CN101424765A - 相位差补偿器、光调制***、液晶显示器和液晶投影仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及相位差补偿器、光调制***、液晶显示器和液晶投影仪，尤其是一种在正交尼科耳配置中的偏振元件对之间使用的相位差补偿器，包括：透明衬底，透明衬底和垂直于偏振元件对的光轴相垂直；第一相位差补偿层，由透明衬底支撑，第一相位差补偿层的光轴与透明衬底相垂直；以及第二相位差补偿层，包括三层或更多层堆叠膜，其中每层堆叠膜都具有倾斜于透明衬底法线的光轴，正交投影到透明衬底上的、堆叠膜中两个堆叠膜的光轴方向相互之间隔开大约180°。

Description

相位差补偿器、光调制***、液晶显示器和液晶投影仪

本申请是申请号为200580043126.6、申请日为2005年12月14日、发明名称为“相位差补偿器、光调制***、液晶显示器和液晶投影仪”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及在一对偏振元件之间使用的相位差补偿器，具体地，涉及改善其视角依赖性的相位差补偿器，和光调制***、液晶显示器，以及利用相位差补偿器的液晶投影仪。

背景技术

对于利用光学旋转和在液晶分子中的双折射来完成光调制的液晶单元来说，偏振片作为一种偏振器件被应用。在透射式液晶单元中，偏振片布置在液晶单元的光入射表面和光出射表面。偏振片在沿垂直于液晶单元的光轴方向导向。在光入射表面的偏振片用作将非偏振光转换成进入液晶单元的线性偏振光的起偏器。在光出射表面的偏振片用作根据调制光的偏振方向阻挡或透射来自液晶单元的偏振光的检偏器。作为偏振器件，线栅起偏器公知和偏振片相同。但是，一般使用偏振片。一般而言，偏振片具有一种结构，在这种结构中，带有吸收的碘和染色的PVA(聚乙烯醇)膜单轴取向，并且夹在保护层之间，同时具有透射轴和吸收轴，该透射轴和吸收轴在垂直于光轴方向的平面内彼此成直角。当非偏振光进入偏振片时，它被分束成两束彼此之间成直角的偏振光分量。平行于吸收轴的偏振光分量被阻挡，而平行与透射轴的偏振光分量透射通过。

偏振片可应用于，例如，TN(扭曲向列)液晶显示元件。TN液晶显示元件在不同的液晶元件的操作模式中具有超大规模的生产率，并且作为直视类型平板显示器和液晶投影仪的图像显示器件而广泛地使用。TN液晶显示元件具有填充在一对衬底之间的棒状液晶分子，而在这对衬底上形成透明的电极和取向膜。液晶分子组成了液晶层。液晶分子的长轴的取向保持与衬底大致平行，并且逐渐地围绕液晶层的厚度方向旋转，以便于液晶分子的长轴沿着自一个衬底到另一衬底的路径平滑地扭曲90度。当没有电压施加到液晶层时，线性偏振光的偏振方向被旋转了90度，同时沿着液晶分子的方向从一个衬底行进到另一个衬底。当将一定的电压施加到液晶层时，液晶分子的扭曲消失了，并且在厚度方向的中心附近的液晶分子处于其长轴垂直于衬底地向上的状态。相应地，线性偏振光的偏振方向在从一个衬底行进到另一个衬底时没有发生改变。

当这对偏振片被布置在上面描述的TN液晶元件的光入射侧和光出射侧，且使得该偏振片的偏振方向相互成直角(正交尼科耳配置)，入射光被第一偏振片线性起偏。当没有电压施加到液晶层时，在液晶层中的液晶分子发生扭曲，从而以90度旋转线性偏振光的偏振方向。穿过液晶层的线性偏振光能够通过第二偏振片，作为亮状态(通常是白色的)。但将一定电平的电压施加到液晶层上时，线性偏振光的偏振方向在液晶层中不会发生旋转，因此线性偏振光被第二偏振片阻断，作为暗状态。应该注意的是，在这对偏振片被布置成其偏振方向相互平行(平行尼科耳配置)的情况下，当没有电压施加到液晶层上时形成暗状态(通常是黑的)，并且当将一定电压施加到液晶层上时形成亮状态。考虑到对比度性能，虽然TN液晶元件能够用在一般的黑***中，但是实际上TN液晶元件通常用在白色***中。

另外，在正交尼科耳配置中的这对偏振片能够被应用在偏振显微镜等中。当例如矿石这样的样品被放置在偏振片之间，并且该样品通过起偏器被照亮时，如果整个样品具有光学各向同性性质，则穿过该起偏器的线性偏振光可在不改变其偏振方向的前提下向行进至检偏器，而且被检偏器阻断。因此，显微镜的观察区域是暗的。然而，如果在样品内存在光学各向异性的晶体结构，那么入射的线性偏振光由样品的双折射效应进行调制，并且调制后的光可穿过该检偏器。因此，光通过显微镜的观察区域可观察到调制后的光。

TN液晶元件由于液晶分子的双折射而具有窄视角的缺点。在通常白色的TN液晶元件中，当施加到液晶层的电压增加时，双折射占主导地位。虽然垂直于液晶元件的入射光在暗状态下被完全阻断，但是液晶层对斜入射的光表现出双折射，从而将线性偏振光转换成椭圆偏振光。因为椭圆偏振光能穿过第二偏振片，所以入射光的泄漏使得了所选择的像素的黑色不透光度(black density)下降。液晶分子的这种双折射也逐渐地出现在从白色状态向黑色状态转变的过程中，因此在分级显示中，斜入射光也部分泄漏。因此，如果斜视的话，在液晶元件上的图像的对比度就会减小。

由于TN液晶元件的这种视角属性，颜色和黑色不透光度将根据直视型平板显示器中的观察方向而发生变化，并且在液晶投影仪中屏幕上被投影的图像的对比度将减小。从公开号为2004-102200的日本专利可知，这种缺陷能通过使用相位差补偿器来加以改善，而这种相位差补偿器由两种带有不同的折射率的交替层叠的薄膜层组成，并且每个薄层的光学厚度为光的参考波长的1/100到1/5。相位差补偿器是负C板。当线性偏振光倾斜入射到垂直取向以便进行暗状态显示的液晶分子时，由于双折射而变成了寻常光和异常光。负C板用作带有负的双折射值的单轴双折射板，用于根据入射角补偿在寻常光和异常光之间的相位差。因此，椭圆偏振光被重新改造为线性偏振光，并且防止了从检偏器的光泄漏。另外，相位差补偿器能够由无机材料形成，这些无机材料具有优良的热电阻，光电阻和在物理、化学上的稳定性。因此，这种类型的相位差补偿器能够以与直视型平板显示器相同的方式有效地用于液晶投影仪。

美国专利号5,638,197描述了O-板对改善TN液晶元件的视角属性是有效的。O-板是其中主光轴倾斜于参考平面(例如液晶的衬底)的双折射体。在主光轴的方向上，没有引入双折射。通过从倾斜的方向将无机材料沉积到衬底上(斜沉积)可容易地形成O板。另外，O-板能够和C-板以及A-板结合起来使用。

Hiroyuki MORI等人在FUJIFILM RESEARCH &DEVELOPMENT No.46-2001第51-55页上发表的“Development ofWideView SA，a Film Product Widening the Viewing Angle of LCDs”公开了在作为基础的TAC膜上形成WV膜使得盘状混合物以混合取向固定。这种WV膜已经被投入到实际应用中。当在暗状态显示中，虽然在液晶层的厚度方向上分布的大部分液晶分子变成垂直取向，但是在衬底附近的液晶分子变成混合取向。也就是，根据距衬底的距离，液晶分子的长轴被逐渐地从平行于衬底的取向升高到垂直取向。日本专利公开2004-102200的双折射体不能通过在混合取向的液晶分子来补偿相位差。但是，MV膜能够通过混合取向的液晶分子来补偿相位差，这是因为盘状混合物如上面所述是混合取向的。

当在正交尼科耳配置下的这对偏振片(起偏器和检偏器)被用在偏振显微镜等中时，在透过检偏器观察样品的特定视角下无法获得充分的光遮蔽属性。如果来自起偏器的入射光的所有光通量都平行于光轴，那么就没有光线从检偏器射出。然而，在现实中，来自一般光源的光通量包括由于光的发散而自光轴倾斜的光线。例如，金属卤化物灯，超高压水银灯等带有反射镜的灯可应用在液晶投影仪等。来自这些光源的光包括许多从光轴倾斜入射的大量光通量。这种类型的入射光不能只通过利用正交尼科耳配置下的那对偏振片来充分地进行遮蔽。

在图33中，将自检偏器射出的光的等相对亮度值的点连接在一起。曲线的中心对应于0°视角，同心圆周示出各个视角，并且每个沿着曲线的***描述的角表示观察方向的每个方位角。这个曲线说明相对亮度值相应于视角变大而变高。当视角大于60°时，将观察到10％或更多的入射光。所观察到的光是泄漏的光。另外，由于具有0°和90°方位角这对偏振片的吸收轴是相互垂直的，因而光线的泄漏在距吸收轴45°的位置达到最大，并且光遮蔽属性根据该方位角具有穿过90°的旋转对称性。

已知的是，许多种相位差补偿器能够被设置在正交尼科耳配置中的这对偏振片之间的光学路径上，从而改善光遮蔽属性，特别是改善偏振片的视角属性。Claire Gu & Pochi Yeh在Journal of OpticalSociety of America A/Vol.10No.5/May 1993 p966-973上发表的“Extended Jones matrix method.II”公开了由C-板和A-板的组合形成相位差补偿器，特别是正C-板和1/4波片的组合以及负C-板和3/4波片的组合形成的相位差补偿器对于改善这对在正交尼科耳配置下的偏振片的视角属性很有效。

关于日本专利公开2004-102200中的相位差补偿器，当TN液晶元件被用于在常规白色模式下的暗状态显示器时，该补偿器能够有效地补偿由于倾斜入射到垂直取向的液晶分子的入射光引起的相位差。但是，如上所述，这不能对混合取向的液晶分子执行有效的相位差补偿。关于美国专利5,638,197中由单层斜沉积膜形成的O-板，由于不了解用于优化该板独自使用的结构或用于将该板与C-板等结合从而获得期望的视角属性的知识，所以没有进入实用阶段。关于“Development of WideView SA”中的WV膜，该WV膜能为直视型液晶显示等进行有效的相位差补偿。但是，当该WV膜被应用于液晶投影仪等的时候，其中的该膜被长时间暴露在包括短波长光在内的高强度光下，由此对于赋予WV膜10,000小时或更多的持续时间还有很多问题。

为了解决这些问题，理想的是赋予日本专利公开2004-102200中的相位差补偿器以混合取向。但是，生产和利用这种由具有混合取向的无机材料形成的相位差补偿器是很困难的。同样也是理想的是，将日本专利公开2004-102200中的负C-板和美国专利5,638,197中的O-板结合起来。但是，由于缺乏关于它的具体配置和实际效果的知识，这个概念没有商品化。

为了改善这对在正交尼科耳配置下的偏振片的视角属性，由C-板和A-板的组合形成的相位差补偿器，如“Extended Jones matrixmethod.II”中所述，是有效的。然而，在过去，只有当利用单轴拉伸的聚合体膜时，这种类型的相位差补偿器才能够形成。这种有机材料具有温度依赖性和吸湿的特性，而且它的光学属性容易随着长时间的使用或使用环境而改变。另外，在现实中，如果视角是60°或更大，那么接近10％的入射光会被泄漏掉。注意，在原理上，由两个光学双轴相差板的组合形成的相位差补偿器是已知的。尽管如此，只有当利用聚合体膜时，这种光学双轴相位差板才能够形成，并且形成过程非常困难。

本发明的目的在于提供一种相位差补偿器，它能有效地补偿由杂乱取向的液晶分子引起的相位差，而且能够以降低的成本高效地进行生产，还在于提供能有效地利用这种相位差补偿器的液晶投影仪。

本发明的另外一个目的在于提供一种相位差补偿器，对于在正交尼科耳配置下的一对偏振片而言，它具有改善的光遮蔽属性和改善的的视角相关性，并且还在于提供有效地使用相位差补偿器的光调制***和液晶投影仪。

发明内容

为了达到上述的目的和其它目的，本发明的第一实施例的相位差补偿器包括：包括每层都是由无机材料形成的形式双折射体的多层膜的第一相位差补偿层，用于补偿由在液晶层中垂直取向液晶分子引起的相位差；以及包括每层都是由无机材料形成的形式双折射体的多层膜的第二相位差补偿层，用于补偿由液晶层中混合取向液晶分子引起的相位差。优选的是，第一和第二相位差补偿层中至少一个包括每一层都是由真空沉积方法形成的多层膜。优选的是，第二相位差补偿层包括多种堆叠的斜沉积膜，这些斜沉积膜朝向沉积表面的沉积方向的方位角和极角中至少之一是不同的。优选的是，第二相位差补偿层包括三层或更多层堆叠的斜沉积膜。不要求的是，一个斜沉积膜沉积方向的方位角和极角都与其它斜沉积膜的方位角和极角不同。但是，要求一个斜沉积膜的沉积方向的方位角和极角的组合与其它斜沉积膜的不同。注意，优选的是，考虑到第二相位差补偿层的总的厚度和生产率，斜沉积膜的叠层数目是10或更少。

每个斜沉积膜的沉积方向的方位角被确定为与由TN液晶单元的取向膜给定的液晶分子的方位角不同。当根据每个斜沉积膜的方位角、极角和延迟确定每个光轴矢量的时候，光轴矢量的合成矢量A被正交地投影到平行于例如透明衬底或TN液晶单元的衬底这样的支撑体的沉积表面上，X和Y坐标值(Ax，Ay)满足下列公式：

-200nm≤Ax≤200nm以及

-500nm≤Ay≤0nm。

优选的是，在第一相位差补偿层的延迟dΔn和TN液晶单元的液晶层的双折射与该液晶层的厚度d的乘积(dΔn)_LC之间的关系如下：

-2×(dΔn)_LC≤(dΔn)≤-0.5×(dΔn)_LC。

第一相位差补偿层由交替层叠的两种具有不同折射率的多个沉积膜组成，并且每个沉积膜的光学厚度为参考波长的1/100到1/5，该厚度比利用光的干涉效应的一般光学薄膜的厚度薄很多。优选的是，在相位差补偿器的光入射表面侧和/或光出射表面侧设置抗反射层，从而避免相位差补偿器的界面反射。

第一个实施例的相位差补偿器能被应用到液晶显示器件中，例如带有TN液晶单元的直视型液晶投影仪，优选是液晶投影仪。当相位差补偿器被应用到包括与三个彩色光分量中每一个相对应的三个TN液晶单元的三片式彩色液晶投影仪时，这三个相位差补偿器，其中每个对应于一个TN液晶单元，包括至少两种相位差补偿器，而且每种相位差补偿器根据每个彩色光分量的参考波长具有彼此不同的延迟。注意，作为包括相位差补偿器的液晶投影仪，既有前向投影仪，也有背向投影仪，在前向投影仪中，图像从屏幕的前侧投射过来，在背向投影仪中，图像从屏幕的背后投射过来。

为了达到上面的目的和其它目的，用在一对处于正交尼科耳配置下的偏振元件之间的本发明的第二个实施例的相位差补偿器，包括：垂直于与一对偏振元件垂直的光轴的透明衬底，由该透明衬底支撑的第一相位差补偿层，该第一相位差补偿层的光轴与透明衬底是相互垂直的，以及包括三层或更多层堆叠膜的第二相位差补偿层，其中每层堆叠膜都具有倾斜于透明衬底法线的光轴，所述堆叠膜中两个膜的光轴正交投射到所述透明衬底上的方向相互之间隔开大约180度。注意，每个光轴都有光学各向同性，并且对应于入射光的方向，其中在该方向寻常光束和异常光束的折射率变得相等。另外，第一和第二相位差补偿层能够以无机材料形成。

由通过沉积或溅射形成的沉积膜可有效地生产第一和第二相位差补偿层。第一相位差补偿层由交替层叠的两种具有不同折射率的多个沉积薄膜组成，并且每个薄层的光学厚度为参考波长的1/100到1/5，该厚度比利用光的干涉效应的一般光学薄膜的厚度薄很多。

有效的是，在第二相位差补偿层中的一个层叠膜的光轴方向与相位差补偿器的光入射侧的偏振元件的透射轴的方向相同。另外，抗反射层设置在相位差补偿器的光入射表面侧和/或光出射表面侧。当相位差补偿器被应用到包括液晶单元的光调制***时，优选的是，相位差补偿器被布置在液晶单元的光入射表面侧。至于液晶单元，透射型和反射型都可使用。当反射型液晶单元被使用时，来自液晶单元的调制光以离轴方式进入投影透镜，并且被投射到屏幕上。

根据本发明的第一个实施例的相位差补偿器，因为用于补偿由混合取向液晶分子引起的相位差的第二相位差补偿层是由每层都是形式双折射体的多层膜形成的，所以能够进行有效的相位差补偿。第一和第二相位差补偿层中的至少一个能通过包括每层都是用真空沉积的方法形成的多层膜的手段来有效地产生。因为第二相位差补偿层包括多种堆叠的斜沉积膜，这些斜沉积膜在朝向沉积表面的沉积方向上的方位角和极角中至少之一是不同的，所以能够进行有效的相位差补偿。并且当相位差补偿器被应用到处于常规白色模式中的TN液晶元件时，因为有效地减少了由斜入射光引起的在暗状态下的泄漏光，所以被显示图像的对比度得到了改善。因为第一和第二相位差补偿层由具有很好的热电阻、光电阻以及在物理、化学上的很好的稳定性的无机材料形成，所以相位差补偿器能够按照与例如直视型液晶监视器等液晶显示器相同的方式，被应用到包括高强度光源的液晶投影仪中。因为第一相位差补偿层和第二相位差补偿层一样都是由无机材料的沉积膜形成的，因此能够在相同的过程中有效地生产该第一和第二相位差补偿层。

根据本发明的第一个实施例的相位差补偿器，其光轴与透明衬底垂直的第一相位差补偿层可被认为是用作C-板，用于根据斜入射光的入射角补偿相位差。另外，包括具有指向不同方向的相应光轴的多层膜的第二相位差补偿层被认为是用作复O-板，用于根据入射光的入射角度旋转线性偏振光的偏振方向。通过第一和第二相位差补偿层的这些效应的协作，可改善包括正交尼科耳配置下的偏振元件的光调制***的视角属性。另外，在实验中发现，当堆叠膜中的两个膜的光轴的方向相互之间隔开180度时，视角属性被进一步地改善了。优选地，两个光轴相互隔开180±5度，特别地相互之间隔开180±2度，并且特殊地相互之间隔开180度。

当在第二相位差补偿层中的层叠膜中的一层的光轴的方向与偏振元件的透射轴的方向相同时，可进行有效的光遮蔽。当第一和第二相位差补偿层都是由无机材料形成时，特别是由沉积膜形成时，相位差补偿器具有良好的热电阻，光电阻并可大规模地生产。

第二个实施例中的相位差补偿器能够被应用到包括正交尼科耳配置下的偏振元件对的各种光调制***中，优选的是例如直视型液晶监视器和液晶投影仪这样的液晶显示器，在液晶投影仪中，图像在被液晶单元调制后被投射到屏幕上。至于液晶单元，离轴的反射型能够像传输类型一样地被使用。另外，至于投影仪，前向投影仪和背向投影仪都能被使用。

附图说明

图1是利用本发明的第一个实施例的相位差补偿器的液晶显示器的示意性视图；

图2是第一个实施例的相位差补偿器的横截面视图；

图3是第一相位差补偿层的配置的示意性视图；

图4是第二相位差补偿层的配置的示意性视图；

图5是用于形成斜沉积膜的沉积器件的示意性视图；

图6是说明斜沉积膜的方位角和极角(polar angle)的解释性视图；

图7是说明斜沉积膜的光轴矢量的解释性视图；

图8是说明TN液晶元件的配置的解释性视图；

图9是说明合成矢量的解释性视图；

图10是TN液晶元件的对比度曲线图；

图11是带有实验1中的相位差补偿器的TN液晶元件的对比度曲线图；

图12是带有实验2中的相位差补偿器的TN液晶元件的对比度曲线图；

图13是带有实验3中的相位差补偿器的TN液晶元件的对比度曲线图；

图14是带有实验4中的相位差补偿器的TN液晶元件的对比度曲线图；

图15是带有实验5中的相位差补偿器的TN液晶元件的对比度曲线图；

图16是带有实验6中的相位差补偿器的TN液晶元件的对比度曲线图；

图17是应用第一个实施例的相位差补偿器的三片式彩色液晶投影仪的示意性视图；

图18是说明TN液晶元件的延迟的波长相关性的图表；

图19是第一相位差补偿层的延迟的波长相关性的图表；

图20是说明TN液晶元件和第一相位差补偿层的延迟属性的曲线图；

图21是说明改善的第一相位差补偿层的延迟的波长相关性的图表；

图22是说明改善的第一相位差补偿层的延迟属性的曲线图；

图23是用于检查本发明的第二实施例的相位差补偿器的功能的光学***的示意性视图；

图24是第二个实施例的相位差补偿器的横截面视图；

图25是第二相位差补偿层的配置的示意性视图；

图26是说明斜沉积膜的方位角和极角的解释性视图；

图27是说明正交投影到x-y平面的光轴坐标矢量的解释性视图；

图28是说明实验7中相位差补偿器的光遮蔽属性的亮度曲线图表；

图29是说明相位差补偿器的可比较的样品的光遮蔽属性的亮度曲线图表；

图30是应用了透射型TN液晶元件的液晶显示器的示意性视图，其中，第二实施例的相位差补偿器被应用到TN液晶元件上；

图31是应用了反射型TN液晶元件的液晶显示器的示意性视图，其中，第二实施例的相位差补偿器被应用到TN液晶元件上；

图32是应用了第二实施例中的相位差补偿器的三片式彩色液晶投影仪的示意性视图；以及

图33是说明当使用一般光源时，处于正交尼科耳配置下的一对偏振片的光遮蔽属性的亮度曲线图表。

具体实施方式

现在描述本发明的第一个实施例的相位差补偿器。利用了相位差补偿器的液晶显示器具有如图1所示的概念上的结构。偏振片3，4分别设置在TN液晶元件2的光入射表面一侧和光出射表面一侧。在常规白色模式下使用的偏振片3、4的偏振轴相互垂直(正交尼科耳配置)。偏振片3是将照明光转换成线性偏振光的起偏器。偏振片4是检偏器，它透射由TN液晶元件2调制的、偏振方向对应偏振片4的偏振方向的部分光，并且遮蔽来自TN液晶元件2的剩余光。

在TN液晶元件2和偏振片4之间，安装本发明第一实施例的相位差补偿器6。TN液晶元件2的液晶分子具有双折射效应，这个效应能根据液晶分子的取向和照明光的入射角，将线性偏振光转换成不同的椭圆偏振光。因此，有一种可能性会发生，即，在偏振片4处被遮蔽的光的一部分被叠加在图成像光上。相位差补偿器6补偿了由液晶分子双折射产生的寻常光和异常光之间的相位差，从而相反地将椭圆偏振光转换成线性偏振光。由于相位差补偿器6是由无机材料的沉积所形成的薄膜构成，因而该补偿器包括作为支撑用的例如玻璃衬底的透明衬底。注意，TN液晶元件2的透明衬底和偏振片4的透明衬底可以被用作支撑。注意，相位差补偿器6可以被安装在TN液晶元件2和偏振片3之间以实现相同的效果。

如图2所示，相位差补偿器6具有叠加在作为支撑的玻璃衬底10的一个侧面上的第一相位差补偿层12和第二相位差补偿层14，以及分别在第二相位差补偿层14上和玻璃衬底10的另一侧面上形成的抗反射层15、16。抗反射层15，16用于防止表面反射。作为抗反射层，例如可使用由具有低折射率的MgF₂形成的λ/4光学厚度的单层膜。另外，可使用具有由不同沉积材料形成的多个层的抗反射膜。注意，当第一和第二相位差补偿层12、14和抗反射层15、16是由沉积膜形成的时候，可使用通过电阻加热或电子束加热的真空沉积方法，或溅射沉积方法。第一相位差补偿层12和第二相位差补偿层14的相对位置可在不减小它们的光学效应的情况下反转，并且能在玻璃衬底10的每个侧面上形成。

如图3所示，第一相位差补偿层12包括交替堆叠在玻璃衬底10上的多个薄膜L1、L2。薄膜L1、L2的折射率相互不同。每个沉积方向与沉积表面是垂直的。每个薄膜的光学厚度(物理厚度和折射率的乘积)基本上小于入射光的波长λ(例如550nm)。每个薄膜的光学厚度优选是从λ/100到λ/5，更优选是从λ/50到λ/5，并且实际上是从λ/30到λ/10，这比利用光干涉的一般光学薄膜要更薄些。形成的多层膜是负双折射的C-板，(单轴双折射板)。作为负双折射C-板，而不是多层膜的第一相位差补偿层12的其它类型也能够被采用。

如下设计第一相位差补偿层12。如出版物，kogaku(日本光学期刊)，vol.27，no.1(1998)，pp.12-17，中所述，双折射Δn被定义为两个具有不同折射率的沉积膜L1、L2的光学厚度的比值。双折射Δn随着折射率的不同而变大。延迟d·Δn被定义为双折射Δn和第一相位差补偿层12的总的物理厚度d的乘积。两个膜的光学厚度的比值被设计成使得获得大的双折射Δn。那么，根据期望的延迟d·Δn确定第一相位差补偿层12的总的物理厚度。

多层沉积膜的样品可通过将40个TiO₂层和40个SiO₂层交替地沉积在玻璃衬底10上而制备出来。每层的物理厚度是15nm。光谱型椭圆偏光计可用来测量该样品的延迟。结果，该样品表现出延迟为208nm的负双折射，并且样品的寻常光轴(没有光学各向异性的轴)与玻璃衬底10是垂直的。因此，很清楚的是该样品用作负C-板。

作为沉积膜L1、L2的沉积材料，高折射率薄膜材料的例子是TiO₂(2.20到2.40)和ZrO₂(2.20)。在圆括号内的数值表示折射率。低折射率薄膜材料的例子是SiO₂(1.40到1.48)、MgF₂(1.39)和CaF₂(1.30)。作为沉积膜L1和L2的沉积材料，可能采用材料，例如CeO₂(2.45)，Nb₂O₅(2.31)，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，金刚石薄膜，LaTiO_x和钐氧化物。高折射率薄膜和低折射率薄膜的结合的例子是TiO₂/SiO₂，Ta₂O₅/Al₂O₃，HfO₂/SiO₂，MgO/Mg F₂，ZrTiO₄/Al₂O₃，CeO₂/CaF₂，ZrO₂/SiO₂，和ZrO₂/Al₂O₃。

多个沉积膜L1、L2通过沉积器件的使用而被沉积下来。沉积器件具有将玻璃衬底10与源材料屏蔽开的闸门。这个闸门选择性地打开和关闭，以便两个沉积膜L1、L2选择性地沉积在玻璃衬底10上。代替该闸门，玻璃衬底10可以被固定在以预先确定的速度移动该衬底的固定器上。通过使衬底在蒸发的源材料上穿过可交替地沉积这两个沉积膜L1、L2。由于沉积器件需要单真空过程以便获得多个薄膜，所以是有可能增加生产率的。

第二相位差补偿层14是由无机化合物形成具有O-板功能的堆叠层。作为生产方法，有斜沉积，如日本专利公开2004-212468中描述的光刻法，棒状分子的排列等。考虑到生产率，斜沉积是最可取的。下面将描述由斜沉积形成的第二相位差补偿层14。当使用斜沉积时，第一和第二相位差补偿层可以通过相同的真空方法来形成。

如图4所示，第二相位差补偿层14具有三个堆叠的斜沉积膜S1、S2、S3。如图2所示，第一堆叠斜沉积膜S1被堆叠在第一相位差补偿层12上。但是，有可能的是，第一和第二相位差补偿层12和14的位置可相互交换，这样第一斜沉积膜S1在玻璃衬底10上形成，第二和第三斜沉积膜S2和S3顺序地在第一堆叠斜沉积膜S1上形成，然后第一相位差补偿层12在第三斜沉积膜S3上形成。另外，还有可能的是，第一相位差补偿层12和第二相位差补偿层14分别在玻璃衬底10的两个侧面上形成，并且抗反射层15和16分别在第一和第二相位差补偿层12、14的最外层上形成。

与第一相位差补偿层12的沉积膜L1和L2不同，第二相位差补偿层14的斜沉积膜S1到S3从朝向沉积表面S0的斜方向被沉积下来。沉积膜S1到S3中的每一个分别具有微观的柱形元件M1到M3，M1到M3都是朝向其沉积方向斜着延伸的。如图4所示，这些柱形元件M1到M3的延伸方向相互之间不是平行的。斜沉积膜S1到S3中的每一个作为单独的一层都能显示出或形成双折射效应，并且能用作具有正双折射的O-板。但是，在本发明的第二相位差补偿层14中，多个斜沉积膜被堆叠以获得独特的光学效应。

例如，斜沉积膜S1到S3可由图5所示的沉积器件形成。以转塔的方式旋转的材料固定器21设置在基板20上。沉积材料22，23在材料固定器21里。在对真空腔抽真空之后，电子枪25向沉积材料22辐射出电子束27，从而蒸发沉积材料22。因此，能够进行真空沉积。闸门29打开或关上材料固定器21，从而开始或停止真空沉积。材料固定器21旋转以选择用于沉积的沉积材料22、23中的一个。基本上，第二相位差补偿层14是由来自一种沉积材料的多个膜层形成的。但是，通过利用材料固定器21，多个沉积材料可根据需要加以使用。

衬底固定器30被倾斜着放置在材料固定器21之上，用于支撑样品衬底26。衬底固定器30的支撑表面的法线和从沉积材料22垂直延伸的线P成角度β。因此，样品衬底26的沉积表面也与线P成β角度。通过将衬底固定器30绕着垂直于轴30a的轴旋转，可控制角度β。另外，通过将衬底固定器30绕着轴30a旋转，可控制对应于在沉积表面内的线P的方位角的角度α。因为线P对应于朝向沉积表面的沉积方向，通过改变角度α和β可以两种方式控制朝向沉积表面的沉积方向。如上所述，角度α对应于在沉积表面内的沉积方向的方位角，并且角度β对应于代表朝向沉积表面的沉积方向的倾斜角的极角。因此，在这之后，角度α被叫做方位角α，而角度β被叫做极角β。

石英晶体型的膜厚度监视器31在测量平面上监视沉积膜的厚度，从而相对地测量在样品衬底26上的沉积膜的厚度。在形成斜沉积膜的同时，椭圆偏光计32接收来自光发射器33且穿过监视器衬底28的测量光，从而相对地测量伴随双折射的相位差。膜厚度监视器31的测量平面和包括监视衬底28的相位差测量***能被旋转，以对应于衬底固定器30的极角β。另外，通过遮光板的移位，在每次完成斜沉积膜中每一层的形成时，都可暴露出测量平面和监视衬底的新的清洁表面。因此，斜沉积膜的每层的相位差都能够被监视到。根据椭圆偏光计32测量出的相位差的数据可估计出斜沉积膜的延迟。因此，通过在监视来自椭圆偏光计32和厚度监视器31的数据的情况下进行沉积，可获得包括多个层的斜沉积膜，其中每一层都具有期望的延迟。

根据上述的过程，通过监视每一层的相位差，包括多层斜沉积膜的第二相位差补偿层能在样品衬底26上形成。并且在第一相位差补偿层12首先如图2中所示形成在玻璃衬底10上的情况下，通过将玻璃衬底10固定在衬底固定器30上并且完成斜沉积以便于每一层都具有预先设计的延迟，可在第一相位差补偿层12上形成多层第二相位差补偿层14。

正如图6所示，当正交投影到在沉积表面S0上的X-Y坐标上时，朝向沉积表面S0的沉积方向P由在逆时针方向上从X轴测量的方位角α和从Z轴测量的极角β表示。极角β是没有正负方向性的与Z轴的倾斜角，而方位角α参照X轴是具有方向性的。

如图8所示，为了给液晶分子38提供90度的扭曲取向，提供了TN液晶元件2的内衬底35、36，取向膜35a、36a。取向膜35a赋予液晶分子38平行于示出图8的纸面的取向。取向膜36a赋予液晶分子38垂直于该纸面的取向。将偏振片3，4分别调整到取向膜35a、36a的取向。当饱和电压被施加时，如图8所示，分布在单元厚度方向上的中心区域的液晶分子38处于垂直取向。然而，在衬底35、36附近，存在液晶分子38的倾斜角度连续变化的区域。相位差补偿器6的第一相位差补偿层12通过在垂直取向上的液晶分子38的双折射效应补偿相位差。第二相位差补偿层14通过在分子倾斜角度连续变化的区域，也就是混合取向的区域，的液晶分子38的双折射效应补偿相位差。

液晶分子38的取向取决于制作取向膜35a和36a的摩擦方向。如图7所示，摩擦过程被应用到处于如箭头35b和36b所示方向的取向膜35a，36a中。据此，液晶分子38的取向被确定下来。注意，在图6、7中的X-Y-Z坐标***在空间中是相同的方向进行定义的。X轴的方向被确定下来以使得取向膜35a的摩擦方向35b与X轴有一个角度δ＝45°。相应地，取向膜36a的摩擦方向36b对应于与X轴成-45°的方向。当电压被应用到在这种排列中的TN液晶元件2时，分布在液晶单元厚度方向上的中心区域的液晶分子的长轴在Y-Z平面内移动，并且它的倾斜角从Y轴的正方向移动到Z轴的正方向。

沉积方向P近似对应于斜沉积膜S1的光轴。斜沉积膜S1具有自双折射效应显示出的O-板属性。但是，斜沉积膜S1表现出对平行于柱形元件M1取向的光的光学各向同性。然而，光轴进入膜S1内，且在折射率是1的介质(例如空气)和膜S1之间的交界面处发生折射，然后该光轴对应于柱形元件M1的取向。也就是，光轴根据斜沉积膜的折射率以一个角度从柱形元件的方向倾斜。因此，从精度上讲，沉积方向P和光轴不是严格的相同方向。

相应地，光轴矢量P1可根据沉积方向P和延迟(dΔn)_S1进行确定，其中，沉积方向P是当原点O为基点时由方位角α和极角β定义的，而延迟(dΔn)_S1是由斜沉积膜S1的膜厚度和双折射定义的。按照与斜沉积膜S1的光轴矢量P1相同的方式，可确定斜沉积膜S2、S3的光轴矢量P2、P3。一般而言，光轴矢量Pi是按照下面由延迟(dΔn)_Si，方位角α_i和极角β_i的组合来表示的：

Pi(x，y，z)＝((dΔn)_Si×cos α_i×tan β_i，(dΔn)_Si×sin α_i×tan β_i，(dΔn)_Si)

注意，在上面的数字中下标i表示斜沉积膜的号码(例如S1、S2、S3)。这些光轴矢量Pi的合成矢量A可如下表示：

A＝∑Pi

合成矢量A对应于由每层的延迟(dΔn)_Si加权的多层斜沉积膜的平均矢量。

为了形成具有三层的第二相位差补偿层14，斜沉积膜S1到S3有多种组合，这取决于怎样确定光轴矢量P1到P3以及为了获得光轴矢量P1到P3而对延迟(dΔn)_Si、方位角α_i和极角β_i的选择。在本发明中，赋值的基础是当合成矢量A被正交地投影到沉积表面S0时x和y的坐标值(Ax，Ay)，从而优化第二相位差补偿层14。

具体而言，当斜沉积膜S1到S3的光轴矢量P1到P3被合成并且合成矢量A如图9所示被正交投影到沉积表面S0时，其中，x-y表面是从图6中Z轴的正方向观察到的，将合成矢量A确定为使得关于合成矢量A的x和y坐标值(Ax，Ay)的条件公式1得到满足。该条件公式1如下：

(条件公式1-I)

-200nm≤Ax≤200nm以及

-500nm≤Ay≤0nm。

Ax和Ay由与图6和7中描述的XYZ坐标***相同的坐标***定义，并且被确定为对应于分布在液晶单元厚度方向上的中心区域的液晶分子的长轴取向。Ax和Ay与液晶分子的扭曲方向无关。Ax和Ay的优选值如下：

(条件公式1-II)

-100nm≤Ax≤100nm以及

-300nm≤Ay≤-50nm。

在TN液晶元件2中，变成垂直取向的液晶分子38的比例随着为暗状态显示器施加的饱和电压的值而变化。因为第一相位差补偿层12通过垂直取向的液晶分子38的双折射效应来补偿光学各向异性，所以当垂直取向的液晶分子38的比例较大时，第一相位差补偿层12的延迟值变大。垂直取向的液晶分子38的延迟在整个TN液晶单元延迟的50％到90％的范围中。

为确定第一相位差补偿层12的延迟，需要考虑另外的因素。也就是，有必要抵消在正Z轴方向上由第二相位差补偿层14引起的相位差的过量补偿。斜沉积膜S1到S3通过在TN液晶元件2的衬底附近的液晶分子补偿与相位差相关的角度。但是，为了通过近似平行于衬底的液晶分子来补偿该相位差，需要光轴近似平行于衬底的斜沉积膜，也就是，极角β接近90°，以便使得柱形元件的取向近似平行于衬底。在现实中，生产这种斜沉积膜是极其困难的。

因此，为了通过近似平行于衬底的液晶分子来补偿相位差，需要使用具有小于理论角的极角的厚斜沉积膜。结果，在垂直于衬底的方向上，进行了相位差的过量补偿。因为这个原因，第一相位差补偿层12需要具有通过第二相位差补偿层14减少过量补偿的效应。第一相位差补偿层12的延迟量被确定下来以产生负的相位差，用于抵消由第二相位差补偿层14的补偿性能导致的过量正相位差。虽然延迟量的下限是“0”，但是它的上限是取决于过量正相位差的量。特别是，膜的厚度是由例如形成膜的难度和成本所限制的。

考虑到上面的因素，在第一相位差补偿层12的负延迟(dΔn)和TN液晶元件的正延迟(dΔn)_LC之间的优选关系如下：

(条件公式2)

-2×(dΔn)_LC≤(dΔn)≤-0.5×(dΔn)_LC。

作为第二相位差补偿层14的沉积材料，和第一相位差补偿层12的沉积材料相同，可使用比如TiO₂，SiO₂，ZrO₂和Ta₂O₃的斜沉积膜形式的、具有波长无关的充足光学透明度的材料。

此后，将解释本发明的相位差补偿器6的具体实验。这些实验是用于根据对比度曲线，评价合适于TN液晶元件的第一和第二相位差补偿层的最佳结构条件。TN液晶元件所处的条件是：波长550nm处的双折射(Δn)为0.124，单元的厚度(液晶层的厚度)是4500nm，而且延迟值(dΔn)_LC为558nm。对比度曲线被形成为使得在液晶的亮状态和暗状态之间的亮度作为每个视角下的对比度而加以测量，而且具有相同对比度的视角被连接在一起。TN液晶元件本身的对比度曲线在图10中示出。从图10可以看出，对比度随视角发生巨大地改变。注意在下面描述的实验中，膜形成是第一和第二相位差补偿层的参考波长为550nm的条件下进行的。

(实验1)

作为玻璃衬底的Coming 1737(50mm×50mm)由丙酮清洗并充分地干燥，然后将其设置在用于进行通常的前沉积(β＝0°)的沉积器件内。真空腔放入空气到1×10^-4Pa，并且玻璃衬底被加热到300℃从而形成三层抗反射膜，抗反射膜是从玻璃衬底侧开始按照顺序堆叠的λ/4光学厚的SiO₂，λ/2光学厚的TiO₂和λ/4光学厚的SiO₂。参考波长λ为550nm。

在形成抗反射层之后，玻璃衬底在真空腔内被里面向外地翻转过来，以形成第一相位差补偿层。第一相位差补偿层包括多层膜，其中，两种类型的沉积膜L1、L2如图3所示被交替地堆叠。其延迟(dΔn)是负的。因为延迟(dΔn)可通过改变总的物理厚度d和双折射率Δn而在一定程度上加以控制，该第一相位差补偿层的延迟值被设置在-600nm。

以下是对第一相位差补偿层的补充解释。已知的是，迭片结构包括分别具有折射率n₁、n₂和物理膜厚度a、b的薄膜，这些薄膜以基本上短于波长的斜度(a+b)交替地堆叠，从而该迭片结构变成带有负双折射率Δn的形式双折射体。当电磁波垂直进入形式双折射体时，只存在电场平行于每一层的平面振动的TE波。因此，形式双折射体不会表现出双折射属性。然而，当电磁波斜着进入到包括多层的每个迭片结构表面时，则存在电场平行于每一层的平面振动的TE波分量，和电场垂直于每一层的平面振动的TM波分量，并且它们的有效折射率N_TE，N_TM是不同的。该有效折射率N_TE，N_TM如下所示：

$N_{\mathrm{TE}}={\{({\mathrm{an}}_1^2+{\mathrm{bn}}_2^2)/(a+b)\}}^{(1/2)}$

$N_{\mathrm{TM}}={[(a+b)/\{(a/n_1^2)+(b/n_2^2)\}]}^{(1/2)}$

有效折射率N_TE和N_TM之差是导致双折射属性的因素，而且双折射率Δn由公式计算出来：

Δn＝N_TM-N_TE

上面的公式说明双折射率Δn可以通过选择沉积层L1、L2的折射率n₁和n₂以及它们的物理膜厚度a和b来确定。进一步地，总的物理膜厚度d能通过改变沉积层L1、L2的叠片数目来确定。因此，通过选择具有光学透明度和出众的沉积稳定性的沉积材料，以及设计该膜，第一相位差补偿层的延迟(dΔn)能够接近TN液晶元件的延迟值(dΔn)_LC。

如上所述第一相位差补偿层被形成在玻璃衬底上，然后将该玻璃衬底从真空腔内取出。用丙酮再次清洗该玻璃衬底，并充分地干燥，然后将其放置在图5所示的沉积器件中。对带有两个膜的第二相位差补偿层进行沉积，以便沉积表面是第一相位差补偿层的最上面的一层膜。第一层膜是斜沉积膜S1，其中，方位角α是-137°，极角β是-45°，延迟(dΔn)_S1是150nm，第二层膜是斜沉积膜S2，其中，方位角α是-45°，极角β是33°，延迟(dΔn)_S2是180nm。在监视来自椭圆偏光计32和膜厚度监视器31的数据的情况下形成第二相位差补偿层之后，样品被从图5所示的沉积器件中取走，并且被放置在用于进行常规前沉积(normal front deposition)的沉积器件内，从而形成和首先形成的三层抗反射膜相同的三层抗反射膜。

作为用于第二相位差补偿层的斜沉积膜S1和S2的沉积材料，可使用混有10重量百分比的TiO₂的ZrO₂。为了形成膜，对真空腔应用到真空处理直到1×10^-4Pa，然后氧气被放进真空腔直到1×10^-2Pa，从而充分氧化该膜。在如上所述的实验1中，获得的第一和第二相位差补偿层的结构和参数在表1中进行了说明。

[表格1]

当实验1的相位补偿器被应用到TN液晶元件时，对比度曲线变成在图11中所示的状态。显然，在图11中的对比度曲线的视角属性是从图10中的视角属性改进而得到的，而图10示出了TN液晶元件本身的对比度曲线。

因为当斜沉积膜S1的光轴矢量P1被正交地投影到沉积表面上时，X和Y坐标值为(83，-83)，而且当斜沉积膜S2的光轴矢量P2被正交地投影到沉积表面上时，X和Y坐标值为(-110，-102)，光轴矢量P1、P2的合成矢量A的X和Y坐标值变成(-27，-183)。因此，条件公式1得到满足。另外，因为第一相位差补偿层的延迟(dΔn)是-600nm，该值处于当TN液晶元件的延迟是558nm时条件公式2中的最小值为-1118nm到最大值-279nm的范围内，所以条件公式2也得到了满足。

(实验2)

按照与实验1相同的方式，形成实验2的样品。TN液晶元件和抗反射层的结构和实验1是相同的，而且第一和第二相位差补偿层的的膜结构与实验1是不同的。第一和第二相位差补偿层的结构和参数在表格2中进行了说明。在实验2中，第二相位差补偿层具有三层膜，并且每层膜的方位角α以同一方向旋转。因此，光轴矢量P1到P3顺序地以逆时针方向以螺旋方式在沉积表面上旋转。

[表格2]

实验2的对比度曲线在图12中示出。高对比度区域变得大于实验1的高对比度区域，并且与实验1相比，对视角的依赖性变低。斜沉积膜S1到S3的光轴矢量P1到P3的合成矢量A的X和Y坐标值变成(-18，-196)。因为第一相位差补偿层的延迟是-370nm，条件公式1和条件公式2都得到了满足。

(实验3)

在实验3中，第一相位差补偿层的延迟是-440nm，并且第二相位差补偿层和实验2相同具有三层。第一和第二相位差补偿层的结构和参数在表格3中进行了说明。在实验3中，与实验2相反，第二相位差补偿层的第三层以与第一和第二层中每一个的方位角α的旋转方向相反的方向旋转，在实验2中，光轴矢量P1到P3顺序地以一个方向按螺旋方式旋转。

[表格3]

实验3的对比度曲线在图13中示出。视角属性依然保持得很好。斜沉积膜S1到S3的光轴矢量P1到P3的合成矢量A的X和Y坐标值变成(-2，-223)。因为第一相位差补偿层的延迟是-440nm，条件公式1和条件公式2都得到了满足。注意，不考虑第二相位差补偿层的三层膜的三个光轴矢量没有以螺旋的方式旋转的情况，从图12和13之间的比较可以看出，尽管对比曲线的形状发生了改变，但是对视角属性没有什么影响。

(实验4)

在实验4中，第一相位差补偿层的延迟是-500nm，并且第二相位差补偿层具有四层。第一和第二相位差补偿层的结构和参数在表格4中进行了说明。第二相位差补偿层的斜沉积膜S1到S4被确定为使得每层膜的方位角α以相同方向旋转。因此，光轴矢量P1到P4顺序地按逆时针方向以螺旋方式旋转。

[表格4]

实验4的对比度曲线在图14中示出。视角属性得到改善。斜沉积膜S1到S4的光轴矢量P1到P4的合成矢量A的X和Y坐标值变成(32，-77)。因为第一相位差补偿层的延迟是-500nm，条件公式1和条件公式2都得到了满足。

(实验5)

在实验5中，第一相位差补偿层的延迟是-470nm，并且第二相位差补偿层具有四层。第一和第二相位差补偿层的结构和参数在表格5中进行了说明。第二相位差补偿层的斜沉积膜S1到S4的每一个的方位角α以与实验4中相反的方向旋转。因此，光轴矢量P1到P4顺序地按顺时针方向以螺旋方式旋转。

[表格5]

实验5的对比度曲线在图15中示出。良好的视角属性被获得。斜沉积膜S1到S4的光轴矢量P1到P4的合成矢量A的X和Y坐标值变成(8，-191)。因为第一相位差补偿层的延迟是-470nm，条件公式1和条件公式2都得到了满足。可以发现，在当第二相位差补偿层中的各膜的光轴矢量的螺旋方向按照例子4进行确定和按照例子5进行确定时，都可获得良好的视角属性。但是，这并不意味着光轴矢量的螺旋方向不影响视角属性。当螺旋方向改变时，包括每层膜的方位角α和极角β，第二相位差补偿层中每层膜的延迟以及第一相位差补偿层的延迟的这组数据的最佳值也会改变。

(实验6)

在实验6中，第一相位差补偿层的延迟是-350nm，并且第二相位差补偿层具有五层。第一和第二相位差补偿层的结构和参数在表格6中进行了说明。斜沉积膜S1到S5的光轴矢量P1到P5以螺旋的方式旋转。

[表格6]

实验6的对比度曲线在图16中示出。良好的视角属性被获得。斜沉积膜S1到S5的光轴矢量P1到P5的合成矢量A的X和Y坐标值变成(6，-239)。因为第一相位差补偿层的延迟是-350nm，条件公式1和条件公式2都得到了满足。

如实验1到6所述，第一相位差补偿层的延迟和具有多个膜的第二相位差补偿层的适当的结构的组合能有效地补偿TN液晶元件中对视角的依赖性。特别地，第二相位差补偿层的合适的膜配置会受到第一相位差补偿层的延迟的影响，这意味着存在大量的参数组合来获得最佳视角属性。尽管如此，上面的实验示出第一和第二相位差补偿层的组合需要满足至少条件公式1和2。

基本地，第一相位差补偿层的延迟数值需要根据液晶分子的正双折射和液晶层的厚度来确定。但是，在一些种类的TN液晶元件中，当施加电压液晶分子变成垂直取向时，液晶分子的比例不是常数。因此，第一相位差补偿层的延迟值应在考虑这个比例的波动范围的情况下进行确定。另外，延迟值应该根据第二相位差补偿层的正双折射加以调整。

另外，如上所述，本发明的相位差补偿器的位置不限于在TN液晶元件的光出射表面一侧，也能在其光入射表面一侧。而且，第一相位差补偿层和第二相位差补偿层能够在各自的玻璃衬底上形成，并且在其间保持一定距离的情况下使用。进一步地，更优选的实施例之一是，分别设置在TN液晶元件的光入射表面和光出射表面上的一对偏振片的基片中的至少之一，可被作为第一相位差补偿层和/或第二相位差补偿层的基底使用。

当参考波长被设置在例如550nm用来形成第一和第二相位差补偿层时，可将本发明的相位补偿器能够应用到全色直视类型液晶显示器上，这种显示器具有作为显示元件的单板TN液晶元件。但是，因为液晶分子和相位补偿器中每一个的双折射效应是根据波长变化的，更优选的是根据每一种颜色分量的光的参考波长提供相位补偿器中各个膜的特别结构。在这种液晶显示器中，通常将用于透射作为彩色光分量的红、绿和蓝光之一的微型色彩滤波器并入到TN液晶元件中。因此，优选的是，使用具有对应于每个色彩滤波器的不同膜结构的三种相位差补偿器。

根据每个彩色光分量的参考波长改变相位补偿器的膜结构可有效地应用到包括三个对应于每个彩色光分量的TN液晶元件的三片式液晶投影仪。三片式液晶投影仪的结构在图17中示意性的示出。

在图17中，三个液晶元件50R、50G、50B分别显示具有根据红，绿和蓝色中每个颜色分量的图像的透射密度的单色图像。来自光源52的发射光通过截取滤波器53去除掉紫外和红外分量，而变成包括红、绿和蓝光的白光。白光沿着照明光轴传播时(在附图上的虚线)并且进入作为积分器的玻璃杆54。因为玻璃杆54的入射平面位于光源52的抛物线反射镜焦点位置的附近，所以来自截取滤波器53的白光在没有大的损耗下进入玻璃杆14的入射平面。

在穿过玻璃杆54之后，白光被中继透镜55和准直透镜56准直。准直后的白光在反射镜57上被朝向二色性的反射镜58R，该二色性反射镜58R是透射红光并且反射蓝光和绿光。用于红色图像50R的液晶元件由在反射镜59上反射的红光从后面照亮。在二色性反射镜58R上反射的蓝光和绿光，到达一个二色性反射镜58G，其中，只有绿光被反射。在二色性反射镜58G上由反射的绿光从后面照亮用于绿色图像50G的液晶元件。在反射镜58B、60上反射的蓝光，从后面照亮用于蓝色图像50B的液晶元件。

液晶元件50R、50G、50B包括TN液晶元件层，并且分别显示红、绿和蓝色不透明度(density)的图像。颜色重组棱镜64位于从颜色重组棱镜64的中心到液晶元件50R、50G、50B的光学距离相同的位置。颜色重组棱镜64具有两个分别反射红光和蓝色图像光的二色性平面64a、64b，以便于红色、绿色和蓝色图像光被混合成全色图像光。投影透镜***65从颜色重组棱镜64的出射平面到屏幕70的方向de投影光轴上。投影透镜***65的物方焦点在液晶元件50R、50G、50B的出射平面上。投影透镜***65的像方焦点在屏幕70上。因此，来自颜色重组棱镜64的全色图像光通过投影透镜***65而聚焦在屏幕70上。

前偏振片66R、66G、66B作为起偏器被分别设置在液晶元件50R、50G、50B的入射平面的前面。相位差补偿器67R、67G、67B和作为检偏器的后偏振片68R、68G、68B被布置在液晶元件50R、50G、50B的出射平面一侧。前偏振片66R、66G、66B和后偏振片68R、68G、68B的偏振方向相互垂直(正交尼科耳配置)。相位差补偿器67R、67G、67B中的每一个包括第一相位差补偿层和第二相位差补偿层，用于分别补偿液晶元件50R、50G、50B的每种颜色的相位差，如上所述。

虽然液晶元件50R、50G、50B具有相同的TN液晶元件，已知的是延迟(dΔn)_LC一般是根据波长而变化。图像18示出了厚度是4.5μm的TN液晶元件的波长相关性。双折射Δn根据波长变化，而且延迟(dΔn)_LC也是根据波长变化。在这幅图中，Re的意义是当根据施加的电压变成垂直取向的液晶分子的比例为70％时的有效延迟。上述的第一相位差补偿层是通过有效延迟Re补偿正相位差的。注意垂直取向的液晶分子的比例并不限于70％，并且这个比例可随着多种因素变化，比如TN液晶元件的结构、厚度、不透明度和饱和电压值。

为了有效地补偿TN液晶元件的有效延迟Re，第一相位差补偿层由交替地堆叠在衬底上的40个TiO2膜和40个SiO2膜组成，其中，每层TiO2膜具有30nm的厚度，每层SiO2膜具有20nm的厚度。如图19所示，第一相位差补偿层的负延迟的绝对数值(dΔn)取决于波长，这是因为TiO2膜和SiO2膜的折射率具有波长相关性。第一相位差补偿层被设计成有效地补偿在可见光区域具有高可见度的550nm波长处的相位差。但是，如图20所示，在较短的波长一侧，不能执行适当的相位差补偿。

考虑到上述问题，在本发明中，每个相位差补偿器67R、67G、67B的第一相位差补偿层的厚度，可通过利用包括厚度比波长足够小的沉积膜的第一相位差补偿层的特征，而根据每个颜色通道进行改变。也就是，负双折射Δn通过两种沉积膜的折射率和其厚度的比值来确定，并且延迟值通过改变与双折射Δn相乘的总的膜厚度(堆叠的每个层的数目)进行控制。图21示出了一个例子。

在这个例子中，第一相位差补偿层的厚度分别为蓝，绿和红光加以改变。在沉积膜中的TiO2膜和SiO2膜在每个色彩通道的物理厚度为20nm和30nm。但是，根据当参考波长λ为450nm，即接近蓝色分量光的中心波长时TN液晶元件413nm的延迟，用于蓝色光的第一相位差补偿层具有72层堆叠膜和1.8nm的总的膜厚度d。以相同的方式，当参考波长λ为绿色分量光的550nm时，用于绿色光的第一相位差补偿层具有80层堆叠膜和2.0μm的总的膜厚度d。还有当参考波长λ为红色分量光的650nm时，用于红色光的第一相位差补偿层具有82层堆叠膜和2.1μm的总的膜厚度d。

结果，正如在图22中所表示，证明液晶元件50R、50G、50B的每种颜色通道的延迟可根据每种颜色光的各自波长得到很好的补偿。在纯蓝色背景被投影到屏幕70上时，液晶元件50B的整个区域处于亮的状态，并且液晶元件50R、50G的整个区域处于暗的状态。在这个时候，由在液晶元件50R、50G里由于施加了饱和电压而垂直取向的液晶分子的双折射效应引起的正相位差，可由负延迟有效地加以补偿，其中的负延迟是由分别在相位差补偿器67R和67G中提供的用于红光和绿光的第一相位差补偿层获得的。因此，来自作为检偏器的偏振片68R和68G的发散光几乎不会产生，这实现了在没有模糊的情况下的鲜明的纯蓝色背景的投影。

因为相同的原因，当白光被投射到屏幕的整个区域和当屏幕的整个区域处于暗状态两者之间的对比度从500：1提高到700：1。另外，为了投射一般的全色图像，图像的清晰度可通过填满的黑色而得到改善。注意，正如从图22中看出的，用于绿光和红光的第一相位差补偿层的波长相关性比用于蓝光的波长相关性要低。相应地，有可能的是，具有相同的总膜厚度的第一相位差补偿层可分别用于绿光和红光。在这种情况下，优选的是，参考600nm波长确定总的膜厚度。

如上所述，当本发明的相位差补偿器被应用于三片式彩色液晶投影仪时，有效的是至少针对每两个颜色通道调整该第一相位差补偿层总膜厚度。上述的解释只考虑了液晶元件50R、50G、50B的延迟(dΔn)_LC的波长相关性。但是，在相位差补偿器67R、67G、67B的每一个中的第二相位差补偿层在每个颜色通道中还具有不同的参考波长，并且具有对应于每个参考波长的特定结构。第二相位差补偿层和液晶分子具有相同的正延迟。因此，优选为了进行调整，第一相位差补偿层的总膜厚度增加。注意，即使进行了调整，每个颜色通道的第一相位差补偿层的负延迟也能满足条件公式2。

有可能的是，上述相位差补偿器67R、67G、67B分别位于液晶元件50R、50G、50B中每一个的光入射表面。另外，存在一种情况，即，在液晶元件中使用包括多个微型透镜的微型透镜阵列，其中一个微型透镜对应于用于一个像素以便提高孔径效率。在这种类型的液晶元件中，一般地，进入液晶层的照明光的入射角度分布比进入微型透镜阵列的照明光的入射角度分布要宽。因此，为了有效地补偿相位差，优选相位差补偿器67R、67G、67B分别位于液晶元件50R、50G、50B中每一个的光出射表面。

期望的是，通过使用其中如上面所述对第一和第二相位差补偿层进行了优化的相位差补偿器67R、67G、67B，可使得在屏幕70上的对比度变成1000：1或更高。另外，由于相位差补偿器只由无机材料形成，所以没有热电阻和光电阻的问题。因此，本发明的相位差补偿器能可有效地应用于比如可以长期使用的家用背投电视的产品。

此前，描述了本发明的第一个实施例的相位差补偿器和液晶投影仪。至于用于形成相位差补偿器的衬底，一些透明无机材料可与玻璃衬底一样被使用。为了应用到液晶投影仪中，优选的材料是具有高热导性的蓝宝石衬底和石英衬底。另外，有可能的是，第一相位差补偿层和第二相位差补偿层分别形成在单独的透明衬底上。并且透镜、棱镜，一些种类的滤波器和在光学***中的液晶元件的衬底能够用作相位差补偿层的透明衬底。

接下来，描述本发明的第二个实施例的相位差补偿器。注意，在第二个实施例中的元件，如果也在第一个实施例中被使用，则被赋予和第一个实施例中相同的附图标记，并且省略了对这些元件的详细的解释。如图23所示，相位差补偿器102设置在偏振片103和104之间，并且这些部件102到104被导向垂直于光轴105的方向。偏振片103和104为正交尼科耳配置，其中偏振片103和104的透射轴相互成直角。当照明光107只包括平行于光轴105的光束时，即使没有相位差补偿器102，光也不从在光出射一侧的偏振片104发散出来。但是，当照明光107包括不平行于光轴105的光束时，如果没有相位差补偿器102，光将从偏振片104发散出来。通过相位差补偿器102的使用，即使当照明光包括倾斜于光轴105的光时，也能大大减少来自偏振片104的发散光108。

如图24所示，相位差补偿器102具有和在图2中的相位差补偿器6基本相同的结构。但是，如图25所示，第二相位差补偿层114包括四种斜沉积膜S1到S4。在这种实施例中，第一斜沉积膜S1堆叠在第一相位差补偿层12上。然而，有可能的是第一和第二相位差补偿层12和114的位置可交换，从而第一斜沉积膜S1形成在玻璃衬底10上，第二到第四层斜沉积膜S2到S4顺序地形成在第一斜沉积膜S1上，然后第一相位差补偿层12形成在第四层斜沉积膜S4上。另外，也有可能的是，第一相位差补偿层12和第二相位差补偿层114被分别形成在玻璃衬底10的两侧，而且抗反射层15和16分别形成在第一和第二相位差补偿层12和114的最外层。

与第一相位差补偿层12的沉积膜L1和L2不同的是，第二相位差补偿层114的斜沉积膜S1到S4以朝向沉积表面S0的斜方向被沉积。沉积膜S1到S4中的每一层分别具有微观柱形元件M1到M4，它们向其沉积方向斜着延伸。斜沉积膜S1到S4中的每一层作为单独的层次能够表现出形式双折射效应，并且能够用作具有正双折射的O-板。但是，斜沉积膜S1到S4表现了对平行于柱形元件M1到M4的方向的光的光学各向同性。相应地，光轴进入到膜S1到S4中，并且在折射率为1的介质(比如空气)和膜S1到S4之间的界面上发生折射，然后该光轴对应于柱形元件M1到M4的方向。也就是，光轴以一个根据斜沉积膜的折射率的角度倾斜于柱形元件的方向。斜沉积膜S1到S4的沉积方向不平行于沉积表面S0，并且相互不同从而柱形元件M1到M4的方向也相互不同。相应地，当光轴被正交地投影到沉积表面S0上时，每层膜S1到S4的光轴的方位角也彼此不同。

斜沉积膜S1到S4可以和第一个实施例中相位差补偿器6的第二相位差补偿层14一样，通过图5中所示的沉积器件来形成。如图26所示，当朝向沉积表面S0的沉积方向P被正交地投影到在沉积表面S0上的X-Y坐标上时，该沉积方向P可由方位角α和极角β表示，其中α是以逆时针的方向从X轴开始测量的，而β是从Z轴开始测量的。极角β无正负方向的情况下从Z轴开始的倾斜角，而方位角α具有参考X轴的方向性。X轴的方向被确定成与偏振片103和104的透射轴103a和104a成δ＝45°的角度。X轴的方向在斜沉积膜S1到S4中是共用的。注意，如图33所示，由于这对正交尼科耳配置下的偏振片3、4的视角属性具有90°的旋转对称性，所以X轴的方向不会受到限制。

斜沉积膜S1到S4中的每一层大致对应于其每一个的沉积方向。斜沉积膜S1到S4中的每一层作为单独的一层能够显示出形式双折射效应，并且可用作具有正双折射的O-板。如上所述，准确地讲，斜沉积膜S1到S4中的每一层的光轴并不是完全与沉积方向P相同。但是，因为由微小的未对准而引起的效应在实际使用中可被忽略，所以每一层斜沉积膜的光轴的方向能由方位角α和极角β约计。

为了形成第二相位差补偿层114，可确定每一层斜沉积膜S1到S4的方位角α和极角β。每一层斜沉积膜S1到S4的沉积材料的折射率是给定的，并且每一层斜沉积膜S1到S4的光轴方向被假设近似地对应其沉积方向。因此，和斜沉积方向一样，每一层斜沉积膜S1到S4的光轴可被设置在一个期望值上。发明人利用对每一层斜沉积膜S1到S4的方位角α和极角β的控制，制作出了包括斜沉积膜S1到S4的第二相位差补偿层114的不同样品，并且估计出了每个样品的视角依赖性。结果，证实第二相位差补偿层114的视角属性得到了改善，特别是当包括三层或更多的斜沉积膜，且其中的两层各自投影到沉积表面上的光轴相互之间隔开180°。

注意，为了改善视角属性，除了方位角α和极角β之外，还有各种不同的参数，比如每一层斜沉积膜的膜厚度和延迟。虽然彻底地检查这些参数和视角属性之间的关系是非常困难的，但是稍后描述的实验7可证明具有出众的用于实际目的的视角属性。至于第二相位差补偿层114的沉积材料，和第一相位差补偿层12的沉积材料相同，可使用斜沉积膜的形式中具有与波长无关的充足光学透明性的材料，例如TiO₂，SiO₂，ZrO₂和Ta₂O₃。

(实验7)

此后，描述本发明的相位差补偿器102的具体实验。和实验1到6相同，在形成抗反射层之后，在真空腔内将玻璃衬底从里到外地翻转，从而形成在图2中所示的第一相位差补偿层。第一相位差补偿层是负的C-板，其延迟(dΔn)是-341nm.

将如上所述其上形成有第一相位差补偿层12的玻璃衬底从真空腔中取出。用丙酮清洗玻璃衬底，并充分地干燥，然后将其设置在图5所示的沉积器件中。沉积具有四层膜的第二相位差补偿层，从而该沉积表面是第一相位差补偿层的最上面一层膜。第一层膜是斜沉积膜S1，其中方位角α是-46.5°，极角β是14°，而且延迟(dΔn)_S1是106nm。第二层膜是斜沉积膜S2，其中方位角α是135°，极角β是45°，而且延迟(dΔn)_S2是111nm。第三层膜是斜沉积膜S3，其中方位角α是-42°，极角β是10°，而且延迟(dΔn)_S3是87nm。第四层膜是斜沉积膜S4，其中方位角α是-45°，极角β是12.5°，而且延迟(dΔn)_S4是88nm。在形成包括斜沉积膜S1到S4的第二相位差补偿层之后，将样品从图5中所示的沉积器件上取走，并且将其设置在用于完成常规前沉积的沉积器件中，从而形成和图2所示的抗反射膜15相同的三层抗反射膜。

至于第二相位差补偿层114的斜沉积膜S1到S4的沉积材料，可使用与重量百分比为10的TiO₂混合的ZrO₂。为了形成膜，对真空腔施加真空处理直到1×10^-4Pa，然后将氧气送入真空腔直到1×10^-2Pa，从而使该膜充分氧化。在上面描述的实验7中，获得的第一和第二相位差补偿层的结构和参数在表格7中进行了说明。

[表格7]

关于每层斜沉积膜Si(i＝1到4)，根据沉积方向P确定光轴矢量Pi，这个沉积方向P是由下面的参数确定的：方位角α和极角β，以及由斜沉积膜Si的膜厚度和双折射定义的延迟(dΔn)_si。一般地，光轴矢量Pi以延迟(dΔn)_si、方位角α_i和极角β_i的组合示出如下：

Pi(x，y，z)＝((dΔn)_Si×cosα_i×tanβ_i，

(dΔn)_Si×sinα_i×tan β_i，(dΔn)_Si).

计算投影矢量Ai，该投影矢量Ai是如图26所示正交投影到的X-Y平面上的光轴矢量Pi。计算结果如下：

A₁(x，y)＝(18.29，-19.35)

A₂(x，y)＝(-78.49，78.49)

A₃(x，y)＝(11.64，-10.48)

A₁(x，y)＝(13.69，-13.69)

图27是这些计算结果的图解。

正如从表格7和图27中看出的，投影矢量A₁到A₄的特征是每个投影矢量A₂和A₄的方位角α相互之间间隔180°，这个方位角α近似地等于每层斜沉积膜的光轴的方位角。为了设计第二相位差补偿层114，有可能改变下面这些参数：斜沉积膜的数目，每层膜的厚度，光轴的方位角等等。通过估计这些例子和计算膜结构，可以发现，如上面所述，与第一相位差补偿层12一起使用的第二相位差补偿层114包括三层或更多的斜沉积膜，并且其中至少两层都各自具有相互之间隔开180°的方位角。注意光轴的方位角能近似为斜沉积膜方向的方位角。另外，在这个实验中，每层斜沉积膜S2、S4的方位角α的方向对应在光入射表面的偏振片103的透射轴103a的方向。

当实验7的相位差补偿器102如图23所示被布置在偏振片103，104之间时，光遮蔽属性如图28所示。在图中，虽然保持了视角依赖性，但总体上降低了从偏振片104的出射表面泄漏的光的亮度。用于比较的样品的光遮蔽属性如图29所示。在这个比较样品中，存在延迟为-220nm的第一相位差补偿层12和包括单层斜沉积膜的第二相位差补偿层114，其中沉积膜的沉积方位角为135°，延迟为413nm。至于比较样品，知道的是，作为负C-板的第一相位差补偿层和正O-板的第二相位差补偿层的组合的相位差补偿器，能改善在正交尼科耳配置下的这对偏振片的光遮蔽属性。但是，可证实的是，实验7的相位差补偿器能有效地改善光遮蔽属性。

在设计本发明的包括第一相位差补偿层12和第二相位差补偿层114的相位差补偿器时，由于存在许多参数，例如，由第一相位差补偿层12中每一层膜的双折射和厚度确定的延迟、在第二相位差补偿层114中的膜的数量、光轴的方位角(斜沉积的方位角)、第二相位差补偿层114中每一层膜的双折射和厚度，因而为了获得优选的光遮蔽属性，可存在大量的参数组合。但是，清楚的是，当第一相位差补偿层12包括三个或更多的斜沉积膜，并且至少其中的两层各自具有方位角相互之间隔开180°的光轴(斜沉积的方位角是180°)时，可有效地改善光遮蔽属性。

如图30所示，优选地，将相位差补偿器102应用到液晶显示器上。至于用于显示图像的液晶元件，TN液晶元件106被使用。本发明的相位差补偿器102被***在光入射侧的偏振片103和TN液晶元件106之间。在光入射侧的偏振片103和在光出射侧的偏振片104为正交尼科耳配置，其中两个偏振片的透射轴的方向以90°交叉，以便将该液晶显示器用在常规的白色模式下。照明光134被偏振片103转换成线性偏振光，并且穿过相位差补偿器102、TN液晶元件106和偏振片104，而发散成为图像光135。当TN液晶元件106处于暗状态时，即使照明光134包括不平行于光轴105的流明量，也可防止泄漏光的产生，而且可以通过相位差补偿器102的性能获得良好的光遮蔽属性和视角属性。

在这个例子中，考虑到在TN液晶元件106内包含在这对透明衬底之间的液晶分子的双折射，有必要控制相位差补偿器102中的第一相位差补偿层12的延迟值。也就是，除了补偿来自斜入射进入偏振片103的光束的相位差之外，第一相位差补偿层12还需要补偿由TN液晶元件106内的液晶分子的双折射产生的寻常光和异常光之间的相位差。相位差补偿器的补偿度能够通过根据TN液晶元件106内的液晶单元的厚度控制第一相位差补偿层12的厚度来进行控制。

如在图31中所示，优选地，将相位差补偿器102应用到离轴型液晶显示器中，该离轴型液晶显示器具有用于图像显示的反射型TN液晶元件136。在这个反射型TN液晶元件136中，液晶单元的背面是反射表面，并且入射光轴105a和出射光轴105b不是同心的。透射穿过偏振片103的照明光134作为线性偏振光穿过液晶单元。然后，入射光在反射表面上被反射而且再次穿过液晶单元从而形成发散的光。考虑到在常规的白色模式下的使用，液晶单元的厚度被确定成使得当反射型TN液晶元件136处于暗状态时，入射光的偏振方向在光变成发散光的同时转了90°。另外，在光入射侧的偏振片103和在光出射侧的偏振片104处于正交尼科耳配置下。

还是在离轴型液晶显示器中，当反射型TN液晶元件136处于暗状态时，利用相位差补偿器102的性能可以避免来自偏振片104的泄漏光的产生而且获得视角属性。和在图30中的例子相同的是，在这个例子中，考虑到反射型TN液晶元件136内的液晶分子的双折射，有必要控制相位差补偿器102中的第一相位差补偿层12的延迟值。注意，当控制第一相位差补偿层12的厚度时，有必要考虑在液晶单元中的光学路径长度是反射型TN液晶元件136中液晶单元厚度的两倍。

将本发明的第二个实施例的相位差补偿器的参考波长设置在例如550nm以形成第一和第二相位差补偿层时，该相位差补偿器能被应用到全色直视型液晶显示器中，这种全色直视型液晶显示器具有作为显示元件的TN液晶元件单板。还是在这种情况下，优选的是，提供具有不同膜结构的三种类型的相位差补偿器，从而与包括在TN液晶元件中的每种色彩滤波器相对应。

另外，根据每种彩色光分量的波长改变相位差补偿器的膜结构可被有效地应用到三片式液晶投影仪中，该投影仪包括三个对应于每种彩色光分量的TN液晶元件。三片式液晶投影仪的结构在图32中被示意性地示出。

在图32中说明的液晶投影仪的结构基本上和在图17中说明的液晶投影仪相同，但是本发明的第二实施例中的相位差补偿器167R、167G、167B被分别提供在液晶元件50R、50G、50B的光入射表面侧。如上所述，相位差补偿器167R、167G、167B中的每一个都包括第一相位差补偿层和第二相位差补偿层，分别用于补偿液晶元件50R、50G、50B的每种颜色的相位差。另外，相位差补偿器167R、167G、167B利用处于正交尼科耳配置下的偏振片66R、66G、66B和偏振片68R、68G、68B改善光遮蔽性能。

当本发明的第二个实施例中的相位差补偿器被应用到三片式彩色液晶投影仪时，第一相位差补偿层被设计成和第一个实施例中的相位差补偿器相同。另外，在相位差补偿器167R、167G、167B中每一个中的相位差补偿层也被设计成具有对应于每个颜色通道的特定结构。第二相位差补偿层具有与液晶分子相同的正延迟。相应地，优选的是，为了进行调整而增加第一相位差补偿层总的膜厚度。

期望的是，通过利用其中的第一和第二相位差补偿层按如上所述进行优化的相位差补偿器167R、167G、167B，在屏幕70上的对比度可变成1000：1或更高。另外，因为相位差补偿器只由无机材料形成，所以没有热电阻或光电阻的问题。因此，本发明的相位差补偿器能被有效地应用到例如长时间使用的家用背投式电视的各种产品中。

在第二个实施例中的相位差补偿器，关于产生线性偏振光的起偏振器和根据光的偏振方向具有光遮蔽属性的检偏器，线格起偏器能够和偏振片一样地被使用。另外，按照与由多层沉积膜组成相同的方式，第一相位差补偿层能由自短距(short pitch)胆甾型液晶产生的聚合物组成。也就是，公知的是将和胆甾型液晶具有相同结构的层用作负C-板，其中，该胆甾型液晶中螺旋状液晶分子的间距是光波长的1/10和1/5之间，并且它的螺旋轴与衬底垂直。例如，按照如下所述形成该层。首先，对衬底的表面进行加工以使其具有平行于液晶分子的长轴的取向。接下来，具有可聚合分子结构的胆甾型液晶被涂敷在衬底上以形成上述的胆甾型结构。然后，将光聚合过程或类似的过程应用到胆甾型液晶上从而消除流质。

另外，可将正C-板能应用到第一相位差补偿层。在这种情况下，首先，对衬底的表面进行加工使其具有一个垂直于液晶分子的长轴的取向。接下来，具有可聚合分子结构的杆状液晶单体被涂敷到衬底上以形成单畴取向膜。然后，将光聚合过程或类似的过程应用到单畴取向膜上从而消除流质。

和第一个实施例中的相位差补偿器相同，关于用于形成第二个实施例中的相位差补偿器的衬底，可使用一些能和玻璃衬底一样使用的透明的无机材料。优选材料是具有高热导性的蓝宝石衬底和石英衬底，以便应用到液晶投影仪中。另外，有可能的是第一相位差补偿层和第二相位差补偿层被分别形成在单独的透明衬底上。透镜、棱镜、一些种类的滤波器，和在光学***中的液晶元件的衬底都可用作用于相位差补偿层的透明衬底。

工业适用性

本发明是优选应用到利用偏振光的器件中，特别是与液晶相关的器件中。

Claims (10)

1.一种在正交尼科耳配置中的偏振元件对之间使用的相位差补偿器，包括：

透明衬底，该透明衬底和垂直于所述偏振元件对的光轴相垂直；

第一相位差补偿层，由所述透明衬底支撑，该第一相位差补偿层的光轴与所述透明衬底相垂直；以及

第二相位差补偿层，包括三层或更多层堆叠膜，其中每层堆叠膜都具有倾斜于所述透明衬底法线的光轴，正交投影到所述透明衬底上的、所述堆叠膜中两个堆叠膜的所述光轴方向相互之间隔开大约180°。

2.如权利要求1所述的相位差补偿器，其中所述第一和第二相位差补偿层由无机材料形成。

3.如权利要求2所述的相位差补偿器，其中所述第二相位差补偿层中的所述堆叠膜是斜沉积膜。

4.如权利要求2所述的相位差补偿器，其中所述第一相位差补偿层是由交替层叠的两种具有不同折射率的多层沉积膜组成，并且所述多层沉积膜中每一层的光学厚度为参考波长的1/100到1/5。

5.如权利要求2所述的相位差补偿器，正交投影到所述透明衬底上的、所述第二相位差补偿层中所述层叠膜中之一的光轴的方向，与在所述相位差补偿器的光入射侧的所述偏振元件的透射轴的方向相同。

6.如权利要求1所述的相位差补偿器，还包括：设置在所述相位差补偿器的光入射表面侧和/或光出射表面侧的抗反射层。

7.一种光调制***，包括如权利要求5或6所述的相位差补偿器和设置在所述相位差补偿器的光出射侧的液晶单元。

8.一种液晶显示器，包括透射型液晶单元和如权利要求5或6所述的相位差补偿器，所述液晶单元被设置在所述相位差补偿器的光出射表面侧。

9.一种液晶投影仪，包括透射型液晶单元、如权利要求5或6所述的相位差补偿器、以及用于对所述液晶单元调制的光进行投影的投影透镜，其中所述液晶单元被布置在所述相位差补偿器的光出射表面侧。

10.一种液晶投影仪，包括反射型液晶单元、如权利要求5或6所述的相位差补偿器、以及用于对所述液晶单元调制的光进行投影的离轴型投影透镜，其中所述液晶单元被布置在所述相位差补偿器的光出射表面侧。

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