相位差元件、液晶显示装置以及投影型图像显示装置的制造方法

相位差元件、液晶显示装置以及投影型图像显示装置的制造方法
【专利摘要】一种相位差元件，具有：透明基板；相位差赋予防反射层；第一双折射层；以及第二双折射层，该第二双折射层与所述第一双折射层以如下方式接触：将表示所述第一双折射层的折射率异向性的主轴的线段、即第一线段中位于所述透明基板一侧的端部设为端部A，将表示所述第二双折射层的折射率异向性的主轴的线段、即第二线段中位于所述透明基板一侧的端部设为端部B，当将所述第一线段以及所述第二线段投影到所述透明基板上并使所述端部A以及所述端部B重叠时，投影到所述透明基板上的所述第一线段以及所述第二线段之间的夹角既不为0°也不为180°，并且，所述第二双折射层具有与所述第一双折射层的平均厚度大致相同的平均厚度。
【专利说明】
相位差元件、液晶显示装置以及投影型图像显示装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种相位差元件、液晶显示装置以及投影型图像显示装置。
【背景技术】
[0002] 近年来，为了改善对比度特性以及视角特性，在液晶显示装置中采用了应用相位 差元件的光学补偿技术。例如，可列举出垂直取向液晶中的黑辉度补正。为了对因液晶的 预倾角以及在斜入射光中产生的双折射等而引起的偏振光混乱进行补正，可以考虑与液晶 面板的面平行地设置石英晶体等的相位差元件从而进行光学补偿的方法，以及与液晶面板 的面平行地设置高分子膜等具有双折射的有机材料等从而进行光学补偿的方法等（参照 日本特开2005-172984号公报、日本特开2007-101764号公报、以及日本专利第4566275号 公报）。
[0003] 但是，在米用对单晶进行加工以作为相位差兀件的方法时，特别是在考虑液晶的 预倾角的角度的基础之上进行补偿时，需要相对于晶轴以规定角度切割单晶，而且，对材料 进行切割、研磨等需要非常高的精度，为了实现这种技术方案，成本会变得很高。另外，不容 易在拉伸后的膜等上对轴进行控制。
[0004] 因此，提出了与液晶面板倾斜地配置相位差元件本身的方法（参照日本特开 2006-11298号公报、以及日本特开2009-229804号公报）。
[0005] 但是，在不断小型化的投影仪内部，用于使部件倾斜的空间可能会不足。进一步， 容易因高温和UV光线而造成老化，在耐久性方面存在问题。
[0006] 另一方面，作为使用通过电介质材料的斜向蒸镀而形成的薄膜的相位差元件，提 出了一种组合负的C板（C-plate)以及0板（Ο-plate)而制成的相位差补偿元件，其中，负 的C板通过交替层叠高/低折射率材料而形成，0板由两层结构以上的斜向蒸镀膜形成（参 照日本特开2006-171327号公报）。在该技术方案中提出了一种相位差元件，其中，负的C 板具有通过交替层叠高/低折射率材料而形成的结构性双折射，由此对入射到光调制元件 的斜入射光的偏振光混乱进行补正，并通过由两层结构以上的斜向蒸镀膜而形成的〇板， 对因预倾角而产生的偏振光混乱进行补正。
[0007] 但是，为了制作负的C板共计需要80层的层叠，进一步还另外需要防反射层，因 此，有可能导致高成本化以及前置时间（lead time)过长的问题。
[0008] 另外，提出了一种采用两块由斜向蒸镀膜而形成的相位差板的光学补偿方法（参 照日本特开2009-145863号公报）。在该技术方案中，使各个相位差板沿面内方向旋转，并 使关系角度位于最佳的位置，由此期待对比度的提高。
[0009] 但是，由于采用两块相位差板，并且需要旋转机构，因此，有可能导致高成本化以 及搭载空间增加的问题。
[0010] 另外，提出了如下的相位差板：与超扭曲向列（STN)型液晶元件一同使用，并且， 以与STN型液晶元件的扭曲角相同的角度，相对于蒸镀方向的基板面内方位分别偏移固定 角度的方式进行斜向蒸镀，并通过层叠多层由上述斜向蒸镀而制成的无机薄膜来形成该相 位差板（参照日本特开2006-171327号公报）。
[0011] 在该方法中，为了通过蒸镀再现STN型液晶元件的扭曲，需要从多个方向进行蒸 镀，有可能导致需要特殊的蒸镀装置的问题，并且有可能导致因多层结构而引起的前置时 间增加等问题。另外，存在着只能应用于STN型液晶元件的根本性问题。
[0012] 另外，提出了一种液晶显示装置，该液晶显示装置所使用的相位差板具有至少两 个相位差补偿层，这些相位差补偿层被配置成层面相互对置，并且，被放置在如下位置：使 它们的相位差的值各不相同，而且使光轴在层面的面内中的方向各不相同，其中，上述光轴 对应于形成相位差补偿层的材料的快轴或慢轴（参照W02008/081919号国际公布）。
[0013] 但是，在该技术方案中，由于相位差板是通过粘合两个补偿层而形成的，因此需要 使用粘合剂，在耐热性方面存在问题。另外，还需要两炔基板，存在着高成本化的问题。
[0014] 因此，当前要求提供一种相位差元件、液晶显示装置以及投影型图像显示装置，其 能够有效且高精度地对正面入射光的特性变化、以及因液晶层的厚度而引起的斜入射光的 特性变化进行补正，并能够大幅缩小配置空间，并且耐久性优异。

【发明内容】

[0015] 发明所要解决的技术问题
[0016] 本发明所要解决的技术问题在于，解决上述现有技术中的各种问题，并达成以下 的目的。即，本发明的目的在于提供一种相位差元件及其制造方法、一种液晶显示装置及其 制造方法、以及一种投影型图像显示装置，其能够有效且高精度地对正面入射光的特性变 化、以及因液晶层的厚度而引起的斜入射光的特性变化进行补正，并能够大幅缩小配置空 间，并且耐久性优异。
[0017] 用于解决技术问题的方案
[0018] 用于解决所述技术问题的方案如下。即，
[0019] 〈1> 一种相位差元件，其特征在于，具有：
[0020] 透明基板；
[0021] 相位差赋予防反射层，由光学多层膜组成，用于对入射光中的斜入射光赋予相位 差，并且用于防止所述入射光的反射；
[0022] 第一双折射层，具有光学异向性无机材料，所述光学异向性无机材料的折射率异 向性的主轴与所述透明基板的表面之间的夹角不为90° ;以及
[0023] 第二双折射层，具有光学异向性无机材料，所述光学异向性无机材料的折射率异 向性的主轴与所述透明基板的表面之间的夹角不为90°，
[0024] 其中，所述第二双折射层与所述第一双折射层以如下方式接触：将表示所述第一 双折射层的折射率异向性的主轴的线段、即第一线段中位于所述透明基板一侧的端部设为 端部A，将表示所述第二双折射层的折射率异向性的主轴的线段、即第二线段中位于所述透 明基板一侧的端部设为端部B，当将所述第一线段以及所述第二线段投影到所述透明基板 上并使所述端部A以及所述端部B重叠时，投影到所述透明基板上的所述第一线段以及所 述第二线段之间的夹角既不为〇°也不为180°，
[0025] 并且，所述第二双折射层具有与所述第一双折射层的平均厚度大致相同的平均厚 度。
[0026] 〈2>根据上述〈1>中所述的相位差元件，
[0027] 第一双折射层的光学异向性无机材料的材质为至少含有Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta以 及A1中的任意一种的氧化物，
[0028] 第二双折射层的光学异向性无机材料的材质为至少含有Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta以 及A1中的任意一种的氧化物。
[0029] 〈3>根据上述〈1>至〈2>中的任一项所述的相位差元件，
[0030] 第一双折射层以及第二双折射层中的至少一个满足下式：
[0031] Nx > Ny > Nz?
[0032] 其中，所述Nx表示与折射率异向性的主轴平行的方向上的折射率，所述Ny表示与 所述Nx垂直的方向上的折射率，所述Nz表示与所述Nx以及所述Ny垂直的方向上的折射 率。
[0033] 〈4>根据上述〈1>至〈3>中的任一项所述的相位差元件，
[0034] 投影到透明基板上的第一线段以及第二线段之间的夹角大于等于70°且小于 90。。
[0035] 〈5>根据上述〈1>至〈4>中的任一项所述的相位差元件，
[0036] 第一双折射层的相位差与第二双折射层的相位差之差小于10nm。
[0037] 〈6>根据上述〈5>所述的相位差元件，
[0038] 第一双折射层的相位差与第二双折射层的相位差大致相同。
[0039] 〈7>根据上述〈1>至〈6>中的任一项所述的相位差元件，
[0040] 光学多层膜中的各层的平均厚度不相同。
[0041] 〈8>根据上述〈1>至〈7>中的任一项所述的相位差元件，
[0042] 相位差赋予防反射层对从垂直于透明基板的方向倾斜15°的斜入射光赋予小于 等于28nm的相位差。
[0043] 〈9>根据上述〈1>至〈8>中的任一项所述的相位差元件，
[0044] 光学多层膜中的各层的材质为至少含有Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta以及A1中的任意一 种的氧化物。
[0045] 〈10>根据上述〈1>至〈9>中的任一项所述的相位差元件，
[0046] 相位差赋予防反射层在波长范围为430nm~510nm的范围内发挥防反射层的功 能。
[0047] 〈11>根据上述〈1>至〈9>中的任一项所述的相位差元件，
[0048] 相位差赋予防反射层在波长范围为510nm~590nm的范围内发挥防反射层的功 能。
[0049] 〈12>根据上述〈1>至〈9>中的任一项所述的相位差元件，
[0050] 相位差赋予防反射层在波长范围为590nm~680nm的范围内发挥防反射层的功 能。
[0051] 〈13>根据上述〈1>至〈12>中的任一项所述的相位差元件，
[0052] 投影到透明基板上的第一线段以及第二线段之间的夹角的角平分线、与所述透明 基板的一边之间的夹角为大约45°。
[0053] 〈14> 一种液晶显示装置，其特征在于，具有：
[0054] 液晶面板，其具有基板和VA模式液晶层，用于对入射的光束进行调制，该VA模式 液晶层含有相对于所述基板的主面的垂直方向具有预倾斜的液晶分子；
[0055] 第一偏光板，配置在所述液晶面板的入射侧；
[0056] 第二偏光板，配置在所述液晶面板的出射侧；以及
[0057] 上述〈1>至〈13>中的任一项所述的相位差元件，配置在所述液晶面板与所述第二 偏光板之间的光路上。
[0058] 〈15>根据上述〈14>所述的液晶显示装置，
[0059] 将通过预倾斜而使液晶分子相对于基板表面的垂直方向倾斜的方向投影到透明 基板上时形成的虚拟线、与投影到所述透明基板上的第一线段以及第二线段之间的夹角的 角平分线大致平行。
[0060] 〈16> -种投影型图像显示装置，其特征在于，具有：
[0061] 光源，用于射出光；
[0062] 投影光学系统，用于投影调制后的光；以及
[0063] 上述〈14>至〈15>中的任一项所述的液晶显示装置，其配置在所述光源与所述投 影光学系统之间的光路上。
[0064] 〈 17> -种相位差元件的制造方法，用于制造上述〈1>至〈13>中的任一项所述的相 位差元件，其特征在于，包括：
[0065] 第一双折射层形成工序，通过斜向蒸镀，在透明基板以及相位差赋予防反射层中 的任意一个之上形成第一双折射层；以及
[0066] 第二双折射层形成工序，通过斜向蒸镀，在所述第一双折射层上形成第二双折射 层。
[0067] 〈18> -种液晶显示装置的制造方法，用于制造上述〈14>至〈15>中的任一项所述 的液晶显示装置，其特征在于，包括：
[0068] 上述〈17>所述的相位差元件的制造方法；以及
[0069] 配置工序，在液晶面板与第二偏光板之间的光路上，以使液晶面板的基板的一边 与相位差元件的一边基本吻合的方式配置所述相位差元件。
[0070] 发明效果
[0071 ] 根据本发明，能够解决上述现有技术中的各种问题，并能够达成上述目的，能够提 供一种相位差元件及其制造方法、一种液晶显示装置及其制造方法、以及一种投影型图像 显示装置，其能够有效且高精度地对正面入射光的特性变化、以及因液晶层的厚度而引起 的斜入射光的特性变化进行补正，并能够大幅缩小配置空间，并且耐久性优异。
【附图说明】
[0072] 图1是模式化地示出Rd-AR层的一个示例的剖面图。
[0073] 图2是示出光学薄膜的一个示例的剖面图。
[0074] 图3是示出在折射率为1/1. 41/1的结构中使入射光Θ的角度变化时相位差的光 学膜厚依赖性的图。
[0075] 图4是示出在折射率为2/1. 41/2的结构中使入射光Θ的角度变化时相位差的光 学膜厚依赖性的图。
[0076] 图5是示出在设计Rd-AR层时斜入射光的相位差Rd的层数依赖性的图。
[0077] 图6是示出在设计Rd-AR层时斜入射光的相位差Rd的膜厚依赖性的图。
[0078] 图7是示出蓝光的波长范围内的层叠数与相位差Rd的波长色散之间的关系的图。
[0079] 图8是示出在使用具有相对最高的折射率NH的电介质和具有相对最低的折射率 NL的电介质形成电介质多层膜时、能够对25°斜入射光赋予的最大的相位差的图。
[0080] 图9是示出在对25°斜入射光赋予18nm的相位差时t!V(tH+tL)与膜厚之间的关 系的图。
[0081] 图10是示出液晶显示装置的结构的一个示例的概略图。
[0082] 图11是示出本发明的相位差元件的构造的一个示例的概略图。
[0083] 图12是示出可通过由斜向蒸镀而形成的双折射层近似出来的折射率椭圆体的概 略图。
[0084] 图13A是示出将本发明的相位差元件从基板法线方向（透明基板表面的垂直方 向）投影到透明基板上时、各个轴的位置的一个示例的平面图。
[0085] 图13B是示出假定将液晶分子、第一双折射层以及第二双折射层排列在同一面上 时、它们各自的倾斜方向的一个示例的概略图。
[0086] 图14是示出在改变双折射层的每层的平均厚度t时正面相位差与ΝχΓ -Nx2'间 角度α之间的关系的图。
[0087] 图15Α是示出在将液晶面板的预倾角α设为85°时投影图像的对比度的膜厚依 赖性的图。
[0088] 图15Β是示出在将液晶面板的预倾角α设为87°时投影图像的对比度的膜厚依 赖性的图。
[0089] 图16是示出投影型图像显示装置的一个示例的概略图。
[0090] 图17是示出第一双折射层以及第二双折射层的膜厚与对比度之间的关系的图。
[0091] 图18是示出第一双折射层以及第二双折射层的膜厚差与对比度之间的关系的 图。
[0092] 图19是示出ΝχΓ -Νχ2'间角度与对比度之间的关系的图。
[0093] 图20是示出第一双折射层以及第二双折射层的膜厚与对比度之间的关系的图。
[0094] 图21是示出ΝχΓ -Νχ2'间角度与对比度之间的关系的图。
[0095] 图22是示出在15°斜入射光中产生的相位差与对比度之间的关系的图。
[0096] 图23Α是以等高线示出实施例1的相位差元件的对比度的面内分布的图。
[0097] 图23Β是以等高线示出比较例1的相位差元件的对比度的面内分布的图。
[0098] 图24是示出各种相位差元件与对比度之间的关系的图。
[0099] 附图标记说明
[0100] 1 :液晶分子 2 :玻璃基板 3 :玻璃基板
[0101] 4 :相位差兀件 5 :第二偏光板 6 :第一偏光板
[0102] 7:出射光 8:入射光 10:透明基板
[0103] ll:Rd_AR层 21 :光学薄膜 22 :媒质
[0104] 23 :媒质 31 :透明基板 32 :相位差赋予防反射层
[0105] 33 :第一双折射层 33 ':双轴性折射率椭圆体
[0106] 34 :第二双折射层 34 ':双轴性折射率椭圆体
[0107] 35 :保护层 36 :相位差赋予防反射层
[0108] 40 :垂直取向液晶层 41 :透射型光调制元件
[0109] 42 :透射型偏振器 43 :相位差元件 44 :透射型偏振器
[0110] 45 :入射光 P :P偏振光 S :S偏振光
【具体实施方式】
[0111] (相位差元件及其制造方法）
[0112] 本发明的相位差元件至少具有透明基板、相位差赋予防反射层、第一双折射层以 及第二双折射层，并进一步根据需要具有其他的部件。
[0113] 本发明的相位差元件的制造方法是用于制造本发明的所述相位差元件的制造方 法，至少包括第一双折射层形成工序以及第二双折射层形成工序，并进一步根据需要包括 其他的工序。
[0114] 所述第一双折射层形成工序是如下工序：通过斜向蒸镀，在所述透明基板以及所 述相位差赋予防反射层中的任意一个之上形成第一双折射层。
[0115] 所述第二双折射层形成工序是如下工序：通过斜向蒸镀，在所述第一双折射层上 形成所述第二双折射层。
[0116] 下面，通过对所述相位差元件的各结构进行说明，同时对本发明的所述相位差元 件的制造方法也进行说明。
[0117] 此外，在本发明中，正面入射光是指垂直于液晶面板以及相位差元件入射的光，斜 入射光是指以与正面入射光保持一定的角度的方式入射的光。
[0118] 〈透明基板〉
[0119] 作为所述透明基板，只要是相对于使用波长范围的光具有透光性的基板即可，没 有特别的限制，可根据目的适当选择。
[0120] 作为所述透明基板的材质，没有特别的限制，可根据目的适当选择，例如可列举出 玻璃、石英、石英晶体等。
[0121] 作为所述透明基板的形状，没有特别的限制，可根据目的适当选择，优选为四边 形。
[0122] 作为所述透明基板的平均厚度，没有特别的限制，可根据目的适当选择，但是，从 防止基板翘曲的观点来看，优选为〇· 1mm~3. 0mm，更优选0· 1mm~2. 0mm。
[0123] 〈相位差赋予防反射层〉
[0124] 作为所述相位差赋予防反射层，只要是由光学多层膜组成、且用于对入射光中的 斜入射光赋予相位差、并且用于防止所述入射光的反射的层即可，没有特别的限制，可根据 目的适当选择。
[0125] 作为所述光学多层膜中的各层的材质，没有特别的限制，可根据目的适当选择，但 优选为至少含有31、他、2^11、1^、了 &以及41中的任意一种的氧化物。
[0126] 优选为，所述光学多层膜中的各层的平均厚度不相同。由此，能够获得充分的防反 射功能。
[0127] 在下面的说明中，有时将各层的平均厚度、光学多层膜的平均厚度、电介质多层膜 的平均厚度称为膜厚。
[0128] 优选为，所述相位差赋予防反射层对从相对于所述透明基板垂直的方向倾斜15° 的斜入射光赋予小于等于28nm的相位差。
[0129] 以往，在使被称为构造性双折射的光学多层膜显现出膜厚方向的相位差Rth时， 并不利用光的干涉效应。例如，将两种电介质膜分别设为电介质膜a、电介质膜b，当以电介 质膜a和电介质膜b的层叠作为一个结构单位使之层叠将近100层时，电介质膜a的膜厚 ta在多层膜中均等价，电介质膜b的膜厚tb在多层膜中也均等价。例如，在W02009/001799 号国际公布的技术中，电介质膜的膜厚均为15nm。这种以往的光学多层膜需要另外在其两 侧设置防反射膜。
[0130] 另一方面，本发明中的相位差赋予防反射层则利用因向电介质膜斜入射而产生的 相位差，并进一步积极地利用光的干涉效应，由此，也作为防反射层发挥其功能。即，所述相 位差赋予防反射层能够对难以通过第一双折射层以及第二双折射层进行控制的斜入射光 的相位差进行独立设计，另外，还具有防反射功能。
[0131] 另外，所述相位差赋予防反射层不需要使各层的平均厚度相同，还能够相对减少 层叠数。具体而言，优选为使各层的平均厚度几乎均不相同，并进一步使层叠数最优化。这 与以往的设计思想完全不同。下面，将所述相位差赋予防反射层也称为Rd-AR层。
[0132] 图1是模式化地示出Rd-AR层的一个示例的剖面图。如图1所示，该Rd-AR层11 是在透明基板10上交替层叠高折射率的电介质膜a与低折射率的电介质膜b而形成的电 介质多层膜。
[0133] 为了使所述Rd-AR层在期望的波长范围内具有防反射功能，并且对具有规定角度 的斜入射光赋予任意的相位差，需要在设计防止反射的同时对斜入射光的相位差也进行设 计。
[0134] 虽然也能够相对于可见光的范围设计所述Rd-AR层，但优选为分别相对于红光的 波长范围（例如590~680nm)、绿光的波长范围（例如510~590nm)、蓝光的波长范围（例 如430~510nm)这三原色的波长范围设计所述Rd-AR层。电介质具有折射率的波长色散， 并且斜入射光的相位差也具有波长色散，因此，难以在可见光的范围内设计固定的相位差， 但是通过分成RGB (红绿蓝）三原色，能够抑制斜入射光的相位差的波长色散，另外，能够使 防反射的设计变得容易。
[0135] 作为应用于所述Rd-AR层的电介质膜，能够使用Ti02、Si02、Ta 205、Al203、Ce02、Zr0 2、 Zr0、Nb205等氧化物、或它们的组合物。优选使用Nb 205作为高折射率的电介质膜a，使用Si02 作为低折射率的电介质膜b。
[0136] 另外，优选为，相对于使用波长λ，使高折射率的电介质膜a的平均厚度ta以及低 折射率的电介质膜b的平均厚度tb均满足λ/100 < ta、tb < λ/2的关系。通过使平均 厚度小于等于λ /2,能够使因向电介质膜斜入射而产生的相位差Rd的相位差符号固定不 变。另外，通过使平均厚度大于等于λ/100,能够显现相位差。
[0137] 另外，电介质膜的层数d优选为满足8 1000的关系。当电介质膜的层数d 小于8层时，会导致相位差Rd的波长色散变大。另外，当电介质膜的层数d大于1000层时， 会导致前置时间增加。
[0138] 另外，优选为使各电介质膜的平均厚度几乎均不相同。为了赋予任意的相位差Rd 并且形成防反射层，重点在于对各层的平均厚度进行微调，并积极地利用光的干涉。
[0139] 下面，对电介质膜的平均厚度进行更具体的说明。图2是示出光学薄膜的一个示 例的剖面图。该光学薄膜21的平均厚度为d、折射率为n，该光学薄膜21被夹在折射率为 na的媒质22与折射率为nb的媒质23之间。
[0140] 在此，各个媒质都不具有吸收性。另外，将与从媒质22-侧以入射角Θ入射到第 一个界面的光相对应的菲涅耳系数设为r pa、rsa、tpa、tsa，并将在另一个媒质23的界面处的 菲涅耳系数设为r pb、rsb、tpb、tsb。r表示反射系数，t表示透射系数，p和s表示各自的偏振 光。
[0141] 设该单层的光学薄膜的透射系数为τρ、τ%则可由下述式（1)表示。
[0142] [数学式1]
[0143]
(1)
[0144] 另外，存在下述式（2)的关系。
[0145] [数学式2]
[0146] nasin Θ = nsin Φ (2)
[0147] 当假设媒质不具有吸收性时，菲涅耳系数t和r为实数。将所述式（1)有理化，可 得下述式（3)。
[0148] [数学式3]
[0149]
B)
[0150] 因此，透射系数τ ρ、τ s分别表达为下述式（4)和式（5)。
[0151] [数学式4]
[0152] τ p= a exp(i δ ) (4)
[0153] τ s= β exp (i ε ) (5)
[0154] 其中，α、δ、β、ε为实数。当入射角不为〇时，通常δ、ε不为〇。进一步，通 过上述式（3)可以明显看出，根据偏振光的不同，t或r的大小会不同，因此，根据偏振光的 不同，δ、ε的值也可能不同。即，可以认为，在入射角不为〇时，光学薄膜将发挥产生相位 差的作用。
[0155] 在此，从一个媒质0向另一个媒质1行进的ρ偏振光和s偏振光的菲涅耳系数rV、 Γ 01、t 01、t 〇1 如下 〇
[0156] [数学式5]
[0159] 其中，存在下述式（8)、式（9)的关系。
[0157] (1>)
[0158] (7)
[0161] (S)
[0160] [数学式6]
[0162] (f)
[0163] 通过将其代入上述式（5)，便能够计算出相位差。
[0164] 例如，假设图2中的结构具有na = nb = 1、η = 1. 41的折射率。此时，使入射光 的角度Θ变化时，相位差的光学膜厚依赖性如图3的图所示。光学膜厚不超过λ/2时，相 位差的符号相同，而当光学膜厚大于等于λ/2时、特别是Θ较小时，符号将发生反转。
[0165] 另外，例如假设图2中的结构具有na = nb = 2、η = 1. 41的折射率。此时，使入 射光的角度Θ变化时，相位差的光学膜厚依赖性如图4的图所示。具有与图3同样的趋势， 光学膜厚不超过λ/2时，相位差的符号相同，而当光学膜厚大于等于λ/2时、特别是Θ较 小时，符号将发生反转。
[0166] 如上所述，层叠折射率相对不同的电介质膜时，在光学膜厚不超过λ/2的范围 内，光中产生的相位差的符号为单向。因此，使用Rd-AR层并对Rd进行控制时，优选使光学 膜厚小于等于λ/2。另外，由图3以及图4可知，当光学膜厚过薄时也难以产生相位差。因 此，光学膜厚优选为大于等于λ/100。
[0167] 接下来，对Rd-AR层中的电介质膜的层数进行更具体的说明。图5示出的是，当使 电介质多层膜的层数在4~36层之间变化、并分别以各种层数设计Rd-AR层时可赋予的 最大的相位差Rd。纵轴表示相位差的绝对值。采用Nb 205作为高折射率的电介质膜，采用 Si〇2作为低折射率的电介质膜。入射光角度设为25°。根据图5示出的图象可知，在设计 Rd-AR层时，电介质膜的层数越多，越能够使可赋予的最大的相位差Rd增大。
[0168] 另外，图6示出的是，当使电介质多层膜各层的膜厚的总和在200nm~1300nm之 间变化、并分别以各种膜厚设计Rd-AR层时可赋予的最大的相位差Rd。纵轴表示相位差的 绝对值。采用Nb 205作为高折射率的电介质膜，采用Si02作为低折射率的电介质膜。入射 光角度设为25°。根据图6示示出的图象可知，Rd-AR层的总膜厚越大，越能够使可赋予的 最大的相位差Rd增大。
[0169] 另外，图7示出的是，当在蓝光的波长范围内，以lnm、2. 6nm、4nm、8nm、16mWtS Rd(25° )的目标值时层叠数与相位差Rd的波长色散之间的关系的图。波长色散表示在规 定的波长范围内相位差Rd的波动。根据图7示出的图象可知，如果层数大于等于8层，则 能够抑制Rd的色散，从而能够制作出良好的相位差元件。另外，并不仅限于蓝光的波长范 围，在绿光的波长范围和红光的波长范围中也能够得到同样的趋势。特别是在赋予较大的 相位差Rd时，通过增加层数能够抑制色散。通常，相对于透明基板的防反射层由大约4层~ 6层形成，但基于上述理由，Rd-AR层优选为大于等于8层。
[0170] 接下来，对电介质多层膜进行说明，电介质多层膜包含具有相对最高的折射率NH 的电介质、以及具有相对最低的折射率NL的电介质。
[0171] 优选为，在Rd-AR层中，具有相对最高的折射率NH的电介质与具有相对最低的折 射率NL的电介质之间的关系满足下式。
[0172] 0· 4 < NH-NL < 1. 5
[0173] 图8示出的是，在使用具有相对最高的折射率NH的电介质和具有相对最低的折射 率NL的电介质形成电介质多层膜时，能够对25°斜入射光赋予的最大的相位差的图。纵轴 表示相位差的绝对值。当NH-NL大于等于0.4时，容易赋予比较大的相位差Rd。另一方 面，当NH - NL大于等于1. 5时，有可能导致波长色散变大。
[0174] 另外，在Rd-AR层中，当具有相对最高的折射率的电介质的膜厚为tH、具有相对最 低的折射率的电介质的膜厚为tL时，优选为t!V(tH+tL) > 0. 4。如图8中一并示出的那 样，在使用具有相对最高的折射率NH的电介质和具有相对最低的折射率NL的电介质形成 电介质多层膜以对25°斜入射光赋予最大的相位差时，需要使t!V(tH+tL) >0.4。
[0175] 另外，图9示出的是，对25°斜入射光赋予18nm的相位差时t!V(tH+tL)与膜厚之 间的关系的图。由图可知，为了实现防反射层并兼顾赋予相位差，t!V(tH+tL)越小所需的 膜厚越大。因此，优选为t!V(tH+tL) > 0· 4。
[0176] 如以上所说明的那样，Rd-AR层用于对具有规定角度的斜入射光赋予相位差，而并 不具有如同电介质多层膜在负的C板上所呈现出的那种双折射。其原因在于，由Rd-AR层 赋予的相位差并不取决于双折射。即，Rd-AR层并非作为如同负的C板那样的折射率椭圆 体而发挥其作用，而是具备对具有规定角度的光赋予任意的相位差的功能。例如在光调制 元件中，该功能足以对透过垂直取向液晶分子的斜入射光中产生的相位差进行补正。
[0177] 〈第一双折射层以及第二双折射层〉
[0178] 所述第一双折射层具有光学异向性无机材料。
[0179] 在所述第一双折射层中，所述光学异向性无机材料的折射率异向性的主轴与所述 透明基板的表面之间的夹角不为90°，优选为大于等于20°且小于等于80°，更优选为大 于等于40。且小于等于70。。
[0180] 此外，主轴与透明基板的表面之间的夹角通常可取合计为180°的两个角度中的 任意一个，但在这里是指小于90°的夹角。关于这一点在以下说明中均相同。
[0181] 所述第二双折射层具有光学异向性无机材料。
[0182] 在所述第二双折射层中，所述光学异向性无机材料的折射率异向性的主轴与所述 透明基板的表面之间的夹角不为90°，优选为大于等于20°且小于等于80°，更优选为大 于等于40。且小于等于70。。
[0183] 对于所述第一双折射层中所述光学异向性无机材料的折射率异向性的主轴与所 述透明基板的表面之间的夹角、以及所述第二双折射层中所述光学异向性无机材料的折射 率异向性的主轴与所述透明基板的表面之间的夹角，没有特别的限制，可根据目的适当选 择，但是，优选为大致相同的角度。在此，大致相同的角度是指角度相差在±5°以内。
[0184] 所述第二双折射层与所述第一双折射层以如下方式接触：将表示所述第一双折射 层的折射率异向性的主轴的线段、即第一线段中位于所述透明基板一侧的端部设为端部A， 将表示所述第二双折射层的折射率异向性的主轴的线段、即第二线段中位于所述透明基板 一侧的端部设为端部B，当将所述第一线段以及所述第二线段投影到所述透明基板上并使 所述端部A以及所述端部B重叠时，投影到所述透明基板上的所述第一线段以及所述第二 线段之间的夹角（以下也称为"ΝχΓ -Nx2'间角度"。）既不为0°也不为180°。
[0185] 投影到所述透明基板上的所述第一线段以及所述第二线段之间的夹角优选为大 于0°且小于等于90°，更优选为大于0°且小于90°，更进一步优选为大于等于70°且小 于 90°。
[0186] 在此，"折射率异向性的主轴"是指在双折射层中折射率最高的方向。
[0187] 另外，在使所述端部A以及所述端部B重叠时，使二者重叠，而不使投影到所述透 明基板上的所述第一线段以及所述第二线段相对于投影面旋转。
[0188] 另外，所述第一线段以及所述第二线段之间的夹角通常可取合计为360°的两个 角度中的任意一个，但在这里是指角度较小的角（劣角）。
[0189] 此外，在对第一双折射层以及第二双折射层进行共通地说明时，有时不区分第一 双折射层以及第二双折射层，而称为双折射层。
[0190] 所述第二双折射层具有与所述第一双折射层的平均厚度大致相同的平均厚度。此 处所说的大致相同是指，所述第一双折射层的平均厚度与所述第二双折射层的平均厚度之 差小于等于所述第一双折射层的平均厚度与所述第二双折射层的平均厚度之和的1/5。
[0191] 作为所述第一双折射层的平均厚度，没有特别的限制，可根据目的适当选择，但优 选为 40nm ~400nm。
[0192] 作为所述第二双折射层的平均厚度，没有特别的限制，可根据目的适当选择，但优 选为 40nm ~400nm。
[0193] 在此，例如可通过扫描电子显微镜（SEM)对双折射层的截面进行观察，从而测定 出双折射层的厚度。可通过在10个位置测定所述厚度并对测定值取算术平均，由此求得平 均厚度。
[0194] 作为所述第一双折射层的所述光学异向性无机材料的材质，没有特别的限制，可 根据目的适当选择，但优选为至少含有Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta以及A1中的任意一种的氧化 物。
[0195] 作为所述第二双折射层的所述光学异向性无机材料的材质，没有特别的限制，可 根据目的适当选择，但优选为至少含有Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta以及A1中的任意一种的氧化 物。
[0196] 优选为，所述第一双折射层以及所述第二双折射层中的至少一个满足下式：Nx > Ny > Nz〇
[0197] 其中，所述Nx表示与折射率异向性的主轴平行的方向上的折射率，所述Ny表示与 所述Nx垂直的方向上的折射率，所述Nz表示与所述Nx以及所述Ny垂直的方向上的折射 率。
[0198] 作为所述第一双折射层的相位差与所述第二双折射层的相位差之差，没有特别的 限制，可根据目的适当选择，但优选为小于等于l〇nm，并优选为大致相同。在此，大致相同是 指差值小于等于3nm。
[0199] 投影到所述透明基板上的所述第一线段以及所述第二线段之间的夹角的角平分 线、与所述透明基板的一边之间的夹角优选为大约45°。所述大约45°是指40°~50°。 [0200] 作为所述第一双折射层以及所述第二双折射层的平均厚度，没有特别的限制，可 根据目的适当选择，但优选为小于等于使用波长。
[0201 ] 在所述相位差元件中，可以以所述第一双折射层和所述第二双折射层的层叠体作 为一个单位，并反复层叠多个单位。
[0202] 所述第一双折射层以及所述第二双折射层能够通过例如斜向蒸镀而形成。
[0203] 例如，在斜向蒸镀中，相对于透明基板从斜方向射入折射率材料的颗粒。作为高折 射率材料，例如可使用Ta205、Ti02、Si02、A1 203、Ce02、Zr02、ZrO、Nb20 5等氧化物、或它们的组 合物。优选使用以Ta205为主要成分的材料，并且优选使用在Ta 205中添加5重量％~15重 量％的1102而制成的材料。
[0204] 在斜向蒸镀之后，为了脱色以及使吸附在柱状组织间的水分蒸发，优选进行退火 处理。当柱状组织间附着有水分时，蒸镀膜的折射率会发生变化，特性有可能会发生较大的 变化。因此，退火处理的温度优选为大于等于使水分蒸发的l〇〇°C的温度。另外，当使温度 升得过高时，柱状组织会成长并变为圆柱状，从而导致折射率下降、透射率下降等，因此，温 度优选为小于等于300°C。
[0205] 基于被称为自阴影的效应，通过斜向蒸镀而形成的层在基板面内垂直于蒸镀颗粒 入射方向的方向（设为X方向。）上的密度相对较高，而在基板面内平行于蒸镀颗粒入射方 向的方向（设为y方向。）上的密度相对较低。当使光从基板的垂直方向对该蒸镀膜入射 时，膜的密度的疏密差会引起折射率的差异，从而显现出双折射。设X方向的折射率为Nx， 设y方向的折射率为Ny时，则有以下的关系。
[0206] Nx > Ny
[0207] 此时，设在基板面内产生的相位差为R0时，则面内相位差R0可用下式表达。
[0208] R0 = (Nx - Ny) X t
[0209] 在此，Nx - Ny -般被称为双折射Λ η。双折射Λ η由被蒸镀的物质的折射率和蒸 镀条件等决定。
[0210] 面内相位差R0是双折射Λ η与蒸镀膜的厚度t的乘积，因此，如果蒸镀膜具有某 种程度上较大的双折射Λ n，则能够通过膜厚对相位差进行控制。
[0211] 通常，相位差元件所需的面内相位差R0为大约lnm~30nm，例如通过液晶的预倾 角来决定具体的相位差的值。在本发明中，通过对蒸镀膜厚进行控制，能够将面内相位差R0 设定在〇nm < R0 < lOOOnm的范围内，并能够应用于1/4波长板和1/2波长板。
[0212] 进一步，设双折射层的膜厚方向的相位差为Rth，则Rth可用下式表达。
[0213] Rth = [Nz - (Nx+Ny)/2] Xd
[0214] 在上式中，Nz为双折射层的膜厚方向的折射率。
[0215] 在日本特开2005-172984号公报以及日本特开2007-101764号公报中，在相位差 补偿元件中，为了对在斜入射光中产生的偏振光混乱进行补正，将相位差Rth设定为规定 值，但是，在斜向蒸镀中，难以对Nx、Ny以及Nz分别进行独立地控制。当改变蒸镀条件等 时，Nx和Ny同时发生变化，且其变化量不相同，由此，双折射Λ η会发生变化，因此，难以对 Nx、Ny以及Nz进行独立地控制。特别是由于Nz会受到倾斜颗粒形状和颗粒间的空隙等因 素的影响，因而更难以对Nx、Ny以及Nz进行控制。
[0216] 通过斜向蒸镀而形成的所述第一双折射层以及所述第二双折射层会产生面内双 折射，所述相位差元件例如利用该面内双折射，对例如因光调制元件的预倾角而产生的偏 振光混乱进行补正。
[0217] 〈其他的部件〉
[0218] 作为所述其他的部件，例如可列举出应力调整层、防反射层等。
[0219] 〈〈应力调整层》
[0220] 作为所述应力调整层，只要是为了防止相位差元件的翘曲而配置的、并且是用于 对应力进行调整的层即可，没有特别的限制，可根据目的适当选择。作为其材质例如可列举 出Si02等。
[0221] 作为所述相位差元件的层结构，没有特别的限制，可根据目的适当选择，例如可列 举出以下的层结构等。
[0222] (1)相位差赋予防反射层/透明基板/第一双折射层/第二双折射层
[0223] (2)透明基板/第一双折射层/第二双折射层/相位差赋予防反射层
[0224] (3)透明基板/相位差赋予防反射层/第一双折射层/第二双折射层
[0225] 另外，在透明基板与相位差赋予防反射层之间、透明基板与第一双折射层之间、相 位差赋予防反射层与第一双折射层之间可以具有应力调整层。
[0226] (液晶显示装置及其制造方法）
[0227] 本发明的液晶显示装置至少具有液晶面板、第一偏光板、第二偏光板、以及本发明 的所述相位差元件，进一步根据需要具有其他的部件。
[0228] 本发明的液晶显示装置的制造方法是用于制造本发明的所述液晶显示装置的制 造方法，至少包括配置工序，进一步根据需要具有其他的工序。
[0229] 所述配置工序是如下工序：在液晶面板与第二偏光板之间的光路上，以使液晶面 板的基板的一边与相位差元件的一边基本吻合的方式配置所述相位差元件。
[0230] 〈液晶面板〉
[0231 ] 作为所述液晶面板，具有基板和VA模式液晶层，该VA模式液晶层含有相对于所述 基板的主面的垂直方向具有预倾斜的液晶分子，所述液晶面板只要是用于对入射的光束进 行调制的面板即可，没有特别的限制，可根据目的适当选择。
[0232] 所述VA模式（vertical alignment mode :垂直取向模式）是指，使用垂直方向的 纵向电场使垂直于基板（或具有预倾斜）配置的液晶分子移动的方式。
[0233] 作为所述基板，例如可列举出玻璃基板等。
[0234] 〈第一偏光板以及第二偏光板〉
[0235] 作为所述第一偏光板，只要是配置在所述液晶面板的入射侧的偏光板即可，没有 特别的限制，可根据目的适当选择。
[0236] 作为所述第二偏光板，只要是配置在所述液晶面板的出射侧的偏光板即可，没有 特别的限制，可根据目的适当选择。
[0237] 从耐久性的观点来看，所述第一偏光板以及所述第二偏光板优选为无机偏光板。 作为所述无机偏光板，例如可列举出以如下的偏光板：通过溅镀、真空蒸镀等真空成膜法， 在相对于使用波长范围为透明的基板（玻璃基板）上形成大小比使用波长范围更短、并且 具有形状异向性的无机微粒（半导体、金属）而制成的偏光板等。
[0238] 〈相位差元件〉
[0239] 所述相位差元件是本发明的所述相位差元件，其配置在所述液晶面板与所述第二 偏光板之间的光路上。
[0240] 优选为，将通过所述预倾斜而使所述液晶分子相对于所述基板表面的垂直方向倾 斜的方向投影到所述透明基板上时形成的虚拟线、与投影到所述透明基板上的所述第一线 段以及所述第二线段之间的夹角的角平分线大致平行。由此，能够确切地补偿因预倾斜而 产生的相位差。在此，大致平行是指偏差角度在±5°以内。
[0241] 优选为，所述液晶显示装置在所述液晶面板与所述第一偏光板之间具有第三偏光 板，该第三偏光板用于透射与所述第一偏光板相同方向的偏振光。
[0242] 优选为，通过高耐热性的粘合剂粘合所述相位差元件与所述液晶面板。
[0243] 优选为，通过高耐热性的粘合剂粘合所述相位差元件与所述第二偏光板。
[0244] 优选为，在所述液晶显示装置中，通过粘合剂或双面胶将所述相位差元件的端部 固定在可调整面内角度的支架上。
[0245] (投影型图像显示装置）
[0246] 本发明的投影型图像显示装置至少具有光源、投影光学系统、以及本发明的所述 液晶显示装置，进一步根据需要具有其他的部件。
[0247] 〈光源〉
[0248] 作为所述光源，只要是用于射出光的部件即可，没有特别的限制，可根据目的适当 选择，例如可列举出射出白色光的超高压汞灯等。
[0249] 〈投影光学系统〉
[0250] 作为所述投影光学系统，只要是用于投影调制后的光的部件即可，没有特别的限 制，可根据目的适当选择，例如可列举出将调制后的光投影到屏幕上的投影透镜等。
[0251] 〈液晶显示装置〉
[0252] 所述液晶显示装置配置在所述光源与所述投影光学系统之间的光路上。
[0253] 利用图10,对代表性的光学系统进行说明。在垂直取向型的透射型液晶面板的情 况下，在未施加电压的状态下，液晶分子1取向为相对于基板面的垂直方向朝着固定方向 倾斜预倾角α。此时，液晶面板被配置为，夹在一对透射轴方向呈90°对置的偏光板之间。 此外，在图10中，附图标记2表示玻璃基板，附图标记3表示玻璃基板，附图标记4表示相 位差元件，附图标记5表不第二偏光板，附图标记6表不第一偏光板，附图标记7表不出射 光，附图标记8表不入射光。
[0254] 另外，图11是示出本发明中的相位差元件的构造的一个示例的概略图。在图11 中，附图标记31表示透明基板，附图标记32表示相位差赋予防反射层，附图标记33表示第 一双折射层，附图标记34表示第二双折射层，附图标记35表示保护层，附图标记36表示相 位差赋予防反射层。附图标记33 '表示双轴性折射率椭圆体。附图标记34 '表示双轴性 折射率椭圆体。作为保护层，例如可列举出Si02等。
[0255] 进一步，图12示出的是，可通过由斜向蒸镀而形成的双折射层近似出来的折射率 椭圆体的概略图。一般而言，在相对于蒸镀方向平行的方向上的折射率（以下称为Nx)最 大。另外，设与蒸镀方向垂直的方向的折射率为Ny，设与Nx和Ny二者都垂直的方向的折射 率为Nz，则典型地存在Nx > Ny > Nz的关系。
[0256] 图13A是示出将本发明的相位差元件从基板法线方向（透明基板表面的垂直方 向）投影到透明基板上时各个轴的位置的平面图。优选为以如下方式成膜：使得此时第一 双折射层的Nx的轴（设为Nxl)与第二双折射层的Nx的轴（设为Nx2)投影后所得的轴 ΝχΓ与轴Nx2'之间的角度（ΝχΓ -Nx2'间角度）大于等于70°且小于90°。在蒸镀过程 中可以使基板旋转，也可以将基板固定并从两个不同方向的蒸镀源成膜。
[0257] 优选为以如下方式配置相位差元件：当在该ΝχΓ -Nx2'间角度的正中间画出一条 称为Nxl2'的轴（投影到透明基板21上的两个所述线段之间的夹角的角平分线）时，使 Nxl2'轴、与透射型液晶面板的液晶分子倾斜预倾角时的长轴方向的基板投影轴方向大致 相同。
[0258] 图13B是示出假定将液晶分子、第一双折射层以及第二双折射层排列在同一平面 上时它们各自的倾斜方向的图。如图13B所示，优选为配置成，使液晶分子倾斜的方向分别 与Nxl、Nx2的各方向呈大于等于90°角度的方向。
[0259] 由如上所述的实施方式，通过第一双折射层对透过液晶面板后的光的特性变化 (光的行进方向的变化、偏振光状态的变化、频率等光的基本特性参数中的至少一个）进行 补正，并进一步通过第二双折射层对光的特性变化进行补正。由此，能够有效且高精度地对 因液晶分子的预倾角而引起的光的特性变化进行补正。
[0260] 另一方面，液晶分子的预倾角会根据液晶面板的特性而有所不同，因此，补正预倾 角所需的相位差的值也会根据面板有所不同。
[0261] 例如，在W02008/081919号国际公布中记载了如下的内容：对于两个以上对置的 补偿层，改变补偿层的膜厚以使其相位差的值相差lOnm，并且沿面内方向调整角度，从而获 得高对比度，并获得波动较少的补偿效果。
[0262] 在此，例如将以Ta205为主要成分的材料从相对于基板法线方向倾斜70°的方 向进行斜向蒸镀时，成膜后的相位差层的双折射Λ η约为0. 075(例如参照"Thin film retardation plate by oblique deposition^APPLIED OPTICS/Vol. 28, No. 13/1July 1989)。此时，在正面入射光中产生的相位差（称为正面相位差）ReO表示为ReO =AnXt(t 为相位差层的膜厚），因此，为了使两个以上补偿层的相位差相差l〇nm，膜厚需要相差 10/0. 075 = 133nm。假设一个补偿层的厚度为100nm，则需要合计100+(100+133) = 333nm 的补偿层的厚度。
[0263] 根据本发明，能够主要通过ΝχΓ -Nx2'间角度α对相位差进行控制。图14示出 了在改变双折射层每层的平均厚度t时正面相位差与ΝχΓ_Νχ2'间角度α之间的关系。 一般而言，因液晶面板的预倾角而产生的相位差为数纳米。例如，如果需要进行补正的相位 差为2nm，则作为相位差元件的设计，能够选择t = 40nm且α =70°、或t = 80nm且α = 80°左右等。此时的双折射层整体的膜厚为80nm、160nm左右，能够实现薄膜化。进一步， 各层的膜厚相同时，能够减少制造上的差异。
[0264] 另一方面，如果仅补正预倾角，则只需选择任意的膜厚并调整α即可，但是，如前 所述，在液晶面板中，斜入射光也会产生相位差。结合该斜入射光的相位差进行光学补偿 时，需要将双折射层的膜厚设置成适于进行补偿的厚度。
[0265] 图15Α以及图15Β分别示出的是，在使用本发明的相位差元件的液晶显示装置中， 将液晶面板的预倾角α设为85° (图15Α)、87° (图15Β)时投影图像的对比度的膜厚依 赖性。此外，膜厚t = 0时表示对未配置相位差元件的液晶显示装置进行测定的测定结果。
[0266] 评价时所用的光学系统的结构图如图10所示。以第一偏光板、液晶面板、相位差 元件、第二偏光板的顺序进行设置，并使光从第一偏光板的外侧入射，进而对投影图像的辉 度进行测定。对于辉度测定光透射状态（液晶分子的平行取向状态）以及光遮断状态（液 晶分子的垂直取向状态）两种，并计算其比率，从而计算出对比度。
[0267] 通过设置成本发明的结构，例如与未使用相位差元件的情况相比，对比度得到提 高。进一步可知，根据预倾角的不同，最佳的膜厚发生了较大的改变。这意味着，透过液晶 面板的斜入射光产生的相位差不仅会根据液晶层厚度的不同而发生变化，还会根据液晶分 子的预倾角的不同而发生变化。对预倾角与斜入射光产生的相位差同时地且最优地进行补 正时，只要将膜厚最优化，并且确定用于补正正面相位差的ΝχΓ-Νχ2'间角度即可。本发明 是实现此目的的最佳方式。
[0268] 但是，在难以对各个轴的折射率进行调整的斜向蒸镀的双折射层中，有时仅通过 使膜厚最优化无法充分地进行光学补偿。本发明的液晶显示装置通过配置兼备相位差赋予 防反射层功能的相位差元件，还能够解决该技术问题。
[0269] 接下来，对投影型图像显示装置的一个示例进行说明。
[0270] 图16是示出应用于投影型图像显示装置的光学引擎的一部分结构的概略剖面 图。该投影型图像显示装置是具备透射型偏振器44、垂直取向液晶层40、透射型光调制元 件41、相位差元件43、以及透射型偏振器42的透射型液晶投影仪。在此，相位差元件43具 备透明基板、第一双折射层、第二双折射层、以及相位差赋予防反射层，相位差赋予防反射 层将赋予不同于在双折射层上产生的斜入射光相位差的相位差，并进一步对相位差的值进 行控制。由此，通过双折射层，能够对因透射型光调制元件41的预倾角而产生的偏振光混 乱进行补正，另外，通过相位差赋予防反射层，能够对因入射至透射型光调制元件41的斜 入射光而产生的偏振光混乱进行补正，进一步，通过相位差赋予防反射层，能够防止反射， 因此，能够获得高对比度。在图16中，附图标记45表示入射光，附图标记Ρ表示Ρ偏振光， 附图标记S表不S偏振光。
[0271] 在该液晶投影仪中，从光源发出的光被转换为平面偏振光，然后被分解成R(红）、 G (绿）、Β (蓝）各种色光，并入射到为各种色光设置的透射型偏振器44。
[0272] 通过透射型偏振器44透射的直线偏振光（S偏振光成分）入射到垂直取向液晶层 40,并以像素为单位射出调制后的透射光，在透射过相位差元件43之后，透射过透射型偏 振器42、或被其反射以及吸收。透射过透射型偏振器42后的光通过棱镜再次被合成RGB， 从而在投影屏幕上显示出图像。
[0273] 另外，进行黑色显示时，通过透射型偏振器44透射的S偏振光被设定为直接以S 偏振光的形式通过垂直取向液晶层40透射，但是，如上所述，由于透射时的偏振光混乱，不 希望得到的偏振光成分（P偏振光成分）也会透射过来。在不具备相位差元件43的情况下， P偏振光成分会透射过透射型偏振器42,因此，这是在屏幕上显示出光、并导致黑色显示劣 化的主要原因。通过使装置具备本发明的相位差元件，从而对偏振光混乱进行补正，并尽量 减少P偏振光成分，由此能够使黑色显示得到提高，其结果是能够提高投影图像的对比度。
[0274] [实施例]
[0275] 下面，对本发明的实施例进行说明，但本发明并不限定于这些实施例。
[0276] (实施例1)
[0277] 〈相位差元件的制作〉
[0278] 使用Nb205和SiO 2，并通过溅镀法依次交替层叠以下表1中的No. 1至No. 34的34 层，由此在玻璃基板（平均厚度0.7mm)上的一面上形成相位差赋予防反射层。此时，形成 对从玻璃基板表面的垂直方向倾斜15°的斜入射光赋予的相位差为7. Onm的层结构。
[0279] [表 1]
[0280]
[0281] 接卜来，在所述坂璃基板的为一 _上，以蒸镀源相对十所述坂璃基板表面的垂直 方向呈70 °的状态，斜向蒸镀在Ta205中添加 TiO 2而制成的蒸镀材料，从而形成第一双折射 层。
[0282] 接下来，使所述玻璃基板沿面内方向旋转84°并进行斜向蒸镀，从而在已形成的 所述第一双折射层上形成第二双折射层。
[0283] 蒸镀后，为了脱色以及使吸附在柱状组织间的水分蒸发，在200°C下进行5小时的 退火处理。
[0284] 制备出使第一双折射层以及第二双折射层的平均厚度分别在40nm~400nm之间 变化的样品。
[0285] 接下来，以提高透射率为目的，通过溅镀法在第二双折射层上形成由Si02/Nb 205多 层膜组成的防反射层（平均厚度400nm)。
[0286] 〈液晶显示装置的制作〉
[0287] 如图10所示那样地配置这样制作而成的相位差元件、第一偏光板（迪睿合电子材 料有限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、第二偏光板（迪睿合电子材料有 限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、以及垂直取向型液晶面板（一种注 入折射率的异向性为正、且介电常数的异向性为负的垂直取向型液晶材料而制成的液晶面 板，该液晶面板具有相对折射率Λ η与液晶层d满足Λ nX d = 332nm的液晶层，另外该液 晶面板具有被通过斜向蒸镀法而形成的取向膜所控制的85°的预倾角），从而制作出液晶 显示装置。然后，对投影图像的对比度进行了测定。
[0288] 图17是示出相位差元件的第一双折射层以及第二双折射层各自的平均厚度（膜 厚）与对比度之间的关系的图。两层的膜厚大致相同。膜厚为〇的情形表示不具备相位差 元件时的对比度。
[0289] 在本发明的光学系统实施方式中，与不具备相位差元件的情况相比，通过将第一 双折射层以及第二双折射层各自的膜厚设置成80nm~320nm，获得了大约2倍的对比度。 进一步，通过将第一双折射层以及第二双折射层各自的膜厚设置成120nm~240nm，使对比 度增加了大约3倍。
[0290] 另外，图18示出的是，设置成与图10同样的结构时相位差元件的第一双折射层以 及第二双折射层的膜厚差与投影图像的对比度之间的关系。膜厚差越大，对比度越低。因 此，双折射层的膜厚差优选为小于等于50nm。
[0291] (实施例2)
[0292] 〈相位差元件的制作〉
[0293] 使用Nb205和SiO 2，并通过溅镀法依次交替层叠上述表1中的No. 1至No. 34的34 层，由此在玻璃基板（平均厚度0.7mm)上的一面上形成相位差赋予防反射层。此时，形成 对从玻璃基板表面的垂直方向倾斜15°的斜入射光赋予的相位差为7. Onm的层结构。
[0294] 接下来，在所述玻璃基板的另一面上，以蒸镀源相对于所述玻璃基板表面的垂直 方向呈70 °的状态，斜向蒸镀在Ta205中添加 TiO 2而制成的蒸镀材料，从而形成第一双折射 层。
[0295] 接下来，在所述第一双折射层上继续形成第二双折射层。所述第一双折射层以 及所述第二双折射层的平均厚度（膜厚）设置成大约160nm。此时，以使图13A中示出的 ΝχΓ-Νχ2'间角度在60°~98°之间变化的方式制作出多个种类的样品。
[0296] 蒸镀后，为了脱色以及使吸附在柱状组织间的水分蒸发，在200°C下进行5小时的 退火处理。
[0297] 接下来，以提高透射率为目的，通过溅镀法在双折射层上形成防反射层。
[0298] 〈液晶显示装置的制作〉
[0299] 如图10所示那样地配置这样制作而成的相位差元件、第一偏光板（迪睿合电子材 料有限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、第二偏光板（迪睿合电子材料有 限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、以及垂直取向型液晶面板（一种注 入折射率的异向性为正、且介电常数的异向性为负的垂直取向型液晶材料而制成的液晶面 板，该液晶面板具有相对折射率Λ η与液晶层d满足Λ nX d = 332nm的液晶层，另外该液 晶面板具有被通过斜向蒸镀法而形成的取向膜所控制的85°的预倾角），从而制作出液晶 显示装置。然后，对投影图像的对比度进行了测定。
[0300] 图19是示出ΝχΓ_Νχ2'间角度与投影图像的对比度之间的关系的图。角度为0° 的情形表示不具备相位差元件时的对比度。在本发明的光学系统实施方式中，与不具备相 位差元件的情况相比，对比度大幅增加。特别是当角度大于等于70°且小于等于90°时， 与不具备相位差元件的状态相比，对比度增加了大约2倍以上。
[0301] (实施例3)
[0302] 〈相位差元件的制作〉
[0303] 通过与实施例1同样的方法，分别制作出使第一双折射层以及第二双折射层的膜 厚分别在40nm~400nm之间变化的相位差元件。ΝχΓ-Νχ2'间角度设置为82° 〇
[0304] 〈液晶显示装置的制作〉
[0305] 如图10所示那样地配置这样制作而成的相位差元件、第一偏光板（迪睿合电子材 料有限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、第二偏光板（迪睿合电子材料有 限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、以及垂直取向型液晶面板（一种注 入折射率的异向性为正、且介电常数的异向性为负的垂直取向型液晶材料而制成的液晶面 板，该液晶面板具有相对折射率Λ η与液晶层d满足Λ nX d = 332nm的液晶层，另外该液 晶面板具有被通过斜向蒸镀法而形成的取向膜所控制的87°的预倾角），从而制作出液晶 显示装置。然后，对投影图像的对比度进行了测定。
[0306] 图20是示出相位差元件的第一双折射层以及第二双折射层各自的平均厚度（膜 厚）与对比度之间的关系的图。两层的膜厚设置成大致相同。膜厚为0的情形表示未插入 相位差元件时的对比度。在本发明的光学系统实施方式中，与不具备相位差元件的情况相 比，通过将膜厚设置成40nm~200nm，获得了 1. 5倍以上的对比度。进一步，通过将膜厚设 置成80nm~120nm，对比度增加了大约2倍。
[0307] (实施例4)
[0308] 〈相位差元件的制作〉
[0309] 通过与实施例2同样的方法，以使ΝχΓ-Νχ2'间角度在60°~98°之间变化的方 式制作出多个种类的相位差元件。第一双折射层以及第二双折射层的平均厚度（膜厚）设 置成大约80nm〇
[0310] 〈液晶显示装置的制作〉
[0311] 如图10所示那样地配置这样制作而成的相位差元件、第一偏光板（迪睿合电子材 料有限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、第二偏光板（迪睿合电子材料有 限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、以及垂直取向型液晶面板（一种注 入折射率的异向性为正、且介电常数的异向性为负的垂直取向型液晶材料而制成的液晶面 板，该液晶面板具有相对折射率Λ η与液晶层d满足Λ nX d = 332nm的液晶层，另外该液 晶面板具有被通过斜向蒸镀法而形成的取向膜所控制的87°的预倾角），从而制作出液晶 显示装置。然后，对投影图像的对比度进行了测定。
[0312] 图21是示出ΝχΓ_Νχ2'间角度与投影图像的对比度之间的关系的图。角度为0° 的情形表示不具备相位差元件时的对比度。由图可知，通过将本发明的相位差元件插入光 学系统中，对比度会增加。在本发明的光学系统实施方式中，与不具备相位差元件的情况相 比，通过将角度设置成大于等于75°且小于等于86°，获得了大约1.5倍以上的对比度。进 一步，通过将角度设置成大于等于78°且小于等于82°，可获得大约2倍的对比度。
[0313] 如实施例1~4所示，在本发明的液晶显示装置中，能够对各种各样的液晶面板进 行最佳的光学补偿，从而能够使对比度得到提高，而无需特别地进行相位差元件的角度调 整等。
[0314] 接下来，根据实施例，对相位差赋予防反射层的效果进行说明。
[0315] (实施例5)
[0316] 使用Nb205和Si02，并通过溅镀法依次交替层叠表1至表4中自No. 1开始的各层， 由此在玻璃基板（平均厚度0.7mm)上的一面上形成相位差赋予防反射层。此时，分别制作 出对从基板法线方向倾斜15°的入射光赋予的相位差为3. 5nm、7. 0nm、10. 5nm、14. Onm的 层结构的样品。各样品的相位差赋予防反射层的结构如表1 (相位差7. Onm)、表2 (相位差 3. 5nm)、表3 (相位差10. 5nm)、表4 (相位差14. Onm)所示。
[0317] 接下来，在所述玻璃基板的另一侧的面上，采用与实施例1同样的流程制作出双 折射层。平均厚度（膜厚）设置成160nm，层间角度设置成84°。通过上述流程制作出应 用于液晶显示装置的相位差元件。
[0318][表 2]
[0322] [表 4]
[0323]
[0324] (实施例6)
[0325] 通过溅镀法交替层叠 Nb205和SiO 2，由此在玻璃基板（平均厚度0. 7mm)上的两个 面上形成相位差赋予防反射层。此时，形成对从玻璃基板表面的垂直方向倾斜15°的斜 入射光赋予的相位差为如下大小的层结构：一面的相位差赋予防反射层赋予的相位差为 7. Onm，另一面的相位差赋予防反射层赋予的相位差为14. Onm。层结构形成为，一面是表 1(相位差7.0nm)的层结构、另一面是表4(相位差14.0nm)的层结构。这样，形成了通过玻 璃基板两个面的防反射层而赋予的合计相位差为21. Onm的层结构。接下来，采用与实施例 1同样的流程，在一侧的相位差赋予防反射层上制作出第一双折射层以及第二双折射层。各 个双折射层的平均厚度（膜厚）设置成160nm。层间角度设置成84°。通过上述的流程制 作出应用于液晶显示装置的相位差元件。
[0326] (实施例7)
[0327] 通过溅镀法交替层叠 Nb205和SiO 2，由此在玻璃基板（平均厚度0. 7mm)上的两个 面上形成相位差赋予防反射层。此时，形成对从玻璃基板表面的垂直方向倾斜15°的斜入 射光赋予的相位差合计为28. Onm的层结构。通过使用表4(相位差14. Onm)的层结构在玻 璃基板的两个面上成膜来实现。接下来，采用与实施例1同样的流程，在一侧的防反射层上 制作出第一双折射层以及第二双折射层。各个双折射层的平均厚度（膜厚）设置成160nm。 层间角度设置成84°。通过上述的流程制作出应用于液晶显示装置的相位差元件。
[0328] (比较例1)
[0329] 通过溅镀法交替层叠 Nb205和SiO 2，由此在玻璃基板（平均厚度0. 7mm)上的一面 上形成防反射层，该防反射层形成为，对从玻璃基板表面的垂直方向倾斜15°的斜入射光 赋予的相位差几乎为〇nm。接下来，采用与实施例1以及实施例2同样的流程，在玻璃基板 的另一面上制作第一双折射层以及第二双折射层。各个双折射层的平均厚度（膜厚）设置 成160nm。层间角度设置成84°。通过上述的流程制作出应用于液晶显示装置的相位差元 件。
[0330] 如图10所示那样地配置实施例5~7以及比较例1的相位差元件、第一偏光板 (迪睿合电子材料有限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、第二偏光板（迪 睿合电子材料有限公司（Dexerials Corporation)制造的主偏光板）、以及垂直取向型液 晶面板（一种注入折射率的异向性为正、且介电常数的异向性为负的垂直取向型液晶材料 而制成的液晶面板，该液晶面板具有相对折射率Λ η与液晶层d满足Λ nX d = 332nm的液 晶层，另外该液晶面板具有被通过斜向蒸镀法而形成的取向膜所控制的85°的预倾角）， 从而制作出液晶显示装置。然后，对投影图像的对比度进行了测定。
[0331] 图22是示出相位差元件对入射光角度为15°的光赋予的相位差的值、与投影图 像的对比度之间的关系的图。相位差为〇nm的情形表示采用比较例1的相位差元件时的对 比度评价结果。将此时的对比度设为1.0,并对纵轴进行标准化。由图可知，通过导入相位 差赋予防反射层，对比度比未导入相位差赋予防反射层时得到了提高。赋予的相位差优选 为小于等于28nm。当相位差超过28nm时，对比度反而会下降。
[0332] 进一步，图23A和图23B是以等高线示出在如下的相位差元件中的投影图像对比 度的面内分布的模式图：如实施例1那样形成对从玻璃基板表面的垂直方向倾斜15°的斜 入射光赋予的相位差为7. Onm的相位差赋予防反射层的相位差元件（图23A)、以及如比较 例1那样形成相位差大约为〇nm的相位差赋予防反射层的相位差元件（图23B)。在图23B 中，在投影图像的端部（特别是角部分）观察到了对比度的降低。另一方面，在图23A中， 对比度的分布在整个画面中为均匀分布的趋势。如上所述，相位差赋予防反射层能够在改 善对比度分布方面获得显著的效果。
[0333] (比较例2)
[0334] 例如，作为其他种类的相位差元件，已知将C板相对于液晶面板倾斜配置的方法。
[0335] 通过溅镀法将Nb205和SiO 2以30nmX 72层的构造交替层叠，由此在玻璃基板（平 均厚度〇. 7mm)上的一面上制作出Rth = -200nm的C板相位差元件。在如图10所示的光 学系统的结构中，对对比度进行了测定。
[0336] 图24示出是，在如图10所示的光学系统的结构中，对以下三种情况的投影图像的 对比度进行比较的结果：
[0337] (1)未使用相位差元件的情况；
[0338] (2)以相对于液晶面板倾斜3°~7°的方式配置比较例2中列举出的C板的情 况；
[0339] (3)以平行于液晶面板的方式配置实施例1 (膜厚160nm)的相位差元件的情况。
[0340] 设未使用相位差元件时的对比度为1时，虽然在（2)中具有1. 9倍~2. 1倍的增 加率，但是，在本发明、g卩（3)中，尽管平行于液晶面板进行配置，也能够在ΝχΓ-Νχ2'间角 度为70°~90°时获得2.1~2. 8倍的高增加率。由此能够确认，与以往的C板相比，本 发明不仅能够大幅缩小配置空间，而且对比度也非常优异。
[0341] 产业上的利用可能性
[0342] 由于本发明的相位差元件能够有效且高精度地对正面入射光的特性变化、以及因 液晶层的厚度而引起的斜入射光的特性变化进行补正，并能够大幅缩小配置空间，并且耐 久性优异，因此，能够适宜应用在液晶显示装置以及使用液晶显示装置的投影型图像显示 装置中。
【主权项】
1. 一种相位差元件，其特征在于，具有： 透明基板； 相位差赋予防反射层，由光学多层膜组成，用于对入射光中的斜入射光赋予相位差，并 且用于防止所述入射光的反射； 第一双折射层，具有光学异向性无机材料，所述光学异向性无机材料的折射率异向性 的主轴与所述透明基板的表面之间的夹角不为90° ;以及 第二双折射层，具有光学异向性无机材料，所述光学异向性无机材料的折射率异向性 的主轴与所述透明基板的表面之间的夹角不为90°， 所述第二双折射层与所述第一双折射层以如下方式接触：将表示所述第一双折射层的 折射率异向性的主轴的线段、即第一线段中位于所述透明基板一侧的端部设为端部A，将表 示所述第二双折射层的折射率异向性的主轴的线段、即第二线段中位于所述透明基板一侧 的端部设为端部B，当将所述第一线段以及所述第二线段投影到所述透明基板上并使所述 端部A以及所述端部B重叠时，投影到所述透明基板上的所述第一线段以及所述第二线段 之间的夹角既不为0°也不为180°， 并且，所述第二双折射层具有与所述第一双折射层的平均厚度大致相同的平均厚度。2. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 第一双折射层的光学异向性无机材料的材质为至少含有Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta以及A1 中的任意一种的氧化物， 第二双折射层的光学异向性无机材料的材质为至少含有Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta以及A1 中的任意一种的氧化物。3. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 第一双折射层以及第二双折射层中的至少一个满足下式： Nx > Ny > Nz? 其中，所述Nx表示与折射率异向性的主轴平行的方向上的折射率，所述Ny表示与所述 Nx垂直的方向上的折射率，所述Nz表示与所述Nx以及所述Ny垂直的方向上的折射率。4. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 投影到透明基板上的第一线段以及第二线段之间的夹角大于等于70°且小于90°。5. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 第一双折射层的相位差与第二双折射层的相位差之差小于lOnm。6. 根据权利要求5所述的相位差元件，其特征在于， 第一双折射层的相位差与第二双折射层的相位差大致相同。7. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 光学多层膜中的各层的平均厚度不相同。8. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 相位差赋予防反射层对从垂直于透明基板的方向倾斜15°的斜入射光赋予小于等于 28nm的相位差。9. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 光学多层膜中的各层的材质为至少含有Si、Nb、Zr、Ti、La、Ta以及A1中的任意一种的 氧化物。10. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 相位差赋予防反射层在波长范围为430nm~510nm的范围内发挥防反射层的功能。11. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 相位差赋予防反射层在波长范围为510nm~590nm的范围内发挥防反射层的功能。12. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 相位差赋予防反射层在波长范围为590nm~680nm的范围内发挥防反射层的功能。13. 根据权利要求1所述的相位差元件，其特征在于， 投影到透明基板上的第一线段以及第二线段之间的夹角的角平分线、与所述透明基板 的一边之间的夹角为大约45°。14. 一种液晶显示装置，其特征在于，具有： 液晶面板，其具有基板和VA模式液晶层，用于对入射的光束进行调制，该VA模式液晶 层含有相对于所述基板的主面的垂直方向具有预倾斜的液晶分子； 第一偏光板，配置在所述液晶面板的入射侧； 第二偏光板，配置在所述液晶面板的出射侧；以及 权利要求1至13中的任一项所述的相位差元件，其配置在所述液晶面板与所述第二偏 光板之间的光路上。15. 根据权利要求14所述的液晶显示装置，其特征在于， 将通过预倾斜而使液晶分子相对于基板表面的垂直方向倾斜的方向投影到透明基板 上时形成的虚拟线、与投影到所述透明基板上的第一线段以及第二线段之间的夹角的角平 分线大致平行。16. -种投影型图像显示装置，其特征在于，具有： 光源，用于射出光； 投影光学系统，用于投影调制后的光；以及 权利要求14至15中的任一项所述的液晶显示装置，其配置在所述光源与所述投影光 学系统之间的光路上。17. -种相位差元件的制造方法，用于制造权利要求1至13中的任一项所述的相位差 元件，其特征在于，包括： 第一双折射层形成工序，通过斜向蒸镀，在透明基板以及相位差赋予防反射层中的任 意一个之上形成第一双折射层；以及 第二双折射层形成工序，通过斜向蒸镀，在所述第一双折射层上形成第二双折射层。18. -种液晶显示装置的制造方法，用于制造权利要求14所述的液晶显示装置，其特 征在于，包括： 相位差兀件的制造方法；以及 配置工序，在液晶面板与第二偏光板之间的光路上，以使所述液晶面板的基板的一边 与所述相位差元件的一边基本吻合的方式配置所述相位差元件； 所述相位差元件的制造方法，包括： 第一双折射层形成工序，通过斜向蒸镀，在透明基板以及相位差赋予防反射层中的任 意一个之上形成第一双折射层；以及 第二双折射层形成工序，通过斜向蒸镀，在所述第一双折射层上形成第二双折射层。
【文档编号】G02F1/1333GK106033158SQ201510109173
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2015年3月12日
【发明人】小池伸幸, 高田昭夫, 花岛直树
【申请人】迪睿合电子材料有限公司