(57)【要約】【課題】高コスト化、リードタイムの長期化を抑制しつつ耐久性を有するとともに、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の製造方法を提供すること。【解決手段】基板上に光学異方性層を形成するにあたり、光学異方性層を複数の複屈折膜を含むものとし、それぞれの複屈折膜につき、成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きと、厚みとでベクトルを決定するとき、複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きと、液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きとが略同一となるように、位相差補償素子を製造する。【選択図】図１
2019133171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶セルによって生じる光の位相差を補償する位相差補償素子であって、
透明基板と、
無機材料が堆積された複数の複屈折膜を含む光学異方性層と、を含み、
前記複数の複屈折膜の各々は、前記無機材料の成膜方向と前記透明基板の表面とのなす角の角度が９０度ではなく、
前記複屈折膜の成膜方向を前記透明基板の表面に投影した線分の向きと、前記複屈折膜の厚みとで複屈折膜のベクトルを決定するとき、前記複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルの向きが、前記液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一である、位相差補償素子。
【請求項２】
前記複数の複屈折膜は、斜方蒸着膜である請求項１に記載の位相差補償素子。
【請求項３】
前記無機材料は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆ、およびＣｅ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または２に記載の位相差補償素子。
【請求項４】
さらに位相差付与反射防止層を備え、
前記位相差付与反射防止層は、屈折率の異なる２種以上の誘電体からなる誘電体膜の積層体であり、反射防止の作用と、前記液晶セルに斜め方向から入射する光の位相差を補償する作用とを有する、請求項１〜３いずれか記載の位相差補償素子。
【請求項５】
前記誘電体膜は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ、Ｎｂ２Ｏ５、およびＨｆＯ２からなる群より選択される少なくとも１種である、請求項４に記載の位相差補償素子。
【請求項６】
前記透明基板と前記光学異方性層との間にマッチング層を備える、請求項１〜５いずれか記載の位相差補償素子。
【請求項７】
さらに保護層を備える、請求項１〜６いずれか記載の位相差補償素子。
【請求項８】
液晶セルと、
請求項１〜７のいずれか記戯の位相差補償素子と、を備える液晶表示装置。
【請求項９】
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８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、液晶表示装置およ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。このような位相差補償素子としては、例えば、誘電体材料の蒸着により、高屈折率と低屈折率の薄膜を交互に積層して形成した負のＣ−プレートと、少なくとも二層構成の斜方蒸着膜で形成されたＯプレートと、を積層した位相差補償素子が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された位相差補償素子は、高屈折率と低屈折率層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、少なくとも二層構成の斜方蒸着膜で形成されたＯ−プレートによって、液晶のプレチル卜角により生じる偏光の乱れを補正する。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された負のＣ−プレートは、屈折率の異なる２種類の蒸着膜の光学膜厚の比を定め、それに基づき定められた同一の膜厚の高屈折率層と、同一の膜厚の低屈折率層が交互に積層され、その結果生じる構造性複屈折によって位相差を発現させる。このため、合計で８０層以上の積層数が必要となる上、さらに別途、反射防止膜が必要となるため、高コスト化やリードタイムの長期化が懸念される。
【０００５】
また別の位相差補償技術として、斜方蒸着膜で形成された２枚の位相差板を用いて、光学補償する方法が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載された光学補償方法では、２枚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調整することでコントラストを向上させる。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載された光学補償方法では、２枚の位相差板と、当該２枚の位相差板を回転させる回転機構が必要となるため、高コスト化や搭載スペースの増加が懸念される。
【０００７】
また、少なくとも２つの補償層を有し、それらの位相差の値や、面内の光学軸方向が互いに異なるように配置して貼り合わせた位相差補償板を用いた液晶表示装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載された液晶表示装置にて用いられる位相差補償板は、２つの補償層の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、２枚の基板が必要となり、高コスト化の懸念もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１７１３２７号公報
【特許文献２】特開２００９−１４５８６３号公報
【特許文献３】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】
【００１０】
本発明は上記の背景技術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を抑制しつつ耐久性を有するとともに、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】
【００１１】
本発明者は、基板上に光学異方性層を形成するにあたり、光学異方性層を複数の複屈折膜を含むものとし、それぞれの複屈折膜につき、成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きと、厚みとでベクトルを決定するとき、複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルの向きと、液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きとを略同一とすれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち本発明は、液晶セルによって生じる光の位相差を補償する位相差補償素子であって、透明基板と、無機材料が堆積された複数の複屈折膜を含む光学異方性層と、を含み、前記複数の複屈折膜の各々は、前記無機材料の成膜方向と前記透明基板の表面とのなす角の角度が９０度ではなく、前記複屈折膜の成膜方向を前記透明基板の表面に投影した線分の向きと、前記複屈折膜の厚みとで複屈折膜のベクトルを決定するとき、前記複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルの向きが、前記液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一である、位相差補償素子である。
【００１３】
前記複数の複屈折膜は、斜方蒸着膜であってもよい。
【００１４】
前記無機材料は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆ、およびＣｅ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ってもよい。
【００１５】
さらに位相差付与反射防止層を備え、前記位相差付与反射防止層は、屈折率の異なる２種以上の誘電体からなる誘電体膜の積層体であり、反射防止の作用と、前記液晶セルに斜め方向から入射する光の位相差を補償する作用とを有するものであってもよい。
【００１６】
前記誘電体膜は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ、Ｎｂ２Ｏ５、およびＨｆＯ２からなる群より選択される少なくとも１種であってもよい。
【００１７】
前記透明基板と前記光学異方性層との間に、マッチング層をさらに備えていてもよい。
【００１８】
さらに保護層を備えていてもよい。
【００１９】
また別の本発明は、液晶セルと、上記の位相差補償素子と、を備える液晶表示装置である。
【００２０】
また別の本発明は、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記の液晶表示装置と、を有する投射型画像表示装置である。
【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およ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】本発明の複屈折膜の斜視模式図である。
【図３】液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きを示す図である。
【図４】複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きを示す図である。
【図５】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６】実施例１の複屈折膜のベクトルを示す図である。
【図７】実施例１の各複屈折膜のベクトルの向きとコントラストとの関係を示す図である。
【図８】実施例１の各複屈折膜の厚みとコントラストとの関係を示す図である。
【図９】実施例２の複屈折膜のベクトルを示す図である。
【図１０】実施例２の各複屈折膜のベクトルの向きとコントラストとの関係を示す図である。
【図１１】実施例１の各複屈折膜の厚みとコントラストとの関係を示す図である。
【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、図面を参照して説明する。
【００２４】
［位相差補償素子］
本発明の位相差補償素子は、液晶セルで生じる光の位相差を補償する位相差補償素子であって、透明基板と、無機材料からなる複数の複屈折膜を含む光学異方性層と、を含む。複数の複屈折膜の各々は、無機材料の成膜方向と透明基板の表面とのなす角の角度が９０度ではなく、複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きと、前記複屈折膜の厚みとで複屈折膜のベクトルを決定するとき、複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルの向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一であることを特徴とする。
【００２５】
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、光学異方性層１３と、保護層１４と、マッチング層１５と、反射防止層１６と、を備える。なお、本発明は、透明基板と、無機材料からなる複数の複屈折膜を含む光学異方性層とを少なくとも備えていればよい。
【００２６】
［透明基板］
透明基板は、所望の使用波長帯域の光に対して透光性を有するものであれば、特に限定されるものではない。透明基板の材料としては、例えば、ガラス、石英、水晶、サファイヤ等が挙げられる。透明基板の形状としては、四角形が一般的であるが、目的に応じた形状を適宜選択してもよい。また、透明基板の厚みは、例えば０．１〜３．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００２７】
図１に示される位相差補償素子１０においては、透明基板１１は、位相差付与反射防止層１２とマッチング層１５との間に配置される。
【００２８】
［光学異方性層］
本発明の位相差補償素子における光学異方性層は、無機材料が堆積された複数の複屈折膜を含む。光学異方性層は、本発明の位相差補償素子において位相差を補償する機能を有し、コントラストを改善することに寄与する層である。
【００２９】
図１に示される位相差補償素子１０においては、光学異方性層１３は、マッチング層１５と保護層１４との間に配置される。光学異方性層１３は、複数の複屈折膜を含む層となっている。
【００３０】
図２は、光学異方性層を構成する複屈折膜の一実施態様を示す視模式図である。図２に示すように、光学異方性層１３を構成する複屈折膜１３１は、透明基板１の表面に直交する方向（以下、基板法線方向という）である基板法線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。本発明の位相差補償素子における光学異方性層は、このような膜で構成される複屈折膜が複数堆積された構成となっている。
【００３１】
複屈折膜の各々は、透明基板の基板法線に対して傾斜する方向に堆積して形成され、複屈折膜を構成する無機材料の成膜方向と透明基板の表面とのなす角の角度は９０度ではない。
【００３２】
本発明において、複屈折膜の各々について、無機材料の成膜方向と透明基板の表面とのなす角の角度を９０度ではない状態にする方法としては、例えば、基板法線Ｓに対して傾斜した位置に蒸着源を配置し、当該蒸着源からの斜方蒸着により、斜方蒸着膜を形成する方法が好ましい。複数回の斜方蒸着によって光学異方性層を作製する場合には、蒸着角度を変えて斜方蒸着を繰り返し、最終的な光学異方性層を得る。
【００３３】
また、本発明の位相差補償素子における光学異方性層は、複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きと、複屈折膜の厚みとで複屈折膜のベクトルを決定するとき、光学異方性層を構成する複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルの向きが、液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一となっている。
【００３４】
なお、本発明においての「略同一」とは、±１０°の範囲であることを意味する。
【００３５】
図３は、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きを示す図である。液晶分子の傾斜方向ＬをＸＹ平面上に投影して得られる線分の向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きｌとなる。
【００３６】
図４は、複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きを示す図である。蒸着源から蒸着方向Ｄにて透明基板１１に向かって蒸着膜を形成した場合には、複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きはｄで示される。本発明の位相差補償素子の光学異方性層においては、投影した線分の向きｄと複屈折膜の厚みとで、複屈折膜のベクトルを決定し、複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルの向きが、液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きｌと略同一となっている。
【００３７】
光学異方性層は、無機材料からなる複数の複屈折膜を含む。無機材料としては、誘電材料が好ましく、例えば、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆ、およびＣｅ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挙げられる。さらには、Ｔａ２Ｏ３を主成分とするものが好ましく、Ｔａ２Ｏ３にＴｉＯ２を５〜１５質量％添加した材料がさらに好ましい。
【００３８】
また、本発明の光学異方性層を構成する複屈折膜を斜方蒸着で形成する場合には、透明基板を面内方向に所定の角度に回転させることにより、蒸着方向を変更することができる。
【００３９】
なお、本発明において光学異方性層を構成する複数の複屈折膜の材料や組成は、同一である。また、複数の複屈折膜の各々の位相差についても、特に限定されるものではなく、液晶セルに応じて最適化される。
【００４０】
光学異方性層を構成する複屈折膜それぞれの厚みは、複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルの向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一となるものであれば特に限定されるものではなく、液晶セルに応じて最適化される。なお、本明細書において層の厚み（膜厚）とは、平均の膜厚を意味する。
【００４１】
複数の複屈折膜を含む光学異方性層全体の厚みは、複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルの向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一となれば特に限定されるものではなく、液晶セルに応じて最適化される。
【００４２】
［位相差付与反射防止層］
位相差付与反射防止層は、本発明においては任意の層であり、屈折率の異なる２種以上の誘電体からなる誘電体膜の積層体である。位相差付与反射防止層は、反射防止の作用と、液晶セルに斜め方向から入射する光の位相差を補償する作用とを有する。すなわち位相差付与反射防止層は、液晶パネルで生じる斜入射光の位相差のずれを補償するとともに、反射防止を同時に行う位置づけとなっている。
【００４３】
位相差付与反射防止層を備えさせる場合には、透明基板の、光学異方性層が設けられた面と対向する面に設けられる。
【００４４】
図５は、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５に示す位相差付与反射防止層１２は、屈折率の異なる２種類の誘電体膜を積層することで形成された多層膜である。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。層数としては特に限定されるものではないが、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挙げられる。
【００４５】
位相差付与反射防止層を構成する、屈折率の異なる２種以上の誘電体からなる誘電体膜を形成する材料としては、それぞれ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ、Ｎｂ２Ｏ５、およびＨｆＯ２からなる群より選択される少なくとも１種の無機酸化物が挙げられる。例えば、図５に示す一実施形態に係る位相差付与反射防止層１２においては、第１の誘電体膜１２１は、相対的に高屈折率のＮｂ２Ｏ５にて形成し、第２の誘電体膜１２２は、相対的に低屈折率のＳｉＯ２にて形成することが好ましい。
【００４６】
ここで、本発明における位相差付与反射防止層は、構成する誘電体膜の膜厚が異なることから、構造複屈折を利用して液晶セルに斜め方向から入射する斜入射光の位相差を補償しつつ、光の干渉効果（多重反射）を利用して、反射防止膜としても機能する。また、積層数も比較的少なくすることが可能である。
【００４７】
位相差付与反射防止層は、透明基板の表面に直交する方向（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、１．０〜２５．０ｎｍとなるように設計することが好ましい。この範囲の位相差となるように、各誘電体膜の膜厚を異なるものとし、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層となる。したがって、位相差付与反射防止層の膜厚は、所望の位相差を得るために必要な厚みとすればよく、特に限定されるものではない。
【００４８】
［マッチング層］
マッチング層は、本発明においては任意の層であり、透明基板と光学異方性層との界面における反射を防止する層である。マッチング層は、透明基板と光学異方性層との間に設けられ、例えば、誘電体の多層膜である。マッチング層は、透明基板とマッチング層との界面反射光と、マッチング層と光学異方性層との界面反射光を、打ち消しあうように設計する。
【００４９】
図１における位相差補償素子１０におけるマッチング層１５は、透明基板１１と光学異方性層１３との間に配置されている。マッチング層１５の存在により、位相差補償素子１０は、より反射が防止された素子となる。
【００５０】
［保護層］
保護層は、本発明においては任意の層であり、位相差補償素子の反りを防止し、かつ、光学異方性層の耐湿性を向上するために設けられる。保護層の材料としては、位相差補償素子にかかる応力が調整可能であり、かつ、耐湿性向上に寄与するものであれば特に限定されるものではない。例えばＳｉＯ２等の薄膜が挙げられる。
【００５１】
図１における位相差補償素子１０における保護層１４は、光学異方性層１３と反射防止層１６との間に配置されている。保護層を設ける場合には、位相差補償素子において、光学異方性層上に配されることが好ましい。
【００５２】
［反射防止層］
反射防止層は、必要に応じて設けられ、所望の使用波長帯域における反射防止の作用を有する層である。反射防止層は、例えば誘電体膜が積層されたものであり、必要とする特性と生産性に応じて、用いる誘電体と層数とを適宜決定することができる。
【００５３】
図１における位相差補償素子１０における反射防止層１６は、光学異方性層１３やマッチング層１５、保護層１４が設けられている側の最外部となるように設けられている。
【００５４】
［液晶表示装置］
本発明の液晶表示装置は、液晶セルと、上記の本発明の位相差補償素子と、を備える。本発明においては、液晶セルはＶＡモードであることが好ましい。
【００５５】
ＶＡモード液晶セルは、垂直配向型の液晶セルであり、無電圧印加状態における液晶分子は、基板面の法線方向に対して一定の方向に傾いて配向する。この傾き角度をプレチル卜角と呼ぶが、本発明の位相差補償素子は、光学異方性層を構成する複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルの向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一であることを特徴とする。
【００５６】
本発明によれば、わずか一枚の位相差補償素子を、液晶セルを有する光路上の、入射側偏光板と液晶セルの間、または、液晶セルと出射側偏光板の間に配置するだけで、特に位相差補償素子の角度調整を行うことなく、液晶表示装置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。
【００５７】
［投射型画像表示装置］
また、本発明の投射型画像表示装置は、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、光源と投射光学系との間の光路に配置された上記の液晶表示装置と、を有する。
【００５８】
光源は、光を出射するものであり、例えば、白色光を出射する超高圧水銀ランプ等が挙げられる。投射光学系は、変調された光を投射するものであり、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挙げられる。ＶＡモード液晶セルと、本発明の位相差補償素子と、を備える液晶表示装置は、光源と投射光学系との間の光路上に配置される。
【００５９】
なお、本発明は上記した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】
【００６０】
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。
【００６１】
＜実施例１＞
［位相差補償素子の作製］
（マッチング層の作製）
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）を準備し、一方の面上に、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２の３層をスパッタ法により積層することによって、マッチング層を形成した。
【００６２】
（位相差付与反射防止層の作製）
次いで、ガラス基板の他方の面上に、Ｎｂ２Ｏ５とＳｉＯ２とを用いて、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。付与した位相差は、基板の法線方向から１５°傾斜した入射光に対して、７．Ｏｎｍとなるようにした。
【００６３】
（光学異方性層の作製）
マッチング層の上に、Ｔａ２０５とＴｉ０２の混合物を蒸着材料として、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、斜方蒸着により複数の蒸着プロセスを実施し、複数の複屈折膜を作製することにより光学異方性層を作製し、位相差補償素子を得た。
【００６４】
図６に、各蒸着プロセスの面内方向の角度や蒸着膜厚を示す。蒸着プロセス１においては、図６に示すように、蒸着面にｘｙ軸を規定して中心から反時計回りの方向を＋とした場合に、８３°の方向から膜厚を９６ｎｍとした斜方蒸着を実施して、複屈折膜１を作製した。次いで、蒸着プロセス２として、１０３°の方向から膜厚９６ｎｍの蒸着を実施して複屈折膜２を、蒸着プロセス３として、１７７°の方向から膜厚１９２ｎｍの斜方蒸着を実施して複屈折膜３を作製することにより、最終的に３つの複屈折膜を有する光学異方性層を得た。
【００６５】
なお、複屈折膜１のベクトルｐ１、複屈折膜２のベクトルｐ２、および複屈折膜３のベクトルｐ３を合成した合成ベクトルＰ１は、図６に示すように、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きｌと同一である。作製した複屈折膜の面内蒸着角度および蒸着膜厚を、表１に示す。
【００６６】
【表１】
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【００６７】
＜比較例１＞
実施例１における蒸着プロセス１の蒸着角度を、実施例１の面内蒸着角度である８３°から±５°の範囲で１°ずつ変えて斜方蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００６８】
＜比較例２＞
実施例１における蒸着プロセス２の蒸着角度を、実施例１の面内蒸着角度である１０３°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００６９】
＜比較例３＞
実施例１における蒸着プロセス３の蒸着角度を、実施例１の面内蒸着角度である１７７°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００７０】
＜比較例４＞
実施例１における蒸着プロセス１の蒸着膜厚を、実施例１の蒸着膜厚である９６ｎｍから±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００７１】
＜比較例５＞
実施例１における蒸着プロセス２の蒸着膜厚のみを、実施例１の蒸着膜厚である９６ｎｍから±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００７２】
＜比較例６＞
実施例１における蒸着プロセス３の蒸着膜厚のみを、実施例１の蒸着膜厚である１９２ｎｍから±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００７３】
［コントラストの測定］
実施例１および比較例１〜３で得られた位相差補償素子について、コントラストを測定した。結果を図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す。実施例１における面内方向の蒸着角度から外れると、コントラストが低下することが判る。
【００７４】
実施例１および比較例４〜６で得られた位相差補償素子について、コントラストを測定した。結果を図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す。実施例１における面内方向の膜厚から外れると、コントラストが低下することが判る。
【００７５】
＜実施例２＞
光学異方性層を構成する複屈折膜を作製するための蒸着プロセスを図９および表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００７６】
実施例２においては、蒸着プロセス４として、７８°の方向から膜厚を９８ｎｍとした斜方蒸着を実施して、複屈折膜４を作製した。次いで、蒸着プロセス５として、１０３°の方向から膜厚４９ｎｍの蒸着を実施して複屈折膜５を、蒸着プロセス６として、１１３°の方向から膜厚４９ｎｍの蒸着を実施して複屈折膜６を、蒸着プロセス７として、１７２°の方向から膜厚９８ｎｍの蒸着を実施して複屈折膜７を、蒸着プロセス８として、１８２°の方向から膜厚９８ｎｍの斜方蒸着を実施して複屈折膜８を作製することにより、最終的に５つの複屈折膜を有する光学異方性層を得た。
【００７７】
なお、複屈折膜４のベクトルｐ４、複屈折膜５のベクトルｐ５、複屈折膜６のベクトルｐ６、複屈折膜７のベクトルｐ７、および複屈折膜８のベクトルｐ８を合成した合成ベクトルＰ２は、図９に示すように、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きｌと同一である。作製した複屈折膜の面内蒸着角度および蒸着膜厚を、表２に示す。
【００７８】
【表２】
2019133171.tif 000004
【００７９】
＜比較例７＞
実施例２における蒸着プロセス４の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である７８°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８０】
＜比較例８＞
実施例２における蒸着プロセス５の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である１０３°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と問様に位相差補償素子を作成した。
【００８１】
＜比較例９＞
実施例２における蒸着プロセス６の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である１１３°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８２】
＜比較例１０＞
実施例２における蒸着プロセス７の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である１７２°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８３】
＜比較例１１＞
実施例２における蒸着プロセス８の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である１８２°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８４】
＜比較例１２＞
実施例２における蒸着プロセス４の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である９８ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８５】
＜比較例１３＞
実施例２における蒸着プロセス５の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である４９ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８６】
＜比較例１４＞
実施例２における蒸着プロセス６の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である４９ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８７】
＜比較例１５＞
実施例２における蒸着プロセス７の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である９８ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８８】
＜比較例１６＞
実施例２における蒸着プロセス８の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である９８ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を
行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８９】
［コントラストの測定］
実施例２および比較例７〜１１の位相差補償素子について、コントラストを測定した結果を図１０（ａ）〜図１０（ｅ）に示す。実施例２における面内方向の蒸着角度から外れると、コントラストが低下することが判る。
【００９０】
実施例２および比較例１２〜１６の位相差補償素子について、コントラストを測定した結果を図１１（ａ）〜図１１（ｅ）に示す。実施例２における膜厚から外れると、コントラストが低下することが判る。
【符号の説明】
【００９１】
１０    位相差補償素子
１１    透明基板
１２    位相差付与反射防止層
１２１  第１の誘電体膜
１２２  第２の誘電体膜
１３    光学異方性層
１３１  複屈折膜
１４    保護層
１５    マッチング層
Ｓ      基板法線
Ｌ      液晶分子の傾斜方向
ｌ      液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向き
Ｄ      複屈折膜の成膜方向
ｄ      複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向き
ｐ１    複屈折膜１のベクトル
ｐ２    複屈折膜２のベクトル
ｐ３    複屈折膜３のベクトル
Ｐ１    実施例１の複屈折膜の合成ベクトル
ｐ４    複屈折膜４のベクトル
ｐ５    複屈折膜５のベクトル
ｐ６    複屈折膜６のベクトル
ｐ７    複屈折膜７のベクトル
ｐ８    複屈折膜８のベクトル
Ｐ２    実施例２の複屈折膜の合成ベクトル
【図１】
2019133171.tif 000005
【図２】
2019133171.tif 000006
【図３】
2019133171.tif 000007
【図４】
2019133171.tif 000008
【図５】
2019133171.tif 000009
【図６】
2019133171.tif 000010
【図７】
2019133171.tif 000011
【図８】
2019133171.tif 000012
【図９】
2019133171.tif 000013
【図１０】
2019133171.tif 000014
【図１１】
2019133171.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月4日(2019.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位相差補償素子の製造方法に関する。
【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。このような位相差補償素子としては、例えば、誘電体材料の蒸着により、高屈折率と低屈折率の薄膜を交互に積層して形成した負のＣ−プレートと、少なくとも二層構成の斜方蒸着膜で形成されたＯプレートと、を積層した位相差補償素子が提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載された位相差補償素子は、高屈折率と低屈折率層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、少なくとも二層構成の斜方蒸着膜で形成されたＯ−プレートによって、液晶のプレチル卜角により生じる偏光の乱れを補正する。
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された負のＣ−プレートは、屈折率の異なる２種類の蒸着膜の光学膜厚の比を定め、それに基づき定められた同一の膜厚の高屈折率層と、同一の膜厚の低屈折率層が交互に積層され、その結果生じる構造性複屈折によって位相差を発現させる。このため、合計で８０層以上の積層数が必要となる上、さらに別途、反射防止膜が必要となるため、高コスト化やリードタイムの長期化が懸念される。
【０００５】
また別の位相差補償技術として、斜方蒸着膜で形成された２枚の位相差板を用いて、光学補償する方法が提案されている（特許文献２参照）。特許文献２に記載された光学補償方法では、２枚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調整することでコントラストを向上させる。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載された光学補償方法では、２枚の位相差板と、当該２枚の位相差板を回転させる回転機構が必要となるため、高コスト化や搭載スペースの増加が懸念される。
【０００７】
また、少なくとも２つの補償層を有し、それらの位相差の値や、面内の光学軸方向が互いに異なるように配置して貼り合わせた位相差補償板を用いた液晶表示装置が提案されている（特許文献３参照）。
【０００８】
しかしながら、特許文献３に記載された液晶表示装置にて用いられる位相差補償板は、２つの補償層の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、２枚の基板が必要となり、高コスト化の懸念もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００６−１７１３２７号公報
【特許文献２】特開２００９−１４５８６３号公報
【特許文献３】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】
【００１０】
本発明は上記の背景技術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を抑制しつつ耐久性を有するとともに、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の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、基板上に光学異方性層を形成するにあたり、光学異方性層を複数の複屈折膜を含むものとし、それぞれの複屈折膜につき、成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きと、厚みとでベクトルを決定するとき、複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きと、液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きとを略同一とすれば、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【００１２】
すなわち本発明は、液晶セルによって生じる光の位相差を補償する、液晶セルと組み合わせて用いる位相差補償素子の製造方法であって、前記位相差補償素子は、透明基板と、無機材料が堆積された第１の複屈折膜、第２の複屈折膜、および第３の複屈折膜を含む光学異方性層と、を含み、前記第１の複屈折膜、前記第２の複屈折膜、および前記第３の複屈折膜は、斜方蒸着により形成し、前記第１の複屈折膜と前記第２の複屈折膜の斜方蒸着は、面内方向の角度は異ならせるが、膜厚は同じとし、前記第３の複屈折膜の斜方蒸着は、前記第１の複屈折膜と前記第２の複屈折膜の斜方蒸着とは、面内方向の角度および膜厚を異ならせて、前記複屈折膜の成膜方向を前記透明基板の表面に投影した線分の向きと、前記複屈折膜の厚みとで複屈折膜のベクトルを決定するとき、前記複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きが、無電圧印加状態における組み合わせて用いる前記液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一となるようにする、位相差補償素子の製造方法である。
【００１３】
前記無機材料は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆ、およびＣｅ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ってもよい。
【００１４】
さらに位相差付与反射防止層を備えさせる工程を有し、
前記位相差付与反射防止層は、屈折率の異なる２種以上の誘電体からなる誘電体膜の積層体であり、反射防止の作用と、前記液晶セルに斜め方向から入射する光の位相差を補償する作用とを有していてもよい。
【００１５】
前記誘電体膜は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ、Ｎｂ２Ｏ５、およびＨｆＯ２からなる群より選択される少なくとも１種であってもよい。
【００１６】
さらに、前記透明基板と前記光学異方性層との間にマッチング層を備えさせる工程を有していてもよい。
【００１７】
さらに保護層を備えさせる工程を有していてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
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およ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】
【００１９】
【図１】本発明で得られる位相差補償素子の断面模式図である。
【図２】本発明で得られる複屈折膜の斜視模式図である。
【図３】液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きを示す図である。
【図４】複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きを示す図である。
【図５】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６】実施例１の複屈折膜のベクトルを示す図である。
【図７】実施例１の各複屈折膜のベクトルの向きとコントラストとの関係を示す図である。
【図８】実施例１の各複屈折膜の厚みとコントラストとの関係を示す図である。
【図９】実施例２の複屈折膜のベクトルを示す図である。
【図１０】実施例２の各複屈折膜のベクトルの向きとコントラストとの関係を示す図である。
【図１１】実施例１の各複屈折膜の厚みとコントラストとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２１】
［位相差補償素子］
本発明で得られる位相差補償素子は、液晶セルで生じる光の位相差を補償する位相差補償素子であって、透明基板と、無機材料からなる複数の複屈折膜を含む光学異方性層と、を含む。複数の複屈折膜の各々は、無機材料の成膜方向と透明基板の表面とのなす角の角度が９０度ではなく、複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きと、前記複屈折膜の厚みとで複屈折膜のベクトルを決定するとき、複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一であることを特徴とする。
【００２２】
図１は、本発明で得られる位相差補償素子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、光学異方性層１３と、保護層１４と、マッチング層１５と、反射防止層１６と、を備える。なお、本発明は、透明基板と、無機材料からなる複数の複屈折膜を含む光学異方性層とを少なくとも備えていればよい。
【００２３】
［透明基板］
透明基板は、所望の使用波長帯域の光に対して透光性を有するものであれば、特に限定されるものではない。透明基板の材料としては、例えば、ガラス、石英、水晶、サファイヤ等が挙げられる。透明基板の形状としては、四角形が一般的であるが、目的に応じた形状を適宜選択してもよい。また、透明基板の厚みは、例えば０．１〜３．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
【００２４】
図１に示される位相差補償素子１０においては、透明基板１１は、位相差付与反射防止層１２とマッチング層１５との間に配置される。
【００２５】
［光学異方性層］
本発明で得られる位相差補償素子における光学異方性層は、無機材料が堆積された複数の複屈折膜を含む。光学異方性層は、本発明で得られる位相差補償素子において位相差を補償する機能を有し、コントラストを改善することに寄与する層である。
【００２６】
図１に示される位相差補償素子１０においては、光学異方性層１３は、マッチング層１５と保護層１４との間に配置される。光学異方性層１３は、複数の複屈折膜を含む層となっている。
【００２７】
図２は、光学異方性層を構成する複屈折膜の一実施態様を示す視模式図である。図２に示すように、光学異方性層１３を構成する複屈折膜１３１は、透明基板１の表面に直交する方向（以下、基板法線方向という）である基板法線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。本発明で得られる位相差補償素子における光学異方性層は、このような膜で構成される複屈折膜が複数堆積された構成となっている。
【００２８】
複屈折膜の各々は、透明基板の基板法線に対して傾斜する方向に堆積して形成され、複屈折膜を構成する無機材料の成膜方向と透明基板の表面とのなす角の角度は９０度ではない。
【００２９】
本発明において、複屈折膜の各々について、無機材料の成膜方向と透明基板の表面とのなす角の角度を９０度ではない状態にする方法としては、例えば、基板法線Ｓに対して傾斜した位置に蒸着源を配置し、当該蒸着源からの斜方蒸着により、斜方蒸着膜を形成する方法が好ましい。複数回の斜方蒸着によって光学異方性層を作製する場合には、蒸着角度を変えて斜方蒸着を繰り返し、最終的な光学異方性層を得る。
【００３０】
また、本発明で得られる位相差補償素子における光学異方性層は、複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きと、複屈折膜の厚みとで複屈折膜のベクトルを決定するとき、光学異方性層を構成する複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きが、液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一となっている。
【００３１】
なお、本発明においての「略同一」とは、±１０°の範囲であることを意味する。
【００３２】
図３は、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きを示す図である。液晶分子の傾斜方向ＬをＸＹ平面上に投影して得られる線分の向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きｌとなる。
【００３３】
図４は、複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きを示す図である。蒸着源から蒸着方向Ｄにて透明基板１１に向かって蒸着膜を形成した場合には、複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向きはｄで示される。本発明で得られる位相差補償素子の光学異方性層においては、投影した線分の向きｄと複屈折膜の厚みとで、複屈折膜のベクトルを決定し、複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きが、液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きｌと略同一となっている。
【００３４】
光学異方性層は、無機材料からなる複数の複屈折膜を含む。無機材料としては、誘電材料が好ましく、例えば、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆ、およびＣｅ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挙げられる。さらには、Ｔａ２Ｏ５を主成分とするものが好ましく、Ｔａ２Ｏ５にＴｉＯ２を５〜１５質量％添加した材料がさらに好ましい。
【００３５】
また、本発明で得られる光学異方性層を構成する複屈折膜を斜方蒸着で形成する場合には、透明基板を面内方向に所定の角度に回転させることにより、蒸着方向を変更することができる。
【００３６】
なお、本発明において光学異方性層を構成する複数の複屈折膜の材料や組成は、同一である。また、複数の複屈折膜の各々の位相差についても、特に限定されるものではなく、液晶セルに応じて最適化される。
【００３７】
光学異方性層を構成する複屈折膜それぞれの厚みは、複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一となるものであれば特に限定されるものではなく、液晶セルに応じて最適化される。なお、本明細書において層の厚み（膜厚）とは、平均の膜厚を意味する。
【００３８】
複数の複屈折膜を含む光学異方性層全体の厚みは、複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一となれば特に限定されるものではなく、液晶セルに応じて最適化される。
【００３９】
［位相差付与反射防止層］
位相差付与反射防止層は、本発明においては任意の層であり、屈折率の異なる２種以上の誘電体からなる誘電体膜の積層体である。位相差付与反射防止層は、反射防止の作用と、液晶セルに斜め方向から入射する光の位相差を補償する作用とを有する。すなわち位相差付与反射防止層は、液晶パネルで生じる斜入射光の位相差のずれを補償するとともに、反射防止を同時に行う位置づけとなっている。
【００４０】
位相差付与反射防止層を備えさせる場合には、透明基板の、光学異方性層が設けられた面と対向する面に設けられる。
【００４１】
図５は、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５に示す位相差付与反射防止層１２は、屈折率の異なる２種類の誘電体膜を積層することで形成された多層膜である。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。層数としては特に限定されるものではないが、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挙げられる。
【００４２】
位相差付与反射防止層を構成する、屈折率の異なる２種以上の誘電体からなる誘電体膜を形成する材料としては、それぞれ、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ、Ｎｂ２Ｏ５、およびＨｆＯ２からなる群より選択される少なくとも１種の無機酸化物が挙げられる。例えば、図５に示す一実施形態に係る位相差付与反射防止層１２においては、第１の誘電体膜１２１は、相対的に高屈折率のＮｂ２Ｏ５にて形成し、第２の誘電体膜１２２は、相対的に低屈折率のＳｉＯ２にて形成することが好ましい。
【００４３】
ここで、本発明における位相差付与反射防止層は、構成する誘電体膜の膜厚が異なることから、構造複屈折を利用して液晶セルに斜め方向から入射する斜入射光の位相差を補償しつつ、光の干渉効果（多重反射）を利用して、反射防止膜としても機能する。また、積層数も比較的少なくすることが可能である。
【００４４】
位相差付与反射防止層は、透明基板の表面に直交する方向（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、１．０〜２５．０ｎｍとなるように設計することが好ましい。この範囲の位相差となるように、各誘電体膜の膜厚を異なるものとし、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層となる。したがって、位相差付与反射防止層の膜厚は、所望の位相差を得るために必要な厚みとすればよく、特に限定されるものではない。
【００４５】
［マッチング層］
マッチング層は、本発明においては任意の層であり、透明基板と光学異方性層との界面における反射を防止する層である。マッチング層は、透明基板と光学異方性層との間に設けられ、例えば、誘電体の多層膜である。マッチング層は、透明基板とマッチング層との界面反射光と、マッチング層と光学異方性層との界面反射光を、打ち消しあうように設計する。
【００４６】
図１における位相差補償素子１０におけるマッチング層１５は、透明基板１１と光学異方性層１３との間に配置されている。マッチング層１５の存在により、位相差補償素子１０は、より反射が防止された素子となる。
【００４７】
［保護層］
保護層は、本発明においては任意の層であり、位相差補償素子の反りを防止し、かつ、光学異方性層の耐湿性を向上するために設けられる。保護層の材料としては、位相差補償素子にかかる応力が調整可能であり、かつ、耐湿性向上に寄与するものであれば特に限定されるものではない。例えばＳｉＯ２等の薄膜が挙げられる。
【００４８】
図１における位相差補償素子１０における保護層１４は、光学異方性層１３と反射防止層１６との間に配置されている。保護層を設ける場合には、位相差補償素子において、光学異方性層上に配されることが好ましい。
【００４９】
［反射防止層］
反射防止層は、必要に応じて設けられ、所望の使用波長帯域における反射防止の作用を有する層である。反射防止層は、例えば誘電体膜が積層されたものであり、必要とする特性と生産性に応じて、用いる誘電体と層数とを適宜決定することができる。
【００５０】
図１における位相差補償素子１０における反射防止層１６は、光学異方性層１３やマッチング層１５、保護層１４が設けられている側の最外部となるように設けられている。
【００５１】
［液晶表示装置］
本発明で得られる位相差補償素子を用いた液晶表示装置は、液晶セルと、上記の本発明で得られる位相差補償素子と、を備える。本発明においては、液晶セルはＶＡモードであることが好ましい。
【００５２】
ＶＡモード液晶セルは、垂直配向型の液晶セルであり、無電圧印加状態における液晶分子は、基板面の法線方向に対して一定の方向に傾いて配向する。この傾き角度をプレチル卜角と呼ぶが、本発明で得られる位相差補償素子は、光学異方性層を構成する複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きが、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一であることを特徴とする。
【００５３】
本発明によれば、わずか一枚の位相差補償素子を、液晶セルを有する光路上の、入射側偏光板と液晶セルの間、または、液晶セルと出射側偏光板の間に配置するだけで、特に位相差補償素子の角度調整を行うことなく、液晶表示装置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。
【００５４】
［投射型画像表示装置］
また、本発明で得られる位相差補償素子を用いた投射型画像表示装置は、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、光源と投射光学系との間の光路に配置された上記の液晶表示装置と、を有する。
【００５５】
光源は、光を出射するものであり、例えば、白色光を出射する超高圧水銀ランプ等が挙げられる。投射光学系は、変調された光を投射するものであり、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挙げられる。ＶＡモード液晶セルと、本発明で得られる位相差補償素子と、を備える液晶表示装置は、光源と投射光学系との間の光路上に配置される。
【００５６】
なお、本発明は上記した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】
【００５７】
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。
【００５８】
＜実施例１＞
［位相差補償素子の作製］
（マッチング層の作製）
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）を準備し、一方の面上に、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２の３層をスパッタ法により積層することによって、マッチング層を形成した。
【００５９】
（位相差付与反射防止層の作製）
次いで、ガラス基板の他方の面上に、Ｎｂ２Ｏ５とＳｉＯ２とを用いて、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。付与した位相差は、基板の法線方向から１５°傾斜した入射光に対して、７．Ｏｎｍとなるようにした。
【００６０】
（光学異方性層の作製）
マッチング層の上に、Ｔａ２０５とＴｉ０２の混合物を蒸着材料として、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、斜方蒸着により複数の蒸着プロセスを実施し、複数の複屈折膜を作製することにより光学異方性層を作製し、位相差補償素子を得た。
【００６１】
図６に、各蒸着プロセスの面内方向の角度や蒸着膜厚を示す。蒸着プロセス１においては、図６に示すように、蒸着面にｘｙ軸を規定して中心から反時計回りの方向を＋とした場合に、８３°の方向から膜厚を９６ｎｍとした斜方蒸着を実施して、複屈折膜１を作製した。次いで、蒸着プロセス２として、１０３°の方向から膜厚９６ｎｍの蒸着を実施して複屈折膜２を、蒸着プロセス３として、１７７°の方向から膜厚１９２ｎｍの斜方蒸着を実施して複屈折膜３を作製することにより、最終的に３つの複屈折膜を有する光学異方性層を得た。
【００６２】
なお、複屈折膜１のベクトルｐ１、複屈折膜２のベクトルｐ２、および複屈折膜３のベクトルｐ３を合成した合成ベクトルＰ１は、図６に示すように、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きｌと同一である。作製した複屈折膜の面内蒸着角度および蒸着膜厚を、表１に示す。
【００６３】
【表１】
2019133171.tif 000016
【００６４】
＜比較例１＞
実施例１における蒸着プロセス１の蒸着角度を、実施例１の面内蒸着角度である８３°から±５°の範囲で１°ずつ変えて斜方蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００６５】
＜比較例２＞
実施例１における蒸着プロセス２の蒸着角度を、実施例１の面内蒸着角度である１０３°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００６６】
＜比較例３＞
実施例１における蒸着プロセス３の蒸着角度を、実施例１の面内蒸着角度である１７７°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００６７】
＜比較例４＞
実施例１における蒸着プロセス１の蒸着膜厚を、実施例１の蒸着膜厚である９６ｎｍから±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００６８】
＜比較例５＞
実施例１における蒸着プロセス２の蒸着膜厚のみを、実施例１の蒸着膜厚である９６ｎｍから±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００６９】
＜比較例６＞
実施例１における蒸着プロセス３の蒸着膜厚のみを、実施例１の蒸着膜厚である１９２ｎｍから±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００７０】
［コントラストの測定］
実施例１および比較例１〜３で得られた位相差補償素子について、コントラストを測定した。結果を図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す。実施例１における面内方向の蒸着角度から外れると、コントラストが低下することが判る。
【００７１】
実施例１および比較例４〜６で得られた位相差補償素子について、コントラストを測定した。結果を図８（ａ）〜図８（ｃ）に示す。実施例１における面内方向の膜厚から外れると、コントラストが低下することが判る。
【００７２】
＜実施例２＞
光学異方性層を構成する複屈折膜を作製するための蒸着プロセスを図９および表２に示すように変更した以外は、実施例１と同様に位相差補償素子を作成した。
【００７３】
実施例２においては、蒸着プロセス４として、７８°の方向から膜厚を９８ｎｍとした斜方蒸着を実施して、複屈折膜４を作製した。次いで、蒸着プロセス５として、１０３°の方向から膜厚４９ｎｍの蒸着を実施して複屈折膜５を、蒸着プロセス６として、１１３°の方向から膜厚４９ｎｍの蒸着を実施して複屈折膜６を、蒸着プロセス７として、１７２°の方向から膜厚９８ｎｍの蒸着を実施して複屈折膜７を、蒸着プロセス８として、１８２°の方向から膜厚９８ｎｍの斜方蒸着を実施して複屈折膜８を作製することにより、最終的に５つの複屈折膜を有する光学異方性層を得た。
【００７４】
なお、複屈折膜４のベクトルｐ４、複屈折膜５のベクトルｐ５、複屈折膜６のベクトルｐ６、複屈折膜７のベクトルｐ７、および複屈折膜８のベクトルｐ８を合成した合成ベクトルＰ２は、図９に示すように、液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きｌと同一である。作製した複屈折膜の面内蒸着角度および蒸着膜厚を、表２に示す。
【００７５】
【表２】
2019133171.tif 000017
【００７６】
＜比較例７＞
実施例２における蒸着プロセス４の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である７８°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００７７】
＜比較例８＞
実施例２における蒸着プロセス５の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である１０３°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と問様に位相差補償素子を作成した。
【００７８】
＜比較例９＞
実施例２における蒸着プロセス６の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である１１３°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００７９】
＜比較例１０＞
実施例２における蒸着プロセス７の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である１７２°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８０】
＜比較例１１＞
実施例２における蒸着プロセス８の蒸着角度を、実施例２の面内蒸着角度である１８２°から±５°の範囲で１°ずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８１】
＜比較例１２＞
実施例２における蒸着プロセス４の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である９８ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８２】
＜比較例１３＞
実施例２における蒸着プロセス５の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である４９ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８３】
＜比較例１４＞
実施例２における蒸着プロセス６の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である４９ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８４】
＜比較例１５＞
実施例２における蒸着プロセス７の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である９８ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８５】
＜比較例１６＞
実施例２における蒸着プロセス８の蒸着膜厚を、実施例２の蒸着膜厚である９８ｎｍ±５ｎｍの範囲で１ｎｍずつ変えて蒸着を行なった以外は、実施例２と同様に位相差補償素子を作成した。
【００８６】
［コントラストの測定］
実施例２および比較例７〜１１の位相差補償素子について、コントラストを測定した結果を図１０（ａ）〜図１０（ｅ）に示す。実施例２における面内方向の蒸着角度から外れると、コントラストが低下することが判る。
【００８７】
実施例２および比較例１２〜１６の位相差補償素子について、コントラストを測定した結果を図１１（ａ）〜図１１（ｅ）に示す。実施例２における膜厚から外れると、コントラストが低下することが判る。
【符号の説明】
【００８８】
１０    位相差補償素子
１１    透明基板
１２    位相差付与反射防止層
１２１  第１の誘電体膜
１２２  第２の誘電体膜
１３    光学異方性層
１３１  複屈折膜
１４    保護層
１５    マッチング層
Ｓ      基板法線
Ｌ      液晶分子の傾斜方向
ｌ      液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向き
Ｄ      複屈折膜の成膜方向
ｄ      複屈折膜の成膜方向を透明基板の表面に投影した線分の向き
ｐ１    複屈折膜１のベクトル
ｐ２    複屈折膜２のベクトル
ｐ３    複屈折膜３のベクトル
Ｐ１    実施例１の複屈折膜の合成ベクトル
ｐ４    複屈折膜４のベクトル
ｐ５    複屈折膜５のベクトル
ｐ６    複屈折膜６のベクトル
ｐ７    複屈折膜７のベクトル
ｐ８    複屈折膜８のベクトル
Ｐ２    実施例２の複屈折膜の合成ベクトル
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶セルによって生じる光の位相差を補償する、液晶セルと組み合わせて用いる位相差補償素子の製造方法であって、
前記位相差補償素子は、透明基板と、
無機材料が堆積された第１の複屈折膜、第２の複屈折膜、および第３の複屈折膜を含む光学異方性層と、を含み、
前記第１の複屈折膜、前記第２の複屈折膜、および前記第３の複屈折膜は、斜方蒸着により形成し、
前記第１の複屈折膜と前記第２の複屈折膜の斜方蒸着は、面内方向の角度は異ならせるが、膜厚は同じとし、
前記第３の複屈折膜の斜方蒸着は、前記第１の複屈折膜と前記第２の複屈折膜の斜方蒸着とは、面内方向の角度および膜厚を異ならせて、
前記複屈折膜の成膜方向を前記透明基板の表面に投影した線分の向きと、前記複屈折膜の厚みとで複屈折膜のベクトルを決定するとき、前記複数の複屈折膜の各々のベクトルを合成した合成ベクトルを透明基板の表面に投影した線分の向きが、無電圧印加状態における組み合わせて用いる前記液晶セルを構成する液晶分子を透明基板の表面に投影した線分の向きと略同一となるようにする、位相差補償素子の製造方法。
【請求項２】
前記無機材料は、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｌａ、Ｔａ、Ａｌ、Ｈｆ、およびＣｅ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に記載の位相差補償素子の製造方法。
【請求項３】
さらに位相差付与反射防止層を備えさせる工程を有し、
前記位相差付与反射防止層は、屈折率の異なる２種以上の誘電体からなる誘電体膜の積層体であり、反射防止の作用と、前記液晶セルに斜め方向から入射する光の位相差を補償する作用とを有する、請求項１または２に記載の位相差補償素子の製造方法。
【請求項４】
前記誘電体膜は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２、ＺｒＯ２、ＺｒＯ、Ｎｂ２Ｏ５、およびＨｆＯ２からなる群より選択される少なくとも１種である、請求項３に記載の位相差補償素子の製造方法。
【請求項５】
さらに、前記透明基板と前記光学異方性層との間にマッチング層を備えさせる工程を有する、請求項１〜４いずれか記載の位相差補償素子の製造方法。
【請求項６】
さらに保護層を備えさせる工程を有する、請求項１〜５いずれか記載の位相差補償素子の製造方法。