(57)【要約】【課題】  本発明では、通常光学フィルムとして使われているポリカーボネートフィルムを用いて、液晶プロジェクターで一般に使用する波長帯である４２０〜６８０ｎｍの波長範囲で平均偏光軸回転透過率が１００％により近い偏光変換素子、及び該偏光変換素子を用いた液晶プロジェクターを提供することを目的とする。【解決手段】  本発明では  ポリカーボネートを一軸延伸後、延伸方向と直交する方向に熱収縮させる方法で得られた、レターデーション値が２００〜３２０ｎｍ、Ｎｚ係数が０．０〜０．４、厚みが２０〜７０μｍである複数枚の位相差フィルムを、隣り合う各位相差フィルムの遅相軸のなす角度が（９０／ｎ）±３（ｎ：枚数）度の角度で、他の遅相軸と重ならないように積層してなる１／２波長位相差板と偏光ビームスプリッタを組み合わせたことを特徴とする偏光変換素子及び該偏光変換素子を用いている液晶プロジェクターを提供するものである。【選択図】図３
2008020608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリカーボネートを一軸延伸後、延伸方向と直交する方向に熱収縮させる方法で得られた、レターデーション値が２００〜３２０ｎｍ、Ｎｚ係数が０．０〜０．４、厚みが２０〜７０μｍである複数枚の位相差フィルムを、隣り合う各位相差フィルムの遅相軸のなす角度が（９０／ｎ）±３（ｎ：枚数）度の角度で、他の遅相軸と重ならないように積層してなる１／２波長位相差板と偏光ビームスプリッタを組み合わせたことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
位相差フィルムの積層枚数が３枚であることを特徴とする請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記１／２波長位相差板の４２０〜６８０ｎｍの波長領域における平均偏光軸回転透過率が９９．５％以上、最小偏光軸回転透過率が９９．０％以上であることを特徴とする請求項１または２記載の偏光変換素子。
【請求項４】
請求項１〜３記載の偏光変換素子を用いてなる液晶プロジェクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源の光の利用効率に優れた１／２波長位相差板を用いた偏光変換素子及びこれを用いてなる液晶プロジェクターに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶プロジェクターにおいて、光源からＬＣＤ（液晶ディスプレイ）を通して投射像まで光のロスを少なくし明るく表示させるためや、光源の電力消費を少なくするために、光源の光の利用効率を向上させることが課題となっている。液晶プロジェクターに使用されている液晶ディスプレイは縦波（Ｓ波）の偏光のみを使用している。一般的に、偏光を得るためには偏光板が用いられるが、入射光のうち特定方向の偏光成分、例えばＳ波、のみを透過させそれ以外の成分（横波：Ｐ波）は吸収するため光のロスが生じていた。そこで、例えば特許文献１では、偏光板でＳ波を得るのではなく、無偏光の光からＰ波とＳ波を分離する偏光ビームスプリッタとＰ波をＳ波に変換する１／２波長位相差板を組み合わせた偏光変換素子を使用することによって光のロスを少なくすることが提案されている。しかしながら、特許文献１の方法では、特定の波長（一般に５５０ｎｍ付近）に対しては高い効率で偏光軸を所定の角度回転させることができるものの、この波長から短波長側及び長波長側にずれた波長領域では十分な回転効率を得ることができないという問題があった。
【０００３】
そこで、この問題を解決する方法として、例えば、特許文献２には、レターデーション値が１６０〜３００ｎｍである位相差フィルムの少なくとも２枚が、その遅相軸が互いに平行でも直交でもない角度になるように積層した偏光軸回転積層位相差板を用いることが提案されている。この方法によって、位相差フィルムを一枚だけ使用した場合に比べて、光の利用効率は向上したが、位相差フィルムには位相差の波長分散があり、従来の短波長ほど位相差が大きいフィルムでは広い波長領域において偏光に二分の一波長の位相差を与えることは困難であった。また、特許文献３には、測定波長が短いほど複屈折が小さくなる高分子フィルム、すなわちＲ（４５０）／Ｒ（５５０）＜１である１枚の高分子フィルムからなる１／２波長フィルムを複数枚積層した積層位相差フィルムを用いることで波長分散の影響を低減させることが提案されている。そして、そのような特性を有する高分子フィルムは、例えば、フルオレン骨格を有するポリカーボネート共重合体等の、正の屈折率異方性を有する高分子のモノマー単位と、負の屈折率異方性を有する高分子のモノマー単位とを共重合して得られる高分子化合物のフィルムを、一軸延伸することで達成したものであることが記載されている。
【０００４】
しかしながら、前記のいずれの位相差板を使用した場合であっても、若干の光のロスは避けられなかった。しかも、特許文献３の場合は、特定の高分子化合物を使用しなければならないという問題があった。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９４９０６号公報
【特許文献２】特開平１０−９０５２１号公報
【特許文献３】特開２００２−７１９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明では、通常光学フィルムとして使われているポリカーボネートフィルムを用いて、液晶プロジェクターで一般に使用する波長帯である４２０〜６８０ｎｍの波長範囲で平均偏光軸回転透過率が１００％により近い偏光変換素子、及び該偏光変換素子を用いた液晶プロジェクターを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち本発明は、
（１）ポリカーボネートを一軸延伸後、延伸方向と直交する方向に熱収縮させる方法で得られた、レターデーション値が２００〜３２０ｎｍ、Ｎｚ係数が０．０〜０．４、厚みが２０〜７０μｍである複数枚の位相差フィルムを、隣り合う各位相差フィルムの遅相軸のなす角度が９０／ｎ±３（ｎ：枚数）の角度で、他の遅相軸と重ならないように積層してなる１／２波長位相差板と偏光ビームスプリッタを組み合わせたことを特徴とする偏光変換素子。
（２）位相差フィルムの積層枚数が３枚であることを特徴とする（１）に記載の偏光変換素子。
（３）前記１／２波長位相差板の４２０〜６８０ｎｍの波長領域における平均偏光軸回転透過率が９９．５％以上、最小偏光軸回転透過率が９９．０％以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載の偏光変換素子。
（４）（１）〜（３）記載の偏光変換素子を用いてなる液晶プロジェクター。
に関するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の偏光変換素子に用いる１／２波長位相差板は、特定のレターデーション、Ｎｚ係数、厚みを有するポリカーボネートからなる位相差フィルムを積層することで、従来の１／２波長位相差板では実現が困難であった４２０〜６８０ｎｍの波長領域における平均偏光軸回転透過率９９．５％以上、最小偏光軸回転透過率９９．０％以上を達成することが可能となった。しかも、本発明においては特許文献３に記載されているような特別な高分子化合物を使用することなく、通常、光学フィルムに多用されているポリカーボネートを用いていることから、安価に供給することができるという利点を有している。
したがって、本発明によって光の利用効率が極めて良い偏光変換素子、及びこれを用いた液晶プロジェクターを提供することが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明では、ポリカーボネートを位相差フィルムに用いる高分子化合物として使用する。ポリカーボネートは正の屈折率異方性を有する高分子化合物で、複屈折率が大きく、透明性、耐熱性などの点でも優れていることから各種光学フィルムに用いられているが、本発明においてはそのようなポリカーボネートをそのまま使用することができる。
さて、本発明においては、上述したポリカーボネートを一軸延伸後、延伸方向と直交する方向に熱収縮させる方法で得られた、レターデーション値が２００〜３２０ｎｍ、Ｎｚ係数が０．０〜０．４、厚みが２０〜７０μｍである位相差フィルムを使用する。このような位相差フィルムは、ポリカーボネートフィルムを一軸延伸した後、延伸軸方向と直交するように熱収縮性フィルムを貼り合わせ、これを熱収縮させた後、該熱収縮性フィルムを剥離除去する方法で製造する。
本発明において、位相差フィルムのレターデーション値はＰＳ変換に必要な値である２００〜３２０ｎｍ（本発明においては波長５５０ｎｍの光に対する値で示す。）、好ましくは２４０〜２９０ｎｍである。
また、Ｎｚ係数（波長５５０ｎｍの光に対する値）は、ｎｘ：位相差フィルム面内における主配向方向（延伸方向）の屈折率、ｎｙ：位相差フィルム面内における主配向方向に直行する方位の屈折率、ｎｚ：位相差フィルムの表面の法線方向の屈折率とした場合に
Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
で示される、三次元屈折率を用いて位相差フィルムの光学異方性を表す値であり、本発明においては、このＮｚ係数が０．０〜０．４、好ましくは０．２〜０．３である。
【００１０】
なお、本発明の位相差フィルムは、厚みが２０〜７０μｍであることが必要である。厚みが２０μｍ未満であると、必要とするレターデーション値とすることが困難となるので好ましくなく、逆に７０μｍを超えると、偏光軸回転透過率が下がるので好ましくない。
【００１１】
本発明で使用する１／２波長位相差板は、上述した位相差フィルムを複数枚積層したものであり、積層に当たっては隣り合う各位相差フィルムの遅相軸のなす角度が（９０／ｎ）±３度の角度であり、他の遅相軸と重ならないように積層する必要がある。位相差フィルムは波長依存性があるために、上記方法で積層した場合、積層枚数を増やすほど広域波長帯を補償することができる。しかし、積層枚数が増えると、接着界面が増えることによる透過率の減少や、接着剤層が増えることで耐久性が悪くなるなどの問題も生じる。よって一般に、積層枚数は２〜３枚であることが好ましいが、本発明では３枚であることがより好ましい。
積層枚数が２枚の場合は、隣り合う各位相差フィルムの遅相軸のなす角度は４５±３°、３枚の場合は３０±３°とすればよい。
【００１２】
本発明の偏光変換素子は、Ｐ波とＳ波を分離する偏光ビームスプリッタと上述した１／２波長位相差板とからなるものであり、無偏光の光を偏光ビームスプリッタでＰ波とＳ波に分離し、Ｓ波はそのまま使用し、Ｐ波は１／２波長位相差板で偏光軸を９０°回転させてＳ波に変換することで光源の光の利用効率を高めたものである。
【００１３】
本発明の偏光変換素子に用いる１／２波長位相差板は従来にない高い偏光回転透過率を有するものであるが、使用する位相差フィルムのレターデーション値、Ｎｚ係数、厚み、及び位相差フィルムの積層枚数を適宜選択することで、４２０〜６８０ｎｍの波長領域における平均偏光軸回転透過率が９９．５％以上、最小偏光軸回転透過率が９９．０％以上と、極めて高い偏光軸回転透過率を達成することも可能である。
【００１４】
したがって、本発明の偏光変換素子を液晶プロジェクターに使用した場合は、光源からＬＣＤ（液晶ディスプレイ）を通して投射像までの光のロスが少なく、明るく表示され、しかも光源の電力消費が少なく、光源の光の利用効率を向上させることができる。
さらに、本発明の偏光変換素子は従来の偏光変換素子に比べて高い偏光軸回転透過率を示すのであるが、実際の液晶プロジェクターに使用した場合には、たとえ、偏光ビームスプリッタに入る光の一部が数度〜１０数度の角度をもった斜入光であったとしても、３次元光学異方性を有する（Ｎｚ係数が０．０〜０．４）位相差フィルムを使用しているので従来の１／２波長位相差板を用いた偏光変換素子に比べて更に光のロスが小さくなることが期待される。
【実施例】
【００１５】
製造例
市販のポリカーボネートフィルムを１軸延伸し、延伸方向と直交する方向に収縮する熱収縮性フィルムを貼り合わせ、これを熱収縮した後、該熱収縮性フィルムを剥離除去する方法で下記の表１に示す位相差フィルムＡ〜Ｅを得た。また、比較するためにポリカーボネートフィルムを１軸延伸のみをした下記の表１に示す位相差フィルムＦを得た。
【表１】
2008020608.tif 000003
【００１６】
＜偏光軸回転透過率の測定＞
偏光軸回転透過率は、投光側の偏光プリズムと受光側の偏光プリズムの偏光軸を位相差によって９０度回転した偏光光が吸収されるように配置して、投光側の偏光プリズムと受光側の偏光プリズムの間に１／２波長位相差板を載置し、投光側の光の波長を４２０〜６８０ｎｍまで連続的に変えながら受光側の偏光プリズムからの透過率を測定して、１００％から測定された透過率を引くことで光の各波長における偏光軸回転透過率を求めることができる。
本発明でいう平均偏光軸回転透過率は４２０〜６８０ｎｍの波長領域における偏光軸回転透過率の平均値であり、最小偏光軸回転透過率は４２０〜６８０ｎｍの波長領域における偏光軸回転透過率の最小値である。したがって、平均偏光軸回転透過率と最小偏光軸回転透過率の双方が高いことが偏光変換素子として最も望まれる性能である。
【００１７】
実施例１−８、比較例１−４
表２に示す組み合わせで位相差フィルムを積層して得られた１／２位相差板について平均偏光軸回転透過率と最小偏光軸回転透過率を測定した。結果を同じく表２に示す。また、偏光軸回転透過率の測定値を示すグラフを図１〜１２に示す。
なお、本実施例においては、１／２波長位相差板は、同じ位相差フィルムを複数枚積層することで得た。また、積層は、積層枚数が２枚の場合は、１枚目の位相差フィルムに対して２枚目の位相差フィルムの遅相角が４５±３°になるようにした。更に、積層枚数が３枚の場合は、１枚目の位相差フィルムに対して２枚目の位相差フィルムの遅相角が３０±３°になるように、３枚目の位相差フィルムの遅相角が２枚目と同じ方向に１枚目の位相差フィルムに対して６０±３°になるように積層した。
【００１８】
【表２】
2008020608.tif 000004
【００１９】
表２からも明らかなように位相差フィルムの積層枚数が２枚のときの本発明にかかる実施例５〜８、特に実施例６、７の１／２波長位相差板は、従来の１／２波長位相差板である比較例４や本発明の範囲外であるＮｚ係数が０．５の位相差フィルムを使用した比較例３に比べて平均偏光軸回転透過率はほぼ同等であったが、最小偏光軸回転透過率が高く、偏光変換素子としての性能も優れたものであった。
また、積層枚数が３枚の場合、特にＮｚ係数が０．２〜０．３の位相差フィルムを使用した実施例２、３の１／２波長位相差板は４２０〜６８０ｎｍの波長領域における平均偏光軸回転透過率が９９．５％以上、最小偏光軸回転透過率が９９．０％以上と、極めて高く、従来の１／２波長位相差板では達成できない偏光軸回転透過率を示した。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上説明したように、本発明によって提供される偏光交換素子は平均偏光軸回転透過率と最小偏光軸回転透過率に優れており、液晶プロジェクターに用いられる偏光変換素子として最適である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例１で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図２】実施例２で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図３】実施例３で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図４】実施例４で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図５】比較例１で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図６】比較例２で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図７】実施例５で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図８】実施例６で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図９】実施例７で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図１０】実施例８で使用した１／２波長位相差板の偏光軸回転透過率を示す図である。
【図１】
2008020608.tif 000005
【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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