(57)【要約】【課題】高コスト化、リードタイムの長期化、搭載スペースの増加及び耐久性の課題を解決しつつ、液晶表示装置のコントラストを改善できる位相差補償素子を提供すること。【解決手段】位相差付与反射防止層１２と、屈折率異方性の主軸が透明基板１１面となす角の角度が９０度ではない第１の複屈折層１３１及び第２の複屈折層１３２と、屈折率異方性の主軸が透明基板１１面となす角の角度が０度である第３の複屈折層１３３と、を備え、第１、第２、第３の複屈折層の主軸を透明基板１１に投影したときの各線分を線分Ａ、線分Ｂ、線分Ｃとしたとき、以下に示す（１）且つ（２）の関係が成り立つ位相差補償素子である。（１）線分Ａと線分Ｂのなす角の角度が４５度以上７０度以下である。（２）線分Ａと線分Ｃが略平行であるか又は線分Ｂと線分Ｃが略平行である。【選択図】図１
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【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且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、
第１の光学異方性無機材料を有し、前記第１の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の角度が９０度ではない第１の複屈折層と、
第２の光学異方性無機材料を有し、前記第２の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の角度が９０度ではない第２の複屈折層と、
第３の光学異方性無機材料を有し、前記第３の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の角度が０度である第３の複屈折層と、を備え、
前記第１の光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸を前記透明基板の表面に投影したときの線分を線分Ａとし、
前記第２の光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸を前記透明基板の表面に投影したときの線分を線分Ｂとし、
前記第３の光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸を前記透明基板の表面に投影したときの線分を線分Ｃとしたとき、
以下に示す（１）且つ（２）の関係が成り立つ位相差補償素子。
（１）前記線分Ａと前記線分Ｂのなす角の角度が４５度以上７０度以下である。
（２）前記線分Ａと前記線分Ｃが略平行であるか又は前記線分Ｂと前記線分Ｃが略平行である。
【請求項２】
前記第１の複屈折層及び前記第２の複屈折層のうちいずれか一方又は両方が、斜方蒸着膜からなる請求項１に記載の位相差補償素子。
【請求項３】
前記第３の複屈折層が、互いに１８０度対向する方向からの斜方蒸着膜が交互に積層された積層膜からなる請求項１又は２に記載の位相差補償素子。
【請求項４】
前記第１の光学異方性無機材料、前記第２の光学異方性無機材料及び前記第３の光学異方性無機材料のうち少なくとも一つが、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種を含有する酸化物である請求項１から３のいずれかに記載の位相差補償素子。
【請求項５】
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補償素子。
【請求項６】
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が、略同一である請求項１から５いずれかに記載の位相差補償素子。
【請求項７】
前記第１の複屈折層の膜厚又は前記第２の複屈折層の膜厚と、前記第３の複屈折層の膜厚との差が、６０ｎｍ以上８０ｎｍ以下である請求項１から６のいずれかに記載の位相差補償素子。
【請求項８】
前記第３の複屈折層が、高屈折率誘電材料からなり且つ櫛歯構造を有する請求項１から７いずれかに記載の位相差補償素子。
【請求項９】
前記第３の複屈折層が、高屈折率誘電材料と低屈折率誘電材料からなる請求項１から７いずれかに記載の位相差補償素子。
【請求項１０】
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モード液晶層を有し且つ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９のいずれかに記載の位相差補償素子と、を有する液晶表示装置。
【請求項１１】
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に配置された請求項１０に記載の液晶表示装置と、を有する投射型画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差補償素子、液晶表示装置及び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、コントラスト特性や視野角特性を改善するために、位相差補償素子を用いた光学補償技術が利用されている。例えば、垂直配向液晶における黒輝度補正が挙げられる。また、液晶のプレチル卜角や、斜入射光に生じる複屈折による偏光の乱れを補正するために、水晶等の位相差素子を液晶パネルの主面と平行に配置して光学補償を行う方法や、高分子フィルム等の複屈折を有する有機材料等を同じく液晶パネルの主面と平行に配置して光学補償を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
しかしながら、位相差補償素子として単結晶を加工する方法を用いる場合には、特に液晶のプレチル卜角度までをも考慮して補償しようとすると、結晶軸に対して所定の角度で切り出す必要が生じ、材料の切り出しや研磨等に非常に高い精度が必要となる結果、高コストとなる。また、延伸したフィルム等では、結晶軸の制御は容易ではない。
【０００３】
そのため、位相差補償素子そのものを、液晶パネルの主面に対して傾斜配置させる等の方法が提案されている（例えば、特許文献４、５参照）。
しかしながら、小型化が進むプロジェクタ内部では、位相差補償素子を液晶パネルの主面に対して傾斜配置させるスペースが不足する懸念がある。さらには、熱やＵＶ光線に対して劣化し易くなり、耐久性に課題がある。
【０００４】
そこで、誘電体材料の斜方蒸着による薄膜形成を利用した位相差補償素子として、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）。この位相差補償素子では、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が補正される。また、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、プレチル卜角により生じる偏光の乱れが補正される。
しかしながら、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、さらに別途、反射防止膜が必要とされており、高コスト化やリードタイムの長期化が懸念される。
【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）。この光学補償方法では、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することでコントラストが向上するとされている。
しかしながら、この光学補償方法では、２枚の位相差板と回転機構が必要であるため、高コスト化や搭載スペースの増加が懸念される。
【０００６】
また、基板上に斜方蒸着膜を成膜し、これを切断して複数の複屈折素子を得る場合には、斜方蒸着膜を成膜する際に、基板の中央部分と周縁部分とでは蒸着方向に無視できない角度差が生じる。角度差が生じると、基板内で光学特性にばらつきが生じて製造効率が低下する。そのため、複屈折基板内での各々の複屈折素子の向きが斜方蒸着膜の蒸着源に近い側から遠い側にかけて広がるように、複屈折基板を放射状に切断する方法が提案されている（例えば、特許文献８参照）。
しかしながら、基板を放射状に切断するには、基板を単純に格子状に切断する場合と比較して当然のことながらリードタイムが長期化することや、切断のための特殊な装置が必要となる。また、一つの基板から取得できる光学素子が少なくなり、高コスト化の懸念もある。
【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や、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面内における方向が互いに異なるように配置された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）。
しかしながら、この液晶表示装置では、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、耐久性に課題がある。また、基板が２枚必要であり、高コスト化の懸念もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−１７２９８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】特許第５２７１０３２号公報
【特許文献９】国際公開第２００８／０８ｌ９１９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、高コスト化、リードタイムの長期化、搭載スペースの増加及び耐久性の課題を解決しつつ、液晶表示装置のコントラストを改善できる位相差補償素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明は、光学多層膜からなる位相差付与反射防止層と、第１、第２及び第３の複屈折層と、を備えた位相差補償素子を提供する。具体的には、透明基板（例えば、後述の透明基板１１）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且つ前記入射光の反射を防止する位相差付与反射防止層（例えば、後述の位相差付与反射防止層１２）と、第１の光学異方性無機材料を有し、前記第１の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度ではない第１の複屈折層（例えば、後述の第１の複屈折層１３１）と、第２の光学異方性無機材料を有し、前記第２の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度ではない第２の複屈折層（例えば、後述の第２の複屈折層１３２）と、第３の光学異方性無機材料を有し、前記第３の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０度である第３の複屈折層（例えば、第３の複屈折層１３３）と、からなり、前記第１の光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸を前記透明基板の表面に投影したときの線分を線分Ａとし、前記第２の光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸を前記透明基板の表面に投影したときの線分を線分Ｂとし、前記第３の光学異方性無機材料の屈折率異方性の主軸を前記透明基板の表面に投影したときの線分を線分Ｃとしたとき、以下に示す（１）且つ（２）の関係が成り立つ位相差補償素子（例えば、後述の位相差補償素子１０）を提供する。
（１）前記線分Ａと前記線分Ｂのなす角の角度が４５度以上７０度以下である。
（２）前記線分Ａと前記線分Ｃが略平行であるか又は前記線分Ｂと前記線分Ｃが略平行である。
【００１１】
前記第１の複屈折層及び前記第２の複屈折層のうちいずれか一方又は両方が、斜方蒸着膜からなることが好ましい。
【００１２】
前記第３の複屈折層が、互いに１８０度対向する方向からの斜方蒸着膜が交互に積層された積層膜からなることが好ましい。
【００１３】
前記第１の光学異方性無機材料、前記第２の光学異方性無機材料及び前記第３の光学異方性無機材料のうち少なくとも一つが、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種を含有する酸化物であることが好ましい。
【００１４】
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が、１０ｎｍ未満であることが好ましい。
【００１５】
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が、略同一であることが好ましい。
【００１６】
前記第１の複屈折層の膜厚又は前記第２の複屈折層の膜厚と、前記第３の複屈折層の膜厚との差が、６０ｎｍ以上８０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１７】
前記第３の複屈折層が、高屈折率誘電材料からなり且つ櫛歯構造を有することが好ましい。
【００１８】
前記第３の複屈折層が、高屈折率誘電材料と低屈折率誘電材料からなる構成としてもよい。
【００１９】
また本発明は、基板（例えば、後述の基板２１）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モード液晶層を有し且つ入射された光束を変調する液晶パネル（例えば、後述の液晶パネル２０）と、前記液晶パネルの入射側に配置された第１の偏光板（例えば、後述の第１の偏光板３１）と、前記液晶パネルの出射側に配置された第２の偏光板（例えば、後述の第２の偏光板３２）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上述の各位相差補償素子（例えば、後述の位相差補償素子１０）と、を有する液晶表示装置（例えば、後述の液晶表示装置１００）を提供する。
【００２０】
また本発明は、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に配置された上述の液晶表示装置（例えば、後述の液晶表示装置１００）と、を有する投射型画像表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高コスト化、リードタイムの長期化、搭載スペースの増加及び耐熱性の課題を解決しつつ、液晶表示装置のコントラストを改善できる位相差補償素子を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態に係る位相差補償素子の断面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る位相差付与反射防止層の断面模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る第１の複屈折層の斜視模式図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る第１の複屈折層の断面ＳＥＭ写真図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る第１の複屈折層の屈折率楕円体の概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る第３の複屈折層の一例の斜視模式図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る第３の複屈折層の屈折率楕円体の概略図である。
【図８】互いに１８０度対向する方向からの斜方蒸着膜が交互に積層されて形成された本発明の一実施形態に係る第３の複屈折層の他の例の斜視模式図である。
【図９】互いに１８０度対向する方向からの斜方蒸着膜が交互に積層されて形成された本発明の一実施形態に係る第３の複屈折層の他の例の断面ＳＥＭ写真図である。
【図１０】本実施形態に係る位相差補償素子を基板法線方向から透明基板の表面に投影したときの、各光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸の位置を示した平面図である。
【図１１】液晶分子、第１の複屈折層、第２の複屈折層及び第３の複屈折層を、同一面上に仮に並べた場合におけるそれぞれの傾斜方向及び主軸方向を示した図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す概略図である。
【図１３】本発明の実施例に係る位相差付与反射防止膜の膜構成を示した図である。
【図１４】線分Ａと線分Ｂのなす角の角度とコントラストとの関係を示した図である。
【図１５】実施例１における線分Ａと線分Ｂのなす角の角度を６５〜８０度としたときの投影画像のコントラストの等高線図を示した図である。
【図１６】実施例１における線分Ａと線分Ｂのなす角の角度を４５〜６０度としたときの投影画像のコントラストの等高線図を示した図である。
【図１７】実施例１における線分Ａと線分Ｂのなす角の角度を３５〜４０度としたときの投影画像のコントラストの等高線図を示した図である。
【図１８】実施例２における第３の複屈折層の膜厚を変化させたときの、第１、第２の複屈折層の膜厚とコントラストとの関係を示した図である。
【図１９】比較例１における投影画像のコントラストの等高線図を示した図である。
【図２０】比較例２における線分Ａと線分Ｂのなす角の角度とコントラストとの関係を示した図である。
【図２１】比較例２における線分Ａと線分Ｂのなす角の角度を８０〜９５度としたときの投影画像のコントラストの等高線図を示した図である。
【図２２】比較例２における線分Ａと線分Ｂのなす角の角度を７０〜７５度としたときの投影画像のコントラストの等高線図を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。
【００２４】
［位相差補償素子］
図１は、本発明の一実施形態に係る位相差補償素子１０の断面模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る位相差補償素子１０は、透明基板１１と、位相差付与反射防止層１２と、第１の複屈折層１３１、第２の複屈折層１３２及び第３の複屈折層１３３からなる複屈折層１３と、を少なくとも備える。また、本実施形態に係る位相差補償素子１０は、必要に応じて保護層１４を備える。
【００２５】
透明基板１１は、位相差付与反射防止層１２と複屈折層１３との間に配置される。透明基板１１としては、所望の使用波長帯域の光に対して透光性を有する基板が用いられる。例えば、ガラス、石英、水晶等からなる基板が挙げられる。透明基板１１の形状としては、四角形が一般的であるが、目的に応じた形状が適宜選択される。透明基板１１の厚みとしては、例えば０．１〜３．０ｍｍが好ましい。
【００２６】
位相差付与反射防止層１２は、本実施形態に係る位相差補償素子１０では複屈折層１３の両側にそれぞれ配置される。位相差付与反射防止層１２は、所望の使用波長帯域において反射防止膜として機能するとともに、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し得る機能を有する。ここで、斜入射光とは、入射面に直交する方向からの正面入射光に対して所定の傾斜角度を有して入射する光を意味する。
【００２７】
なお、本実施形態に係る位相差補償素子１０は、複屈折層１３の両側にそれぞれ位相差付与反射防止層１２が配置されているため、入射側と出射側の向きは限定されない。即ち、２つの位相差付与反射防止層１２のうちのいずれを入射側に向けて配置してもよく、同様にいずれを出射側に向けて配置してもよい。
【００２８】
図２は、本実施形態に係る位相差付与反射防止層１２の断面模式図である。図２に示すように、位相差付与反射防止層１２は、屈折率の異なる２種類以上の誘電体膜を積層することで形成された光学多層膜である。本実施形態では、位相差付与反射防止層１２は、第１の誘電体膜１２１と、第２の誘電体膜１２２とが交互に積層された誘電体多層膜で構成される。例えば、第１の誘電体膜１２１と第２の誘電体膜１２２が交互に積層された合計３４層からなる誘電体多層膜が用いられる。
【００２９】
第１の誘電体膜１２１及び第２の誘電体膜１２２は、それぞれ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ及びＮｂ２Ｏ５からなる群より選択される少なくとも１種の無機酸化物からなる誘電体膜により構成される。例えば、第１の誘電体膜１２１として相対的に高屈折率のＮｂ２Ｏ５が用いられ、第２の誘電体膜１２２として相対的に低屈折率のＳｉＯ２が用いられる。
【００３０】
ここで、上記特許文献６の位相差補償素子では、構造性複屈折と呼ばれる光学多層膜によって膜厚方向の位相差を発現させる場合、光の干渉効果を利用しないとされている。例えば、２種類の誘電体膜をそれぞれ誘電体膜ａと誘電体膜ｂとすると、これら誘電体膜ａと誘電体膜ｂの積層を１構成単位として、１００層近く積層する必要がある。このとき、誘電体膜ａの膜厚は多層膜中で全て同一あり、誘電体膜ｂの膜厚も多層膜中で全て同一である。そのため、このような光学多層膜では、別途、反射防止膜をその両側に設ける必要がある。
【００３１】
これに対して本実施形態に係る位相差付与反射防止層１２は、光の干渉効果（多重反射）を積極的に利用して、誘電体膜への斜入射光に位相差を発生させる。加えて、本実施形態に係る位相差付与反射防止層１２は、反射防止膜としても機能する。即ち、斜入射光の位相差を制御可能であると同時に、入射光の反射を防止可能である。そのため、各誘電体膜の膜厚を同一にする必要は無く、積層数も比較的少なくすることが可能である。これは、従来の設計思想とは根本的に異なるものである。
【００３２】
従って、反射防止機能を有し、さらに斜入射光の位相差の制御をある程度自由に行うためには、各誘電体膜の膜厚を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で、実用的な位相差付与反射防止膜が作製可能である。これにより、液晶パネルで生じる斜入射光の位相差のずれについて、後述の複屈折層１３では補償しきれない分を補正可能となっている。なお、本明細書において、膜厚とは、平均の膜厚を意味する。また、本実施形態に係る位相差付与反射防止層１２は、透明基板の表面に直交する方向（以下、基板法線方向という。）に対して１５度傾斜した斜入射光に付与する位相差が、１．０〜２５．０ｎｍとなるように設計されることが好ましい。
【００３３】
複屈折層１３は、２つの位相差付与反射防止層１２の間に配置される。複屈折層１３は、第１の複屈折層１３１、第２の複屈折層１３２及び第３の複屈折層１３３の３層から構成される。これら第１の複屈折層１３１、第２の複屈折層１３２及び第３の複屈折層１３３は、いずれも光学異方性無機材料から構成される。
【００３４】
図３は、本実施形態に係る第１の複屈折層１３１の斜視模式図である。また、図４は、本実施形態に係る第１の複屈折層１３１の断面ＳＥＭ写真図である。これら図３及び図４に示すように、本実施形態に係る第１の複屈折層１３１は、基板法線Ｓに対して傾斜する方向に堆積して形成された膜で構成される。具体的には、第１の複屈折層１３１は、基板法線Ｓに対して傾斜した位置に配置された蒸着源からの斜方蒸着により形成された斜方蒸着膜で構成されるのが好ましい。
【００３５】
従って、上記構成を有する第１の複屈折層１３１では、該第１の複屈折層１３１を構成する第１の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸と、透明基板１１の表面とのなす角の角度は、９０度ではない。ここで、本明細書において、屈折率異方性の主軸とは、複屈折層を構成する光学異方性無機材料において屈折率が最も大きい方向を意味する。
【００３６】
第１の複屈折層１３１は、第１の光学異方性無機材料で構成される。第１の光学異方性無機材料としては、誘電材料が用いられ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種を含有する酸化物が好ましく用いられる。具体的には、Ｔａ２Ｏ３を主成分とするものが好ましく用いられ、Ｔａ２Ｏ３にＴｉＯ２を５〜１５質量％添加した材料がより好ましく用いられる。
【００３７】
本実施形態に係る第２の複屈折層１３２は、上記第１の複屈折層１３１と同様に、基板法線Ｓ方向に対して傾斜する方向に形成された膜で構成される。具体的には、第２の複屈折層１３２は、基板法線Ｓ方向に対して傾斜した位置に配置された蒸着源からの斜方蒸着により形成された斜方蒸着膜で構成されるのが好ましい。
【００３８】
従って、上記構成を有する第２の複屈折層１３２では、上記第１の複屈折層１３１と同様に、該第２の複屈折層１３２を構成する第２の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸と、透明基板１１の表面とのなす角の角度は、９０度ではない。
【００３９】
第２の複屈折層１３２は、第２の光学異方性無機材料で構成される。第２の光学異方性無機材料としては、誘電材料が用いられ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種を含有する酸化物が好ましく用いられる。具体的には、Ｔａ２Ｏ３を主成分とするものが好ましく用いられ、Ｔａ２Ｏ３にＴｉＯ２を５〜１５質量％添加した材料がより好ましく用いられる。第２の光学異方性無機材料は、上記第１の光学異方性無機材料と同一のものを用いてもよく、異なったものを用いてもよい。
【００４０】
ここで、図５は、第１の複屈折層１３１の屈折率楕円体の概略図である。第２の複屈折層１３２の屈折率楕円体も図５と同様に示される。本明細書において、屈折率異方性の主軸方向の屈折率をＮｘとすると、図５に示すように、Ｎｘは蒸着方向に対して平行な方向である。また、Ｎｘ方向と基板法線Ｓの両者に対して直交する方向の屈折率をＮｙとし、ＮｘとＮｙの両者に対して直交する方向の屈折率をＮｚとすると、Ｎｘが最も大きく、Ｎｘ＞Ｎｙ＞Ｎｚの関係が成立する。斜方蒸着膜により構成される第１の複屈折層１３１と第２の複屈折層１３２の屈折率は、このような屈折率楕円体で表される特性を有する。
【００４１】
なお、第１の複屈折層１３１の位相差と第２の複屈折層１３２の位相差との差は、１０ｎｍ以下であることが好ましい。また、第１の複屈折層１３１の位相差と第２の複屈折層１３２の位相差は、略同一であることがより好ましい。ここで、本明細書において略同一とは、両者の差が３ｎｍ以下であることを意味する。
【００４２】
また、第１の複屈折層１３１の膜厚と第２の複屈折層１３２の膜厚は、略同一であることが好ましい。
【００４３】
図６は、本実施形態に係る第３の複屈折層１３３の一例の斜視模式図である。図６では、便宜上、第１の複屈折層１３１と第２の複屈折層１３２を省略して示している（後述の図７〜図９も同様である）。この図６に示すように、本実施形態に係る第３の複屈折層１３３は、基板法線Ｓに対して平行な方向に堆積して形成された膜で構成される。
【００４４】
第３の複屈折層１３３は、第３の光学異方性無機材料で構成される。第３の光学異方性無機材料としては、誘電材料が用いられ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種を含有する酸化物が好ましく用いられる。具体的には、Ｔａ２Ｏ３を主成分とするものが好ましく用いられ、Ｔａ２Ｏ３にＴｉＯ２を５〜１５質量％添加した材料がより好ましく用いられる。第３の光学異方性無機材料は、上記第１の光学異方性無機材料や上記第２の光学異方性無機材料と同一のものを用いてもよく、異なったものを用いてもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、第１の光学異方性無機材料、第２の光学異方性無機材料及び第３の光学異方性無機材料のうち少なくとも一つが、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも１種を含有する酸化物で構成されるのが好ましい。
【００４６】
上記列挙した酸化物からなる誘電材料の中でも、第３の複屈折層１３３を構成する第３の光学異方性無機材料としては、高屈折率誘電材料が好ましく用いられる。また、第３の複屈折層１３３は、高屈折率誘電材料と低屈折率誘電材料を併用する構成としてもよい。
【００４７】
第３の複屈折層１３３の膜厚は、上記第１の複屈折層１３１の膜厚又は第２の複屈折層１３２の膜厚との差が、６０〜８０ｎｍであることが好ましい。第３の複屈折層１３３の膜厚と、第１の複屈折層１３１の膜厚又は第２の複屈折層１３２の膜厚との差がこの範囲内であれば、第３の複屈折層１３３の膜厚によらずに高いコントラストが得られる。
【００４８】
また、第３の複屈折層１３３は、第３の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸（即ち、Ｎｘ方向）が、透明基板１１の表面の面方向を向くように作製される。従って、第３の複屈折層１３３では、該第３の複屈折層１３３を構成する第３の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸と、透明基板１１の表面とのなす角の角度は、０度である。
【００４９】
また、第３の複屈折層１３３は、図６に示すように、使用帯域の波長より十分小さいピッチで第３の光学異方性無機材料が櫛歯形状に形成されるのが好ましい。加えて、所望の複屈折量になるように膜厚が調整されることが好ましい。このような構造の作製は、高複屈折誘電材料を第２の複屈折層１３２上に真空成膜し、フォトリソグラフィやナノインプリントにて上記ピッチのパターンを、成膜された高屈折率誘電材料上に形成し、エッチングすることで可能である。これにより、空気層と高屈折率誘電材料の櫛歯形状が形成され、第３の複屈折層１３３として機能することができる。屈折率の調整や櫛歯形状における空気層内部にダスト等が堆積することによる屈折率変化を避ける目的で、即ち信頼性確保の目的で、空気層の中に屈折率が異なる材料を埋め込んでもよい。
【００５０】
ここで、図７は、第３の複屈折層１３３の屈折率楕円体の概略図である。図７に示すように、ＮｘとＮｚの大きさが略同一で最も大きく、Ｎｘ≒Ｎｚ＞Ｎｙの関係が成立する。第３の複屈折層１３３の屈折率は、このような屈折率楕円体で表される特性を有する。
【００５１】
なお、上記作製方法は、パターニングを含むために製作工程が複雑になるため、斜方蒸着を用いて擬似的な櫛歯形状を作製するのが好ましい。即ち、透明基板１１の面内方向に対して、互いに１８０度対向する方向から交互に斜方蒸着を行い、擬似的な櫛歯形状を作製するのが好ましい。これにより、第３の複屈折層１３３は、互いに１８０度対向する方向からの斜方蒸着膜が交互に積層された積層膜で構成される。
【００５２】
図８は、互いに１８０度対向する方向からの斜方蒸着膜が交互に積層されて形成された第３の複屈折層１３３の他の例の斜視模式図である。また、図９は、互いに１８０度対向する方向からの斜方蒸着膜が交互に積層されて形成された第３の複屈折層１３３の他の例の断面ＳＥＭ写真図である。これら図８及び図９に示すように、互いに１８０度対向する方向からの斜方蒸着膜が交互に積層された積層膜によれば、疑似的な櫛歯形状を形成可能である。加えて、第３の複屈折層１３３を構成する第３の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸と、透明基板１１の表面とのなす角の角度が０度であり、その屈折率は図７に示す屈折率楕円体で表される特性を有する。
【００５３】
また、第３の複屈折層１３３の他の例では、積層する各層の厚みを十分に小さくし、望ましくは１０ｎｍ以下とすることが好ましい。これにより、基板法線Ｓ方向に蒸着粒子がいわゆる斜方蒸着のシャドーイング効果による自己組織化で、わずかな隙間を有して透明基板１１の表面に対して垂直方向に堆積することで、擬似的な櫛歯形状を実現できる。この場合の擬似的とは、透明基板１１の表面から見て直方体形状のライン、スペースで構成されるような櫛歯形状ではなく、非直線成分を含んでいるが、全体的には蒸着方向に垂直に複屈折層の屈折率異方性の主軸が向いている構造である。所望の複屈折量は、この場合も膜厚調整により可能である。成膜のみで作製することができるので実際の生産上は有利な方法である。断面形状は一層が厚くなると側壁が凹凸状になる。各層の厚みを薄くすることで凹凸量が減少して側壁の直線性が向上し、リソグラフィとエッチングにより形成する櫛歯断面と同等にすることが可能である。
【００５４】
次に、各複屈折層を構成する各光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸の位置関係について、詳しく説明する。図１０は、本実施形態に係る位相差補償素子１０を基板法線Ｓ方向から透明基板１１の表面に投影したときの、各光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸の位置を示した平面図である。図１０には、液晶パネルの液晶分子の長軸方向も併せて示している。この図１０から、透明基板１１の面内方向における、各複屈折層における屈折率異方性の主軸方向と、液晶分子の長軸方向との位置関係が把握される。
【００５５】
また、図１１は、液晶分子、第１の複屈折層１３１、第２の複屈折層１３２及び第３の複屈折層１３３を、同一面上に仮に並べた場合におけるそれぞれの傾斜方向及び主軸方向を示した図である。ここで、第１の複屈折層１３１を構成する第１の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸ＮｘをＮｘ１とし、第２の複屈折層１３２を構成する第２の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸ＮｘをＮｘ２とし、第３の複屈折層１３３を構成する第３の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸ＮｘをＮｘ３とする。この図１１から、透明基板１１の法線方向における、各複屈折層における屈折率異方性の主軸方向と、液晶分子の傾斜方向との位置関係が把握される。
【００５６】
図１０に示すように、第１の複屈折層１３１を構成する第１の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸を、透明基板１１の表面に投影したときの線分を線分Ａとする。また、第２の複屈折層１３２を構成する第２の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸を、透明基板１１の表面に投影したときの線分を線分Ｂとする。また、第３の複屈折層１３３を構成する第３の光学異方性無機材料における屈折率異方性の主軸を、透明基板１１の表面に投影したときの線分を線分Ｃとする。このとき、本実施形態に係る位相差補償素子１０では、以下に示す（１）且つ（２）の関係が成立する。
（１）線分Ａと線分Ｂのなす角αの角度が４５度以上７０度以下である。
（２）線分Ａと線分Ｃが略平行であるか又は線分Ｂと線分Ｃが略平行である。
【００５７】
これに関して図１０では、線分Ａと線分Ｂのなす角αの角度が、例えば６７度の場合を示している。また、図１０では、線分Ｂと線分Ｃが平行である場合を示している。なお、本明細書において、線分Ａと線分Ｂのなす角αとは、各線分の始点が重なるように各線分を平行移動させたときに形成される角のうち、小さい方の角（劣角）を意味する。
【００５８】
線分Ａと線分Ｂのなす角αの大きさは、第１の複屈折層１３１と第２の複屈折層１３２を斜方蒸着により形成する場合、互いの蒸着方向のなす角を変化させることにより調整可能である。即ち、固定された単一の蒸着源を用いて第１の複屈折層１３１と第２の複屈折層１３２を形成する場合には、第２の複屈折層１３２を斜方蒸着により形成する際に、既に第１の複屈折層１３１が形成された透明基板１１を面内方向に回転させることにより、線分Ａと線分Ｂのなす角αの大きさを調整可能である。この場合、線分Ａと線分Ｂのなす角αの大きさは、第２の複屈折層１３２を形成する際に、第１の複屈折層１３１が形成された透明基板１１を面内方向に回転させる回転角度により決定される。
【００５９】
一方、透明基板１１を固定し、互いに異なる方向に配置される２つの蒸着源を用いて第１の複屈折層１３１と第２の複屈折層１３２を形成する場合には、２つの蒸着源の相対位置を変化させることにより、線分Ａと線分Ｂのなす角αの大きさを調整可能である。この場合、線分Ａと線分Ｂのなす角αの大きさは、２つの蒸着源の蒸着方向のなす角により決定される。
【００６０】
また、線分Ａと線分Ｃを平行とするためには、第１の複屈折層１３１及び第３の複屈折層１３３を斜方蒸着により形成する場合に、透明基板１１の面内方向における蒸着方向の位置を一致させることにより可能である。同様に、線分Ｂと線分Ｃを平行とするためには、第２の複屈折層１３２と第３の複屈折層１３３を斜方蒸着により形成する場合に、透明基板１１の面内方向における蒸着方向の位置を一致させることにより可能である。
【００６１】
また、図１０及び図１１に示すように、液晶分子の傾斜方向が、Ｎｘ１、Ｎｘ２、Ｎｘ３の各主軸方向と９０度以上の角度となるように、液晶パネルと各複屈折層が配置されることが好ましい。これにより、第１の複屈折層１３１、第２の複屈折層１３２及び第３の複屈折層１３３による面内複屈折を利用して、液晶パネルにおける液晶分子のプレチルト角により生じる偏光の乱れを補正可能である。より具体的には、これら第１の複屈折層１３１、第２の複屈折層１３２及び第３の複屈折層１３３により、液晶パネルを透過した光の特性変化、即ち、光の進行方向の変化、偏光状態の変化、周波数等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できる。従って、液晶分子のプレチルト角による光の特性変化を効果的且つ高精度に補正できる。
【００６２】
図１に戻って、本実施形態に係る保護層１４は、第３の複屈折層１３３上に配置される。この保護層１４は、位相差補償素子１０の反りを防止するため及び複屈折層の耐湿性向上のために設けられる。保護層１４としては、応力を調整可能なもの及び耐湿性向上に効果のあるものであればよく、例えばＳｉＯ２等の薄膜が用いられる。
【００６３】
以上の構成を備える本実施形態に係る位相差補償素子１０の製造方法について、一例を挙げて説明する。
先ず、透明基板１１の一方の面上に、スパッタ法等により例えばＳｉＯ２とＮｂ２０５とを交互積層することによって、位相差付与反射防止層１２を形成する。
【００６４】
次いで、透明基板１１の他方の面上に、例えばＴａ２０５にＴｉＯ２を添加した蒸着材料を、基板法線Ｓ方向に対して所定角度傾斜した位置に蒸着源を配置して斜方蒸着を行い、第１の複屈折層１３１を形成する。
続けて、透明基板１１を面内方向に所定角度回転させた後に上記蒸着源からの斜方蒸着を行い、第１の複屈折層１３１上に第２の複屈折層１３２を形成する。これにより、屈折率異方性の主軸が透明基板１１の表面となす角が９０度ではない第１の複屈折層１３１と、同じく屈折率異方性の主軸が透明基板１１の表面となす角が９０度ではない第２の複屈折層１３２を形成する。
【００６５】
次いで、このときの位置と、透明基板を面内方向にさらに１８０度回転させた位置との間で、交互に切り替えながら上記蒸着源からの斜方蒸着を行い、第２の複屈折層１３２上に第３の複屈折層１３３を形成する。これにより、屈折率異方性の主軸が透明基板１１の表面となす角の角度が０度である第３の複屈折層１３３を形成する。
【００６６】
蒸着後、色抜きのためと柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために、１００℃以上でアニール処理を実施する。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て特性が大きく変化するためである。アニール温度は、温度が高すぎると柱状組織同士が成長してコラム状となり、複屈折の低下や透過率の低下等が生じるため、３００℃以下であることが好ましい。
【００６７】
次いで、第３の複屈折層１３３上に保護層を形成する。その後、透過率を向上させる目的で、位相差付与反射防止層１２をスパッタ法により形成する。以上により、本実施形態に係る位相差補償素子１０が製造される。
【００６８】
［液晶表示装置、投射型画像表示装置］
図１２は、本実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す概略図である。図１２に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置は、液晶パネル２０と、第１の偏光板３１と、第２の偏光板３２と、本実施形態に係る位相差補償素子１０と、を備える。
【００６９】
液晶パネル２０は、第１の偏光板３１と第２の偏光板３２との間に配置され、入射された光束を変調する。液晶パネル２０としては、２つの基板２１、２１と、該基板２１、２１の間に配置された液晶層２２と、を備える。
【００７０】
基板２１，２１としては、ガラス基板等が用いられる。また、液晶層２２としては、基板２１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モード液晶層が用いられる。ここで、ＶＡモード（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｍｏｄｅ）とは、基板２１に対して垂直に（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。
【００７１】
第１の偏光板３１は、液晶パネル２０の入射側に配置される。第２の偏光板３２は、液晶パネル２０の出射側に配置される。これら第１の偏光板３１及び第２の偏光板３２は、耐久性の点から、無機偏光板であることが好ましい。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（例えばガラス基板）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、且つ形状異方性を有する無機微粒子（半導体、金属）を形成したもの等が用いられる。
【００７２】
本実施形態に係る位相差補償素子１０の構成は上述した通りであり、この位相差補償素子１０は、液晶パネル２０と第２の偏光板３２との間の光路上に配置される。位相差補償素子１０は、液晶パネル２０及び第２の偏光板３２に対して、高耐熱性の接着剤により接合されることが好ましい。
【００７３】
また、本実施形態に係る図示しない投射型画像表示装置は、光源と、投射光学系と、上記液晶表示装置１００と、を備える。
【００７４】
光源は、光を出射する。光源としては、例えば白色光を出射する超高圧水銀ランプ等が用いられる。
投射光学系は、変調された光を投射する。投射光学系としては、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等が用いられる。
液晶表示装置１００は、光源と投射光学系との間の光路上に配置される。
【００７５】
図１０に示すように、本実施形態に係る光学系は、上記ＶＡモード液晶層のような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は、基板面の法線方向に対して一定の方向にプレチル卜角だけ傾いて配向する。このとき、液晶パネル２０は、透過軸方向が９０度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。
【００７６】
以上説明した本実施形態に係る位相差補償素子１０、液晶表示装置１００及び投射型画像表示装置によれば、次のような効果が奏される。
本実施形態によれば、わずか一枚の位相差補償素子１０を液晶パネル２０の出射側に平行に配置するだけで、特に位相差補償素子１０の角度調整を行うことなく液晶表示装置１００のコントラストを増加させることができ、十分な光学補償効果を得ることができる。
【００７７】
より詳しくは、反射防止機能を有するとともに斜入射光の位相差の制御が可能な位相差付与反射防止層１２により、液晶パネル２０で生じる斜入射光の位相差のずれについて、複屈折層１３では補償しきれない分を補正できる。
また、第１の複屈折層１３１、第２の複屈折層１３２及び第３の複屈折層１３３による面内複屈折を利用して、液晶層２２における液晶分子のプレチルト角により生じる偏光の乱れを補正できる。
【００７８】
加えて、本実施形態に係る位相差補償素子１０は、無機材料により構成されるため、耐熱性や耐光性等の耐久性に優れる。さらには、位相差補償素子１０は基板の種類を問わないことから、ガラスや石英等、位相差補償素子１０が使用される用途によって自由に使い分けることができる。また、上記特許文献８のように従来の斜方蒸着において本質的な課題であった、透明基板の中央部分と周縁部分との間での蒸着方向の角度差によるばらつきがあったとしても、優れたコントラストが得られ、位相差補償の特性が変わらないという有利な効果が奏される。即ち、位相差補償素子１０の作製プロセスにおいて、透明基板のどの位置でも一様な位相差補償効果を得ることができるため、製造コストを削減できるとともにリードタイムを短期化でき、量産プロセスに最適である。
【００７９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
【実施例】
【００８０】
次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００８１】
＜実施例１＞
透明基板としてのガラス基板の一方の面上に、スパッタ法によりＳｉＯ２とＮｂ２０５とを交互積層することによって、位相差付与反射防止膜を形成した。このとき、基板法線方向に対して１５度傾斜した斜入射光に付与する位相差が、７ｎｍとなるような膜構成とした。具体的な膜構成を図１３に示した。図１３に示されるように、本実施例では３４層の誘電体膜構成とした。
【００８２】
次いで、ガラス基板の他方の面上に、Ｔａ２０５にＴｉＯ２を添加した蒸着材料を用いて、基板法線方向に対して７０度傾斜した位置に蒸着源を配置して斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。続けて、上記蒸着材料を用いて、ガラス基板を面内方向に所定角度回転させた後に上記蒸着源からの斜方蒸着を行い、第１の複屈折層上に第２の複屈折層を形成した。これにより、屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角が９０度ではない第１の複屈折層と、同じく屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角が９０度ではない第２の複屈折層を形成した。
【００８３】
次いで、このときの位置と、ガラス基板を面内方向にさらに１８０度回転させた位置とで、それぞれ７ｎｍ成膜ごとに交互に切り替えながら、上記蒸着材料を用いて上記蒸着源からの斜方蒸着を行い、第２の複屈折層上に第３の複屈折層を形成した。これにより、屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角の角度が０度である第３の複屈折層を形成した。
【００８４】
以上のような蒸着方法により、第２の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ｂと、第３の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ｃが、互いに平行な複屈折層が形成された。また、線分Ｂと、第１の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ａとのなす角の角度が、上記所定角度である複屈折層が形成された。
【００８５】
なお、本実施例では、第１、第２の複屈折層の膜厚を１１０ｎｍとし、第３の複屈折層の膜厚を５０ｎｍに設定した。また、上記所定角度を、３５〜８０度の間において５度刻みで段階的に変化させた。これにより、第１の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ａと、第２の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ｂのなす角の角度を、３５〜８０度の間において５度刻みで段階的に変化させたものをそれぞれ作製した。
【００８６】
蒸着後、色抜きのためと柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために、２００℃でのアニール処理を行った。その後、透過率を向上させる目的で、複屈折層上に反射防止膜のみをスパッタ法により成膜した。より具体的には、反射防止膜として、ＳｉＯ２とＮｂ２０５との交互積層からなる反射防止膜を形成した。
【００８７】
以上のようにして作製した各位相差補償素子と、第１の偏光板と、第２の偏光板と、垂直配向透過型の液晶パネルとを、図１２に示したように配置して液晶表示装置を作製し、投影画像のコントラストを測定した。第１の偏光板及び第２の偏光板としては、デクセリアルズ株式会社製のメイン偏光板を用いた。液晶パネルとしては、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を用いた。より詳しくは、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、８６度のプレチルト角を有する液晶パネルを用いた。コントラストの測定は、第１の偏光板の外側から光を入射し、光透過状態（液晶分子の平行配向状態）の輝度と、光遮断状態（液晶分子の垂直配向状態）の輝度をそれぞれ測定し、それらの比率を計算することによりコントラストを算出した。
【００８８】
コントラスト算出結果を図１４に示した。図１４は、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度と、コントラストとの関係を示した図である。図１４中、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度が０度のプロットは、位相差補償素子が無い場合のコントラストを表している。図１４から、本実施例の光学系によれば、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度が４５度以上７０度以下の場合には、位相差補償素子が無い場合と比較して、約２倍のコントラストが得られることが確認された。
【００８９】
本実施例において、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度（Ａ−Ｂ間の角度ともいう。）を３５度以上８０度以下としたときの投影画像のコントラストの等高線図を図１５〜図１７に示した。図１５〜図１７の等高線図において、ハッチングの濃い領域がコントラストが高いことを表している。これら図１５〜図１７から、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度が４５度以上７０度以下であれば、最もコントラストの高い領域が等高線図の中心に集中して配置されることが分かる。一方、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度が４０度未満又は７５度以上では、コントラストの高い領域が複数に分散して等高線図の中心からずれてしまうことが分かる。この結果から、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度は、４５度以上７０度以下が好ましいことが確認された。
【００９０】
以上のように、本発明によれば、上記特許文献８で示されたような斜方蒸着の本質的な課題である透明基板の面内の角度分布について、たとえ角度分布があったとしても、透明基板のどの位置でも同等の位相差補償効果が得られることが確認された。従って、透明基板を格子状に切断するような、単純な量産プロセスで補償効果の均一な位相差補償板を得ることができるという点で、本発明は従来に比して有利な効果を有すると言える。
【００９１】
＜実施例２＞
透明基板としてのガラス基板の一方の面上に、スパッタ法によりＳｉＯ２とＮｂ２０５とを交互積層することによって、位相差付与反射防止膜を形成した。このとき、基板法線方向に対して１５度傾斜した斜入射光に付与する位相差が、７ｎｍとなるような膜構成とした。具体的な膜構成は、実施例１と同様にした。
【００９２】
次いで、ガラス基板の他方の面上に、Ｔａ２０５にＴｉＯ２を添加した蒸着材料を用いて、基板法線方向に対して７０度傾斜した位置に蒸着源を配置して斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。続けて、上記蒸着材料を用いて、ガラス基板を面内方向に６７度回転させた後に上記蒸着源からの斜方蒸着を行い、第１の複屈折層上に第２の複屈折層を形成した。これにより、屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角が９０度ではない第１の複屈折層と、同じく屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角が９０度ではない第２の複屈折層を形成した。
【００９３】
次いで、このときの位置と、ガラス基板を面内方向にさらに１８０度回転させた位置とで、それぞれ７ｎｍ成膜ごとに交互に切り替えながら、上記蒸着材料を用いて上記蒸着源からの斜方蒸着を行い、第２の複屈折層上に第３の複屈折層を形成した。これにより、屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角の角度が０度である第３の複屈折層を形成した。
【００９４】
以上のような蒸着方法により、第２の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ｂと、第３の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ｃが、互いに平行な複屈折層が形成された。また、これら線分Ｂ及び線分Ｃと、第１の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ａとのなす角の角度が、６７度である複屈折層が形成された。
【００９５】
蒸着後、色抜きのためと柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために、２００℃でのアニール処理を行った。その後、透過率を向上させる目的で、複屈折層上に反射防止膜のみをスパッタ法により成膜した。より具体的には、反射防止膜として、ＳｉＯ２とＮｂ２０５との交互積層からなる反射防止膜を形成した。
【００９６】
なお、本実施例では、第１の複屈折層と第２の複屈折層の膜厚を同一に設定し、これら第１、第２の複屈折層の膜厚を、３０〜２５０ｎｍの間で２０ｎｍ刻みで段階的に変化させたものをそれぞれ作製した。また同時に、第３の複屈折層の膜厚を、３０〜９０ｎｍの間で２０ｎｍ刻みで段階的に変化させたものをそれぞれ作製した。
【００９７】
以上のようにして作製した各位相差補償素子を用いて、実施例１と同様の操作によって液晶表示装置を作製した。次いで、作製した液晶表示装置を用いて、実施例１と同様に、投影画像のコントラストを測定した。
【００９８】
コントラスト算出結果を図１８に示した。図１８は、実施例２における第３の複屈折層の膜厚を変化させたときの、第１、第２の複屈折層の膜厚と、コントラストとの関係を示した図である。図１８中、第１、第２の複屈折層の膜厚が０ｎｍのプロットは、位相差補償素子が無い場合のコントラストを表している。図１８から、本実施例の光学系によれば、第３の複屈折層の膜厚によらずに、第１、第２の複屈折層の膜厚と第３の複屈折層の膜厚との差が６０ｎｍ以上８０ｎｍ以下の場合には、位相差補償素子が無い場合と比較して、約２倍のコントラストが得られることが確認された。
【００９９】
＜比較例１＞
比較例１として、第３の複屈折層を有していない位相差補償素子について、コントラストの評価を行った。先ず、透明基板としてのガラス基板の一方の面上に、スパッタ法によりＳｉＯ２とＮｂ２０５とを交互積層することによって、位相差付与反射防止膜を形成した。このとき、基板法線方向に対して１５度傾斜した斜入射光に付与する位相差が、７ｎｍとなるような膜構成とした。具体的には、実施例１と同一の膜構成とした。
【０１００】
次いで、ガラス基板の他方の面上に、Ｔａ２０５にＴｉＯ２を添加した蒸着材料を用いて、基板法線方向に対して７０度傾斜した位置に蒸着源を配置して斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。続けて、上記蒸着材料を用いて、ガラス基板を面内方向に６７度回転させた後に上記蒸着源からの斜方蒸着を行い、第１の複屈折層上に第２の複屈折層を形成した。これにより、屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角が９０度ではない第１の複屈折層と、同じく屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角が９０度ではない第２の複屈折層を形成した。
【０１０１】
以上のような蒸着方法により、第１の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ａと、第２の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ｂとのなす角の角度が、６７度である複屈折層が形成された。なお、本比較例では、第１、第２の複屈折層の膜厚を１１０ｎｍに設定した。
【０１０２】
蒸着後、色抜きのためと柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために、２００℃でのアニール処理を行った。その後、透過率を向上させる目的で、複屈折層上に反射防止膜のみをスパッタ法により成膜した。より具体的には、反射防止膜として、ＳｉＯ２とＮｂ２０５との交互積層からなる反射防止膜を形成した。
【０１０３】
以上のようにして作製した各位相差補償素子を用いて、実施例１と同様の操作によって液晶表示装置を作製した。次いで、作製した液晶表示装置を用いて、実施例１と同様に、投影画像のコントラストを測定した。
【０１０４】
比較例１における投影画像のコントラストの等高線図を図１９に示した。比較のため、実施例２（第３の複屈折層を備えた状態）でＡ−Ｂ間の角度を６７度としたときの等高線図も併せて示した。この図１９から、第３の複屈折層を有していない位相差補償素子では、コントラストの高い領域が複数に分散して等高線図の中心からずれることが分かった。従って、コントラスト改善の観点から、第３の複屈折層を備えることが重要であることが確認された。
【０１０５】
＜比較例２＞
比較例２として、第３の複屈折層を有していない位相差補償素子について、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度を変化させたときのコントラスト変化について評価を行った。先ず、透明基板としてのガラス基板の一方の面上に、スパッタ法によりＳｉＯ２とＮｂ２０５とを交互積層することによって、位相差付与反射防止膜を形成した。このとき、基板法線方向に対して１５度傾斜した斜入射光に付与する位相差が、７ｎｍとなるような膜構成とした。具体的には、実施例１と同一の膜構成とした。
【０１０６】
次いで、ガラス基板の他方の面上に、Ｔａ２０５にＴｉＯ２を添加した蒸着材料を、基板法線方向に対して７０度傾斜した位置に蒸着源を配置して斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。続けて、ガラス基板を面内方向に所定角度回転させた後に上記蒸着源からの斜方蒸着を行い、第１の複屈折層上に第２の複屈折層を形成した。これにより、屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角が９０度ではない第１の複屈折層と、同じく屈折率異方性の主軸が透明基板の表面となす角が９０度ではない第２の複屈折層を形成した。
【０１０７】
このとき、第１、第２の複屈折層の膜厚を１１０ｎｍに設定した。また、第１の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ａと、第２の複屈折層の屈折率異方性の主軸をガラス基板の表面に投影したときの線分Ｂのなす角の角度を、５５〜９５度の間において５度刻みで段階的に変化させたものをそれぞれ作製した。
【０１０８】
蒸着後、色抜きのためと柱状組織間に吸着している水分を蒸発させるために、２００℃でのアニール処理を行った。その後、透過率を向上させる目的で、複屈折層上に反射防止膜をスパッタ法により成膜した。
【０１０９】
以上のようにして作製した各位相差補償素子を用いて、実施例１と同様の操作によって液晶表示装置を作製した。次いで、作製した液晶表示装置を用いて、実施例１と同様に、投影画像のコントラストを測定した。
【０１１０】
コントラスト算出結果を図２０に示した。図２０は、比較例２における線分Ａと線分Ｂのなす角の角度と、コントラストとの関係を示した図である。図２０中、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度が０度のプロットは、位相差補償素子が無い場合のコントラストを表している。図２０から、第３の複屈折層を有していない比較例２の光学系では、線分Ａと線分Ｂのなす角の角度が８０〜９０度であれば、位相差補償素子が無い場合と比較して約２倍のコントラストが得られることが分かった。しかしながら、高いコントラストが得られるこの角度範囲は、第３の複屈折層を有する実施例１の場合と比較して、著しく狭いことが分かる。この結果から、第３の複屈折層を有することにより、より広い線分Ａと線分Ｂのなす角の角度範囲において、高いコントラストが得られることが確認された。
【０１１１】
また、比較例２における線分Ａと線分Ｂのなす角の角度を７０度以上９５度以下としたときの投影画像のコントラストの等高線図を図２１及び図２２に示した。これら等高線図において、最もコントラストの高い領域が中心に配置される角度は、８０度から９０度までのわずか１０度程度であり、実施例１の結果（４５度以上７０度以下）と比較して、コントラスト向上に最適な角度範囲が狭いことが確認された。以上のように、第３の複屈折層が無い場合には、斜方蒸着膜の本質的な課題である透明基板の角度分布によって、透明基板の面内で光学特性に差異が生じることが確認された。
【符号の説明】
【０１１２】
１０    位相差補償素子
１１    透明基板
１２    位相差付与反射防止層
１３    複屈折層
１４    保護層
２０    液晶パネル
２１    基板
２２    液晶層
３１    第１の偏光板
３２    第２の偏光板
１００  液晶表示装置
１２１  第１の誘電体膜
１２２  第２の誘電体膜
１３１  第１の複屈折層
１３２  第２の複屈折層
１３３  第３の複屈折層
Ｓ      基板法線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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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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