迄今为止纵向电场型液晶装置已经是公知的了，其配备有作为 基本构成的液晶盒(liquid crystal cell)。液晶盒包括一对具有电极的 基板(base plate)以及在该对具有电极的基板之间支撑的液晶层， 该具有电极的基板放置成彼此面对。对于纵向电场型液晶装置而言， 在不跨液晶层施加电压的时间和跨液晶层施加电压的时间之间改变 液晶层所含液晶分子的取向并由此执行显示操作等。对于上述液晶 装置而言，在该对具有电极的基板的每个内表面上设置取向膜，通 过取向膜调节不施加电压时液晶分子的取向(即，预倾角和扭转角)。 而且，在施加电压时，沿电场方向改变液晶分子的取向(在纵向电场 型液晶装置的情况下，是沿着垂直于取向膜的方向)。在扭转向列(TN) 模式下，不施加电压时的扭转角等于90°。
对于上述液晶装置而言，偏振器位于液晶盒之外，光经由偏振 器照射到液晶层。已经进入液晶层的光经由偏振器出射到观看所显 示图像的人一侧。
对于透射型液晶装置，一对偏振器分别位于构成液晶盒的一对 基板的组合之外的相对侧上(即，在光入射侧和光发射侧上)。这样 选择该对偏振器的组合，使得在不施加电压时或在施加电压时液晶 分子的取向状态下光无法出射到观看所显示图像的人一侧。具体而 言，在TN模式下，如果根据正交尼科尔棱镜布局(其中一对偏振 器的偏振轴相互正交)放置该对偏振器，则将工作方式设置为常白 模式，其中在不施加电压时将液晶装置设置成亮态。而且，如果根 据平行尼科尔棱镜布局(其中一对偏振器的偏振轴相互平行)放置 该对偏振器，则将工作方式设置为常黑模式，其中在施加电压时将 液晶装置设置成亮态。
除了偏振器之外，液晶装置还装备有相位差补偿元件。例如， 在下文中将以常白TN模式(其中，在施加电压时将液晶装置设置 为暗态)为例介绍相位差补偿元件的功能。
在常白TN模式下，在液晶装置未配有相位差补偿元件的情况 下，在施加电压时(此时将液晶分子设置成大致法线取向状态，即， 处于大致单轴取向状态中)，液晶层对于正常的入射光几乎不表现出 双折射特性，直接透射从垂直于液晶层的方向上照射到液晶层上的 线偏振光。不过，在此情况下，液晶层对倾斜入射光表现出双折射 特性，因此从倾斜方向照射到液晶层上的线偏振光被转变成椭圆偏 振光，如此生成的椭圆偏振光从液晶层出射。这样从液晶层出射的 椭圆偏振光的一部分经过位于液晶装置的发光侧上的偏振器。结果， 暗度变低。具体而言，对比度变低。而且，在倾斜入射光在液晶层 上的入射角变大的情况下，双折射特性变高，对比度降低的程度变 高。因此，能够获得高对比度的视场角变窄。因此，利用了相位差 补偿元件，其具有相位差补偿功能(A)，用于补偿上述椭圆偏振光 因为倾斜入射光的双折射而发生的相位差并将椭圆偏振光复原到线 偏振光。
此外，在常白TN模式下，在施加电压时，液晶层中所含的液 晶分子总体上被设置成大致法向取向的状态。不过，位于每一取向 膜附近的液晶分子会受到取向膜的影响。因此，经常发生这样的情 况，即位于每一取向膜附近的液晶分子被设置成混合取向状态，在 混合取向状态中，液晶分子的取向方向从大致法线方向依次变为每 一取向膜的取向方向。因此，除了上述相位差补偿功能(A)之外， 相位差补偿元件应当优选具有对于被设置成混合取向状态的液晶分 子的相位差补偿功能(B)。
近来，已经提出了由无机材料构成的相位差补偿元件。由无机 材料构成的相位差补偿元件具有高耐热性、高耐光性、良好的化学 稳定性等，适于用在例如要被装在投射型显示设备(例如投影仪) 中的液晶装置中。作为无机相位差补偿元件，已经提出的有(1)配 有多层薄膜的相位差补偿元件，该多层薄膜包括以小于光波长的厚 度交替层压的高折射率薄膜和低折射率薄膜(例如，如日本未审专 利公开No.2004-102200所披露的)，以及(2)配有多个无机倾斜入 射真空淀积膜的相位差补偿元件，其在倾斜入射真空蒸镀方向上有 变化(例如，如日本未审专利公开No.10(1998)-081955所披露的)。
对于例如在日本未审专利公开No.2004-102200所披露的相位差 补偿元件(1)而言，多层薄膜表现出负的单轴双折射特性，且具有 所谓的负C-板特性。对于如日本未审专利公开No.2004-102200所披 露的相位差补偿元件(1)而言，相对于倾斜入射光的双折射的相位 差补偿功能(A)是良好的，但相对于因被设置成混合取向状态的液 晶分子而导致的双折射的相位差补偿功能(B)不够好。
例如在日本未审专利公开No.10(1998)-081955中所披露的相位 差补偿元件(2)具有多个无机倾斜入射真空淀积膜的层压结构，各 膜具有不同的双折射特性。因此，人们认为，对于例如在日本未审 专利公开No.10(1998)-081955所披露的相位差补偿元件而言，将能 够获得相对于因被设置成混合取向状态的液晶分子而导致的双折射 的相位差补偿功能(B)。不过，由多个柱形晶体构成的每一无机倾 斜入射真空淀积膜倾向于具有粗糙表面。在多个无机倾斜入射真空 淀积膜彼此叠置的情况下，要通过稍后的真空蒸镀处理消除的无机 倾斜入射真空淀积膜易于发生诸如柱形晶体结块的真空蒸镀故障。 因此，并不总是能够可靠地形成具有期望光学特性的膜。而且，如 果发生了柱形晶体结块等，将会有这样的风险，即，由于发生结块 的部分的光散射现象，该膜将出现混浊的问题，诸如透射等光学特 性将变坏。例如，在日本未审专利公开No.10(1998)-081955中介绍 了，对于位于多个无机倾斜入射真空淀积膜中的正面入射真空淀积 膜的形成而言，可以抑制通过稍后的真空蒸镀处理形成的膜的真空 蒸镀故障的发生，并因此可以抑制混浊的发生。不过，从制造步骤 数、生产成本等角度来说，形成位于多个无机倾斜入射真空淀积膜 中的正面入射真空淀积膜不适当。而且，在不必要的正面入射真空 淀积膜位于多个无机倾斜入射真空淀积膜之间的情况下，将会有光 学特性(例如透射率)变坏的风险。
考虑到以上情形，本发明的主要目的是提供一种无机相位差补 偿元件，其相对于被设置成混合取向状态的液晶分子的双折射特性 具有良好的相位差补偿功能，且其具有良好的诸如相位差补偿功能 和透射率的光学特性，生产容易且生产稳定性好。
本发明的另一目的是提供一种其中采用了该相位差补偿元件的 液晶装置。
本发明的又一目的是提供其中采用了该相位差补偿元件的投射 型显示设备。
本发明尤其意在提供具有上述特性的无机相位差补偿元件。不 过，本发明也适用于有机相位差补偿元件。

本发明提供了第一相位差补偿元件，其包括至少一个双折射层 压体，所述双折射层压体包含透光基底材料和a个在倾斜入射真空 蒸镀方向上变化的无机倾斜入射真空淀积膜，其中a≥2，所述无机 倾斜入射真空淀积膜层压在所述透光基底材料的表面上，
所述双折射层压体满足由公式(i)和公式(ii)所表示的条件：
Re(1)＜Re(a)...(i)
Re(b-1)≤Re(b)...(ii)
其中b为满足条件2≤b≤a的任意整数
其中Re(i)分别表示在形成所述“a”个无机倾斜入射真空淀积膜 的诸阶段中在第i个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的 延迟值d·Δn，其中1≤i≤a，d表示膜厚，且Δn表示双折射指数。
如这里所用地，“在倾斜入射真空蒸镀方向上有变化”这一表述 意思是不同的无机倾斜入射真空淀积膜其倾斜入射真空蒸镀方向的 方位角α和/或倾斜入射真空蒸镀方向的极角β有变化。(稍后将参考 图3详细描述方位角α和极角β。)可以在真空蒸镀的平面上设定彼 此正交相交的任意x轴和任意y轴。而且，可以将垂直于真空蒸镀 平面的轴用作z轴。在这种情况下，倾斜入射真空蒸镀方向的方位 角α表示倾斜入射真空蒸镀方向的xy方向矢量和x轴之间形成的角 度。而且，极角β表示倾斜入射真空蒸镀方向的xyz方向矢量和z 轴之间形成的角度。
这里，在保持相同的入射光波长分布范围的条件下计算延迟值 Re(即稍后描述的Re(1)到Re(a)，Re(0)，以及稍后描述的 Re(LC))。而且，除非另作说明，如这里所用地，术语“膜厚”表 示物理膜厚。
本发明还提供了与液晶盒结合使用的第二相位差补偿元件，所 述液晶盒配备有一对被设置成彼此面对的基板和支撑于所述一对基 板之间的液晶层，所述一对基板配有用于跨所述液晶层施加电压的 电极，
所述相位差补偿元件包括至少一个双折射层压体(birefringent laminate)，所述双折射层压体包含透光基底材料；第一相位差补偿 层，用于对设置成大致单轴取向状态的液晶分子的双折射特性进行 相位差补偿；以及第二相位差补偿层，用于对被设置成混合取向状 态的液晶分子的双折射特性进行相位差补偿，所述第一相位差补偿 层和所述第二相位差补偿层被层压在所述透光基底材料的表面上，
所述双折射层压体的所述第二相位差补偿层具有由a个双折射 膜构成的层压结构，其中a≥2，
所述第二相位差补偿层满足由公式(i)和公式(ii)表示的条 件：
Re(1)＜Re(a)...(i)
Re(b-1)≤Re(b)...(ii)
其中b为满足条件2≤b≤a的任意整数，
其中Re(i)分别表示在形成a个双折射膜的诸阶段中在第i个膜 形成阶段形成的双折射膜的延迟值d·Δn，其中1≤i≤a，d表示膜厚， 且Δn表示双折射指数。
可以将根据本发明的第二相位差补偿元件的透光基底材料和位 于对应于根据本发明的第二相位差补偿元件一侧上的所述液晶盒的 基板构造成两个独立的构件。或者，可以将位于对应于根据本发明 的第二相位差补偿元件一侧上的所述液晶盒的基板用作根据本发明 的第二相位差补偿元件的透光基底材料。
根据本发明的第二相位差补偿元件适用于无机相位差补偿元件 和有机相位差补偿元件。
根据本发明的第二相位差补偿元件尤其适用于无机相位差补偿 元件。具体而言，应当优选这样修改根据本发明的第二相位差补偿 元件，使得第一相位差补偿层由无机材料构成，第二相位差补偿层 由a个在倾斜入射真空蒸镀方向上有变化的无机倾斜入射真空淀积 膜构成。
在把根据本发明的第二相位差补偿元件构成为无机相位差补偿 元件的情况下，应当优选这样修改根据本发明的第二相位差补偿元 件，使得液晶盒装备有用于在不施加电压时调节液晶层所含的液晶 分子取向的取向膜，每一所述取向膜位于所述液晶盒的一对基板的 内表面之一一侧上，
相对于在将所述相位差补偿元件与所述液晶盒组合时位于靠近 所述相位差补偿元件一侧上的所述液晶盒的取向膜设定xyz坐标系， 用表示所述取向膜的取向轴的x轴、表示在所述取向膜的平面中与 所述x轴正交相交的轴的y轴，以及表示与所述取向膜的平面正交 的轴的z轴定义所述xyz坐标系，
如此设置构成所述第二相位差补偿层的a个所述无机倾斜入射 真空淀积膜的每个，使得所述倾斜入射真空蒸镀方向的xy方向矢量 具有不同于所述x轴方向的矢量取向，并且
从构成所述第二相位差补偿层的所述a个无机倾斜入射真空淀 积膜的光轴矢量合成的合成矢量的x和y分量(Ax，Ay)满足由公 式(iii)表示的条件：
0nm≤|Ax|≤100nm，50nm≤|Ay|≤200nm  ...(iii)
用公式(I)计算所述a个无机倾斜入射真空淀积膜的光轴矢量 的每一个：
Pi(x，y，z)＝(Re(i)×cosαi×sinβi，Re(i)×sinαi×sinβi，Re(i)×cosβi)
                                                                  ...(I)
其中Pi分别表示在形成所述“a”个无机倾斜入射真空淀积膜的 诸阶段中在第i个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的光 轴矢量，其中1≤i≤a，αi分别表示在形成所述“a”个无机倾斜入射真 空淀积膜的诸阶段中在第i个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空 淀积膜的倾斜入射真空蒸镀方向的方位角，且βi分别表示在形成所 述“a”个无机倾斜入射真空淀积膜的诸阶段中在第i个膜形成阶段形 成的无机倾斜入射真空淀积膜的倾斜入射真空蒸镀方向的极角，所 述方位角为所述倾斜入射真空蒸镀方向的xy方向矢量和所述x轴之 间形成的角，而所述极角为所述倾斜入射真空蒸镀方向的xyz方向 矢量和所述z轴之间形成的角。
无机倾斜入射真空淀积膜的光轴矢量(即无机倾斜入射真空淀 积膜没有双折射特性的光轴)大致与倾斜入射真空蒸镀方向的xyz 方向矢量一致。取向膜的取向轴为调节液晶分子长轴方向的轴。对 于摩擦取向膜而言，取向膜的取向轴对应于摩擦方向。
如果根据本发明的第二相位差补偿元件被构成为具有上述构成 的无机相位差补偿元件，应当优选这样修改根据本发明的第二相位 差补偿元件，使得该相位差补偿元件满足由公式(iv)表示的条件：
-2×Re(LC)≤Re(0)≤-0.5×Re(LC) ...(iv)
其中Re(0)表示所述第一相位差补偿层的延迟值，且Re(LC)表 示在施加最高电压时所述液晶层的延迟值。
而且，应当优选这样修改根据本发明的第二相位差补偿元件， 使得第一相位差补偿层具有层压结构，其中交替层压至少一个具有 较高折射率的高折射率膜和至少一个具有较低折射率的低折射率 膜，并且
所述高折射率膜和所述低折射率膜的每个的作为物理膜厚和折 射率之积的光学膜厚落在照射到所述相位差补偿元件上的光的参考 波长的1/100到照射到所述相位差补偿元件上的光的参考波长的1/5 的范围内。
如这里所用的术语“参考波长”表示照射到相位差补偿元件上 的入射光的中心波长。参考波长可能随着光源而变化。在入射光为 红光的情况下，参考波长可以等于例如700nm。在入射光为绿光的 情况下，参考波长可以等于例如546nm。在入射光为蓝光的情况下， 参考波长可以等于例如435nm。
应当优选这样修改根据本发明的第一和第二相位差补偿元件的 每者，使得在相位差补偿元件的光入射侧的最外表面上和/或相位差 补偿元件发光侧的最外表面上形成抗反射层。
本发明还提供了一种液晶装置，其包括：
液晶盒，其装备有一对被设置成彼此面对的基板，支撑于所述 一对基板之间的液晶层以及取向膜，所述取向膜用于在不施加电压 时调节所述液晶层中含有的液晶分子的取向，所述取向膜的每个位 于所述一对基板之一上，所述一对基板配有用于跨所述液晶层施加 电压的电极，以及
根据本发明的第一或第二相位差补偿元件，其被放置成面对液 晶盒。
本发明又提供了一种投射型显示设备，包括：
光源，
至少一个用于调制所述光源出射的光的光调制装置，以及
投影光学系统，用于投射已经被所述光调制装置调制的光，
所述光调制装置由根据本发明的液晶装置构成。
根据本发明的第一相位差补偿元件包括层压结构，该层压结构 含有a个在倾斜入射真空蒸镀方向上有变化的无机倾斜入射真空淀 积膜，其中a≥2。因此，根据本发明的第一相位差补偿元件相对于 被设置成混合取向状态的液晶分子的双折射特性具有良好的相位差 补偿功能。
而且，根据本发明的第一相位差补偿元件满足由公式(i)和公 式(ii)表示的条件：
Re(1)＜Re(a)...(i)
Re(b-1)≤Re(b)...(ii)
其中b为满足条件2≤b≤a的任意整数
其中Re(i)分别表示在形成“a”个无机倾斜入射真空淀积膜的诸 阶段中在第i个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的延迟 值d·Δn，其中1≤i≤a，d表示膜厚，且Δn表示双折射指数。
在延迟值Re变大的情况下，无机倾斜入射真空淀积膜倾向于具 有粗糙表面。对于根据本发明的第一相位差补偿元件而言，以延迟 值Re递增的次序用真空蒸镀形成多个无机倾斜入射真空淀积膜。因 此，在多个无机倾斜入射真空淀积膜之间无需形成不必要的膜，且 能够抑制由稍后的真空蒸镀处理形成的无机倾斜入射真空淀积膜发 生真空蒸镀故障。
根据本发明的第二相位差补偿元件被构成为用在液晶装置中的 相位差补偿元件。根据本发明的第二相位差补偿元件具有层压结构， 该层压结构包含第一相位差补偿层，用于对设置成大致单轴取向状 态的液晶分子的双折射特性进行相位差补偿；以及第二相位差补偿 层，用于对被设置成混合取向状态的液晶分子的双折射特性进行相 位差补偿。
根据本发明的第二相位差补偿元件包括上述第二相位差补偿 层。因此，根据本发明的第二相位差补偿元件相对于被设置成混合 取向状态的液晶分子的双折射特性具有良好的相位差补偿功能。
而且，对于根据本发明的第二相位差补偿元件而言，双折射层 压体的第二相位差补偿层具有由a个双折射膜构成的层压结构，其 中a≥2，且第二相位差补偿层满足由公式(i)和公式(ii)表示的 条件：
Re(1)＜Re(a)...(i)
Re(b-1)≤Re(b)...(ii)
其中b为满足条件2≤b≤a的任意整数
其中Re(i)分别表示在形成a个双折射膜的诸阶段中在第i个膜 形成阶段形成的双折射膜的延迟值d·Δn，其中1≤i≤a，d表示膜厚， 且Δn表示双折射指数。
因此，如根据本发明的第一相位差补偿元件的情形那样，对于 根据本发明的第二相位差补偿元件而言，无需在多个双折射膜之间 形成不必要的膜，而且可以抑制由稍后的膜形成处理形成的双折射 膜发生膜形成故障。
凭借根据本发明的第一和第二相位差补偿元件的每者，有可能 提供一种无机相位差补偿元件，其相对于被设置成混合取向状态的 液晶分子的双折射特性具有良好的相位差补偿功能，且其具有良好 的诸如相位差补偿功能和透射率的光学特性，生产容易且生产稳定 性好。而且，凭借根据本发明的第二相位差补偿元件，还有可能提 供具有相同的上述特性的有机相位差补偿元件。
附图说明
图1为示出了根据本发明的相位差补偿元件的实施例的截面图， 该图是沿相位差补偿元件的厚度方向截取的；
图2为示出了根据本发明的液晶装置实施例的横截面结构的示 范性图示；
图3为示范性图示，示出了无机倾斜入射真空淀积膜的倾斜入 射真空蒸镀方向以及倾斜入射真空蒸镀方向和取向膜的取向轴之间 的关系；以及
图4为示出了根据本发明的投射型显示设备实施例的示范性图 示。

在下文中将参考附图进一步详细介绍本发明。
[相位差补偿元件和液晶装置]
将在下文中介绍根据本发明的相位差补偿元件实施例和根据本 发明的液晶装置实施例。例如，将以工作在常白模式下的TN模式 透射型液晶装置为例描述根据本发明的液晶装置实施例，在常白模 式下，在不施加电压时将液晶装置设置成亮态。例如，根据本发明 的液晶装置实施例被构造成要装在投射型显示设备上并被用作调制 波长落在特定波长分布范围的彩色光(红光、绿光或蓝光)的光调 制装置的液晶装置。
图1为示出了根据本发明的相位差补偿元件的实施例的截面图， 该图是沿相位差补偿元件的厚度方向截取的。图2为示出了根据本 发明的液晶装置实施例的横截面结构的示范性图示，该图是沿相位 差补偿元件的厚度方向截取的。(在图1和图2中，省略了阴影。) 在图1和图2的每一幅中，顶侧为光入射侧，底侧为发光侧。在图1 和图2中，用L1表示从光源出射并照射到第一偏振器31上的光。 用L2表示从液晶盒20出射并照射到相位差补偿元件10上的光。而 且，用L3表示从相位差补偿元件10出射并照射到第二偏振器32的 光。此外，用L4表示从第二偏振器32出射的光。
如图1所示，相位差补偿元件10的该实施例由一个双折射层压 体10A构成。双折射层压体10A包含透光基底材料11；第一相位差 补偿层，用于对设置成大致单轴取向状态的液晶分子的双折射特性 进行相位差补偿；以及第二相位差补偿层13，用于对被设置成混合 取向状态的液晶分子的双折射特性进行相位差补偿。第一相位差补 偿层12和第二相位差补偿层13层压在透光基底材料11的光入射侧 表面上。相位差补偿元件10的双折射层压体10A还包括抗反射层 14和抗反射层15，抗反射层14形成于第二相位差补偿层13的光入 射侧表面上(即相位差补偿元件10的光入射侧的最外表面上)，抗 反射层15形成于透光基底材料11的发光侧表面上(即相位差补偿 元件10的发光侧的最外表面上)。
如图2所示，相位差补偿元件10的该实施例适于用在工作在常 白模式下的TN模式透射型液晶装置中，在常白模式下，在不施加 电压时将液晶装置设置成亮态。
透射型液晶装置40包括作为基本构成单元的液晶盒20。液晶盒 20装备有一对基板21和基板22以及支撑在该对基板21和基板22 之间的液晶层27，该对基板放置成彼此面对。(基板21和基板22可 以由玻璃基板等构成。)在透射型液晶装置40的构成中，基板21 充当着光入射侧的基板，基板22充当着发光侧的基板。在基板21 的内表面上层压电极23和取向膜25。而且，在基板22的内表面上 层压电极24和取向膜26。由于液晶装置40是TN模式的，因此取 向膜25的取向轴和取向膜26的取向轴彼此正交。在图2的情形中， 取向膜25的取向轴沿着平行于图2的纸平面的方向延伸，取向膜26 的取向轴沿着垂直于图2的纸平面的方向延伸。
液晶装置40可以具有无源矩阵型驱动系统或有源矩阵型驱动系 统的构造。根据驱动系统设计电极23的图案和电极24的图案。例 如，对于有源矩阵型驱动系统而言，电极23和电极24之一由多个 像素电极构成，而另一个由一个公共电极构成。
将第一偏振器31设置成面对液晶盒20的光入射侧表面(即基 板21的外表面)。而且，将相位差补偿元件10和第二偏振器32放 置成面对液晶盒20的发光侧表面(即基板22的外表面)。应当优选 地将第一偏振器31、液晶盒20、相位差补偿元件10和第二偏振器 32彼此结合。或者，可以以彼此之间细微的间隔设置第一偏振器31、 液晶盒20、相位差补偿元件10和第二偏振器32。
从光源出射的光L1经过第一偏振器31并照射到液晶盒20上。 从液晶盒20出射的光L2照射到相位差补偿元件10上。从相位差补 偿元件10出射的光L3照射到第二偏振器32上。而且，从第二偏振 器32出射的光L4照射到观看所显示图像的人一侧。
在常白模式中，第一偏振器31和第二偏振器32布置成正交尼 科尔棱镜布局，使得第一偏振器31的偏振轴和第二偏振器32的偏 振轴可以彼此垂直。在该实施例中，如此设计该液晶装置40，使得 第一偏振器31的偏振轴和取向膜25的取向轴可以彼此一致，并使 得第二偏振器32的偏振轴和取向膜26的取向轴可以彼此一致。
在不跨液晶层27施加电压时，液晶层27中所含的液晶分子 27m、27m、...受到取向膜25和取向膜26的规则作用，于是被设置 成扭转取向状态(扭转角：90°)。在跨液晶层27施加电压时，液晶 分子27m、27m、...的取向沿着电极23和电极24之间发生的纵向电 场发生改变，于是将液晶分子27m、27m、...设置成大致垂直取向状 态(即大致单轴取向状态)。
如上所述，在施加电压时，液晶层27中所含的液晶分子27m、 27m、...总体上被设置成大致垂直取向状态(即大致单轴取向状态)。 不过，对于位于取向膜25和取向膜26每者附近的液晶分子27m、 27m、...，液晶分子27m、27m、...受到取向膜25和取向膜26每者 的作用，经常出现发生混合取向状态的情况，其中，液晶分子27m、 27m、...的取向方向从大致法线方向依次向取向膜25和取向膜26的 每种取向方向变化。
图2示出了跨液晶层27施加电压时的状态。在图2中，用参考 字母V表示已经被设置成大致垂直取向状态的液晶层27的区域。而 且，用参考字母H表示已经被设置成混合取向状态的液晶层27的区 域。在图2中，为了辅助解释，是这样图示混合取向状态的，即， 靠近取向膜25的液晶分子27m的长轴方向可以大致理想地与取向 膜25的取向方向一致，而靠近取向膜26的液晶分子27m的长轴方 向可以大致理想地与取向膜26的取向方向一致。不过，实际上，落 在液晶层27的区域H、H(该区域已经被设置成混合取向状态)中 每者中的液晶分子27m、27m、...的取向故障水平显著低于图2所示 的取向故障水平。
在相位差补偿元件10的该实施例中，第一相位差补偿层12用 于对施加电压时被设置成大致垂直取向状态的液晶分子27m、27m、... 的双折射特性进行相位差补偿。而且，第二相位差补偿层13用于对 取向膜25和取向膜26每者附近的液晶分子27m、27m、...的双折射 特性进行相位差补偿，在施加电压时这些液晶分子27m、27m、... 被设置成混合取向状态。如上所述，在施加电压时，位于取向膜25 和取向膜26每者附近的液晶分子27m、27m、...受到取向膜25和取 向膜26每者的作用，于是被设置成混合取向状态，其中，液晶分子 27m、27m、...的取向方向(即倾角等)从大致法线方向依次向取向 膜25和取向膜26的每种取向方向变化。
(相位差补偿元件10的层构成)
在下文中将详细介绍相位差补偿元件10的层构成。相位差补偿 元件10的该实施例为无机相位差补偿元件，所有构成元件都由无机 材料构成。在该实施例中，第二相位差补偿层13具有特征层构成。
<透光基底材料>
对于构成透光基底材料11的材料没有限制。举例来说，透光基 底材料11可以由玻璃、蓝宝石、水晶等构成。而且，对于透光基底 材料11的形状没有任何限制。不过，透光基底材料11应当优选具 有板状形状。在该实施例中，将透光基底材料11、液晶盒和偏振器 作为独立构件来形成。或者，可以将位于对应于相位差补偿元件10 的一侧上的液晶盒基板用作透光基底材料11。作为另一种选择，可 以将位于对应于相位差补偿元件10的一侧上的偏振器用作透光基底 材料11。
<第一相位差补偿层>
第一相位差补偿层12用于对于施加电压时被设置成大致垂直取 向状态(即大致单轴取向状态)的液晶分子27m、27m、...(即落在 图2所示的区域V中的液晶分子27m、27m、...)的双折射特性进 行相位差补偿。
第一相位差补偿层12表现出单轴负双折射特性并具有所谓的负 C-板特性。第一相位差补偿层12由多层膜构成，其中交替地层压两 个折射率相对高的高折射率膜12A、12A和两个折射率相对低的低 折射率膜12B、12B。高折射率膜12A、12A和低折射率膜12B、12B 的每一个都由以真空蒸镀技术形成的正面入射真空淀积膜构成，其 中，从大致垂直于透光基底材料11表面的方向蒸镀无机材料。在图 2所示的范例中，层压了两个高折射率膜12A、12A和两个低折射率 膜12B、12B。不过，可以任意设计构成第一相位差补偿层12的膜 数。
高折射率膜12A、12A和低折射率膜12B、12B的每个的光学 膜厚(该光学膜厚为物理膜厚和折射率之积)可以落在照射到相位 差补偿元件10上的光L2的参考波长λ的1/100到照射到相位差补偿 元件10上的光L2参考波长λ的1/5范围内。高折射率膜12A、12A 和低折射率膜12B、12B的每个的光学膜厚应当优选落在入射光L2 的参考波长λ的1/50到入射光L2的参考波长λ的1/5范围内，并且 应当更优选地落在入射光L2的参考波长λ的1/30到入射光L2的参 考波长λ的1/10范围内。
如果光从法线方向照射到具有上述构成的第一相位差补偿层12 上，入射光仅含有具有电场平行于每个膜平面振动的特性的波(即 TE波)。因此，第一相位差补偿层12相对于法线入射光不表现出双 折射特性。如果光从倾斜方向照射到第一相位差补偿层12上，那么 相对于具有电场平行于每个膜平面振动的特性的波(即TE波分量) 的有效折射率为NTE和相对于具有电场垂直于每个膜平面的方向振 动的特性的波(即TM波分量)的有效折射率NTM彼此相对变化。 因此，第一相位差补偿层12相对于倾斜入射光表现出双折射特性。 可以从高折射率膜12A、12A和低折射率膜12B、12B的每个的折 射率和膜厚计算第一相位差补偿层12的双折射指数Δn。随着高折射 率膜12A、12A和低折射率膜12B、12B的每个的折射率之间的差 变大，第一相位差补偿层12的双折射指数Δn值也变大。(例如可以 参考“Kogaku”(Optics)，Vol.27，No.1，pp.12-17，1998。)
可以由如下所示的公式表示第一相位差补偿层12的有效折射率 NTE、有效折射率NTM和双折射指数Δn。
$N_{\mathrm{TE}}=\sqrt{\{({{\mathrm{an}}_1}^2+{{\mathrm{bn}}_2}^2)/(a+b)\}}$
$N_{\mathrm{TM}}=\sqrt{[(a+b)/\{(a/{n_1}^2)+(b/{n_2}^2)\left\}\right]}$
Δn＝NTM-NTE
其中n1表示每一高折射率膜12A、12A的折射率，n2表示每一 低折射率膜12B、12B的折射率，a表示每一高折射率膜12A、12A 的物理膜厚，b表示每一低折射率膜12B、12B的物理膜厚。
具体而言，相对于倾斜入射光来说，第一相位差补偿层12相对 于施加电压时其中液晶分子27m、27m、...总体上被设置成大致垂直 取向状态(即大致单轴取向状态)的液晶层27的双折射特性具有相 位差补偿功能(A)。
对第一相位差补偿层12的延迟值Re(＝d·Δn)没有限制。为了获 得良好的相位差补偿功能(A)，第一相位差补偿层12的延迟值Re (0)和液晶层27的延迟值Re(LC)(延迟值Re(LC)是在施加 最高电压时获得的)应当优选满足稍后所述的条件。
施加最大电压时液晶层27内被设置成大致垂直取向状态的液晶 分子27m、27m、...的比例随着液晶种类、液晶盒间隙、最大电压值 等而变化。例如，在将液晶种类和盒间隙保持在相同条件的情况下， 随着最大电压值变大，在施加最大电压时液晶层27内被设置成大致 垂直取向状态的液晶分子27m、27m、...的比例倾向于获得大值，由 于被设置成大致垂直取向状态的液晶分子27m、27m、...而导致的双 折射特性倾向于变高。
而且，对于液晶分子27m、27m、...而言，第二相位差补偿层 13具有正的双折射指数。因此，在施加电压时，除了液晶分子27m、 27m、...之外，第二相位差补偿层13也充当着导致正延迟发生的因 素。因此，必须要考虑到第二相位差补偿层13的延迟值Re。例如， 必须要根据第二相位差补偿层13的厚度等来考虑第一相位差补偿层 12的厚度等。
考虑到以上情况，本发明人发现，如果第一相位差补偿层12的 延迟值Re(0)和液晶层27在施加最大电压时时获得的延迟值Re (LC)满足以下公式(iv)所示的条件，则能够获得良好的相位差 补偿功能(A)：
-2×Re(LC)≤Re(0)≤-0.5×Re(LC)...(iv)
至于延迟值Re(0)(＝d·Δn)，d表示整个第一相位差补偿层12的 膜厚，Δn表示整个第一相位差补偿层12的双折射指数。因此，可 以设计高折射率膜12A、12A和低折射率膜12B、12B的每个的折 射率和膜厚以及整个第一相位差补偿层12的膜厚，使得上面所示的 公式(iv)表示的条件可以得到满足。
而且，液晶层27的延迟值Re(LC)随着照射到液晶装置40 上的入射光L1的波长而变化。因此，应当优选计算液晶层27相对 于入射光L1的参考波长λ的延迟值Re(LC)，并应当优选设置第一 相位差补偿层12的延迟值Re(0)，使得上面的公式(iv)所表示的 条件可以得到满足。
对于构成每一高折射率膜12A、12A的构成材料和构成低折射 率膜12B、12B的材料没有限制。从容易进行真空蒸镀以及光透射 率等角度来看，应当优选从以下材料构成的组中选择具有较高折射 率的材料和具有较低折射率的材料：TiO2(2.2到2.4)、ZrO2(2.20)、 SiO2(1.40到1.48)、MgF2(1.39)、CaF2(1.30)、CeO2(2.45)、SnO2(2.30)、 Ta2O5(2.12)、In2O3(2.00)、ZrTiO4(2.01)、HfO2(1.91)、Al2O3(1.59到 1.70)、MgO(1.70)、AlF3、金钢石薄膜、LaTiOx和氧化钐。每一高折 射率膜12A、12A和低折射率膜12B、12B可以含有从上述组中选 择的至少两种构成材料。(以上列举的构成材料的括号中的数值为折 射率的大致值。)
用于高折射率膜12A/低折射率膜12B的构成材料恰当组合的范 例包括TiO2/SiO2、Ta2O5/Al2O3、HfO2/SiO2、MgO/MgF2、ZrTiO4/Al2O3、 CeO2/CaF2、ZrO2/SiO2和ZrO2/Al2O3。
<第二相位差补偿层>
第二相位差补偿层13用于对取向膜25和取向膜26每者附近的 液晶分子27m、27m、...的双折射特性进行相位差补偿，在施加电压 时这些液晶分子27m、27m、...被设置成混合取向状态。如上所述， 在施加电压时，位于取向膜25和取向膜26每者附近的液晶分子 27m、27m、...受到取向膜25和取向膜26每者的作用，于是被设置 成混合取向状态，其中，液晶分子27m、27m、...的取向方向从大致 法线方向依次向取向膜25和取向膜26的每种取向方向变化。
第二相位差补偿层13具有数目为“a”的倾斜入射真空蒸镀方向 发生变化的无机倾斜入射真空淀积膜的层压结构，其中a≥2。构成第 二相位差补偿层13的每个无机倾斜入射真空淀积膜都是由多个在倾 斜入射真空蒸镀方向上延伸的柱形晶体构成的双折射膜，该柱形晶 体相对于透光基底材料11的表面方向一个挨一个地排列。第二相位 差补偿层13具有正的双折射指数并具有所谓的O-板特性。
设计第二相位差补偿层13使得满足由公式(i)和公式(ii)表 示的条件：
Re(1)＜Re(a)...(i)
Re(b-1)≤Re(b)...(ii)
其中b为满足条件2≤b≤a的任意整数
其中Re(i)分别表示在形成“a”个无机倾斜入射真空淀积膜的诸 阶段中在第i个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的延迟 值d·Δn，其中1≤i≤a，d表示膜厚，Δn表示双折射指数。
上面的公式(i)表明，在a个(其中a≥2)构成第二相位差补 偿层13的无机倾斜入射真空淀积膜中作为底层形成的无机倾斜入射 真空淀积膜的延迟值Re(1)小于在a个构成第二相位差补偿层13 的无机倾斜入射真空淀积膜中作为顶层形成的无机倾斜入射真空淀 积膜的延迟值Re(a)。而且，上面的公式(ii)表明，对于构成第 二相位差补偿层13的a个无机倾斜入射真空淀积膜中彼此相邻且一 个覆盖另一个的任两个无机倾斜入射真空淀积膜来说，在两个彼此 相邻的无机倾斜入射真空淀积膜中作为下层形成的无机倾斜入射真 空淀积膜的延迟值Re(b-1)小于在两个彼此相邻的无机倾斜入射真空 淀积膜中作为上层形成的无机倾斜入射真空淀积膜的延迟值Re(b)， 或者，延迟值Re(b-1)和延迟值Re(b)可以彼此相等。
第二相位差补偿层13必须要满足以上公式(i)所表示的条件 和以上公式(ii)所表示的条件两个条件。因此，在a＝2的情况下， 第二相位差补偿层13必须要满足条件Re(1)＜Re(2)。在a＝3的情况 下，第二相位差补偿层13必须要满足条件Re(1)＜Re(2)＜Re(3)。在 a＝4的情况下，第二相位差补偿层13必须要满足条件Re(1)＜Re(2) ≤Re(3)＜Re(4)。在a≥5的情况下，第二相位差补偿层13必须要满 足条件Re(1)＜Re(2)≤Re(3)≤...≤Re(a-1)＜Re(a)。
图1示出了第二相位差补偿层13由四个无机倾斜入射真空淀积 膜13A、13B、13C和13D(即a＝4)的实施例。下文将描述第二相 位差补偿层13由四个无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和 13D(即a＝4)的实施例。
构成第二相位差补偿层13的四个无机倾斜入射真空淀积膜 13A、13B、13C和13D在倾斜入射真空蒸镀的方向上有变化。在下 文中将参考图3描述无机倾斜入射真空淀积膜的倾斜入射真空蒸镀 方向。图3还示出了倾斜入射真空蒸镀方向和取向膜25和取向膜2 的取向轴之间的关系。(在图3中，为了便于说明，改变了布置的次 序。)
图3分别示出了在形成a个无机倾斜入射真空淀积膜的阶段中 在第i个膜形成阶段(其中1≤i≤a)形成的无机倾斜入射真空淀积 膜的倾斜入射真空蒸镀方向。在图3中，用Pi(x，y，z)表示在第i 个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的光轴矢量。在第i 个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的光轴矢量Pi(x，y， z)大致与倾斜入射真空蒸镀方向的xyz方向矢量一致。因此，在此 将无机倾斜入射真空淀积膜的光轴矢量和倾斜入射真空蒸镀方向的 xyz方向矢量都用相同的参考字母表示。而且，在图3中，用11S 表示透光基底材料11的表面。此外，将位于靠近相位差补偿元件10 的液晶盒20一侧的取向膜26的取向轴作为x轴。将在取向膜26的 平面内与x轴正交相交的轴用作y轴。将与取向膜26的平面垂直的 轴用作z轴。在图3中示出了x、y和z轴的每个的“+”向。在图3 中，设定原点、x、y和z轴以及x、y和z轴每者的“+”和“-”方向 以便于说明。可以任意改变表示倾斜入射真空蒸镀方向的参考系。 用参考字母X表示取向膜26的取向方向，用参考字母Y表示取向 膜25的取向方向。
可以用方位角α和极角β确定在第i个膜形成阶段形成的无机 倾斜入射真空淀积膜的倾斜入射真空蒸镀方向。方位角α为倾斜入 射真空蒸镀方向的xy方向矢量Pi(x，y)和x轴之间形成的角度。 极角β为倾斜入射真空蒸镀方向的xyz方向矢量Pi(x，y，z)和z 轴之间形成的角度。为了便于说明，对于方位角α，将图3中的逆 时针方向作为“+”方向。
在该实施例中，在如下条件下形成构成第二相位差补偿层13的 四个无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D的每个，即 可以针对不同的无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D 改变倾斜入射真空蒸镀方向的方位角α和/或倾斜入射真空蒸镀方 向的极角β。
对于无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D的每个， 随着膜厚d变大，膜表面倾向于变得不光滑。而且，随着倾斜入射 真空蒸镀方向的极角β变大，双折射指数Δn倾向于变高，且膜表面 倾向于变得不光滑。具体而言，随着延迟值Re变大，膜表面倾向于 变得不光滑。
在该实施例中，第二相位差补偿层13的构成满足以上的公式(i) 所表示的条件和以上的公式(ii)所表示的条件两者。具体而言，按 照延迟值Re递增的顺序通过真空蒸镀形成构成第二相位差补偿层 13的多个无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D。本发 明人发现，如果第二相位差补偿层13具有上述构造，使得以表面不 光滑程度递增的次序形成无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C 和13D，那么就不必在多个无机倾斜入射真空淀积膜之间形成不必 要的膜，且能够抑制通过稍后的真空蒸镀处理形成的无机倾斜入射 真空淀积膜发生真空蒸镀故障，而且能够抑制发生混浊等。于是本 发明人发现，能够可靠地层压具有良好晶体结构的多个无机倾斜入 射真空淀积膜。由于无需在多个无机倾斜入射真空淀积膜之间形成 不必要的膜，可以比例如日本未审专利公开No.(1998)-081955中描 述的相位差补偿元件的容易程度显著容易的过程来制造第二相位差 补偿层13，在该文献中，在多个无机倾斜入射真空淀积膜之间插入 了正面入射真空淀积膜。而且，对于第二相位差补偿层13而言，不 存在因为有不必要的膜而使诸如透射率的光学特性变差的风险。对 于该实施例来说，由于上述原因，能够可靠地形成具有良好的相位 差补偿功能和良好的光学特性(例如透射率)的第二相位差补偿层 13。迄今为止，还未研究多个无机倾斜入射真空淀积膜的延迟值Re、 Re、...之间的关系。
如上所述，如果第二相位差补偿层13由至少四个无机倾斜入射 真空淀积膜构成，则第二相位差补偿层13可以包含多个延迟值Re、 Re、...彼此相等的无机倾斜入射真空淀积膜。极角β大的无机倾斜 入射真空淀积膜倾向于具有高水平的表面不光滑。因此，如果第二 相位差补偿层13包含多个延迟值Re、Re、...彼此相等的无机倾斜入 射真空淀积膜，极角β小于其他无机倾斜入射真空淀积膜的极角β、 β、...的无机倾斜入射真空淀积膜应当优选比其他无机倾斜入射真空 淀积膜更靠近透光基底材料11一侧形成。
而且，在a≥4的条件下，第二相位差补偿层13尤其应当满足 公式Re(b-1)＜Re(b)表示的条件，其中b具有与上述相同的含义。具 体而言，如果将延迟值Re(1)和延迟值Re(a)保持在预定值，并要设 定形成于延迟值为Re(1)的无机倾斜入射真空淀积膜和延迟值为 Re(a)的无机倾斜入射真空淀积膜之间的无机倾斜入射真空淀积膜 的延迟值Re、Re、...，那么第二相位差补偿层13尤其应当优选具有 这样的构成，使得在形成于延迟值为Re(1)的无机倾斜入射真空淀积 膜和延迟值为Re(a)的无机倾斜入射真空淀积膜之间的无机倾斜入 射真空淀积膜中不含有具有相同延迟值Re的无机倾斜入射真空淀 积膜。在这种情况下，可以将彼此相邻的无机倾斜入射真空淀积膜 的延迟值Re、Re之间的差异保持较小，因此可以更可靠地抑制真空 喷镀故障的发生。
对无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D的每个的 倾斜入射真空蒸镀方向没有特殊限制。不过，为了能够增强相对于 被设置成混合取向状态的液晶分子27m、27m、...的双折射特性的相 位差补偿功能(B)，应当优选满足如下所述的条件。
具体而言，应当优选这样设置无机倾斜入射真空淀积膜13A、 13B、13C和13D的每一个，使得倾斜入射真空蒸镀方向的xy方向 矢量Pi(x，y)的矢量取向不同于x轴方向，即位于液晶盒20一侧 (该侧靠近相位差补偿元件10)上的取向膜26的取向方向x。
此外，由无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D的 光轴矢量Pi(x，y，z)构成的合成矢量(∑Pi)的x和y坐标分量(Ax， Ay)应当优选满足由公式(iii)所表示的条件：
0nm≤|Ax|≤100nm，50nm≤|Ay|≤200nm  ...(iii)
用公式(I)计算无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和 13D的每个光轴矢量Pi(x，y，z)：
Pi(x，y，z)＝(Re(i)×cosαi×sinβi，Re(i)×sinαi×sinβi，Re(i)×cosβi)
                                                                    ...(I)
其中Pi分别表示在形成无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、 13C和13D的诸阶段中在第i个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真 空淀积膜的光轴矢量，其中1≤i≤a(在这种情况下a＝4)，αi分别表示 在形成无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D的诸阶段 中在第i个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的倾斜入射 真空蒸镀方向的方位角，而βi分别表示在形成无机倾斜入射真空淀 积膜13A、13B、13C和13D的诸阶段中在第i个膜形成阶段形成的 无机倾斜入射真空淀积膜的倾斜入射真空蒸镀方向的极角，方位角 为倾斜入射真空蒸镀方向的xy方向矢量和x轴之间形成的角，而极 角为倾斜入射真空蒸镀方向的xyz方向矢量和z轴之间形成的角。
由无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D的光轴矢 量Pi(x，y，z)构成的上述合成矢量(∑Pi)对应于多个无机倾斜入射真 空淀积膜13A、13B、13C和13D的光轴矢量Pi(x，y，z)的平均光 轴矢量。
可以用公知的倾斜入射真空喷镀技术之一形成无机倾斜入射真 空淀积膜13A、13B、13C和13D的每一个。无机倾斜入射真空淀 积膜13A、13B、13C和13D的构成材料可以从各种无机材料中选 择。从容易执行倾斜入射真空蒸镀、光透射率等角度来说，应当优 选从TiO2、SiO2、ZrO2和Ta2O3构成的组中选择无机倾斜入射真空 淀积膜13A、13B、13C和13D的构成材料。构成第二相位差补偿 层13的无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D可以由相 同材料构成。或者，无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和 13D可以由不同材料构成。而且，无机倾斜入射真空淀积膜13A、 13B、13C和13D的每一个可以含有至少两种构成材料。
在形成无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D的每 个时，应当优选在利用水晶型膜厚监测仪等监测膜厚d的同时执行 倾斜入射真空蒸镀。而且，应当在用偏振光椭圆率测量仪等测量双 折射指数Δn的同时执行倾斜入射真空蒸镀。在这样监测膜厚d和双 折射指数Δn的情况下，能够可靠地形成具有期望延迟值Re、Re、... 的无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和13D的每个，且能 够可靠地获得满足以上公式(i)和公式(ii)所表示的条件的第二 相位差补偿层13。
(抗反射层)
抗反射层14和抗反射层15的每一个都防止发生相位差补偿元 件10的表面反射，并提高相位差补偿元件10的光利用效率。
对抗反射层14和抗反射层15的每个的层构成没有限制。不过， 抗反射层14和抗反射层15的每个都应当优选由充当着低折射率材 料的MgF2单层膜构成，将该层膜形成为光学膜厚等于λ/4，其中λ 表示入射光L2的参考波长。或者，抗反射层14和抗反射层15的每 个应当优选由多层膜构成，该多层膜由各种淀积材料的层压体制成。 在这种情况下，例如该多层膜可以是具有三层结构的膜，该三层结 构为SiO2膜(光学膜厚：λ/4)TiO2膜(光学膜厚：λ/2)/SiO2膜 (光学膜厚：λ/4)。抗反射层14和抗反射层15可以具有相同的层 结构。或者，抗反射层14和抗反射层15可以具有不同的层结构。
如上所述，相位差补偿元件10应当优选具有如下构成，其中， 抗反射层14形成于相位差补偿元件10的光入射侧上的最外表面上， 且抗反射层15形成于相位差补偿元件10的发光侧的最层表面上。 相位差补偿元件10可以具有如下构成，其中抗反射层形成于相位差 补偿元件10的光入射侧的最外表面上和/或相位差补偿元件10的发 光侧最外表面上。
相位差补偿元件10和液晶装置40的每个都以上述方式构成。
相位差补偿元件10的该实施例由双折射层压体10A构成。双折 射层压体10A包含透光基底材料11；第一相位差补偿层，用于对设 置成大致单轴取向状态的液晶分子的双折射特性进行相位差补偿； 以及第二相位差补偿层13，用于对被设置成混合取向状态的液晶分 子27m、27m、...的双折射特性进行相位差补偿。第一相位差补偿层 12和第二相位差补偿层13层压在透光基底材料11的光入射侧表面 上。第二相位差补偿层13具有数目为“a”的倾斜入射真空蒸镀方向 发生变化的无机倾斜入射真空淀积膜(例如四个无机倾斜入射真空 淀积膜13A、13B、13C和13D)的层压结构，其中a≥2。具有上述 构成的相位差补偿元件10相对于施加电压时被设置成大致垂直取向 状态液晶分子27m、27m、...的双折射特性具有良好的相位差补偿功 能(A)，同时相对于在施加电压时被设置成混合取向状态的液晶分 子27m、27m、...的双折射特性具有良好的相位差补偿功能(B)。
而且，相位差补偿元件10的第二相位差补偿层13满足由公式 (i)和公式(ii)表示的条件：
Re(1)＜Re(a)...(i)
Re(b-1)≤Re(b)...(ii)
其中b为满足条件2≤b≤a的任意整数
其中Re(i)分别表示在形成“a”个无机倾斜入射真空淀积膜的诸 阶段中在第i个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的延迟 值d·Δn，其中1≤i≤a，d表示膜厚，Δn表示双折射指数。
如上所详述的，如果延迟值Re(＝d·Δn)变大，则无机倾斜入射真 空淀积膜倾向于具有粗糙表面。因此，对于相位差补偿元件10而言， 以延迟值Re递增的次序用真空蒸镀形成多个无机倾斜入射真空淀 积膜。因此，在多个无机倾斜入射真空淀积膜之间无需形成不必要 的膜，且能够抑制由稍后的真空蒸镀处理形成的无机倾斜入射真空 淀积膜发生真空蒸镀故障。
结果，凭借该实施例，有可能提供这样的无机相位差补偿元件 10，其相对于被设置成混合取向状态的液晶分子27m、27m、...的双 折射特性具有良好的相位差补偿功能(B)，并且其具有良好的如相 位差补偿功能和透射率的光学特性，容易生产且生产稳定性好。
相位差补偿元件10的该实施例为无机相位差补偿元件。因此， 该相位差补偿元件10具有高耐热性、高耐光性、良好的化学稳定性 等，且在严酷的热和光条件下表现出良好的长期使用稳定性。因此， 相位差补偿元件10适于用在例如要被装在诸如投影仪的投射型显示 设备中的液晶装置中。
凭借其中采用了相位差补偿元件10的该实施例的液晶装置40， 能够精确地补偿相位差。而且，液晶装置40具有良好的显示质量， 例如对比度和视场角，并在投射型显示设备的使用条件下表现出良 好的长期使用稳定性。
(设计变型)
根据本发明的相位差补偿元件和液晶装置不局限于上述实施 例，可以用各种其他方式实现。
在上述实施例中，相位差补偿元件10由一个双折射层压体10A 构成。双折射层压体10A包含透光基底材料11、第一相位差补偿层 12以及由多个无机倾斜入射真空淀积膜构成的第二相位差补偿层 13。第一相位差补偿层12和第二相位差补偿层13层压在透光基底 材料11的光入射侧表面上。
根据本发明的相位差补偿元件不限于上述实施例，可以被构成 为使多个双折射层压体10A、10A、...彼此层叠。(可以以彼此之间 微细的间距设置多个双折射层压体10A、10A、...。)在根据本发明 的相位差补偿元件被构成为将多个双折射层压体10A、10A、...彼此 层叠的情况下，不必在每个双折射层压体10A、10A、...的每个上形 成抗反射层。至少可以在多个双折射层压体10A、10A、...的组合的 光入射侧的最外表面上和/或多个双折射层压体10A、10A、...的组合 的发光侧最外表面上形成抗反射层。
在上述实施例中，双折射层压体10A具有包含第一相位差补偿 层12以及由多个无机倾斜入射真空淀积膜构成的第二相位差补偿层 13的层压结构。凭借上述构成，能够同时获得相对于施加电压时被 设置成大致垂直取向状态液晶分子27m、27m、...的双折射特性的良 好相位差补偿功能(A)，以及相对于在施加电压时被设置成混合取 向状态的液晶分子27m、27m、...的双折射特性的良好相位差补偿功 能(B)。因此，根据本发明的相位差补偿元件应当优选具有上述构 成。不过，根据本发明的相位差补偿元件适用于包括至少一个双折 射层压体的相位差补偿元件，该双折射层压体具有至少由多个无机 倾斜入射真空淀积膜构成的层压结构。
上述相位差补偿元件10被构造为无机相位差补偿元件。不过， 根据本发明的相位差补偿元件也适用于有机相位差补偿元件。在这 种情况下，取代被构成为具有层压结构的第二相位差补偿层(该层 压结构由a个无机倾斜入射真空淀积膜构成，其中a≥2)，第二相位 差补偿层可以这样构成，使得第二相位差补偿层具有由a个由有机 双折射膜构成的层压结构，其中a≥2，而且使得如在上述实施例中 的第二相位差补偿层13那样，第二相位差补偿层满足以上公式(i) 和公式(ii)表示的条件，其中Re(i)分别表示在形成a个双折射膜 的诸阶段中在第i个膜形成阶段形成的双折射膜的延迟值d·Δn，其 中1≤i≤a。
而且，在上述液晶装置40的实施例中，相位差补偿元件10仅 位于液晶盒20的发光侧上。在透射型液晶装置40中，相位差补偿 元件10可以位于液晶盒20的光入射侧上和/或液晶盒20的发光侧 上。
将液晶装置40构成为工作在常白模式下的TN模式的透射型液 晶装置。根据本发明的相位差补偿元件也适用于其他类型的液晶装 置。
上述液晶装置40适于用在投射型显示设备中。根据本发明的相 位差补偿元件也能够用于被单独用作显示装置的液晶装置。对于被 独立用作显示装置的液晶装置而言，通常，在液晶装置中引入根据 像素图案而具有红(R)、绿(G)和蓝(B)彩色图案的滤色器，一 个像素由R、G和B三个点构成。在这种情况下，对于不同的显示 点，发射的光颜色有变化。因此，例如，可以将参考波长设定在绿 光的中心波长处，由此可以设计构成相位差补偿元件的每层的延迟 值Re。而且，相位差补偿元件应当优选被构成为具有微阵列结构， 其中针对每个显示点并根据液晶盒所出射的彩色光的中心波长设计 每层的延迟值Re。在这种情况下，能够进行更为精确的相位差补偿。
根据本发明的相位差补偿元件也适用于除液晶装置之外的其他 应用。
[投射型显示设备]
在下文中将参考图4描述根据本发明的投射型显示设备的实施 例。根据本发明的投射型显示设备实施例被构成为全色投射型显示 设备，其配有分别用于调制红光L(R)、绿光L(G)和蓝光L(B)的液晶 装置(即光调制装置)40R、40G和40B。在下文中将以投影仪为例 描述根据本发明的投射型显示设备实施例。
液晶装置40R、40G和40B的每个由上述液晶装置实施例40构 成。在液晶装置40R、40G和40B中分别采用了相位差补偿元件10R、 10G和10B，其每个均由相位差补偿元件10的上述实施例构成。相 位差补偿元件10R、10G和10B可以具有相同的光学特性。不过， 液晶层27的延迟值Re(LC)对不同波长的入射光有变化。因此， 相位差补偿元件10R、10G和10B应当优选具有不同的光学特性， 从而根据要被调制的彩色光的参考波长优化相位差补偿功能。例如， 可以利用下述技术优化相位差补偿元件10R、10G和10B的每一个 的相位差补偿功能，其中，根据将被调制的彩色光的参考波长改变 第一相位差补偿层12的膜厚度d。以同样的方式构成除了相位差补 偿元件10R、10G和10B之外的、液晶装置40R、40G和40B的构 成元件(即液晶盒20、20、20、第一偏振器31、31、31和第二偏振 器32、32、32)。
在该实施例中，投射型显示设备50包括一个光源52。投射型显 示设备50还包括彩色光分离光学系统(附图标记被省略)，用于将 光源52出射的光分离成红光L(R)、绿光L(G)和蓝光L(B)。 投射型显示设备50还包括分别用于调制红光L(R)、绿光L(G) 和蓝光L(B)的三个液晶装置(即，光调制装置)40R、40G和40B。 投射型显示设备50还包括合成棱镜64(用作合成光学系统)，用于 将经液晶装置40R调制的光、经液晶装置40G调制的光和经液晶装 置40B调制的光相互组合。投射型显示设备50还包括投影透镜65 (用作投影光学系统)，用于投射经合成棱镜64合成的合成光。
光源52可以由高压汞灯、发光二极管(LED)、激光器等构成。 截止滤波器53、综合器(棒形透镜等)54、中继透镜55、准直透镜 56和镜片57位于光源52和彩色光分离光学系统之间。截止滤波器 53滤掉从光源52出射的光中的不必要的紫外线和不必要的红外线。 综合器54使从截止滤波器53出射的白光均匀化。中继透镜55和准 直透镜56准直从综合器54出射的光。镜片57向着彩色光分离光学 系统一侧偏转从准直透镜56出射的光。
彩色光分离光学系统由二向色镜58R、58G和镜片58B、60构 成。
从镜片57反射的白光照射到二向色镜58R，二向色镜58R仅有 选择地透射红光L(R)，并反射波长落在除红光L(R)的波长分布 范围之外的波长分布范围内的光。这样由二向色镜58R将白光分成 红光L(R)和波长落在除红光L(R)的波长分布范围之外的波长 分布范围内的光。被二向色镜58R从白光分离出来的红光L(R)照 射到液晶装置40R上并根据图像信号而被调制。从二向色镜58R反 射的光照射到二向色镜58G，二向色镜58G仅有选择地反射绿光L (G)，并透射波长落在除绿光L(G)的波长分布范围之外的波长 分布范围内的光。这样由二向色镜58G将二向色镜58R反射的光分 离成绿光L(G)以及波长落在除绿光L(G)的波长分布范围之外 的波长分布范围内的光。由二向色镜58G分离的绿光L(G)照射 到液晶装置40G并根据图像信号而被调制。经过二向色镜58G的蓝 光L(B)被镜片58B和60反射，照射到液晶装置40B上并根据图 像信号而被调制。
经液晶装置40R调制的红光L(R)、经液晶装置40G调制的绿 光L(G)和经液晶装置40B调制的蓝光L(B)照射到一个合成棱 镜64(用作合成光学系统)上。合成棱镜64具有两个二向色表面 64a和64b，它们位于合成棱镜64之内。合成棱镜64将液晶装置40R 出射的红光L(R)、液晶装置40G出射的绿光L(G)和液晶装置 40B出射的蓝光L(B)彼此组合。从合成棱镜64沿一个方向出射 如此获得的合成光。将投射型显示设备50的该实施例用于与屏幕70 组合。从合成棱镜64出射的合成光经过投影透镜65(用作投影光学 系统)并被透射到屏幕70上作为图像尺寸被放大的图像。
以上述方式构成投射型显示设备50的该实施例。投射型显示设 备50的该实施例利用了液晶装置40R、40G和40B，每个液晶装置 都由液晶装置40的上述实施例构成。因此，投射型显示设备50具 有良好的显示质量(例如对比度和视场角)并表现出良好的长期使 用稳定性。
投射型显示设备50的该实施例被构成为投影仪。根据本发明的 投射型显示设备也适用于背投型显示设备等。
范例
将进一步以如下非限制性范例来描述本发明。
(范例1)
以如下方式制造根据本发明的相位差补偿元件A1。相位差补偿 元件A1具有与相位差补偿元件10的上述实施例的构成基本相同的 构成，只是第二相位差补偿层13仅由两个无机倾斜入射真空淀积膜 13A和13B构成而没有无机倾斜入射真空淀积膜13C和13D。将计 算延迟值Re等时的参考波长设定在435nm。
具体而言，作为透光基底材料11，使用玻璃基板(1737玻璃， 由Corning Glass Works提供，50mm×50mm)。首先，将RAS(Synchron Co.提供)用作真空蒸镀设备，在室温和5×10-1Pa压强的条件下，利 用正面入射溅射技术在透光基底材料11上交替形成TiO2膜和SiO2 膜。就这样交替层压50个TiO2高折射率膜12A、12A、...(每个具 有30nm的膜厚度)和50个SiO2低折射率膜12B、12B、...(每个 具有20nm的膜厚度)，使得总的膜厚度等于5μm。通过这种方式， 形成了总共由100个膜构成的第一相位差补偿层12。利用光谱偏振 光椭圆率测量仪测量的结果证明，这样获得的第一相位差补偿层12 具有负的双折射特性，第一相位差补偿层12中没有光学各向异性的 光轴与垂直于透光基底材料11的线一致，而且第一相位差补偿层12 具有与负C-板一样的功能。
之后，将AAMF(Shinko Seiki K.K.提供)用作真空蒸镀设备， 将真空蒸镀设备之内的区域抽至1×10-4Pa的真空。然后将氧气引入 真空蒸镀设备中，直到真空蒸镀设备内的压强等于1×10-2Pa。在这 种状态下，在室温下执行两次无机倾斜入射真空蒸镀。在两次无机 倾斜入射真空蒸镀之间改变倾斜入射真空蒸镀方向(即方位角和/或 极角)。通过这种方式，在上述第一相位差补偿层12上形成了第二 相位差补偿层13，第二相位差补偿层13由一个无机倾斜入射真空淀 积膜13A(膜厚度为1300nm)和一个无机倾斜入射真空淀积膜13B (膜厚度为2000nm)构成。无机倾斜入射真空淀积膜13A和13B 的每一个都由质量比为ZrO2∶TiO2＝90∶10的ZrO2和TiO2混合物构成。 设定在第二相位差补偿层13的第i个膜形成阶段形成的无机倾斜入 射真空淀积膜的延迟值Re(1)，使得Re(1)＜Re(2)。
之后，使用同一AAMF真空蒸镀设备，将真空蒸镀设备之内的 区域抽至1×10-4Pa的真空。在这种状态下，利用正面入射真空蒸发 技术在上述第二相位差补偿层13上形成抗反射层14。抗反射层14 具有SiO2膜(光学膜厚：λ/4)/TiO2膜(光学膜厚：λ/2)/SiO2膜(光 学膜厚：λ/4)的层压结构，其中λ表示上述参考波长。然后将透光基 底材料11上下翻转，并设置在同一AAMF真空蒸镀设备中。在这 种状态下，在透光基底材料11的发光侧表面上形成与抗反射层14 的层状结构具有相同层状结构的抗反射层15。制成了根据本发明的 用于蓝光的相位差补偿元件A1。
而且，将参考波长设定在700nm，并以和上述相同的方式制造 根据本发明的用于红光的相位差补偿元件A2。此外，将参考波长设 定在546nm，并以和上述相同的方式制造根据本发明的用于绿光的 相位差补偿元件A3。
(对比例1)
为了比较，以和范例1中相同的方式制造用于蓝光的相位差补 偿元件B1、用于红光的相位差补偿元件B2和用于绿光的相位差补 偿元件B3，只是改变形成无机倾斜入射真空淀积膜13A和13B的 次序。在对比例1中，设定在第二相位差补偿层13的第i个膜形成 阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的延迟值Re(i)，使得 Re(1)＞Re(2)。
(范例2)
以和范例1中相同的方式制造根据本发明的用于蓝光的相位差 补偿元件C1、根据本发明的用于红光的相位差补偿元件C2和根据 本发明的用于绿光的相位差补偿元件C3，只是形成第二相位差补偿 层13使之具有由四个无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C和 13D构成的层压结构。在范例中，设定在第二相位差补偿层13的第 i个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的延迟值Re(i)，使 得Re(1)＜Re(2)＝Re(3)＜Re(4)。
(对比例2)
为了比较，以和范例2中相同的方式制造用于蓝光的相位差补 偿元件D1、用于红光的相位差补偿元件D2和用于绿光的相位差补 偿元件D3，只是改变形成无机倾斜入射真空淀积膜13A、13B、13C 和13D的次序。在对比例2中，设定在第二相位差补偿层13的第i 个膜形成阶段形成的无机倾斜入射真空淀积膜的延迟值Re(i)，使 得Re(1)＜Re(2)＞Re(3)＞Re(4)。
(评估)
<雾度值>
针对在范例1、2和对比例1、2中获得的用于蓝光的每个相位 差补偿元件，利用根据JIS K7136的流程计算整个相位差补偿元件的 雾度值(％)。
(结果)
针对在范例1、2和对比例1、2中获得的每个用于蓝光的相位 差补偿元件，获得了如下所示的表1、2、3和4的每个中所列的有 关倾斜入射真空蒸镀方向的方位角α(如在图3中所定义的)、倾斜 入射真空蒸镀方向的极角β(如在图3中所定义的)、每个层的延迟 值Re和真个相位差补偿元件的雾度值的结果。
如从表1、2、3和4所清楚看出的，在把范例1和对比例1中 (其中第二相位差补偿层13、13由同样数目的无机倾斜入射真空淀 积膜构成)获得的结果彼此比较的情况下，以及在把范例2和对比 例2中(其中第二相位差补偿层13、13由相同数目的无机倾斜入射 真空淀积膜构成)获得的结果彼此比较的情况下，证明，在范例1 和2中(其中以如下方式形成第二相位差补偿层13，即以延迟值Re 递增的次序层压无机倾斜入射真空淀积膜)获得的相位差补偿元件 分别相对于对比例1和2中(其中这样形成第二相位差补偿层13， 即以除延迟值Re递增的次序之外的次序层压无机倾斜入射真空淀 积膜)获得的的相位差补偿元件具有优点，即，抑制了真空蒸镀故 障的发生，雾度值(表示混浊)小，以及诸如透射率的光学特性良 好。本发明人还确认了，对于根据本发明的用于红光的相位差补偿 元件和用于绿光的相位差补偿元件的每者，都获得了相同的优点。
分别在TN模式的液晶装置40R、40G和40B中采用在范例1 和2每个中获得的用于红光的相位差补偿元件、用于绿光的相位差 补偿元件和用于蓝光的相位差补偿元件，由此构成了图4所示的投 射型显示设备50。在这种情况下，全白状态(即最亮状态)和全黑 状态(即最暗状态)的对比率好到700∶1。在投射任意全色图像的 情况下，由于黑区的黑色程度低，图像清晰度良好，且视场角良好。 如果利用在对比例1和2每个中获得的相位差补偿元件通过与上述 相同的方式构成投射型显示设备50时，全白状态(即最亮状态)和 全黑状态(即最暗状态)的对比率等于520∶1。
利用对比例1和2每者中获得的相位差补偿元件获得的对比率 在常规水平上(大约500∶1)。发现，在采用根据本发明的相位差补 偿元件的情况下，能够精确补偿相位差，且能够获得具有良好显示 质量(例如对比度和视场角)的液晶装置和投射型显示设备。装备 有根据本发明的无机相位差补偿元件的液晶装置和投射型显示设备 优于装备有有机相位差补偿元件的液晶装置和投射型显示设备之处 在于，能够获得高耐热性、高耐光性和良好的化学稳定性等，且在 严酷的热和光条件下能够保持良好的长期使用稳定性。


工业实用性
根据本发明的相位差补偿元件能够适当地用于液晶装置，尤其 是在投射型显示设备中使用的液晶装置。