(57)【要約】【課題】耐久性と波長選択性が高い、吸収型の波長選択偏光素子を提供すること【解決手段】波長選択偏光素子１０は、可視波長帯域の光に対して透明な基板４と、前記基板の上に形成され、着色された吸収層２と、を有し、吸収層は、それぞれが格子方向を長手方向とし、同じ構造を持つ複数の構造体を有し、該複数の構造体は格子方向と直交する周期方向に沿って、前記可視波長帯域の最短波長よりも短い周期で配列されており、前記吸収層を構成する材料は、可視波長帯域内の第１波長帯域の光に対して得られる最大消衰係数ｋｍａｘと、前記可視波長帯域内の前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の光に対して得られる最小消衰係数ｋｍｉｎが、０．１＜ｋｍａｘ−ｋｍｉｎ＜０．５なる条件を満たす。【選択図】図１
2015152835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視波長帯域の光に対して透明な基板と、
前記基板の上に形成され、着色された吸収層と、
を有し、
前記吸収層は、それぞれが第１の方向を長手方向とし、同じ構造を持つ複数の構造体を有し、該複数の構造体は前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って、前記可視波長帯域の最短波長よりも短い周期で配列されており、
前記吸収層を構成する材料は、可視波長帯域内の第１波長帯域の光に対して得られる最大消衰係数ｋｍａｘと、前記可視波長帯域内の前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の光に対して得られる最小消衰係数ｋｍｉｎが、
０．１  ＜  ｋｍａｘ−ｋｍｉｎ  ＜  ０．５
なる条件を満たすことを特徴とする波長選択偏光素子。
【請求項２】
第２波長帯域内の最大透過率−１０％の波長と第１波長帯域内の最小透過率＋１０％の波長の間の帯域が１００ｎｍ以下の帯域幅を有することを特徴とする請求項１に記載の波長選択偏光素子。
【請求項３】
前記吸収層の前記第２の方向の周期に対する前記第２の方向の各構造体の幅の割合を前記吸収層の全域で平均することによって得られる、前記吸収層の平均充填率ＦＦａが、
０．０５  ＜  ＦＦａ  ＜  ０．５
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の波長選択偏光素子。
【請求項４】
それぞれが前記第１の方向を長手方向とし、同じ構造を持つ複数の薄膜から構成される薄膜層を更に有し、該複数の薄膜は前記第２の方向に沿って、前記可視波長帯域の最短波長よりも短い周期で配列されており、
各薄膜は前記吸収層の各構造体と前記基板の間に配置され、
波長５５０ｎｍにおける前記薄膜層の屈折率ｎ１が、
１．８  ＜  ｎ１  ＜  ２．５
なる条件を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の波長選択偏光素子。
【請求項５】
前記薄膜層の前記第２の方向の周期に対する前記第２の方向の各薄膜の幅の割合を前記薄膜層の全域で平均することによって得られる、前記薄膜層の平均充填率ＦＦｒが、
０．０５  ＜  ＦＦｒ  ＜  ０．７
なる条件を満たすことを特徴とする請求項４に記載の波長選択偏光素子。
【請求項６】
前記吸収層を構成する材料の吸収最大波長λａｐと前記薄膜層の前記第１の方向の偏光成分の反射最大波長λｒｐが、
０  ＜  | λａｐ−λｒｐ | ＜ ５０ｎｍ
なる条件を満たすことを特徴とする請求項４または５に記載の波長選択偏光素子。
【請求項７】
それぞれが前記第１の方向を長手方向とし、同じ構造を持つ複数の多層膜から構成される多層膜層を更に有し、前記複数の多層膜は前記第２の方向に沿って、前記可視波長帯域の前記最短波長より短い周期で配列されており、
各多層膜は高屈折率薄膜層と低屈折率薄膜層が交互に積層されることによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の波長選択偏光素子。
【請求項８】
波長５５０ｎｍの光に対する前記高屈折率薄膜層の材料の屈折率ｎＨ、前記低屈折率薄膜層の材料の屈折率ｎＬが、
１．８  ＜  ｎＨ  ＜  ２．５
１．２  ＜  ｎＬ  ＜  １．６
なる条件を満たすことを特徴とする請求項７に記載の波長選択偏光素子。
【請求項９】
前記吸収層を構成する材料の吸収最大波長λａｐと前記多層膜層の前記第１の方向の偏光成分の反射最大波長λｒｐが、
０  ＜  | λａｐ−λｒｐ | ＜ ５０ｎｍ
なる条件を満たすことを特徴とする請求項７または８に記載の波長選択偏光素子。
【請求項１０】
前記吸収層と前記多層膜層が積層されていることを特徴とする請求項７乃至９のうちいずれか１項に記載の波長選択偏光素子。
【請求項１１】
前記吸収層の各構造体は染料または顔料を分散した樹脂組成物から構成されていることを特徴とする請求項１乃至１０のうちいずれか１項に記載の波長選択偏光素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のうちいずれか１項に記載の波長選択偏光素子を有することを特徴とする光学系。
【請求項１３】
請求項１２に記載の光学系を有することを特徴とする投射型表示装置。
【請求項１４】
前記光学系は、
前記可視波長帯域の特定波長帯域の偏光方向を９０度変換する波長選択位相子と、
偏光状態により光を透過と反射に分離する偏光ビームスプリッタと、
を有し、
前記波長選択偏光素子は前記波長選択位相子と前記偏光ビームスプリッタの間に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の投射型表示装置。
【請求項１５】
前記光学系は、
偏光状態により光を透過と反射に分離する偏光ビームスプリッタと、
複数の色光を合成する合成手段と、
を有し、
前記波長選択偏光素子は前記偏光ビームスプリッタと前記合成手段の間に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の投射型表示装置。
【請求項１６】
色光を変調する透過型光変調素子を更に有し、
前記光学系は、
前記透過型光変調素子によって光変調された色光を合成する合成手段と、
偏光状態により光を透過と反射に分離する偏光ビームスプリッタと、
を有し、
前記波長選択偏光素子は前記透過型光変調素子と前記合成手段の間に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の投射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長選択偏光素子、光学系および投射型表示装置に関する
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、青色光と赤色光が射出する偏光ビームスプリッタと色合成素子との間に青波長帯域吸収型の波長選択偏光素子を有する投射型表示装置を開示している。特許文献２は、無機微粒子層と反射層がワイヤグリッド構造（１次元格子構造）で、耐久性が高い吸収型の波長選択偏光素子を開示しており、実施例１０において、無機微粒子の材料を選択することを開示している。なお、特許文献３は、画素を構成する複数の光電変換領域のそれぞれに対向するように配置され、光電変換領域に入射する光を画素毎に色分離するカラーフィルタを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−７１７６１号公報
【特許文献２】特開２００８−２１６９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の構成は、赤色光の黒表示（光を投影しない状態、黒表示）時の検光性能が低く、黒表示時の赤色光が偏光ビームスプリッタを透過して投影され、コントラストが低下してしまう。また、特定波長帯域の偏光方向を９０度回転させる波長選択位相子で所望の特性からはずれた漏れ光（赤色光で回転しなかった偏光成分、青色光で回転した偏光成分）によって、白表示（光を投影する状態、明表示）時の色純度も低下してしまう。
【０００５】
また、投射型表示装置は、明るさ向上の要請から、光源からより強い輻射熱を受け、波長選択偏光素子も高い耐久性が求められる。特許文献１の青波長帯域吸収型の波長選択偏光素子は染料系材料を含有させた延伸ポリマーフィルムであり、これは収縮し易く、強い輻射熱に対して耐久性が低い。また、延伸により製造するためにベース材料の選択に限界がある。更に、特許文献１の赤波長帯域吸収型の波長選択偏光素子は青波長帯域の透過率が低く、波長選択性が十分でなく、実用上用いることが困難である。
【０００６】
一方、特許文献２は、使用している吸収層の材料が金属または半導体であり、減衰係数の波長特性が可視波長帯域内で急激に変化しないため、波長選択性が十分でない。
【０００７】
本発明は、耐久性と波長選択性が高い、吸収型の波長選択偏光素子、光学系および投射型表示装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の波長選択偏光素子は、可視波長帯域の光に対して透明な基板と、前記基板の上に形成され、着色された吸収層と、を有し、前記吸収層は、それぞれが第１の方向を長手方向とし、同じ構造を持つ複数の構造体を有し、該複数の構造体は前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って、前記可視波長帯域の最短波長よりも短い周期で配列されており、前記吸収層を構成する材料は、可視波長帯域内の第１波長帯域の光に対して得られる最大消衰係数ｋｍａｘと、前記可視波長帯域内の前記第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の光に対して得られる最小消衰係数ｋｍｉｎが、
０．１  ＜  ｋｍａｘ−ｋｍｉｎ  ＜  ０．５
なる条件を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐久性と波長選択性が高い、吸収型の波長選択偏光素子、光学系および投射型表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の波長選択偏光素子の構造を示す模式図である。
【図２】図１（ｃ）に示す波長選択偏光素子の変形例の模式図である。
【図３】図１（ａ）に示す波長選択偏光素子の遷移波長帯域幅を説明するためのグラフである。
【図４】図１に示す波長選択偏光素子を利用した投射型表示装置の光路図と色合成素子の透過率のグラフである。
【図５】図１に示す波長選択偏光素子を利用した別の投射型表示装置の光路図である。
【図６】図１（ａ）に示す波長選択偏光素子の透過率および反射率のグラフである。（実施例１、２、３）
【図７】比較例の波長選択偏光素子の透過率および反射率のグラフである。
【図８】ＴｉＯ２の構造複屈折を説明するためのグラフである。（実施例４）
【図９】図１（ｂ）の薄膜層と波長選択偏光素子全体の透過率および反射率のグラフである。（実施例４）
【図１０】ＴｉＯ２およびＳｉＯ２の構造複屈折を説明するためのグラフである。（実施例５、６）
【図１１】図１（ｃ）の多層膜層と波長選択偏光素子全体の透過率および反射率のグラフである。（実施例５）
【図１２】図１（ｃ）の多層膜層と波長選択偏光素子全体の透過率および反射率のグラフである。（実施例６）
【図１３】図１（ｃ）の波長選択偏光素子の透過率および反射率のグラフである。（実施例７）
【図１４】図１（ｄ）の波長選択偏光素子の透過率および反射率のグラフである。（実施例８）
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１（ａ）は、本実施形態の波長選択偏光素子１０の断面図（上側）及び平面図（下側）である。本実施形態の波長選択性偏光素子１０は、可視波長帯域（波長４３０ｎｍ〜６５０ｎｍ）の光に対して透明な基板４と、基板４上に形成された１次元格子構造の吸収層２を有する。即ち、吸収層２は、それぞれが格子方向（第１の方向）を長手方向とし、同じ構造を持つ複数の構造体２ａを有する。各構造体２ａは格子方向に直交する断面が矩形構造を有し、同一のライン幅を有するように構成されている。
【００１２】
複数の構造体２ａは、格子方向と直交する図１（ａ）の左右方向の周期方向（第２の方向）に沿って可視波長帯域の最短波長よりも短い格子周期ｐａで一定間隔に配列されている。吸収層２は着色組成物で構成され、可視波長帯域内の第１波長帯域の光を吸収し、可視波長帯域内の第１波長帯域と異なる第２波長帯域の光を透過する特性を有する。
【００１３】
吸収層２の形状異方性により、第１波長帯域に吸収の異方性が発生する。即ち、第１波長帯域の光に対して、１次元格子構造の周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、第１波長帯域とは異なる第２波長帯域の光に対して、偏光方向によらず透過する特性を有し、波長選択偏光素子を得ることができる。
【００１４】
本実施形態の波長選択偏光素子は延伸ポリマーフィルムを用いる必要がないため、ベース材料の選択性に優れ、耐熱性の高い材料を用いることによって従来の波長選択偏光素子よりも耐久性を向上させることができる。
【００１５】
着色組成物には減衰係数の波長特性が可視波長帯域内で急激に変化する材料が使用される。特に、可視波長帯域内で吸収最大波長λａｐを有し、最大消衰係数ｋｍａｘと最小消衰係数ｋｍｉｎが以下の条件式を満たす材料を用いることにより波長選択性の高い波長選択偏光素子を得ることができる。なお、媒質に光が入射したときに光がどの程度吸収されるかを示す定数は吸収係数αと呼ばれ、入射前の光強度をＩ０、入射後の光強度をＩ、ｚを進入深さとすると、Ｉ＝Ｉ０ｅ−αｚで表される。消衰係数ｋは、光の波長λとしてｋ＝（４πｋ）／λで表される。
【００１６】
０．１  ＜  ｋｍａｘ−ｋｍｉｎ  ＜  ０．５                   （１）
最大消衰係数ｋｍａｘは第１波長帯域内、最小消衰係数ｋｍｉｎは第２波長帯域内にある。これは、例えば、特許文献３の透過率と膜厚から導出することが可能である。（１）式の下限を満たさないと波長選択偏光素子の波長選択性が低くなるため好ましくない。また、（１）式の上限を満たさないと材料の選択性が狭くなるため好ましくない。
【００１７】
図３は、波長選択偏光素子１０の遷移波長帯域幅を説明するためのグラフであり、横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率または反射率（％）である。図３は後述する図６などの格子方向の偏光成分の透過率である。「遷移波長帯域幅」とは、第２波長帯域（青波長帯域）内の最大透過率−１０％（Ｔｍａｘ−１０％）の波長と第１波長帯域（赤波長帯域）内の最小透過率＋１０％（Ｔｍｉｎ＋１０％）の波長の間の帯域を意味する。
【００１８】
遷移波長帯域幅が狭いほど、波長選択偏光素子の波長選択性が高くなる。特許文献２の偏光素子では遷移波長帯域幅が１００ｎｍ以上であるのに対して実施例１の遷移波長帯域幅は６０ｎｍと狭く、波長選択性が高いことが分かる。即ち、本実施形態によれば、図３に示すように、第１波長帯域と第２波長帯域の間の遷移波長帯域が１００ｎｍ以下の帯域幅を有する波長選択性の高い波長選択偏光素子を得ることができる。
【００１９】
吸収層２の着色組成物は染料または顔料を分散した樹脂組成物で構成され、所望の特性を得ることができる。染料または顔料は分光透過率特性、耐熱性、耐光性、樹脂への分散性およびその安定性を考慮して選択することができる。
【００２０】
具体的にはモノアゾ系材料，ジアゾ系材料，縮合ジアゾ系材料、フタロシアニン系材料、アントラキノン系材料、レーキ系材料など種々あり、さらにそれらを混合することによって所望の材料が得られる。顔料の微粒子径は分光透過率特性、分散性、均一性、安定性を考慮して選択することができる。一般には、顔料を分散した樹脂組成物のほうが耐久性が高く好ましい。顔料を分散するベース樹脂材料は光重合型アクリル系材料や光架橋型ポリビニルアルコール系材料に代表される感光性樹脂（カラーレジスト）やポリイミド系材料に代表される非感光性樹脂が公的に用いられる。
【００２１】
吸収層２の製造にはスクリーン印刷法、インクジェット法、フォトリソグラフィー法、ナノインプリント法等を用いることができる。吸収層２は波長以下の格子周期のため、フォトリソグラフィー法やナノインプリント法がより適している。
【００２２】
顔料を分散するベース樹脂材料が感光性材料の場合、材料塗布後に露光、現像を行う簡易な製造工程で１次元格子形状を製造することができる。顔料を分散するベース樹脂材料が非感光性材料ではレジストを用いて塗布、露光、現像を行い、レジストのパターニングを行った後、エッチングにより１次元格子形状を製造することができる。感光性材料と比較して製造工程数が増えるが、着色特性や耐熱性の点で優れたベース材料を選択することができる。
【００２３】
また、ナノインプリント法を用いて染料または顔料を分散した樹脂組成物に直接１次元格子構造を製造することもできる。その場合、着色特性や耐熱性により優れた材料を選択することができるが、ナノインプリントによる成形性の高い材料を選択するほうが好ましい。
【００２４】
吸収層２の平均充填率ＦＦａは以下の条件式を満足することが好ましい。
【００２５】
０．０５  ＜  ＦＦａ  ＜  ０．５                      （２）
ここで、充填率は周期方向の吸収層２の格子周期ｐａに対する周期方向の各構造体２ａのライン幅ｗａの割合（ｗａ／ｐａ）で定義し、平均充填率ＦＦａは吸収層の全域における充填率の平均で定義している。（２）式の上限を満足しないと波長選択偏光素子の第１波長帯域における消光比が低減するので好ましくない。また、（２）式の下限を満足しないと波長選択偏光素子の吸収層のライン幅が狭く、消光比を得るために格子高さが増大するので、素子を製造することが困難になるので好ましくない。
【００２６】
図１（ａ）のような理想的な１次元構造が好ましいが、製造方法によっては縦壁の角度が傾いてテーパー形状となったり、材料の種類によっては凹凸形状が発現したりする。しかしながら、充填率として平均充填率として（２）式を満たせばよい。
【００２７】
図１（ｂ）は、本実施形態の別の波長選択偏光素子１１の断面図（上側）及び平面図（下側）である。波長選択偏光素子１１は、可視波長帯域の光に対して透明な基板４と、基板４上に設けられた１次元格子構造の吸収層２と、吸収層２と基板４の間に配置され、１次元格子構造の薄膜層３０と、を有する。
【００２８】
薄膜層３０は、それぞれが格子方向を長手方向とし、同じ構造を持つ薄膜３０ａから構成される。各薄膜３０ａは格子方向に直交する断面が矩形形状を有し、同一のライン幅を有するように構成されている。
【００２９】
複数の薄膜３０ａは周期方向に沿って、可視波長帯域の最短波長より短い格子周期ｐｒで一定間隔に配列されている。波長以下の周期で配列された透明な材料の１次元格子構造は構造複屈折と呼ばれる異方性媒質として作用し、周期方向と格子方向の屈折率は有効屈折率法（ＥＭＴ：Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｍｅｄｉｕｍ  Ｔｈｅｏｒｙ）を用いて近似できる。
【００３０】
薄膜層３０は周期方向の偏光成分を可視波長帯域の全域で透過し、格子方向は第１波長帯域を反射し、第２波長帯域を透過することができる。薄膜層３０に高屈折率材料を用いると周期方向はｎｐと基板の屈折率差が小さいため、可視波長帯域全域で透過率が高い。格子方向はｎｇと基板の屈折率が大きいため、反射が発生する。膜厚を調整することによって第２波長帯域を透過し、第１波長帯域を反射することが可能になる。このため、薄膜層３０は高屈折率材料を用いることが好ましく、波長５５０ｎｍにおける薄膜層３０の屈折率ｎ１は以下の条件を満たすことが好ましい。
【００３１】
１．８＜ｎ１＜２．５                                         （３）
数式３の下限を満たさないと第２波長帯域を透過し、第１波長帯域を反射することが困難になる。数式３の上限を満たさないと材料選択の範囲が狭くなる。
【００３２】
図１（ｂ）のように吸収層２を入射側に配置することによって、格子方向の偏光成分の第１波長帯域については吸収層２で吸収するが、吸収せずに透過する成分を薄膜層３０で反射させ、吸収層に再吸収させることができる。このため、吸収層２を入射側にしたほうが薄膜層３０を入射側にするよりも消光比を向上させることができる。
【００３３】
また、薄膜層３０の平均充填率ＦＦｒが以下の条件式を満足することが好ましい。
【００３４】
０．０５  ＜  ＦＦｒ  ＜  ０．７                      （４）
ここで、充填率は周期方向の薄膜層３０の格子周期ｐｒに対する周期方向の各薄膜３０ａのライン幅ｗｒの割合（ｗｒ／ｐｒ）で定義し、平均充填率ＦＦｒは薄膜層の全域における充填率の平均で定義している。（４）式の上限を満足しないと、格子方向の波長選択性の低減と周期方向の反射が増加してしまうので好ましくない。（４）式の下限を満足しないと、充填率が低過ぎて薄膜層３０が安定しなくなるので好ましくない。なお、吸収層２の平均充填率ＦＦａと薄膜層３０の平均充填率ＦＦｒは同じでもよいし異なっていてもよい。
【００３５】
また、格子方向の可視波長帯域内で波長選択性を高くするために以下の条件式を満足することがさらに良い。
【００３６】
１／２ ＜ ｎ（ＴＥ）×ｄ／λｒｐ ＜ ７／４                   （５）
ここで、ｄは薄膜層３０の格子高さ、λｒｐは薄膜層３０の格子方向の偏光成分の反射最大波長であり、ｎ（ＴＥ）は格子方向の構造複屈折の有効屈折率であり、以下の式で表される。
【００３７】
【数１】
2015152835.tif 000003
【００３８】
ここで、ｎｍａｔは材料の屈折率、ｎａｉｒは空気の屈折率である。
【００３９】
また、周期方向の基板４との反射を下げるために以下の条件式を満足することがさらによい。
【００４０】
０  ≦  ｜ｎ（ＴＭ）−ｎｓ｜ ＜ ０．３                （７）
ここで、ｎｓは基板４の屈折率、ｎ（ＴＭ）は周期方向の構造複屈折の有効屈折率であり、以下の条件式で表される。
【００４１】
【数２】
2015152835.tif 000004
【００４２】
図１（ｃ）は、本実施形態の更に別の波長選択偏光素子１２の断面図（上側）及び平面図（下側）である。波長選択偏光素子１２は、可視波長帯域の光に対して透明な基板４と、基板４上に形成された１次元格子構造の吸収層２と、吸収層２と基板４の間に配置された１次元格子構造の多層膜層３１と、を有する。
【００４３】
多層膜層３１は、それぞれが格子方向を長手方向とし、同じ構造を持つ多層膜３１ａを有する。各多層膜２ａは格子方向に直交する断面が矩形構造を有し、同一のライン幅を有するように構成されている。
【００４４】
複数の多層膜は、図１（ｃ）の左右方向の周期方向に沿って、可視波長帯域の最短波長より小さい格子周期ｐｒで一定間隔に配列されている。各多層膜３１ａは高屈折率の薄膜層と低屈折率の薄膜層が交互に積層された構成である。
【００４５】
周期方向は屈折率差が小さいため、可視波長帯域全域で透過率が高い。格子方向は屈折率が大きいため、多層膜反射が発生する。膜厚を調整することによって第２波長帯域を透過し、第１波長帯域を反射することが可能になる。１次元格子構造の多層膜層３１を有することによって、波長選択偏光素子の第１波長帯域における消光比と波長選択性をさらに向上させることができる。
【００４６】
多層膜層３１の平均充填率ＦＦｒは以下の条件式を満足することが好ましい。
【００４７】
０．０５  ＜  ＦＦｒ  ＜  ０．５                      （９）
ここで、充填率は周期方向の多層膜層３１の格子周期ｐｒに対する周期方向の各多層膜のライン幅ｗｒの割合（ｗｒ／ｐｒ）で定義し、平均充填率ＦＦｒは多層膜層全域における充填率の平均で定義している。（９）式の上限を満足しないと、多層膜層３１において周期方向の偏光成分の反射が増大するので好ましくない。（９）式の下限を満足しないと、充填率が低過ぎて多層膜層３１が安定しなくなるので好ましくない。なお、吸収層２の平均充填率ＦＦａと多層膜層３１の平均充填率ＦＦｒは同じでもよいし異なっていてもよい。
【００４８】
また、周期方向の反射を下げるために以下の式を満足することが好ましい。
【００４９】
０  ≦  ｜ｎＨ（ＴＭ）−ｎＬ（ＴＭ）｜ ＜ ０．３             （１０）
ここで、ｎＨ（ＴＭ）、ｎＬ（ＴＭ）はそれぞれ（６）式で表せられる高屈折率薄膜層および低屈折率薄膜層の有効屈折率である。
【００５０】
また、波長５５０ｎｍの光に対する高屈折率の薄膜層の材料の屈折率ｎＨ、低屈折率の薄膜層の材料の屈折率ｎＬが以下の条件式を満足することが好ましい。
【００５１】
１．８  ＜  ｎＨ  ＜  ２．５                          （１１）
１．２  ＜  ｎＬ  ＜  １．６                          （１２）
（１１）、（１２）式を満足しないと、周期方向の偏光成分の透過率が低下するため好ましくない。
【００５２】
薄膜層は酸化物やフッ化物で構成され、適切に選択することができる。具体的な材料としては、高屈折率層はＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＺｎＯ、ＨｆＯ２、ＺｒＯ２、低屈折率層はＳｉＯ２、ＭｇＦ２などが適している。
【００５３】
薄膜層および多層膜層は真空蒸着法やスパッタ法やゾルゲル法を用いて成膜し、フォトリソグラフィー法を用いて１次元格子構造を製造することができる。多層膜層３１上に吸収層２を設け、吸収層２を顔料を分散した光感光性樹脂組成物（カラーレジスト）から構成する場合、多層膜層３１及び吸収層２を成膜後、吸収層２を露光、現像し、吸収層２をマスクとして多層膜層３１をエッチングにより形成できる。また、吸収層２の露光および現像はナノインプリント法を用いることもできる。
【００５４】
また、吸収層２を構成する材料の吸収最大波長λａｐと薄膜層または多層膜層の格子方向の偏光成分の反射最大波長λｒｐが以下の条件式を満足することが好ましい。
【００５５】
０  ＜  | λａｐ−λｒｐ | ＜ ５０ｎｍ                （１３）
（１３）式を満足しないと、第１波長帯域における格子方向の反射光が増加し、消光比が低下するので好ましくなくなる。
【００５６】
吸収層２と薄膜層３０または多層膜層３１を有する波長選択偏光素子１１または１２は、吸収層２と薄膜層３０または多層膜層３１を適宜変更することによって所望の透過率および反射率を得ることができる。吸収層２を厚くし、多層膜層数を増やせば透過光の消光比を向上させることができる。
【００５７】
吸収層２と薄膜層３０または多層膜層３１は直接積層されているが、相互干渉効果を有効に利用しているわけではないので、必ずしも積層する必要はない。このため、図２（ａ）に示すように吸収層２と薄膜層３０または多層膜層３１を別基板上に作成してもよいし、図２（ｂ）に示すように同一基板の両側に作成してもよい。
【００５８】
図１（ｄ）は、本実施形態の別の波長選択偏光素子１３の断面図（上側）及び平面図（下側）である。波長選択偏光素子１３は、可視波長帯域の光に対して透明な基板４と、基板４上に形成された２つの１次元格子構造の吸収層２２と、２つの吸収層２２に挟まれた１次元格子構造の多層膜層３１と、を有する。基板側から入射する光の反射光を低減することができ、投射型表示装置に波長選択偏光素子を用いた場合のゴーストを低減することができる。なお、両側の吸収層の厚さは同じでもよいし、異なってもよい。
【００５９】
図４（ａ）は、本実施形態の波長選択偏光素子を用いた投射型表示装置（液晶プロジェクタ）５Ａの光路図である。
【００６０】
図４（ａ）の矢印は白表示における赤色光Ｒ（波長５８０ｎｍ〜６５０ｎｍ）、緑色光Ｇ（波長５１０ｎｍ〜５７０ｎｍ）、青色光Ｂ（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍ）のそれぞれの光線の光路を示している。実線がＳ偏光（紙面垂直方向に電場が振動する偏光状態）、破線がＰ偏光（紙面内で電場が振動する偏光状態）である。
【００６１】
投射型表示装置５は、光源６０、照明光学系、色分離合成系、反射型液晶光変調素子６１ｂ、６１ｒ、６１ｇ、投射光学系６２を有する。
【００６２】
光源６０は、例えば、リフレクタを有する高圧水銀ランプから構成されるが、レーザ光源など他のものでもよい。照明光学系は、不図示のＵＶ−ＩＲ（紫外光・赤外光）カットフィルタ、インテグレータ、コンデンサーレンズ、無偏光の光の偏光方向を揃える偏光変換素子５１を含む。
【００６３】
色分離合成系は、ダイクロイックミラー５２、１／２波長板５３、偏光素子５４、本実施形態の波長選択偏光素子、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）５５ｇ、５５ｂｒ、光学位相補償素子５６ｂ、５６ｒ、５６ｇ、色合成素子５７、波長選択位相子５８を有する。波長選択偏光素子は、図１（ａ）乃至図１（ｄ）のいずれの構成を使用してもよいが、図４（ａ）では、図１（ｂ）と図１（ｃ）に示す波長選択偏光素子１１ｒ、１１ｂ、１２ｒ、１２ｂを使用する。色合成素子５７は複数の色光を合成する合成手段である。投射光学系６２はスクリーンなどの被投射面に画像光を投射する。
【００６４】
動作において、高圧水銀ランプから発光した白色光がリフレクタで反射され、略平行光束に変換されて射出される。照明光学系は、反射型液晶光変調素子６１ｂ、６１ｒ、６１ｇを照明し、照明光は偏光変換素子５１によってＰ偏光に偏光が揃えられる。
【００６５】
ダイクロイックミラー５２は、可視波長帯域の光をそれぞれ透過と反射に分離し、ここでは緑色光を透過、青色および赤色光を反射する。ダイクロイックミラー５２を透過したＰ偏光の緑色光Ｇは１／２波長板５３を透過してＳ偏光に変換され、偏光素子５４を透過して偏光度が向上し、ＰＢＳ５５ｇに入射する。ＰＢＳは偏光状態により光を透過と反射に分離する。
【００６６】
ＰＢＳ５５ｇの偏光分離面で反射された緑色光Ｇは光学位相補償素子５６ｇを透過し、緑用の反射型液晶表示素子６１ｇに入射し、変調される。白表示の場合、変調された光はＰ偏光となって射出され、ＰＢＳ５５ｇを透過する。ＰＢＳ５５ｇを透過した緑色光Ｇは１／２波長板５３を透過してＳ偏光に変換され、偏光素子５４を透過して偏光度が向上し、図４（ｂ）の特性を有する色合成素子５７で反射され、投射光学系６２により投射される。図４（ｂ）において、横軸は波長、縦軸は透過率である。
【００６７】
ダイクロイックミラー５２を反射した青色光Ｂは偏光素子５４を透過して偏光度が向上し、波長選択位相子５８をＰ偏光の状態を維持したまま透過し、波長選択偏光素子１１ｂおよび１１ｒを透過し、ＰＢＳ５５ｂｒに入射する。波長選択位相子は特定波長帯域の偏光方向を９０度変換し、波長選択位相子５８は赤色光の偏光方向を９０度回転させる素子である。
【００６８】
ＰＢＳ５５ｂｒを透過した青色光Ｂは光学位相補償素子５６ｂを透過し、青用の反射型液晶表示素子６１ｂに入射し、変調される。波長選択偏光素子１１ｂは、青波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、赤波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光素子（青波長用偏光素子）である。波長選択偏光素子１１ｂの吸収層２の１次元格子の格子方向がＳ偏光方向（紙面垂直方向）に配置され、青色光ＢのＳ偏光成分のみを吸収する。波長選択偏光素子１１ｒは、赤波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、青波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光素子（赤波長用偏光素子）である。
【００６９】
波長選択偏光素子１１ｒの吸収層２の１次元格子の格子方向がＰ偏光方向（紙面内方向）に配置され、赤色光ＲのＰ偏光成分を吸収する。波長選択偏光素子１１ｂおよび１１ｒを透過することによって、青用の反射型液晶表示素子６１ｂに入射する波長選択位相子５８で回転しなかった赤色光のＰ偏光成分をカットすることができる。
【００７０】
白表示の場合、青用の反射型液晶表示素子６１ｂで変調された光はＳ偏光となって射出され、ＰＢＳ５５ｂｒの偏光分離面で反射される。ＰＢＳ５５ｂｒを反射した青色光Ｂは波長選択偏光素子１２ｂおよび１２ｒを透過し、図４（ｂ）の特性を有する色合成素子５７を透過して投射光学系６２により投射される。
【００７１】
波長選択偏光素子１２ｂは波長選択偏光素子１１ｂと同じ青波長用偏光素子であるが、吸収層の１次元格子の格子方向がＰ偏光方向（紙面内方向）に配置され、青色光ＢのＰ偏光成分を吸収する。
【００７２】
波長選択偏光素子１１ｒは波長選択偏光素子１０ｒと同じ赤波長用偏光素子であるが、吸収層の１次元格子の格子方向がＳ偏光方向（紙面垂直方向）に配置され、赤色光ＲのＳ偏光成分を吸収する。
【００７３】
波長選択偏光素子１２ｂおよび１２ｒを透過することによって、青用の反射型液晶表示素子６１ｂ、光学位相補償素子５６ｂ、偏光ビームスプリッタ５５ｂｒで漏れた青色光ＢのＰ偏光成分をカットすることができる。この結果、黒表示時の青色光のコントラストの向上と白表示時の青色光の色純度の向上が可能になる。
【００７４】
ダイクロイックミラー５２を反射した赤色光Ｒは偏光素子５４を透過して偏光度が向上し、波長選択位相子５８でＳ偏光に変換されて透過し、波長選択偏光素子１１ｂおよび１１ｒを透過し、ＰＢＳ５５ｂｒに入射する。
【００７５】
ＰＢＳ５５ｂｒで反射された赤色光Ｒは光学位相補償素子５６ｒを透過し、赤用の反射型液晶表示素子６１ｒに入射し、変調される。波長選択偏光素子１１ｂおよび１１ｒを透過することによって、赤用の反射型液晶表示素子６１ｒに入射する波長選択位相子５８で回転してしまった青色光のＳ偏光成分をカットすることができる。
【００７６】
白表示の場合、赤用の反射型液晶表示素子６１ｒで変調された光はＰ偏光となって射出され、ＰＢＳ５５ｂｒの偏光分離面を透過する。ＰＢＳ５５ｂｒを透過した赤色光Ｒは波長選択偏光素子１２ｂおよび１２ｒを透過し、図４（ｂ）の特性を有する色合成素子５７を透過して投射光学系６２により投射される。
【００７７】
波長選択偏光素子１２ｂおよび１２ｒを透過することによって、赤用の反射型液晶表示素子６１ｒ、光学位相補償素子５６ｒ、偏光ビームスプリッタ５５ｂｒで漏れた赤色光ＲのＳ偏光成分をカットすることができる。この結果、黒表示時の赤色光のコントラストの向上と白表示時の赤色光の色純度の向上が可能になる。
【００７８】
本実施形態の波長選択偏光素子は、偏光ビームスプリッタ５５ｂｒと色合成素子５７または偏光ビームスプリッタ５５ｂｒと波長選択位相子（カラーセレクト）５８の間に設け、コントラストを向上させ、投射型表示装置の耐久性を向上させている。
【００７９】
特に、青色光と赤色光が射出する偏光ビームスプリッタ５５ｂｒと色合成素子５７の間に、青波長帯域吸収型の波長選択偏光素子１２ｂおよび赤波長帯域吸収型の波長選択偏光素子１２ｒを用いる。これによって、青色光、赤色光の黒表示時の検光性能を向上させ、コントラストを向上させることができる。また、偏光ビームスプリッタ５５ｂｒと波長選択位相子５８の間に青波長帯域吸収型の波長選択偏光素子１１ｂおよび赤波長帯域吸収型の波長選択偏光素子１１ｒを配置して波長選択位相子５８での漏れ光を検光し、白表示時の色純度を向上させることができる。
【００８０】
本実施形態の波長選択偏光素子は延伸ポリマーフィルムを用いる必要がないため、ベース材料の選択性が広がり、耐熱性の高い材料を用いることができる。このため、従来の波長選択偏光素子と比較して耐久性を向上させることができ、投射型表示装置の耐久性も向上させることができる。
【００８１】
図４（ａ）では、青波長帯域の波長選択偏光素子および赤波長帯域の波長選択偏光素子を別素子として用いているが、同一基板上に青波長帯域の波長選択偏光素子と赤波長帯域の波長選択偏光素子を井桁構造に積層することができる。また、同一基板の両面にそれぞれ作成することもできる。また、偏光ビームスプリッタや波長選択位相子上に作成することもできる。
【００８２】
また、偏光素子５４は緑色光の光路にのみ配置されるので、一般的な波長選択性のない偏光素子を用いることができるが、実施例１〜８を緑波長帯域に変更した波長選択偏光素子を用いることができる。
【００８３】
また、偏光ビームスプリッタ５５ｂｒと色合成素子５７との間および偏光ビームスプリッタ５５ｂｒと波長選択位相子５８の間に青波長帯域の波長選択偏光素子および赤波長帯域の波長選択偏光素子を用いているが、必ずしも全て必要ではない。所望の投射型表示装置の性能、目的に対して適宜選択することができる。
【００８４】
また、図４（ａ）は反射型液晶表示素子を３枚用いた投射型表示装置の構成例であって、反射型液晶表示素子の数、各光学素子配置、波長帯域、光路構成等を適宜変更し、それに適した波長選択偏光素子を用いてもよい。
【００８５】
図５は、本実施形態の波長選択偏光素子を用いた別の投射型表示装置（液晶プロジェクタ）５Ｂの光路図である。投射型表示装置５Ｂは、光源６０、照明光学系、ミラー４９、色分離合成系、透過型光変調素子６３ｂ、６３ｒ、６３ｇ、投射光学系６２を有する。光源６０、照明光学系、投射光学系６２は図４（ａ）と同様である。
【００８６】
色分離合成系は、可視波長帯域の光をそれぞれ透過と反射に分離するダイクロイックミラー５２Ａと、光変調された光を合成する合成プリズム（合成手段）５９と、本実施形態の波長選択偏光素子１３ｒ、１３ｇ、１３ｂを有する。
【００８７】
ダイクロイックミラー５２Ａは、青色光Ｂを透過し、緑色光Ｇと赤色光Ｒを反射する。青色光Ｂは、ミラー４９によって反射偏向され、透過型光変調素子６３ｂに入射し、変調される。緑色光Ｇは、ダイクロイックミラー５２Ｂによって反射偏向され、透過型光変調素子６３ｇに入射し、変調される。赤色光Ｒは、ダイクロイックミラー５２Ｂを透過して２つのミラー４９によって反射偏向され、透過型光変調素子６３ｒに入射し、変調される。
【００８８】
白表示の場合、変調された青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒはそれぞれ青用の波長選択偏光素子１３ｂ、緑用の波長選択偏光素子１３ｇ、赤用の波長選択偏光素子１３ｒを透過し、合成プリズム５９で合成され、投射光学系６２により被投射面に投射される。
【００８９】
本実施形態の波長選択偏光素子は、透過型光変調素子６３ｒ、６３ｇ、６３ｒと合成プリズム５９の間に設けられているのでコントラストを向上させることができる。
【００９０】
また、透過型液晶表示素子内部には入射側偏光子と液晶層と射出側偏光子が設けられている。この入射側偏光子および射出側偏光子にも本実施形態の波長選択偏光素子を用いることができる。
【００９１】
本実施形態の波長選択偏光素子は延伸ポリマーフィルムを用いる必要がないため、ベース材料の選択性が広がり、耐熱性の高い材料を用いることができる。このため、従来の波長選択偏光素子と比較して耐久性を向上させることができ、投射型表示装置の耐久性も向上させることができる。
【実施例１】
【００９２】
実施例１は、図１（ａ）に示す波長選択偏光素子１０を使用する。
【００９３】
吸収層２の材料は、青波長帯域（波長４３０ｎｍ〜４９０ｎｍ）を透過し、赤波長帯域（波長５８０ｎｍ〜６５０ｎｍ）を吸収する特性を有する材料であり、一般にカラーフィルターの材料として知られている着色組成物である。この着色組成物の赤波長帯域内の最大消衰係数と青波長帯域内の最小消衰係数の差は０．３、吸収最大波長λａｐは６２０ｎｍである。このため、赤波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、青波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光子となる。格子周期ｐａは２００ｎｍ、平均充填率ＦＦａ（吸収層ライン幅ｗａ／格子周期ｐａ）は０．２、格子高さｄａは４００ｎｍである。
【００９４】
格子高さｄａは所望の透過率になるように適宜変更することができる。また、入射側の媒質は空気、基板ガラスの屈折率は１．５である。これらについては以下の実施例においても同様である。
【００９５】
図６（ａ）は、実施例１の波長選択偏光素子の格子方向の偏光成分の透過率および反射率、周期方向の偏光成分の透過率および反射率を厳密結合波解析（ＲＣＷＡ）で計算した結果を示している。Ｔは透過率、Ｒは反射率を表す。黒菱形は格子方向の透過率、黒三角は格子方向の反射率、白菱形は格子方向の透過率、白三角は周期方向の反射率を表し、これは他の実施例、比較例でも同様である。横軸は波長（ｎｍ）、縦軸は透過率または反射率（％）である。
【００９６】
入射光は吸収層２側から入射する。赤波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、青波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光素子（赤波長用偏光素子）が得られている。
【実施例２】
【００９７】
実施例２は、実施例１と同様に、図１（ａ）に示す波長選択偏光素子１０を使用するが、平均充填率ＦＦａが０．４、格子高さｄａは１４０ｎｍである点で実施例１とは相違する。
【００９８】
図６（ｂ）は、実施例２の波長選択偏光素子の格子方向と周期方向のそれぞれの透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。実施例１と比較して消光比が低いが、赤波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、青波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する良好な波長選択偏光素子（赤波長用偏光素子）が得られている。
【００９９】
（比較例）
比較例は、実施例１、２と同様に、図１（ａ）に示す波長選択偏光素子１０を使用するが、平均充填率ＦＦａが０．６、格子高さｄａは６０ｎｍである点で実施例１、２とは相違する。実施例１、２と同じ素子構成で平均充填率ＦＦａが異なった実施例である。
【０１００】
図７は、比較例の波長選択偏光素子の格子方向と周期方向のそれぞれの透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。実施例１、２と比較して第１波長帯域の消光比が低く、偏光素子として機能することが困難であることが分かる。実施例１、２および比較例より、吸収層２の平均充填率ＦＦａは（１）式の上限を満足することによって波長選択偏光素子の第１波長帯域における消光比を向上させることができることが分かる。
【実施例３】
【０１０１】
実施例３は、実施例１、２と同様に、図１（ａ）に示す波長選択偏光素子１０を使用するが、実施例１、２と吸収層２の波長帯域が異なる。吸収層２の材料は、赤波長帯域を透過し、青波長帯域を吸収する特性を有する材料で、一般にカラーフィルターの材料として知られている着色組成物である。この着色組成物の青波長帯域内の最大消衰係数と赤波長帯域内の最小消衰係数の差は０．２、吸収最大波長λａｐは４７０ｎｍである。このため、青波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、赤波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光子となる。具体的には格子周期ｐａは２００ｎｍ、平均充填率ＦＦａは０．２、格子高さｄａは４００ｎｍである。
【０１０２】
図６（ｃ）は、実施例３の波長選択偏光素子の格子方向と周期方向のそれぞれの透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。青波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、赤波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光素子（青波長用偏光素子）が得られている。
【実施例４】
【０１０３】
実施例４は、図１（ｂ）に示す波長選択偏光素子１１を使用する。
【０１０４】
吸収層２は、実施例１、２と同様に、周期方向に可視波長帯域の最短波長より小さい格子周期ｐａで一定間隔に配列された１次元格子構造を有し、青波長帯域を透過し、赤波長帯域を吸収する。この着色組成物の赤波長帯域内の最大消衰係数と青波長帯域内の最小消衰係数の差は０．３、格子周期ｐａは２００ｎｍ、平均充填率ＦＦａは０．２、格子高さｄａは４００ｎｍである。
【０１０５】
薄膜層３０は可視波長帯域の光に対して透明な誘電体薄膜材料であるＴｉＯ２から構成されている。薄膜層３０の格子周期ｐｒは２００ｎｍ、波長５５０ｎｍにおける周期方向の屈折率ｎｐ、格子方向の屈折率ｎｇは図８に示す構造複屈折を有し、平均充填率ＦＦｒは０．５、格子高さｄｒは２４５ｎｍである。図８の横軸は平均充填率ＦＦｒ、縦軸はｎｇまたはｎｐである。
【０１０６】
図９（ａ）は、薄膜層３０のみの格子方向の偏光成分の透過率および反射率、周期方向の偏光成分の透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。周期方向はｎｐと基板の屈折率差が小さいため、可視波長帯域全域で透過率が高い。格子方向はｎｇと基板の屈折率が大きいため、反射が発生する。膜厚を調整することによって青波長帯域（特に波長４５０ｎｍ〜４９０ｎｍ）を透過し、赤波長帯域（特に波長５８０ｎｍ〜６３０ｎｍ）を反射することが可能になる。
【０１０７】
図９（ｂ）は、実施例４の波長選択偏光素子の格子方向と周期方向のそれぞれの透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。赤波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、青波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光素子（赤波長用偏光素子）が得られている。図６（ａ）よりも格子方向の偏光成分の赤波長帯域の消光比が向上していることが分かる。
【実施例５】
【０１０８】
実施例５は、図１（ｃ）に示す波長選択偏光素子１２を使用する。
【０１０９】
吸収層２は、実施例１、２、４と同様に、周期方向に可視波長帯域の最短波長より小さい格子周期ｐａで一定間隔に配列された１次元格子構造を有し、青波長帯域を透過し、赤波長帯域を吸収する。着色組成物の赤波長帯域内の最大消衰係数と青波長帯域内の最小消衰係数の差は０．３、格子周期ｐａは２００ｎｍ、平均充填率ＦＦａは０．２、格子高さｄａは４００ｎｍである。
【０１１０】
多層膜層３１は、可視波長帯域の光に対して透明な誘電体薄膜材料であるＴｉＯ２およびＳｉＯ２から構成され、ＴｉＯ２の格子高さは１０５ｎｍ、ＳｉＯ２の格子高さは１３０ｎｍ、ＴｉＯ２とＳｉＯ２は交互に１４層積層されている。また、格子周期ｐｒは２００ｎｍ、平均充填率ＦＦｒは０．２、波長５５０ｎｍにおける周期方向の屈折率ｎｐ、格子方向の屈折率ｎｇは図１０に示す構造複屈折を有する。
【０１１１】
図１１（ａ）は、多層膜層３１のみの格子方向の偏光成分の透過率および反射率、周期方向の偏光成分の透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。周期方向はＴｉＯ２−ｎｐとＳｉＯ２−ｎｐの屈折率差が小さいため、可視波長帯域全域で透過率が高い。格子方向はＴｉＯ２−ｎｇとＳｉＯ２−ｎｇ屈折率が大きいため、多層膜反射が発生する。膜厚を調整することによって青波長帯域を透過し、赤波長帯域を反射することが可能になる。多層膜反射のため、図９（ａ）と比較して反射率の向上による消光比の向上と、波長選択性の向上が可能になる。
【０１１２】
多層膜層３１は高屈折率薄膜と低屈折率薄膜が同じ膜厚で繰り返し積層されているため、多層膜干渉によるリップルが発生している（図１１（ａ）の青波長帯域）。それぞれの膜厚を最適化することによりリップルの量を低減することが可能である。
【０１１３】
図１１（ｂ）は、実施例５の波長選択偏光素子の格子方向と周期方向のそれぞれの透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。赤波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、青波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光素子（赤波長用偏光素子）が得られている。実施例４と比較して格子方向の偏光成分の赤波長帯域の消光比がさらに向上していることが分かる。
【実施例６】
【０１１４】
実施例６は、図１（ｃ）に示す波長選択偏光素子１２を使用するが、実施例５とは多層膜層３１の層数が異なり、ＴｉＯ２とＳｉＯ２は交互に８層積層されている。それ以外の条件、赤波長帯域内の最大消衰係数と青波長帯域内の最小消衰係数の差、格子周期ｐａ、平均充填率ＦＦａ、格子高さｄａ、多層膜層３１の材料、格子周期ｐｒ、平均充填率ＦＦｒ、ＴｉＯ２の格子高さ、ＳｉＯ２の格子高さ等は実施例５と同様である。
【０１１５】
図１２（ａ）は、多層膜層３１のみの格子方向の偏光成分の透過率および反射率、周期方向の偏光成分の透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。実施例５と比較して多層膜の層数が少ないため、反射率が低い。
【０１１６】
図１２（ｂ）は、実施例６の波長選択偏光素子の格子方向と周期方向のそれぞれの透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。赤波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、青波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光素子（赤波長用偏光素子）が得られている。実施例５と比較して第１波長帯域の消光比が低いが、反射率が低くなっている。
【０１１７】
実施例６のように、波長選択偏光素子は吸収層と多層膜層を適宜変更することによって所望の透過率および反射率を得ることができる。実施例５のように吸収層を厚くし、多層膜層数を増やせば透過光の消光比を向上させることができ、実施例６のように多層膜層数を減らせば反射率を低減することができる。
【実施例７】
【０１１８】
実施例７は、図１（ｃ）に示す波長選択偏光素子１２を使用するが、実施例５とは吸収層２の材料と多層膜層３１の層数が異なる。吸収層２の材料は、実施例３と同様に、赤波長帯域を透過し、青波長帯域を吸収する特性を有する材料であり、青波長帯域内の最大消衰係数と赤波長帯域内の最小消衰係数の差は０．２である。格子周期ｐａ、平均充填率ＦＦａ、格子高さｄａ、多層膜層３１の材料、格子周期ｐｒ、平均充填率ＦＦｒは実施例５と同様である。ＴｉＯ２の格子高さは８０ｎｍ、ＳｉＯ２の格子高さは１００ｎｍ、ＴｉＯ２とＳｉＯ２は交互に１０層積層されている。
【０１１９】
図１３は、実施例７の波長選択偏光素子の格子方向と周期方向のそれぞれの透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。青波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、赤波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光素子（青波長用偏光素子）が得られている。このように吸収層２の材料の変更とともに多層膜３１の波長帯域を変化させることにより波長帯域を適宜変えることが可能になる。波長を微調整することとも可能である。
【実施例８】
【０１２０】
実施例８は、図１（ｄ）に示す波長選択偏光素子１３を使用する。
【０１２１】
両側の吸収層２２は、青波長帯域を透過し、赤波長帯域を吸収する特性を有する材料から構成され、赤波長帯域内の最大消衰係数と青波長帯域内の最小消衰係数の差は０．３である。格子周期ｐａは２００ｎｍ、平均充填率ＦＦａは０．２、格子高さｄａは２００ｎｍである。多層膜層３１はＴｉＯ２およびＳｉＯ２から構成され、ＴｉＯ２の格子高さは１０５ｎｍ、ＳｉＯ２の格子高さは１３０ｎｍ、ＴｉＯ２とＳｉＯ２は交互に５層積層されている。また、格子周期ｐｒは２００ｎｍ、平均充填率ＦＦｒは０．２である。
【０１２２】
図１４は、実施例８の波長選択偏光素子の格子方向と周期方向のそれぞれの透過率および反射率をＲＣＷＡ計算した結果を示している。赤波長帯域の光に対して周期方向の偏光成分を透過し、格子方向の偏光成分を吸収し、青波長帯域の光に対して偏光方向によらず透過する波長選択偏光素子（赤波長用偏光素子）が得られている。
【０１２３】
図１（ｃ）の波長選択偏光素子１２において基板側から光が入射した場合、多層膜層３１に入射するために反射が発生し、投射型表示装置に波長選択偏光素子を用いた場合、ゴーストとなるため好ましくない。実施例８は吸収層が多層膜の両側に設けられているため、光が基板側から入射した場合でも反射光が等しくすることができる。実施例８は対称構造であるため、基板側から入射する場合の特性も図１４とほぼ等しくなる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本発明の波長選択偏光素子は、液晶プロジェクタなどの投射型表示装置とその光学系に適用することができる。
【符号の説明】
【０１２５】
２…吸収層、２ａ…構造体、４…基板、１０…波長選択偏光素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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