプロットは、位相差素子がない場合のコントラストを表している。
本発明の光学系形態では、位相差素子がない場合と比較して、第１の複屈折層及び第２の複屈折層のそれぞれの膜厚を８０ｎｍ〜３２０ｎｍとすることで、約２倍のコントラストを得た。さらに、第１の複屈折層及び第２の複屈折層のそれぞれの膜厚を１２０ｎｍ〜２４０ｎｍとすることで、コントラストは約３倍に増加した。
また、図１８は、図１０と同様の構成としたときの、位相差素子の第１の複屈折層、及び第２の複屈折層の膜厚差と、投影画像のコントラストとの関係を示している。膜厚差が大きいほど、コントラストは低下した。このため、複屈折層の膜厚差は５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１２８】
（実施例２）
＜位相差素子の作製＞
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上の一面に、Ｎｂ２Ｏ５とＳｉＯ２とを用いて、前記表１のＮｏ．１から順にＮｏ．３４までの３４層をスパッタ法により交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このときガラス基板の表面の直交方向から１５°傾斜した斜入射光に付与する位相差は、７．０ｎｍとなるような層構成とした。
【０１２９】
次に、前記ガラス基板のもう一方の面上に、Ｔａ２Ｏ５にＴｉＯ２を添加した蒸着材料を、前記ガラス基板面の直交方向に対して蒸着源が７０°になるようにした状態で斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。
次に、前記第１の複屈折層上に、続けて第２の複屈折層を形成した。前記第１の複屈折層及び前記第２の複屈折層の平均厚み（膜厚）は、略１６０ｎｍとした。このとき、図１３Ａに示すＮｘ１’−Ｎｘ２’間角度が、６０°〜９８°となるように変化させた数種類のサンプルを作製した。
蒸着後、色抜き、及び柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために２００℃で５時間のアニール処理を行った。
【０１３０】
次に、複屈折層の上に透過率を向上させる目的で反射防止層をスパッタ法により成膜した。
【０１３１】
＜液晶表示装置の作製＞
このようにして作製した位相差素子と、第１の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、第２の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、垂直配向型の液晶パネル（屈折率の異方性が正で、誘電率異方性が負の垂直配向型の液晶材料を注入した液晶パネルであって、比屈折率Δｎと液晶層ｄとが、Δｎ×ｄ＝３３２ｎｍとなるような液晶層を有し、また、斜方蒸着法により形成された配向膜によって制御された、８５°のプレチルト角を有する液晶パネル）とを、図１０に示すように配置して、液晶表示装置を作製した。そして、投影画像のコントラストを測定した。
図１９は、Ｎｘ１’−Ｎｘ２’間角度と、投影画像のコントラストとの関係を示した図である。角度が０°のプロットは、位相差素子がない場合のコントラストを表している。本発明の光学系形態では、位相差素子がない場合と比較して、コントラストが大きく増加した。特に、角度が７０°以上９０°以下であれば、位相差素子がない状態と比較してコントラストが２倍以上に増加した。
【０１３２】
（実施例３）
＜位相差素子の作製＞
実施例１と同様の方法で、第１の複屈折層、及び第２の複屈折層の膜厚を、それぞれ４０ｎｍ〜４００ｎｍの間で変化させた位相差素子をそれぞれ作製した。Ｎｘ１’−Ｎｘ２’間角度は、８２°とした。
【０１３３】
＜液晶表示装置の作製＞
このようにして作製した位相差素子と、第１の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、第２の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、垂直配向型の液晶パネル（屈折率の異方性が正で、誘電率異方性が負の垂直配向型の液晶材料を注入した液晶パネルであって、比屈折率Δｎと液晶層ｄとが、Δｎ×ｄ＝３３２ｎｍとなるような液晶層を有し、また、斜方蒸着法により形成された配向膜によって制御された、８７°のプレチルト角を有する液晶パネル）とを、図１０に示すように配置して、液晶表示装置を作製した。そして、投影画像のコントラストを測定した。
図２０は、位相差素子の第１の複屈折層及び第２の複屈折層のそれぞれの平均厚み（膜厚）と、コントラストとの関係を示した図である。２層の膜厚は、略同一とした。膜厚が０のプロットは、位相差素子を挿入しない場合のコントラストを表している。本発明の光学系形態では、位相差素子がない場合と比較して、膜厚を４０ｎｍ〜２００ｎｍとすることで１．５倍以上のコントラストを得た。さらに、膜厚を８０ｎｍ〜１２０ｎｍとすることでコントラストは約２倍に増加した。
【０１３４】
（実施例４）
＜位相差素子の作製＞
実施例２と同様の方法で、Ｎｘ１’−Ｎｘ２’間角度が、６０°〜９８°となるように変化させた数種類の位相差素子を作製した。第１の複屈折層及び第２の複屈折層の平均厚み（膜厚）は、略８０ｎｍとした。
【０１３５】
＜液晶表示装置の作製＞
このようにして作製した位相差素子と、第１の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、第２の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、垂直配向型の液晶パネル（屈折率の異方性が正で、誘電率異方性が負の垂直配向型の液晶材料を注入した液晶パネルであって、比屈折率Δｎと液晶層ｄとが、Δｎ×ｄ＝３３２ｎｍとなるような液晶層を有し、また、斜方蒸着法により形成された配向膜によって制御された、８７°のプレチルト角を有する液晶パネル）とを、図１０に示すように配置して、液晶表示装置を作製した。そして、投影画像のコントラストを測定した。
図２１は、Ｎｘ１’−Ｎｘ２’間角度と、投影画像のコントラストとの関係を示した図である。角度が０のプロットは、位相差素子がない場合のコントラストを表している。本発明の位相差素子を光学系に挿入することで、コントラストが増加することがわかる。本発明の光学系形態では、位相差素子がない場合と比較して、角度を７５°以上８６°以下とすることで約１．５倍以上のコントラストを得た。更に角度を７８°以上８２°以下とすることで、約２倍のコントラストが得られた。
【０１３６】
実施例１〜４で示されるように、本発明の液晶表示装置においては、特に位相差素子の角度調整等を行うことなく、様々な液晶パネルに対して、最適な光学補償が可能であり、コントラストを向上させることができる。
【０１３７】
次に、位相差付与反射防止層の効果について、実施例を基に説明する。
【０１３８】
（実施例５）
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上の一面に、Ｎｂ２Ｏ５とＳｉＯ２とを用いて、スパッタ法により表１〜表４のＮｏ．１から順に交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このとき、基板法線方向から１５°傾斜した入射光に付与する位相差が、３．５ｎｍ、７．０ｎｍ、１０．５ｎｍ、１４．０ｎｍとなるような層構成のサンプルをそれぞれ作製した。各サンプルの位相差付与反射防止層の構成を表１（位相差７．０ｎｍ）、表２（位相差３．５ｎｍ）、表３（位相差１０．５ｎｍ）、表４（位相差１４．０ｎｍ）に示した。
次に、前記ガラス基板の他方の面に、実施例１と同様のプロセスを用いて複屈折層を作製した。平均厚み（膜厚）は１６０ｎｍ、層間角度は８４°とした。以上のプロセスで、液晶表示装置に用いる位相差素子を作製した。
【０１３９】
【表２】
0005984771.tif 000009
【０１４０】
【表３】
0005984771.tif 000010
【０１４１】
【表４】
0005984771.tif 000011
【０１４２】
（実施例６）
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上の両面に、Ｎｂ２Ｏ５とＳｉＯ２とをスパッタ法により交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このとき、ガラス基板の表面の直交方向からから１５°傾斜した斜入射光に付与する位相差が、一方の面の位相差付与反射防止層は７．０ｎｍ、他方の面の位相差付与反射防止層は１４．０ｎｍとなるような層構成とした。層構成は、一方の面が表１（位相差７．０ｎｍ）、他方の面が表４（位相差１４．０ｎｍ）の層構成とした。このようにして、ガラス基板両面の反射防止層によって付与する合計の位相差が２１．０ｎｍとなるような層構成とした。次に、一方の位相差付与反射防止層上に、実施例１と同様のプロセスを用いて第１の複屈折層及び第２の複屈折層を作製した。それぞれの複屈折層の平均厚み（膜厚）は１６０ｎｍとした。層間角度は８４°とした。以上のプロセスで、液晶表示装置に用いる位相差素子を作製した。
【０１４３】
（実施例７）
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上の両面に、スパッタ法によりＮｂ２Ｏ５とＳｉＯ２とを交互積層することによって位相差付与反射防止層を形成した。このとき、ガラス基板の表面の直交方向から１５°傾斜した斜入射光に付与する位相差が、合計して２８．０ｎｍとなるような層構成とした。表４（位相差１４．０ｎｍ）の層構成でガラス基板両面に成膜することによって実現した。次に、一方の反射防止層上に、実施例１と同様のプロセスを用いて第１の複屈折層及び第２の複屈折層を作製した。それぞれの複屈折層の平均厚み（膜厚）は１６０ｎｍとした。層間角度は８４°とした。以上のプロセスで、液晶表示装置に用いる位相差素子を作製した。
【０１４４】
（比較例１）
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上の一面に、スパッタ法によりＮｂ２Ｏ５とＳｉＯ２とを交互積層することによって、ガラス基板の表面の直交方向から１５°傾斜した斜入射光に付与する位相差がほぼ０ｎｍとなるような反射防止層を形成した。次に、ガラス基板の他方の面に、実施例１及び２と同様のプロセスを用いて第１の複屈折層及び第２の複屈折層を作製した。それぞれの複屈折層の平均厚み（膜厚）は１６０ｎｍとした。層間角度は８４°とした。以上のプロセスで、液晶表示装置に用いる位相差素子を作製した。
【０１４５】
実施例５〜７、及び比較例１の位相差素子と、第１の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、第２の偏光板（デクセリアルズ株式会社製メイン偏光板）と、垂直配向型の液晶パネル（屈折率の異方性が正で、誘電率異方性が負の垂直配向型の液晶材料を注入した液晶パネルであって、比屈折率Δｎと液晶層ｄとが、Δｎ×ｄ＝３３２ｎｍとなるような液晶層を有し、また、斜方蒸着法により形成された配向膜によって制御された、８５°のプレチルト角を有する液晶パネル）とを、図１０に示すように配置して、液晶表示装置を作製した。そして、投影画像のコントラストを測定した。
【０１４６】
図２２は、位相差素子が入射光角度１５°の光に対して付与する位相差の値と、投影画像のコントラストとの関係を示した図である。位相差０ｎｍのプロットは、比較例１の位相差素子を用いた場合のコントラスト評価結果を示す。このときのコントラストを１．０として、縦軸を規格化した。位相差付与反射防止層を導入することで、導入しない場合よりもコントラストが向上することがわかる。付与する位相差は、２８ｎｍ以下であることが望ましい。２８ｎｍを超えると、逆にコントラストは低下した。
【０１４７】
さらに、図２３Ａ、図２３Ｂは、実施例１のように、ガラス基板の表面の直交方向から１５°傾斜した斜入射光に付与する位相差が７．０ｎｍとなるような位相差付与反射防止層を形成した位相差素子（図２３Ａ）と、比較例１のように、ほぼ０ｎｍとなるような位相差付与反射防止層を形成した位相差素子（図２３Ｂ）において、投影画像のコントラストの面内分布を等高線で示した模式図である。図２３Ｂでは、投影画像の端部（特に角部分）でコントラストの低下が見られた。一方、図２３Ａでは、コントラストの分布が画面全体で均一傾向である。以上のように、位相差付与反射防止層は、コントラストの分布改善に顕著な効果を得ることができる。
【０１４８】
（比較例２）
例えば、他の種類の位相差素子として、Ｃ−Ｐｌａｔｅを液晶パネルに対して傾斜配置する方法が知られている。
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上の一面に、スパッタ法によりＮｂ２Ｏ５とＳｉＯ２とを３０ｎｍ×７２層の構造で交互積層することによって、Ｒｔｈ＝−２００ｎｍのＣ−Ｐｌａｔｅ位相差素子を作製した。図１０のような光学系の構成において、コントラストを測定した。
【０１４９】
図２４は、図１０のような光学系の構成において、
（１）位相差素子を用いない場合、
（２）比較例２で挙げたＣ−Ｐｌａｔｅを液晶パネルと３°〜７°傾斜させて配置した場合、
（３）実施例１（膜厚１６０ｎｍ）の位相差素子を液晶パネルと平行に配置した場合、
の投影画像のコントラストを比較したものである。
位相差素子を用いない場合のコントラストを１とすると、（２）では１．９倍〜２．１倍の増加率であったが、本発明である（３）では、液晶パネルと平行に配置しているにもかかわらずＮｘ１’−Ｎｘ２’間角度を７０°〜９０°のときに２．１〜２．８倍と高い増加率を得ることができた。このことから、従来のＣ−Ｐｌａｔｅと比較しても、配置スペースを大幅に縮小できる上に、コントラストにも優れることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明の位相差素子は、正面入射光の特性変化と、液晶層の厚みに起因する斜入射光の特性変化とを、効果的かつ高精度に補正することができ、配置スペースを大幅に縮小でき、更に耐久性にも優れることから、液晶表示装置、及びそれを用いた投射型画像表示装置に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１５１】
１      液晶分子
２      ガラス基板
３      ガラス基板
４      位相差素子
５      第２の偏光板
６      第１の偏光板
７      出射光
８      入射光
１０    透明基板
１１    Ｒｄ−ＡＲ層
２１    光学薄膜
２２    媒質
２３    媒質
３１    透明基板
３２    位相差付与反射防止層
３３    第１の複屈折層
３３’  ２軸性の屈折率楕円体
３４    第２の複屈折層
３４’  ２軸性の屈折率楕円体
３５    保護層
３６    位相差付与反射防止層
４０    垂直配向液晶層
４１    透過型光変調素子
４２    透過型偏光子
４３    位相差素子
４４    透過型偏光子
４５    入射光
Ｐ      Ｐ偏光
Ｓ      Ｓ偏光
【図１】
0005984771.tif 000012
【図２】
0005984771.tif 000013
【図３】
0005984771.tif 000014
【図４】
0005984771.tif 000015
【図５】
0005984771.tif 000016
【図６】
0005984771.tif 000017
【図７】
0005984771.tif 000018
【図８】
0005984771.tif 000019
【図９】
0005984771.tif 000020
【図１０】
0005984771.tif 000021
【図１１】
0005984771.tif 000022
【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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