(57)【要約】      （修正有）【課題】簡易な製造装置で製造でき、光軸、及び位相差の調整が容易で、耐熱性及び耐久性に優れる位相差素子の提供。【解決手段】透明基板１に、光学異方性無機材料からなる第１の複屈折層２、第２の複屈折層３の積層構造を、複数積層してなる複屈折多層構造体とし、第１、第２の複屈折層２，３の平均厚みｔ１とｔ２が、式（１）及び（２）のいずれかを満たし、第１の複屈折層２の主軸を表す第１の線分における基板側の端部と、第２の複屈折層の端部とを、基板上に投影し重ねたときに、基板上に投影された第１の線分、第２の線分のなす角度（β）が、式（３）を満たし、更に積層構造が、条件（４）を満たす。０＜ｔ１／ｔ２≦１式（１）、０＜ｔ２／ｔ１≦１式（２）、９０°＜β≦１８０°式（３）、ｔ１≠ｔ２、又はβ≠１８０°条件（４）【選択図】図２Ａ
2015082035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板上に、光学異方性無機材料を有してなる第１の複屈折層、及び光学異方性無機材料を有してなり、前記第１の複屈折層に接する第２の複屈折層からなる積層構造を、複数積層してなる複屈折多層構造体と、を有し、
前記積層構造において、前記第１の複屈折層の平均厚み（ｔ１）と、前記第２の複屈折層の平均厚み（ｔ２）との関係が、下記式（１）及び式（２）のいずれかを満たし、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（β）が、下記式（３）を満たし、更に前記積層構造が、下記条件（４）を満たすことを特徴とする位相差素子。
０＜ｔ１／ｔ２≦１                  式（１）
０＜ｔ２／ｔ１≦１                  式（２）
９０°＜β≦１８０°                式（３）
ｔ１≠ｔ２、又はβ≠１８０°      条件（４）
【請求項２】
透明基板の表面と直交する方向の複屈折が、０．１以上である請求項１に記載の位相差素子。
【請求項３】
２軸性位相差素子であり、光軸方向が、透明基板の表面と直交する方向から、複屈折多層構造体により近似される屈折率楕円体を前記透明基板に投影した時の前記複屈折多層構造体の屈折率異方性の主軸の方向を表すｘ方向、及び前記透明基板上において前記ｘ方向と直交するｙ方向の少なくともいずれかに、傾斜している請求項１から２のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項４】
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３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５】
複屈折多層構造体により近似される屈折率楕円体が、次式：Ｎａｘ＞Ｎａｙ＞Ｎａｚを満たす請求項１から４のいずれかに記載の位相差素子。
ただし、前記Ｎａｘは、前記複屈折多層構造体により近似される屈折率楕円体の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Ｎａｙは、前記Ｎａｘに直交する方向における屈折率を表し、前記Ｎａｚは、前記Ｎａｘ及び前記Ｎａｙに直交する方向における屈折率を表す。
【請求項６】
積層構造の平均厚みが、３０ｎｍ以下である請求項１から５のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項７】
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から６のいずれかに記載の位相差素子。
【請求項８】
液晶パネルと、請求項１から７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上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ことを特徴とする投射型画像表示装置。
【請求項１０】
請求項１から７のいずれかに記載の位相差素子の製造方法であって、
透明基板上に、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。
【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、並びに投射型画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、投射型画像投影装置においては、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、耐久性に問題がある。
【０００４】
また、投射型画像投影装置においては、偏光変換素子の一部として１／２波長板が用いられていれる。例えば、水晶を用いた１／２波長板において、光学軸の切り出し角度を基板面に平行ではなく、傾斜させること、さらには傾斜させた水晶波長板を２枚貼り付けて使用することで、波長帯域が広がることや、入射角度依存性が改善される技術が提案されている（例えば、特許文献５〜７参照）。しかし、高価な水晶基板を、さらに光学軸を傾斜させて切り出すことは、さらなる高コスト化につながることが懸念される。
【０００５】
以上のように、光軸角度を基板法線方向又は面内方向から傾斜させるニーズは高まっているが、技術的及びコスト的問題があった。
【０００６】
一方、耐光性、及び耐熱性に優れる斜方蒸着位相差素子は、そもそも光軸は傾斜した素子が作製されるが、その光軸方向は制限される問題があった。以下に詳細を述べる。一般的な斜方蒸着法は、基板に対して斜方方向から蒸着粒子を入射させ、いわゆるセルフシャドーイング効果によって膜密度の異方性を作ることができる。密度の異方性は、基板面内方向で膜の屈折率に異方性を持たせることができ、複屈折が発現する要因となっている。
このとき、基板法線方向から入射する光に対しては、膜厚によって比較的自由に位相差を付与することができる。斜方蒸着では、蒸着粒子の成長角度は、斜方蒸着の角度によって決定され、光軸は蒸着粒子方向によって決まる。しかし、光軸、すなわち蒸着粒子の成長方向を変えるには、斜方蒸着の入射角度を変える必要があるが、入射角度が小さいと複屈折が低下してしまうため、光軸の傾斜角度が小さい（基板法線方向に近い）位相差素子を作製することが難しいという問題がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
また、基板を回転させながら斜方蒸着を行う工程と、回転を停止して特定の方向から斜方蒸着を行う工程を交互に行う技術が提案されている（例えば、特許文献８参照）。しかし、この提案の技術では、基板を回転させながら斜方蒸着を行う必要があるため、製造装置が複雑になるという問題がある。
【０００８】
したがって、簡易な製造装置により製造でき、光軸の調整、及び位相差の調整が容易であり、耐熱性及び耐久性に優れる位相差素子、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２００９−２２９８０４号公報
【特許文献５】特開２００４−３５４９３５号公報
【特許文献６】特開２００９−１３３９１７号公報
【特許文献７】特開２０１２−０７８４３６号公報
【特許文献８】米国特許第６２０６０６５号明細書
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ  ／  Ｖｏｌ．  ２８，  Ｎｏ．  １３  ／  １  Ｊｕｌｙ  １９８９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
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、簡易な製造装置により製造でき、光軸の調整、及び位相差の調整が容易であり、耐熱性及び耐久性に優れる位相差素子及びその製造方法、液晶表示装置、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】
【００１２】
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、
前記透明基板上に、光学異方性無機材料を有してなる第１の複屈折層、及び光学異方性無機材料を有してなり、前記第１の複屈折層に接する第２の複屈折層からなる積層構造を、複数積層してなる複屈折多層構造体と、を有し、
前記積層構造において、前記第１の複屈折層の平均厚み（ｔ１）と、前記第２の複屈折層の平均厚み（ｔ２）との関係が、下記式（１）及び式（２）のいずれかを満たし、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（β）が、下記式（３）を満たし、更に前記積層構造が、下記条件（４）を満たすことを特徴とする位相差素子である。
０＜ｔ１／ｔ２≦１                  式（１）
０＜ｔ２／ｔ１≦１                  式（２）
９０°＜β≦１８０°                式（３）
ｔ１≠ｔ２、又はβ≠１８０°      条件（４）
＜２＞  透明基板の表面と直交する方向の複屈折が、０．１以上である前記＜１＞に記載の位相差素子である。
＜３＞  ２軸性位相差素子であり、光軸方向が、透明基板の表面と直交する方向から、複屈折多層構造体により近似される屈折率楕円体を前記透明基板に投影した時の前記複屈折多層構造体の屈折率異方性の主軸の方向を表すｘ方向、及び前記透明基板上において前記ｘ方向と直交するｙ方向の少なくともいずれかに、傾斜している前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜４＞  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＜３＞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。
＜５＞  複屈折多層構造体により近似される屈折率楕円体が、次式：Ｎａｘ＞Ｎａｙ＞Ｎａｚを満たす前記＜１＞から＜４＞のいずれかに記載の位相差素子である。
ただし、前記Ｎａｘは、前記複屈折多層構造体により近似される屈折率楕円体の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Ｎａｙは、前記Ｎａｘに直交する方向における屈折率を表し、前記Ｎａｚは、前記Ｎａｘ及び前記Ｎａｙに直交する方向における屈折率を表す。
＜６＞  積層構造の平均厚みが、３０ｎｍ以下である前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜７＞  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＞から＜６＞のいずれかに記載の位相差素子である。
＜８＞  液晶パネルと、前記＜１＞から＜７＞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。
＜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上に配置された前記＜８＞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。
＜１０＞  前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の位相差素子の製造方法であって、
透明基板上に、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。
【発明の効果】
【００１３】
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、簡易な製造装置により製造でき、光軸の調整、及び位相差の調整が容易であり、耐熱性及び耐久性に優れる位相差素子及びその製造方法、液晶表示装置、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】
【００１４】
【図１】図１は、１層の斜方蒸着によって形成される複屈折層により近似される屈折率楕円体の概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の位相差素子の一例の概念図（ｘ−ｚ断面図）である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の位相差素子の一例の概念図（ｘ−ｙ断面図）である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明の位相差素子の一例の概念図（ｙ−ｚ断面図）である。
【図３】図３は、図２Ａ〜図２Ｃの位相差素子における複屈折層全体（複屈折多層構造体）によって近似される屈折率楕円体の概念図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の位相差素子の他の一例の概念図（ｘ−ｚ断面図）である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の位相差素子の他の一例の概念図（ｘ−ｙ断面図）である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、本発明の位相差素子の他の一例の概念図（ｙ−ｚ断面図）である。
【図５】図５は、図４Ａ〜図４Ｃの位相差素子における複屈折層全体（複屈折多層構造体）によって近似される屈折率楕円体の概念図である。
【図６】図６は、投射型画像表示装置の一例を示す概略図である。
【図７】図７は、複屈折層の平均厚みと、光軸角度及び複屈折との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、実施例２で得られた位相差素子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図９Ａ】図９Ａは、実施例３で得られた位相差素子の概念図（断面図）である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施例３で得られた位相差素子の概念図（上面図）である。
【図１０】図１０は、角度（β）と、光軸角度φ及び複屈折との関係を示すグラフである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、角度（β）が９０°以下の場合の光軸角度の変化を説明するための概念図（ｘ−ｚ断面図）である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、角度（β）が９０°以下の場合の光軸角度の変化を説明するための概念図（ｘ−ｙ断面図）である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、角度（β）が９０°以下の場合の光軸角度の変化を説明するための概念図（ｙ−ｚ断面図）である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、実施例５で得られた位相差素子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、実施例５で得られた位相差素子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、使用波長以下の微細パターンを有する透明基板の断面模式図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、本発明の位相差素子の他の一例の断面模式図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、本発明の位相差素子の他の一例の上面模式図である。
【図１３Ｄ】図１３Ｄは、本発明の他の一例の位相差素子における第１の複屈折層、及び第２の複屈折層の構造の詳細を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（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、複屈折多層構造体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。
【００１６】
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。
【００１７】
前記位相差素子は、膜厚の厚膜化を抑制するの点から複屈折（Δｎ）が０．１以上であることが好ましく、０．１〜０．４であることがより好ましい。
【００１８】
前記位相差素子は、２軸性位相差素子であり、光軸方向が、前記透明基板の表面と直交する方向から、前記複屈折多層構造体により近似される屈折率楕円体を前記透明基板に投影した時の前記複屈折多層構造体の屈折率異方性の主軸の方向を表すｘ方向、及び前記透明基板上において前記ｘ方向と直交するｙ方向の少なくともいずれかに、傾斜していることが好ましく、０°超８０°以下傾斜していることがより好ましい。そうすることにより、例えば、液晶のプレチルト角のような傾斜した屈折率楕円体で発生する位相差に対して、適切に光学補償することが可能となる。
【００１９】
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。
【００２０】
＜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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
前記透明基板の表面は、微細パターンが形成されていてもよい。そうすることにより、複屈折多層構造体を斜方蒸着により形成した際に、複屈折多層構造体に構造複屈折の効果が加味され、複屈折量が増大する。
【００２４】
＜複屈折多層構造体＞
前記複屈折多層構造体は、第１の複屈折層及び第２の複屈折層からなる積層構造を複数積層してなる。
【００２５】
前記複屈折多層構造体における前記積層構造の積層数としては、２以上であれば、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が、１０〜５，０００が好ましく、５０〜２，０００がより好ましい。前記積層数が、前記より好ましい範囲内であると、各複屈折層の膜厚を光の波長よりかなり低い膜厚にできるため、多層構造体の傾斜構造部分に起因する光の散乱を低減できる点で有利である。
【００２６】
前記複屈折多層構造体により近似される屈折率楕円体は、次式：Ｎａｘ＞Ｎａｙ＞Ｎａｚを満たすことが、各屈折率を制御する点から、好ましい。
ただし、前記Ｎａｘは、前記複屈折多層構造体により近似される屈折率楕円体の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Ｎａｙは、前記Ｎａｘに直交する方向における屈折率を表し、前記Ｎａｚは、前記Ｎａｘ及び前記Ｎａｙに直交する方向における屈折率を表す。
【００２７】
＜＜積層構造＞＞
前記積層構造は、前記第１の複屈折層及び前記第２の複屈折層からなる。
前記積層構造は、上述したような光の散乱を低減する点から、平均厚みが３０ｎｍ以下であることが好ましく、３ｎｍ〜１０ｎｍであることがより好ましい。
【００２８】
−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２の複屈折層は、光学異方性無機材料を有してなる。
【００２９】
前記積層構造において、前記第１の複屈折層の平均厚み（ｔ１）と、前記第２の複屈折層の平均厚み（ｔ２）との関係は、下記式（１）及び式（２）のいずれかを満たす。
前記積層構造において、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（β）（以下、「角度（β）」と称することがある。）は、下記式（３）を満たす。
更に前記積層構造は、下記条件（４）を満たす。
０＜ｔ１／ｔ２≦１                  式（１）
０＜ｔ２／ｔ１≦１                  式（２）
９０°＜β≦１８０°                式（３）
ｔ１≠ｔ２、又はβ≠１８０°      条件（４）
【００３０】
更に、前記平均厚み（ｔ１）と前記平均厚み（ｔ２）との関係は、複屈折を高い値で維持できる点から、下記式（１−１）及び式（２−１）のいずれかを満たすことが好ましい。
０．１≦ｔ１／ｔ２≦１                式（１−１）
０．１≦ｔ２／ｔ１≦１                式（２−１）
【００３１】
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。
【００３２】
前記角度（β）は、複屈折を高い値で維持できるの点から、下記式（３−１）を満たすことが好ましい。
１６０°＜β≦１８０°              式（３−１）
【００３３】
１つの前記積層構造における前記第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、３ｎｍ〜１０ｎｍが好ましい。
１つの前記積層構造における前記第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、３ｎｍ〜１０ｎｍが好ましい。
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。
【００３４】
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。
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。
【００３５】
前記位相差素子は、前記複屈折多層構造体の複数の前記積層構造において、少なくとも一つの前記積層構造が、前記式（１）又は前記式（２）、前記式（３）及び前記条件（４）を満たしていればよく、全ての前記積層構造が、前記式（１）又は前記式（２）、前記式（３）及び前記条件（４）を満たしていることが好ましい。
【００３６】
前記複屈折多層構造体の複数の前記積層構造において、ｔ１／ｔ２、ｔ２／ｔ１、及びβは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。言い換えれば、複数の前記積層構造において、
ｔ１／ｔ２、ｔ２／ｔ１、及びβは同一であってもよいし、
ｔ１／ｔ２及びｔ２／ｔ１は同一であって、βは異なっていてもよいし、
βは同一であって、ｔ１／ｔ２及びｔ２／ｔ１は異なっていてもよいし、
ｔ１／ｔ２、ｔ２／ｔ１、及びβの全てが異なっていてもよい。
【００３７】
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°ではないことが好ましく、２０°以上８０°以下が好ましく、４０°以上７０°以下がより好ましい。
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°ではないことが好ましく、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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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る。
【００４３】
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。
【００４４】
＜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。
【００４５】
＜＜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。
【００４６】
（液晶表示装置）
本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、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。
【００４７】
＜液晶パネル＞
前記液晶パネルとしては、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、ＶＡモード液晶パネルなどが挙げられる。
【００４８】
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。
【００４９】
＜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る。
【００５０】
＜その他の部材＞
前記その他の部材としては、例えば、偏光板などが挙げられる。
前記偏光板としては、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、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。
【００５１】
（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。
【００５２】
＜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。
【００５３】
＜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。
【００５４】
＜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。
【００５５】
本発明の位相差素子の一例を、製造工程の一例とともに説明する。
［１］  透明基板上に、（ａ）斜方蒸着法により第１の複屈折層を形成する。次に、（ｂ）前記透明基板の面内方向に対して１８０°反対の蒸着角度から斜方蒸着法により第２の複屈折層を形成する。このとき、第１の複屈折層の平均厚み（ｔ１）と第２の複屈層の平均厚み（ｔ２）を異なる（ｔ１／ｔ２≠１）ものとする。また、各複屈折層の平均厚みは、位相差素子として使用する波長帯域より十分小さい厚みとする。好ましくはλ／４以下、より好ましくはλ／１０以下である。前記（ａ）のプロセスと前記（ｂ）のプロセスを繰り返し、必要な位相差が得られる合計厚みまで蒸着を行い、所望の位相差を有する多層構造とする。
【００５６】
［２］  透明基板上に、（ｃ）斜方蒸着により第１の複屈折層を形成する。次に、（ｄ）透明基板面内方向に対して９０°以上、１８０°未満の別の蒸着角度から斜方蒸着法により第２の複屈折層を形成する。このとき、第１の複屈折層の平均厚み（ｔ１）と第２の複屈折層の平均厚み（ｔ２）は同じ（ｔ１＝ｔ２）とする。また、複屈折層の平均厚みは、位相差素子として使用する波長帯域より十分小さい厚みとする。前記（ｃ）のプロセスと前記（ｄ）のプロセスを繰り返し、必要な位相差が得られる合計厚みまで蒸着を行い、所望の位相差を有する多層構造とする。
【００５７】
前記［１］、及び前記［２］を単独、もしくは組み合わせて行うことで、複屈折を大きく保ったまま蒸着粒子の成長方向を制御し、光軸、及び位相差を所望のものとした位相差素子が得られる。
【００５８】
図１は、１層の斜方蒸着によって形成される複屈折層により近似される屈折率楕円体２’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が最も大きい（以下、これをＮｘと称する）。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。図１において符号１は、透明基板を示す。
【００５９】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の位相差素子の一例の概念図である。図３は、図２Ａ〜図２Ｃの位相差素子おいて複屈折層全体（複屈折多層構造体）によって近似される屈折率楕円体５’の概念図である。図２Ａは、図３におけるｘ−ｚ断面図である。図２Ｂは、図３におけるｘ−ｙ断面図である。図２Ｃは、図３におけるｙ−ｚ断面図である。
図２Ａ〜図２Ｃの位相差素子においては、透明基板上１に、第１の複屈折層２、第２の複屈折層３、第１の複屈折層２、及び第２の複屈折層３がこの順で積層されている。第１の複屈折層２は、蒸着方向１で斜方蒸着により形成されており、ｔ１の平均厚みを有する。第２の複屈折層３は、蒸着方向２で斜方蒸着により形成されており、ｔ２の平均厚みを有する。第１の複屈折層２の平均厚みｔ１と、第２の複屈折層３の平均厚みｔ２とは、前記式（２）を満たし、かつｔ１≠ｔ２である。また、第１の複屈折層２と第２の複屈折層３とは、前記角度（β）が１８０°である。
なお、図２Ａ〜図２Ｃにおいて、符号２’は、第１の複屈折層２により近似される複屈折楕円体を示し、符号３’は、第２の複屈折層３により近似される複屈折楕円体を示す。符号Ｎｘ１は、第１の複屈折層２におけるＮｘの軸を示し、符号Ｎｙ１は、第１の複屈折層２におけるＮｙの軸を示す。符号Ｎｘ２は、第２の複屈折層３におけるＮｘの軸を示し、符号Ｎｙ２は、第２の複屈折層３におけるＮｙの軸を示す。
第１の複屈折層２の平均厚みｔ１と、第２の複屈折層２の平均厚みｔ２を調整することにより、高い複屈折を保ったまま、複屈折層全体（複屈折多層構造体）によって近似される屈折率楕円体の光軸角度θ（ｘ−ｚ面内の角度）を制御することができる。その結果、位相差素子全体の光軸を制御できる。
【００６０】
図４Ａ〜図４Ｃは、本発明の位相差素子の他の一例の概念図である。図５は、図４Ａ〜図４Ｃの位相差素子おいて複屈折層全体（複屈折多層構造体）によって近似される屈折率楕円体５’の概念図である。図４Ａは、図５におけるｘ−ｚ断面図である。図４Ｂは、図５におけるｘ−ｙ断面図である。図４Ｃは、図５におけるｙ−ｚ断面図である。
図４Ａ〜図４Ｃの位相差素子においては、透明基板上１に、第１の複屈折層２、第２の複屈折層３、第１の複屈折層２、及び第２の複屈折層３がこの順で積層されている。第１の複屈折層２は、蒸着方向１で斜方蒸着により形成されている。第２の複屈折層３は、蒸着方向２で斜方蒸着により形成されている。第１の複屈折層２の平均厚みと、第２の複屈折層３の平均厚みとは、同じである。また、第１の複屈折層２と第２の複屈折層３との間の角度（β）は、前記式（３）を満たし、かつ１８０°ではない。
なお、図４Ａ〜図４Ｃにおいて、符号２’は、第１の複屈折層２により近似される複屈折楕円体を示し、符号３’は、第２の複屈折層３により近似される複屈折楕円体を示す。符号Ｎｘ１は、第１の複屈折層２におけるＮｘの軸を示し、符号Ｎｙ１は、第１の複屈折層２におけるＮｙの軸を示す。符号Ｎｘ２は、第２の複屈折層３におけるＮｘの軸を示し、符号Ｎｙ２は、第２の複屈折層３におけるＮｙの軸を示す。
第１の複屈折層２と第２の複屈折層３との間の角度（β）を調整することにより、高い複屈折を保ったまま、複屈折層全体（複屈折多層構造体）によって近似される屈折率楕円体の光軸角度φ（ｙ−ｚ面内の角度）を制御することができる。その結果、位相差素子全体の光軸を制御できる。
【００６１】
本発明の位相差素子は、特開２００５−１７２９８４号公報、特開２００７−１０１７６４号公報、及び特許第４５６６２７５号公報に記載の発明と異なり、無機材料のみで構成されており、耐熱性及び耐光性が高い。また、光軸が傾斜した位相差素子が提供できる。また、特開２００４−３５４９３５号公報、特開２００９−１３３９１７号公報、及び特開２０１２−０７８４３６号公報に記載の発明と異なり、斜方蒸着により多層構造を形成できるため、単結晶の特殊切り出しなどと比較して、低コスト化が見込める。また、ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ  ／  Ｖｏｌ．  ２８，  Ｎｏ．  １３  ／  １  Ｊｕｌｙ  １９８９に記載の発明と異なり、多層構造で形成され、高い複屈折を有する。また、米国特許第６２０６０６５号明細書に記載の発明と異なり、透明基板を回転させながら蒸着を行う必要はなく、装置の簡易化が可能である。また、光軸を傾斜させる方向も選択可能である。
【００６２】
次に、投射型画像表示装置の一例について説明する。
図６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６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。
【００６３】
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】
【００６４】
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。
【００６５】
（実施例１）
＜位相差素子の作製＞
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上に、Ｔａ２Ｏ５を主成分とした蒸着材料を、（ａ）基板法線方向（基板の表面に直交する方向）に対して蒸着源が７０°になるように斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。（ｂ）次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、蒸着角度を同様に７０°として斜方蒸着を行い、第２の複屈折層を形成した。前記（ａ）のプロセスと前記（ｂ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の複屈折層を形成した。複屈折層形成後、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。複屈折層は全体で１，５００ｎｍになるような膜厚とした。基板の裏面には、入射光の反射率を低減する目的で、反射防止膜を成膜した。
【００６６】
以下に、第１の複屈折層と、第２の複屈折層と、光軸角度との定量的な関係を述べる。図７は、第１の複屈折層の平均厚みｔ１と、第２の複屈折層の平均厚みｔ２との比ｔ１／ｔ２と、複屈折層全体により近似される屈折率楕円体の第１の光軸角度θ（ｘ−ｚ面内の角度）、及び、複屈折層への垂直入射光に生じる複屈折の値についての関係を示したグラフである。図７に示すように、ｔ１／ｔ２を変化させることによって、屈折率楕円体の光軸を任意に制御することができるようになる。さらに、ｔ１／ｔ２が変化しても、複屈折はほとんど変化がなく、Δｎが０．１以上の値を示している。これは、文献（ＡＰＰＬＩＥＤ  ＯＰＴＩＣＳ  ／  Ｖｏｌ．  ２８，  Ｎｏ．  １３  ／  １  Ｊｕｌｙ  １９８９）にも記載されているように、蒸着角度、すなわち屈折率楕円体の光軸が変化するとΔｎが変化してしまう構造とは異なり、本発明では、複屈折を大きな値に保ったまま、光軸を制御することが可能となる。しかも、通常のＴａ２Ｏ５のような高屈折率材料の斜方蒸着で得られるような複屈折０．０７を大きく上回ることが可能である。
【００６７】
（実施例２）
＜位相差素子の作製＞
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上に、Ｔａ２Ｏ５を主成分とした蒸着材料を、（ａ）基板法線方向に対して蒸着源が７０°になるように斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。（ｂ）次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、蒸着角度を同様に７０°として斜方蒸着を行い、第２の複屈折層を形成した。前記（ａ）のプロセスと前記（ｂ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の複屈折層を形成した。複屈折層形成後、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９ｎｍ、５ｎｍとした。また、全体の膜厚を２，０００ｎｍとした。ＳＥＭ像を図８に示す。光軸は約１８°であった。さらに、波長５５０ｎｍでの正面位相差は、２７２ｎｍであった。複屈折はおよそ０．１３６であった。以上のように、本発明の形態を用いることで、光軸が傾斜した１／２波長板が容易に作製できる。
【００６８】
（実施例３：変形例）
実施例１、及び２は、用途に応じて様々な変形が可能である。
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上に、Ｔａ２Ｏ５を主成分とした蒸着材料を、（ａ）基板法線方向に対して蒸着源が７０°になるように斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。（ｂ）次に、基板面内方向に対して１８０°反対の方向から、蒸着角度を同様に７０°として斜方蒸着を行い、第２の複屈折層を形成した。前記（ａ）のプロセスと前記（ｂ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の複屈折層を形成した。複屈折層形成後、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９ｎｍ、５ｎｍとした。複数の第１の複屈折層及び複数の第２の複屈折層の合計の厚みを２，０００ｎｍまで成膜した時点で、（ｃ）ガラス基板を面内方向に、４５°回転した方向から第１の複屈折層を５ｎｍ、（ｄ）その方向と１８０°反対の方向から、第２の複屈折層を９ｎｍ成膜した。前記（ｃ）のプロセスと前記（ｄ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の複屈折層を形成した。模式図を図９Ａ及び図９Ｂに示す。前記（ａ）のプロセスと前記（ｂ）のプロセスで得られる構造部をＡ、前記（ｃ）のプロセスと前記（ｄ）のプロセスで得られる構造部をＢとした。このような変形例とすると、あたかも軸が傾斜した２枚の波長板を、面内軸も任意に回転させて張り合わせたような構造が、１枚の基板で容易に実現できる。従来は水晶のような一軸性波長板を別々に切り出し、貼り合わせをしなくてはならず、かなりの高コストだった。本発明を用いることで、１枚の基板で広帯域の波長板を容易に作製することができる。なお、図９Ａにおいて、第１の複屈折層２は、蒸着方向１で斜方蒸着により形成されている。第２の複屈折層３は、蒸着方向２で斜方蒸着により形成されている。図９Ｂに示すように、構造部Ａの光軸Ａと、構造部Ｂの光軸Ｂとを基板に投影した線分がなす角度は、４５°である。
【００６９】
（実施例４）
＜位相差素子の作製＞
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上に、Ｔａ２Ｏ５を主成分とした蒸着材料を、（ａ）基板法線方向に対して、ある特定の方向から蒸着源が７０°になるように斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。（ｂ）次に、ガラス基板を面内方向にβ°回転させ、蒸着角度を同様に７０°として斜方蒸着を行い、第２の複屈折層を形成した。次に、基板を回転させ、前記（ａ）のプロセスの位置に戻し、再度前記（ａ）のプロセスを行った。この前記（ａ）のプロセスと前記（ｂ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の複屈折層を形成した。前記（ａ）のプロセスと前記（ｂ）のプロセスで成膜する複屈折層の平均厚みは７ｎｍで同一とした。複屈折層形成後、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。複屈折層は全体で１，５００ｎｍになるような厚みとした。基板の裏面には、入射光の反射率を低減する目的で、反射防止膜を成膜した。
【００７０】
以下に、プロセス（ａ）から（ｂ）に移る際の基板面内回転角度βと、光軸角度との定量的な関係を述べる。図１０は、角度（β）と、複屈折層全体により近似される屈折率楕円体の第２の光軸角度φ（ｙ−ｚ面内の角度）、及び複屈折層への垂直入射光に生じる複屈折の値について関係を示したグラフである。角度（β）を変化させることによって屈折率楕円体の光軸を任意に制御できた。また、角度（β）が変化しても、複屈折はほとんど変化がなく、Δｎが０．１以上の値を示した。従来の斜方蒸着技術では、そもそもφを傾斜させる技術はないが、本発明を用いることで、実用的なΔｎを保ったまま、φが傾斜した屈折率楕円体を有する位相差素子を作製することができるようになる。なお、βの角度が９０°以下になると、φの傾斜に寄与しなくなる。この点について、図１１Ａ〜図１１Ｃを用いて説明する。
【００７１】
図１１Ａ〜図１１Ｃは、位相差素子の一例の概念図である。図１１Ａは、図３のようなｘ−ｙ−ｚの座標空間におけるｘ−ｚ断面図である。図１１Ｂは、図３のようなｘ−ｙ−ｚの座標空間におけるｘ−ｙ断面図である。図１１Ｃは、図３のようなｘ−ｙ−ｚの座標空間におけるｙ−ｚ断面図である。
図１１Ａ〜図１１Ｃに示すように、角度（β）が９０°以下であると、特に図１１Ｃから明らかなように、各層の光軸が平均化され、光軸φの方向が基板法線方向と一致する。また、図１１Ａから明らかなように、一方向からの斜方蒸着と同様の機能しかもたず、複屈折が低くなる。よって、βは９０°超である必要がある。
【００７２】
（実施例５）
実施例１と実施例４は、それぞれ別の方法で光軸角度を傾斜させる方法であるが、当然、両者を組み合わせて、θとφを同時に制御することができる。以下に一例を示す。
ガラス基板（平均厚み０．７ｍｍ）上に、Ｔａ２Ｏ５を主成分とした蒸着材料を、（ａ）基板法線方向に対して、ある特定の方向から蒸着源が７０°になるように斜方蒸着を行い、第１の複屈折層を形成した。平均厚みは８ｎｍとした。（ｂ）次に、ガラス基板を面内方向に１７０°回転させ、蒸着角度を同様に７０°として斜方蒸着を行い、第２の複屈折層を形成した。平均厚みは４ｎｍとした。次に、ガラス基板を回転させ前記（ａ）のプロセスの位置に戻し、再度前記（ａ）のプロセスを行った。前記（ａ）のプロセスと前記（ｂ）のプロセスを交互に繰り返し、多層構造の複屈折層を形成した。
【００７３】
このようにして作製した位相差素子のＳＥＭ像を図１２Ａ及び図１２Ｂに示す。光軸角度θ（ｘ−ｚ面内の角度）は約２０°、φ（ｙ−ｚ面内の角度）は約１０°傾いている様子がわかる。このとき基板法線方向の入射光に対する複屈折の値は０．１４であった。
以上のように、本発明を用いることで、高い複屈折を保ったまま、２種類の光軸角度を任意に制御することができる。
【００７４】
（実施例６：応用例）
実施例１〜５においては、平坦なガラス基板上に斜方蒸着した微粒子を利用しているが、本発明者は、図１３Ａに示すような、使用帯域の波長以下の微細パターンを有する透明基板１０上に斜方蒸着により複屈折層を堆積することで、複屈折の値を増大できることを発見している。応用例を図１３Ｂ〜図１３Ｄに示す。図１３Ｂは、位相差素子の断面模式図であり、図１３Ｃは、上面模式図であり、図１３Ｄは、位相差素子における第１の複屈折層２２、及び第２の複屈折層２３の構造の詳細を示す断面模式図である。符号１１は、光学異方性無機材料からなる高屈折率部を示し、符号１２は、空気からなる低屈折率部を示す。ピッチ１５０ｎｍ、深さ５０ｎｍの一次元格子を有するガラス基板上に、ＴｉＯ２を添加したＴａ２Ｏ５を格子ラインと垂直でかつ基板面法線方向に対して蒸着源が７０°となるように斜方蒸着を行った。従来の斜方蒸着に比べ複屈折量が２．８倍になっている。よって、所望の位相特性を得るのに従来に比べ、薄膜化することができる。薄膜化は、生産工程の高速化及び効率化、成膜に使用する材料費の抑制など、多くのメリットを持つ。パターン上に成膜することで複屈折の値が大きくなっているのは、格子間に間隔ができることで、構造複屈折の効果が加味されたことによると考えられる。なお、低屈折率部は、空気以外にも、高屈折率部を構成する光学異方性無機材料よりも低屈折率の材料であれば、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。この応用例では、一次元格子を用いているが、使用帯域の波長以下であれば、ランダムパターンや、文献（東芝レビューＶｏｌ６０  Ｎｏ１０  ２００５）に記載のブロックコポリマーを用いたパターン形成方式（すなわち、ガラス基板上に上記と同様にＳｉＯ２を成膜し、ブロックコポリマーによりパターン形成を行い、ＳｉＯ２にブロックコポリマーのパターンを転写する方法）により形成されたパターンでも構わない。なお、ＳｉＯ２を成膜しないで、ガラス上に直接パターン形成しても構わない。このようにして形成された波長板においても、本発明の位相差素子を用いることで、光軸を任意に傾斜させることができる。
図１３Ｂ〜図１３Ｄに示すように基板パターンと斜方蒸着膜を組み合わせると、複屈折量がさらに増加し、トータルの膜厚を薄くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明の位相差素子は、簡易な製造装置により製造でき、光軸の調整、及び位相差の調整が容易であり、耐熱性及び耐久性に優れることから、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】
【００７６】
１      透明基板
２      第１の複屈折層
２’    屈折率楕円体
３      第２の複屈折層
３’    屈折率楕円体
５’    屈折率楕円体
１０    透明基板
１１    高屈折率部
１２    低屈折率部
２２    第１の複屈折層
２３    第２の複屈折層
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】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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