(57)【要約】【課題】ランダムの偏光を偏光方向の揃った偏光に変換する偏光分離素子において、耐熱性や耐候性、耐久性を改善し、また偏光分離素子の製造において生産性を向上させ、さらに出射光の照度むらを低減させる。【解決手段】偏光変換素子の位相差板を、複数の透光性部材の接合部に偏光分離膜に隣接させ、あるいは反射膜に隣接させて挟み込んで接着配置する。偏光分離膜が形成された透光性板と反射膜が形成された透光性板とを交互に積層し接着する際に、これら透光性板の間に位相差板を挟み込んで積層し接着した積層体を形成し、この積層体を積層面に対し斜めに切断して偏光変換素子ブロックを切り出し、研磨加工することによって偏光変換素子を製造する。その際に、互いに隣り合う偏光分離膜と反射膜との間隔が実質的に等しくなるように、それそれの透光性板の厚さを調整することにより、出射光の照度むらを低減することができた。【選択図】　　　図１
2004045767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の主面を光入斜面、第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材中に、前記第１および第２の主面に対し傾斜し間隔をおいて偏光分離膜と反射膜とが交互に平行配置され、また前記偏光分離膜の前記光出射面側には位相差板が配置され、互いに隣り合う前記偏光分光膜と前記反射膜との間隔が実質的に等しくなるように構成されていることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
第１の主面を光入斜面、第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材中に、前記第１および第２の主面に対し傾斜し間隔をおいて偏光分離膜と反射膜とが交互に平行配置され、また前記反射膜の前記光出射面側には位相差板が配置され、互いに隣り合う前記偏光分光膜と前記反射膜との間隔が実質的に等しくなるように構成されていることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
前記位相差板の屈折率が、前記透光性基材の屈折率と実質的に等しくなるように構成されてい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】
前記位相差板が、２軸延伸プラスチックフィルム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５】
前記２軸延伸プラスチックフィルムが、ポリアクリレートフィルム又はシクロオレフィン系フィルムであることを特徴とする請求項４記載の偏光変換素子。
【請求項６】
光出射面に反射防止膜が被着されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の偏光変換素子。
【請求項７】
映像プロジェクタに組込んで用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の偏光変換素子。
【請求項８】
平行な２面を有し厚さｔの透光性板材、偏光分離膜、平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐの透光性板材、厚さｔｐの位相差板、及び反射膜がこの順序に繰り返し積層された積層体が、その積層面に対し所定の角度で切断され、その切断面が光学的に研磨されて互いに平行な光入射面と光出射面とを形成していることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項９】
平行な２面を有し厚さｔの透光性板材、反射膜、平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐの透光性板材、厚さｔｐの位相差板、及び偏光分離膜がこの順序に繰り返し積層された積層体が、その積層面に対し所定の角度で切断され、その切断面がか光学的に研磨されて互いに平行な光入射面と光出射面とを形成していることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項１０】
平行な２面を有し厚さｔを有する第１の透光性板材の一方の面に偏光分離膜を形成する偏光分離膜形成工程と、
平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐの第２の透光性板材の一方の面に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
厚さｔｐを有する位相差板と、偏光分離膜の形成された前記第１の透光性板材と、反射膜の形成された前記第２の透光性板材とを、前記位相差板が前記偏光分離膜に隣接するように順次積層し接着して積層体を形成する積層接着工程と、
前記積層体を積層面に対し所定の角度で切断加工し、互いに平行な光入射面と光出射面とを有する偏光変換素子ブロックを形成する偏光変換素子ブロック形成工程と、
前記偏光変換素子ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを光学的に研磨する光学研磨工程と
を備えたことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項１１】
平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐを有する第１の透光性板材の一方の面に偏光分離膜を形成する偏光分離膜形成工程と、
平行な２面を有し厚さｔを有する第２の透光性板材の一方の面に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
偏光分離膜の形成された前記第１の透光性板材と、厚さｔｐを有する位相差板と、反射膜の形成された前記第２の透光性板材とを、前記位相差板が前記反射膜に隣接するように順次積層し接着して積層体を形成する積層接着工程と、
前記積層体を積層面に対し所定の角度で切断加工し、互いに平行な光入射面と光出射面とを有する偏光変換素子ブロックを形成する偏光変換素子ブロック形成工程と、
前記偏光変換素子ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを光学的に研磨する光学研磨工程と
を備えたことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項１２】
平行な２面を有し厚さｔを有する第１の透光性板材の一方の面に偏光分離膜を形成する工程と、
前記平行な２面を有する前記透光性部材のもう一方の面に反射膜を形成する工程と、
厚さｔｐを有する位相差板と、偏光分離膜および反射膜の形成された前記第１の透光性板材と、偏光分離膜および反射膜のいずれをも形成していない厚さｔ−ｔｐを有する第２の透光性板材とを、前記位相差板が前記偏光分離膜に隣接するように順次積層し接着して積層体を形成する積層接着工程と、
前記積層体を積層面に対し所定の角度で切断加工し、互いに平行な光入射面と光出射面とを有する偏光変換素子ブロックを形成する偏光変換素子ブロック形成工程と、
前記偏光変換素子ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを光学的に研磨する光学研磨工程と
を備えたことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項１３】
平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐを有する第１の透光性板材の一方の面に偏光分離膜を形成する工程と、
前記平行な２面を有する前記透光性部材のもう一方の面に反射膜を形成する工程と、
偏光分離膜および反射膜の形成された前記第１の透光性板材と、厚さｔｐを有する位相差板と、偏光分離膜および反射膜のいずれをも形成していない厚さｔを有する第２の透光性板材とを、前記位相差板の板面が前記反射膜に隣接するように順次積層し接着して積層体を形成する積層接着工程と、
前記積層体を積層面に対し所定の角度で切断加工し、互いに平行な光入射面と光出射面とを有する偏光変換素子ブロックを形成する偏光変換素子ブロック形成工程と、
前記偏光変換素子ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを光学的に研磨する光学研磨工程と
を備えたことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項１４】
前記積層接着工程が、複数の第１の透光性板材と複数の第２の透光性板材と複数の位相差板とを、光硬化性接着層を介して積層し、光照射により硬化する光照射接着工程を備えていることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれか１項記載の偏光変換素子の製造方法。
【請求項１５】
前記光照射接着工程が、前記第１の透光性板材、前記位相差板および第２の透光性板材を光硬化性接着層を介して積層する工程と、光を照射して前記光硬化性接着層を硬化させる工程とを順次繰り返すものであることを特徴とする請求項１０〜１４のずれか１項記載の偏光変換素子の製造方法。
【請求項１６】
前記光照射接着工程が、前記第１の透光性板材、前記位相差板および前記第２の透光性板材を光硬化性接着層を介して順次積層して積層体を形成する工程と、前記積層体を形成した後に光を照射して前記光硬化性接着層を硬化させ工程を備えたものであることを特徴とする請求項１０〜１４のいずれか１項記載の偏光変換素子の製造方法。
【請求項１７】
前記積層接着工程が、前記第１および第２の透光性板材の互いに平行な面に対し、角度をなす方向からの光の照射により光硬化を行うことを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか１項記載の偏光変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光変換素子およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ランダムな偏光の光を、偏光方向の揃った１種類の直線偏光に変換して出射する偏光変換素子としては、特開平７−２９４９０６号公報に記載されたものが知られている。図１４（ａ）には、このような偏光変換素子の斜視図、図１４（ｂ）にはその平面図およびこの偏光変換素子における偏光変換を例示した。この偏光変換素子は、偏光分離膜１１を有する線状の偏光ビームスプリッタ１０１と、反射膜１２を有するプリズム１０２とを交互に貼り合わせたものである。また偏光分離素子の出射面の一部に選択位相差板として、λ／２位相差板（１／２波長位相差板）１３０を備えている。
【０００３】
この構成の偏光変換素子において、光入射面に入射したＳ偏光成分（偏光ベクトルが入射面に垂直な偏光、Ｓ波）とＰ偏光成分（偏光ベクトルが入射面内にある偏光、Ｐ波）とを含む入射光は、まず、偏光分離膜１１によりＳ波とＰ波とに分離される。Ｐ波は、偏光分離膜１１をそのまま透過し、λ／２位相差板１３０によってＳ波に変換されて出射する。またＳ波は偏光分離膜１１によりほぼ直角に反射され、反射膜１２によりさらに直角に反射されて出射する。従って、この偏光変換素子に入射したランダムな偏光方向を有する光は、すべてＳ波の光となって出射する。
【０００４】
また、このような構造の偏光分離素子の製造方法については特開平２−２２７９０１号、特開平１０−３９１３６号、および特開平１０−９０５２０号に記載されている。これらは偏光分離膜と反射膜の形成された透光性板材を積層接着した後、積層面に対し例えば４５°の角度で切断してブロックを切り出し、光学研磨加工を行った後に、光出射面に部分的に位相差板を１本ずつ貼りつけるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１４のような偏光分離素子においては、λ／２位相差板（１／２波長位相差板）が光出射面に間隔をおいて貼り付けられたものとなることから、耐熱性、耐候性や耐久性などの面で改善すべき点があった。また素子本体には通常ガラスが用いられ、その出射面に反射防止膜が施されるが、反射防止膜は、ガラス面との密着性に比べてこの面に貼り付けられるポリカーボネートなどのプラスチックのλ／２位相差板との密着性がよくないという問題点があった。また液晶プロジェクタなどの投射型表示装置においては、高出力の光源の近くに偏光変換装置を配置して用いることから、耐熱性や耐久性のより優れた素子が強く望まれてきた。
【０００６】
また偏光分離素子の製造において、光入射面と光出射面を研磨仕上げした後に偏光ビームスプリッタなどの光出射面にλ／２位相差板を１本ずつ貼り付ける工程を有するため、その生産性の点でも問題があった。
【０００７】
本発明者は、位相差板を光出射面に貼り付けるのではなく、偏光変換素子の内部に取りこんでしまう構造、例えば偏光ビームスプリッタとプリズムとの間などの透光性基板の間に挟む構造の偏光変換素子（特願２００１−３６７７８２）を発明することにより、こうした問題を解決した。本発明は、この発明をさらに改良し、偏光変換素子から出射する光の照度のむらを低減して均一化することにより、さらに高性能化された偏光変換素子を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の偏光変換素子は、第１の主面を光入斜面、第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材中に、前記第１および第２の主面に対し傾斜して間隔をおいて偏光分離膜と反射膜とが交互に平行配置され、前記偏光分離膜の前記光出射面側に位相差板が配置され、互いに隣り合う前記偏光分光膜と前記反射膜との間隔が実質的に等しくなるように構成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明においては、偏光変換素子を構成する上で、平板状の透光性基材が光入射面を形成する第１の主面と光出射面を形成する第２の主面とは互いにほぼ平行にすればよく、また偏光分離膜、反射膜およびλ／２位相差板が主面とのなす傾斜角はほぼ４５°とすればよい。
【００１０】
本発明において、位相差板としてＰ波をＳ波に変換するλ／２位相差板を用いることにより、偏光変換素子の光入射面にランダム偏光を入射し、偏光分離膜を透過した偏光、例えばＰ波をλ／２位相差板でＳ波に変換して出射させ、他方で偏光分離膜を反射したＳ波を反射膜で反射させて出射するとことにより、偏光方向をＳ波に揃えた光を出射することができる。
【００１１】
本発明に用いるこのような位相差板として、ポリカーボネート系フィルムやポリアクリレート系フィルムなどを２軸延伸したプラスチックフィルムを用いることができる。
【００１２】
また本発明の偏光変換素子は、第１の主面を光入斜面、第２の主面を光出射面とする平板状の透光性基材中に、前記第１および第２の主面に対し傾斜して間隔をおいて偏光分離膜と反射膜とが交互に平行配置され、前記反射膜の前記光出射面側に位相差板が配置され、互いに隣り合う前記偏光分光膜と前記反射膜との間隔が実質的に等しくなるように構成されているものであってもよい。
【００１３】
この場合に位相差板として例えばλ／４位相差板を反射膜に隣接させて用いることにより、偏光変換素子の光入射面にランダム偏光を入射し、偏光分離膜を透過したＰ波を出射させ、また他方で偏光分離膜を反射したＳ波は、反射膜に隣接した位相差板を透過させた後に反射膜で反射させ再び位相差板を透過させることにより、Ｐ波に変換して出射させることができる。このようにしてランダム偏光を入射し、偏光方向をＰ波に揃えた光を出射することができる。
【００１４】
この場合にも、偏光変換素子を構成する上で、平板状の透光性基材が光入射面を形成する第１の主面と光出射面を形成する第２の主面とは互いにほぼ平行にすればよく、また偏光分離膜、反射膜およびλ／２位相差板が主面とのなす傾斜角はほぼ４５°とすればよい。
【００１５】
上記構造の偏光変換素子においては、偏光分離膜を直接透過して出射する光束と反射膜で反射して出射する光束とが光出射面で交互に並ぶことになり、この場合にはこれら光束の間に間隙が生じ、照度むらが発生しやすい。本発明者はこの点に着目し、その原因について追求を行なった結果、位相差板が透光性基材の中に取り込まれることによって生じる２つの原因により、照度むらが発生しやすくなることを明らかにすることができた。
【００１６】
その第１の原因は、位相差板が透光性基材の中に取り込まれたことにより、互いに隣り合う前記偏光分光膜と前記反射膜との間隔が位相差板の厚さの影響を受けて変化した場合に発生する照度むらであることがわかった。図１５（ａ）はこの様子を示した模式図である。図の符号は図１４に合わせた。両矢印で示した領域において出射光量が減少することがわかる。本発明においては互いに隣り合う前記偏光分光膜と前記反射膜との間隔が実質的に等しくなるように構成されているので、偏光分離膜を直接透過して出射する光束と反射膜で反射して出射する光束との間に間隙がなく、このため照度むらの小さい出射光を得ることができる。
【００１７】
本発明において、互いに隣り合う前記偏光分光膜と前記反射膜との間隔が実質的に等しい、とは、偏光分離膜を直接透過して出射する光束と反射膜で反射して出射する光束との間に間隙が生じず、照度むらの小さい出射光を得ることができる状態であればよく、このためには例えば間隔の差が２％以下であることが好ましく、１％以下であることがより好ましく、０．５％以下であることがさらに好ましい。
【００１８】
またその第２の原因は位相差板の屈折率が透光性基材の屈折率と異なる場合にも、照度むらの原因となることがわかった。図１５（ｂ）はこの様子を示した模式図である。図の符号は図１４に合わせた。矢印で示した領域において出射光量が減少することがわかる。従って本発明の偏光変換素子において、位相差板の屈折率が透光性基材の屈折率と実質的に等しくなるように構成されていることが好ましいことがわかった。
【００１９】
このため本発明において出射光の照度むらを低減するためには、位相差板と透光性基材との屈折率の差が０．１以下であることが好ましく、０．０５以下であることがより好ましく、０．０２以下であればさらに好ましい。例えば透光性基材として屈折率１．５２の白板ガラスを用いた場合に、屈折率１．５８６のポリカーボネートの位相差板に用いることにより、屈折率差を０．１以下にすることができる。また透光性基材として屈折率１．５２の白板ガラスを用いた場合に、位相差板として、環式炭化水素でエチレン結合を持つシクロオレフィンの重合体を主体とする透光性のシクロオレフィン系樹脂、例えば屈折率１．５１のＪＳＲ社製ＡＲＴＯＮ（商品名）を用いれば、屈折率差を０．０１とすることができ、さらに好ましい結果が得られる。
【００２０】
本発明の偏光変換素子によれば、位相差板がむき出しではなく、複数の透光性部材の接合部に偏光分離膜に隣接して挟み込まれて接着され配置されているので、位相差板として２軸延伸プラスチックフィルムが用いられた場合でも、ブラスチックフィルムの位相差板が熱によって変形したりはがれたりするのを避けることができる。このため耐熱性や耐候性などについて、従来に比べ大幅な向上が得られる。ここに本発明の位相差板に用いる耐熱性の２軸延伸プラスチックフィルムとしては、ポリアクリレート系フィルムおよびシクロオレフィン系樹脂が特に優れていることがわかった。なお本発明の偏光分離素子における接着面には、各種光学接着剤を用いることができる。
【００２１】
本発明の偏光変換素子においては、光の反射による損失を低減するために、光入射面や光出射面に反射防止膜を設けることができる。ここで用いる反射防止膜としては、例えばＴｉＯ２とＳｉＯ２とを５層程度交互に蒸着し積層した積層膜を用いることができる。本発明の偏光変換素子においては、従来の偏光変換素子の光出射面に配置されていた位相差板を素子の内部に設けるようにしたので、光出射面には位相差板を設ける必要がない。このため本発明の偏光変換素子においては、位相差板に煩わされることなく、密着性の良好な反射防止膜を光入射面や光出射面に設けることができる。
【００２２】
このようにして、本発明により耐熱性を有し長期の使用に適し、照度むらの小さい偏光変換素子が得られ、例えば１００℃程度の高温度で長時間使用する液晶プロジェクタに用いた場合にも、劣化が少ないという利点を有する偏光変換素子が提供できるようになった。
【００２３】
このような本発明の偏光変換素子は、平行な２面を有し厚さｔの透光性板材、偏光分離膜、平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐの透光性板材、厚さｔｐの位相差板、及び反射膜がこの順序に繰り返し積層された積層体が、その積層面に対し所定の角度で切断され、その切断面か光学的に研磨されて互いに平行な光入射面と光出射面とを形成していることを特徴とするものであってもよい。
【００２４】
またこのような本発明の偏光変換素子は、、平行な２面を有し厚さｔの透光性板材、反射膜、平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐの透光性板材、厚さｔｐの位相差板、及び偏光分離膜がこの順序に繰り返し積層された積層体が、その積層面に対し所定の角度で切断され、その切断面か光学的に研磨されて互いに平行な光入射面と光出射面とを形成していることを特徴とするものであってもよい。
【００２５】
本発明の偏光変換素子の製造方法は、平行な２面を有し厚さｔを有する第１の透光性板材の一方の面に偏光分離膜を形成する偏光分離膜形成工程と、平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐの第２の透光性板材の一方の面に反射膜を形成する反射膜形成工程と、厚さｔｐを有する位相差板と、偏光分離膜の形成された前記第１の透光性板材と、反射膜の形成された前記第２の透光性板材とを、前記位相差板が前記偏光分離膜に隣接するように順次積層し接着して積層体を形成する積層接着工程と、前記積層体を積層面に対し所定の角度で切断加工し、互いに平行な光入射面と光出射面とを有する偏光変換素子ブロックを形成する偏光変換素子ブロック形成工程と、前記偏光変換素子ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを光学的に研磨する光学研磨工程とを備えたことを特徴とする。
【００２６】
また本発明の偏光変換素子の製造方法は、平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐを有する第１の透光性板材の一方の面に偏光分離膜を形成する偏光分離膜形成工程と、平行な２面を有し厚さｔを有する第２の透光性板材の一方の面に反射膜を形成する反射膜形成工程と、偏光分離膜の形成された前記第１の透光性板材と、厚さｔｐを有する位相差板と、反射膜の形成された前記第２の透光性板材とを、前記位相差板が前記反射膜に隣接するように順次積層し接着して積層体を形成する積層接着工程と、前記積層体を積層面に対し所定の角度で切断加工し、互いに平行な光入射面と光出射面とを有する偏光変換素子ブロックを形成する偏光変換素子ブロック形成工程と、前記偏光変換素子ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを光学的に研磨する光学研磨工程とを備えたものであってもよい。
【００２７】
また本発明の偏光変換素子の製造方法は、平行な２面を有し厚さｔを有する第１の透光性板材の一方の面に偏光分離膜を形成する工程と、前記平行な２面を有する前記透光性部材のもう一方の面に反射膜を形成する工程と、厚さｔｐを有する位相差板と、偏光分離膜および反射膜の形成された前記第１の透光性板材と、偏光分離膜および反射膜のいずれをも形成していない厚さｔ−ｔｐを有する第２の透光性板材とを、前記位相差板が前記偏光分離膜に隣接するように順次積層し接着して積層体を形成する積層接着工程と、前記積層体を積層面に対し所定の角度で切断加工し、互いに平行な光入射面と光出射面とを有する偏光変換素子ブロックを形成する偏光変換素子ブロック形成工程と、前記偏光変換素子ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを光学的に研磨する光学研磨工程とを備えたものであってもよい。
【００２８】
さらに本発明の偏光変換素子の製造方法は、平行な２面を有し厚さｔ−ｔｐを有する第１の透光性板材の一方の面に偏光分離膜を形成する工程と、前記平行な２面を有する前記透光性部材のもう一方の面に反射膜を形成する工程と、偏光分離膜および反射膜の形成された前記第１の透光性板材と、厚さｔｐを有する位相差板と、偏光分離膜および反射膜のいずれをも形成していない厚さｔを有する第２の透光性板材とを、前記位相差板の板面が前記反射膜に隣接するように順次積層し接着して積層体を形成する積層接着工程と、前記積層体を積層面に対し所定の角度で切断加工し、互いに平行な光入射面と光出射面とを有する偏光変換素子ブロックを形成する偏光変換素子ブロック形成工程と、前記偏光変換素子ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを光学的に研磨する光学研磨工程とを備えたものであってもよい。
【００２９】
このようにすることによって、位相差板を取り込んだ場合でも、互いに隣り合う前記偏光分光膜と前記反射膜との間隔を実質的に等しくした偏光分離素子を製造することができる。
【００３０】
上記本発明の偏光変換素子の製造方法においては、偏光分離膜と反射膜が形成された第１と第２の透光性板を交互に積層する際に、偏光分離板にλ／２位相差板を接着し、これを第１と第２の透光性板の間に挟み込むようにするか、あるいは偏光分離膜と反射膜が形成された第１と第２の透光性板を交互に積層する際に、反射膜にλ／４位相差板を接着し、これを第１と第２の透光性板の間に挟み込むようにすればよい。このため、従来のように偏光変換素子ブロックを形成し光出射面を研磨加工した後にλ／２位相差板を１枚ずつ貼り付けるという手間のかかる工程が不要となり、従来に比べて大幅な生産性向上が得られる。
【００３１】
本発明の偏光変換素子の製造方法においては、上記積層接着工程が、複数の第１の透光性板材と複数の第２の透光性板材と位相差板とを光硬化性接着層を介して積層し、光照射により接着する光照射接着工程を備えているものであってもよい。このように、光硬化性接着材を用い、光照射によって接着する工程を用いることにより、偏光変換素子の製造の生産性及び信頼性を高めることができる。
【００３２】
この光照射接着工程は、光照射接着工程が、第１の透光性板材、位相差板および第２の透光性板材を光硬化性接着層を介して積層する工程と、光を照射して光硬化性接着層を硬化させる工程とを順次繰り返すものであってもよい。
【００３３】
また、この光照射接着工程は、光照射接着工程が、第１の透光性板材、位相差板および第２の透光性板材を光硬化性接着層を介して順次積層して積層体を形成する工程と、積層体を形成した後に光を照射して光硬化性接着層を硬化させ工程を備えたものであってもよい。
【００３４】
この光照射接着工程は、第１および第２の透光性板材の互いに平行な面に対し、角度をなす方向から光の照射を行って光硬化を行うことが好ましい。こうすることによって光が接着層に効率よく照射され、短い照射時間で確実な接着を行なうことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に従い詳細に説明する。
【００３６】
（実施の形態１）偏光変換素子１
図１（ａ）は本発明の一実施形態の偏光変換素子の模式的斜視図、また図１（ｂ）はその平面図である。
【００３７】
図１（ａ）および（ｂ）において、偏光変換素子１００はランダムな偏光光束を偏光方向が一方向に揃った光束に変換して出射する作用を持つ直方体形状の素子であり、断面がほぼ平行四辺形の柱状の第１の透光性部材１０１と第２の透光性部材１０２が交互に接合されて形成されている。この第１の透光性部材１０１と第２の透光性部材１０２は、厚みが異なり、第２の透光性部材の方が位相差板の厚みだけ薄くしてある。この偏光変換素子１００の一方の面を光入射面１００ａとし、これとほぼ平行な他方の面を１００ｂを光出射面としている。
【００３８】
光入射面１００ａおよび光出射面１００ｂに対して所定の角度をなす第１の透光性部材１０１と第２の透光性部材１０２の接着面には、偏光分離膜１１とこの偏光分離膜に隣接してλ／２位相差板１３０が配置された接着面と、反射膜１２が形成された接着面とが、図１（ａ）に示されたように交互に配列されている。
【００３９】
第１の透光性部材１０１および第２の透光性部材１０２には、磨きガラスやフロートガラスなどの板ガラスを用いることができる。これらの透光性部材はガラス以外の透光性材料、例えばアクリル樹脂やポリカーボネ−ト樹脂などの透光性樹脂を用いることもできる。
【００４０】
偏光分離膜１１は、Ｓ波とＰ波のうちＰ波を選択的に透過し他方が選択的に反射する性質を有する膜であって、例えば誘電体多層膜を積層することによって形成される。本実施の形態では、Ｐ波を透過させＳ波を反射させる偏光分離膜１１が形成されている。
【００４１】
反射膜１２としては、例えばアルミニウム膜のような反射膜を用いることができるが、誘電体多層膜を積層し、偏光分離膜１１で反射された直線偏光成分のみを選択的に反射し、他の直線偏光成分は反射しないように構成することによって、反射による損失のより少ない反射膜が形成できる。
【００４２】
図２は本実施形態の偏光変換素子１００の一部を模式的平面図で示し、この偏光変換素子１００に入射したランダムな偏光の光が一方向の偏光に変換されて出射する様子を模式的に示したものである。
【００４３】
ランダム偏光（Ｓ＋Ｐ）の入射光は、偏光変換素子１００の光入射面１００ａから偏光分離膜１１に向けて入射し、透光性部材１０１内を通過して偏光分離膜１１にてランダム偏光の成分中のＰ波が透過しＳ波が反射する。偏光分離膜１１を透過したＰ波は、偏光分離板に隣接したλ／２位相差板１３０で直ちにＳ波に変換され、透光性部材１０２内を進んで光出向面１００ｂから出射する。他方で偏光分離膜１１を反射したＳ波は、透光性部材１０１内を進み、反射膜１２にて反射され、光出向面１００ｂから出射する。こうして偏光変換素子に入射した光は、いずれもＳ波となって偏光変換素子の光出射面から出射する。なおλ／２位相差板１３０は、図２に示されているような角度での光の透過に対して１／２波長の位相差板として働くものである。
【００４４】
本実施形態の偏光変換素子においては、図３に例示したように、接着のための接着剤層を適宜設けることができる。
【００４５】
図３の（ａ）は、第１の透光性部材１０１の互いに平行で対向する２つの側面のうち、一方の面に偏光分離膜１１が形成され、さらにこの面にλ／２位相差板１３０が接着されており、また第２の透光性部材１０２の互いに平行で対向する２つの側面のうち、一方の面に反射膜１２が形成されており、これら第１の透光性部材１０１と第２の透光性部材１０２が接着層２０により交互に配列され、接着されているものを模式的に示した平面図である。
【００４６】
また図３の（ｂ）は、第１の透光性部材１０１の互いに平行で対向する２つの側面のうち、一方の面に偏光分離膜１１が形成され、さらにこの面にλ／２位相差板１３０が接着され、もう一方の面には反射膜１２が形成され、この第１の透光性部材１０１と第２の透光性部材１０２とが接着層２０により交互に配列接着されたものを模式的に示した平面図である。
【００４７】
（実施の形態２）偏光変換素子２
図４（ａ）は本発明の他の一実施形態の偏光変換素子の模式的斜視図４また図４（ｂ）はその平面図である。
【００４８】
図４（ａ）および（ｂ）において、偏光変換素子１００はランダムな偏光光束を偏光方向が一方向に揃った光束に変換して出射する作用を持つ直方体形状の素子であり、断面がほぼ平行四辺形の柱状の第１の透光性部材１０１と第２の透光性部材１０２が交互に接合されて形成されている。この第１の透光性部材１０１と第２の透光性部材１０２とは厚みが異なり、第１の透光性部材の方が位相差板の厚みだけ薄くしてある。この偏光変換素子１００の一方の面を光入射面１００ａとし、これとほぼ平行な他方の面を１００ｂを光出射面としている。
【００４９】
光入射面１００ａおよび光出射面１００ｂに対して所定の角度をなす第１の透光性部材１０１と第２の透光性部材１０２の接着面には、反射膜１２とこの反射膜に隣接してλ／４位相差板１３１が配置された接着面と、偏光分離膜１１が形成された接着面とが、図４（ａ）に示されたように交互に配列されている。
【００５０】
偏光分離膜１１は、Ｓ波とＰ波のいずれか一方を透過し、他方を反射する性質を持った膜である。本実施の形態では、Ｐ波を透過させ、Ｓ波を反射させる性質の偏光分離膜１１を形成している。
【００５１】
図５は本実施形態の偏光変換素子１００の一部を模式的平面図で示し、この偏光変換素子１００に入射したランダムな偏光の光が一方向の偏光に変換されて出射する様子を模式的に示したものである。ランダム偏光（Ｐ＋Ｓ）の入射光は、偏光変換素子１００の光入射面１００ａから偏光分離膜１１に向けて入射し、透光性部材１０１内を通過して偏光分離膜１１にてランダム偏光の成分中のＰ波が透過しＳ波が反射する。偏光分離膜１１を透過したＰ波は、透光性部材１０２内を進んで光出向面１００ｂから出射する。他方、偏光分離膜１１を反射したＳ波は、透光性部材１０１内を進み、λ／４位相差板１３１を経て反射膜１２にて反射され、再びλ／４位相差板１３１を経てＰ波に変換され光出向面１００ｂから出射する。こうして偏光変換素子に入射した光は、いずれもＰ波となって偏光変換素子の光出射面から出射する。
【００５２】
なお、ここではλ／４位相差板を用いた場合について述べたが、ここに設ける位相差板は、λ／４位相差板に限られるものではなく、Ｓ波が位相差板１３１を経て反射膜１２にて反射され、再び位相差板１３１を経たときにＰ波に変換されるものであればよい。従って２回の位相差板透過において位相量の変化が互いに等しい必要はなく、２回の位相差板透過後のＳ波の受ける合計の位相量の変化がλ／２相当となればよい。
【００５３】
本実施形態の偏光変換素子の構成においても、先の実施の形態１の場合と同様に、接着のための接着剤層を適宜設けることができる。
【００５４】
（実施の形態３）偏光変換素子の製造方法１
図６は、本発明の偏光変換素子の製造方法の一実施形態における工程の流れ図である。図６において、第１の透光性板材１０１ａに対し、工程６０３にて偏光分離膜を形成し、また第２の透光性板材１０２ａに対し、工程６０４にて反射膜を形成する。これらの工程を経た第１の透光性板材と第２の透光性板材の間に、λ／２位相差板１３０を挟んで工程６０５にて積層・接着し、工程６０６にて硬化して積層体６０７を形成する。ここで第１の透光性板材１０１ａの板厚に比べ、第２の透光性板材１０２ａの板厚を、λ／２位相差板１３０の厚さだけ薄くしている。なお工程６０５と工程６０６とは一体化されていてもよい。次にこの積層体６０７を、工程６０８にてその積層面に対し所定の角度で切断し、偏光変換素子ブロック６０９を得る。続いてこの偏光変換素子ブロック６０９の光入射面および光出射面となる部分を工程６１０にて光学研磨して偏光分離素子１００を得る。
【００５５】
光学研磨を終えた偏光分離素子１００の光入射面や光出射面には、光の反射損失を低減するための反射防止膜として、ＴｉＯ２とＳｉＯ２とを交互に蒸着し積層した５層の積層膜を設ける。
【００５６】
本発明の偏光変換素子においては、位相差板は素子の内部に設けられており、光出射面にはポリマーフィルムなどの位相差板を設けていない。このため位相差板の部分での反射防止膜の剥離の問題に煩わされることがない。また反射防止膜の形成時の偏光分離素子１００の温度として、従来は光出射面に貼り付けられた位相差板を保護するために、７０〜８０℃程度に留めておかなけれはならなかったのに対し、本発明では１００℃程度まで昇温が可能となり、密着性の良好な反射防止膜を形成することができる。
【００５７】
図７は図６に示した本実施形態の工程の一部である板材の準備、積層・接着および硬化の様子を模式的に示した図である。図７（ａ）に示したそれぞれ複数枚の偏光分離膜１１を形成した第１の透光性板材１０１ａ、反射膜１２を形成した第２の透光性板材１０２ａおよびλ／２位相差板１３０を、同図（ｂ）に示したように積層し接着し、続いて同図（ｃ）に示したように、紫外（ＵＶ）光を照射して硬化させる。ＵＶ光は透光性板材に対し垂直な方向から照射し、光硬化を行なう。このとき、透光性板材の板面に平行な方向から照射すると硬化する時間が短縮できて効率よく接着層を硬化させることができる。
【００５８】
図８は上記本発明の偏光変換素子の製造方法における積層体の切断工程を模式的に示したものである。積層体は図８（ａ）に示すように積層面に対し所定の角度、例えば４５°で切断し、図８（ｂ）に示すようにさらに端部を揃えるなどして偏光変換素子ブロック８０９を得る。
【００５９】
ここで上記偏光変換素子を構成する各部材の寸法の具体例を述べておくと、例えば第１透光性板材の厚さ２．２６ｍｍ、第２の透光性板材の厚さ２．１６ｍｍ、位相差板の厚さ０．１０ｍｍである。他方、偏光分離膜および反射膜は２〜３μｍ程度に過ぎず、また接着層の厚さも同様に薄くしている。また、このような第１、第２の透光性板材の積層数を１７枚とし、幅５５ｍｍの偏光変換素子が構成される。
【００６０】
（実施の形態４）偏光変換素子の製造方法２
図９は、本発明の偏光変換素子の製造方法の他の実施形態における工程の流れ図である。図９において、第１の透光性板材１０１ａの一方の面に工程９０３にて偏光分離膜を形成し、工程９０４にて第１の透光性板材１０１ａのもう一方の面に反射膜を形成する。この工程を経た第１の透光性板材１０１ａとこれらの膜のいずれをも形成していない第２の透光性板材１０２ａとの間に、λ／２位相差板１３０を挟んで工程９０５にて積層・接着し、工程９０６にて硬化して積層体９０７を形成する。第２の透光性板材は位相差板の厚みの分だけ第１の透光性部材よりも薄くしてある。なお工程９０５と工程９０６とは一体化されていてもよい。
【００６１】
次にこの積層体９０７を、工程９０８にてその積層面に対し所定の角度で切断し、偏光変換素子ブロック９０９を得る。続いて工程９１０にて、この偏光変換素子ブロック９０９の光入射面および光出射面となる部分を光学研磨して偏光分離素子１００を得る。
【００６２】
光学研磨を終えた偏光分離素子１００の光入射面や光出射面には、光の反射損失を低減するための反射防止膜として、ＴｉＯ２とＳｉＯ２とを交互に蒸着し積層した５層の積層膜を設ける。
【００６３】
図１０は図９に示した本実施形態の工程の一部である板材の準備、積層・接着および硬化の工程を模式的に示した図である。図１０（ａ）に示したそれぞれ複数枚の偏光分離膜１１および反射膜１２を形成した第１の透光性板材１０１ａ、第２の透光性板材１０２ａおよびλ／２位相差板１３０を、同図（ｂ）に示したように積層し接着し、続いて同図（ｃ）に示したように、紫外光を照射して硬化させる。
【００６４】
（実施の形態５）偏光変換素子の製造方法３
本実施の形態の偏光変換素子の製造方法は、位相差板を反射膜に隣接させて設けた偏光変換素子に関するものである。本実施の形態における製造工程は下記の点を除いて先に実施の形態３の場合と全く同じであり、その工程流れ図は先に実施の形態３で説明した図６でλ／２位相差板１３０をλ／４位相差板１３１で置き換えたもので示される。
【００６５】
本実施の形態と実施の形態３との相違点は、板材の積層の順序にある。図１１には、図６で示された工程流れ図の一部である板材の準備、積層・接着および硬化の様子を模式的に示した。図１１（ａ）に示したように、反射膜１２を形成した第２の透光性板材１０２ａ、λ／４波長位相差板１３１、および偏光分離膜１１を形成した第１の透光性板材１０１ａを、それぞれ複数枚準備し、同図（ｂ）に示したようにこの順序に積層し、反射膜１２とλ／４波長位相差板１３０とが隣接するようにして接着し、続いて同図（ｃ）に示したように、紫外（ＵＶ）光を照射して硬化させる。こうして位相差板を反射膜に隣接させて設けた偏光変換素子が製造できる。
【００６６】
（実施の形態６）偏光変換素子の製造方法４
図１２は本実施の形態の偏光変換素子の製造方法における紫外光を用いた光硬化工程を示したもので、上記した工程とは別のものである。図１２（ａ）において、まず第２の透光性板材１０２ａと第１の透光性板材１０１ａとを接着し、紫外光を照射して硬化し、次にこれに位相差板１３０と第２の透光性部材１０２ａとを接着して再び紫外光を照射して硬化し、これにさらに第１の透光性部材１０１ａを接着して紫外光を照射して硬化する、というように接着と硬化を順次繰り返して積層体を形成する。
【００６７】
こうすることによって、効率よく、しかも確実に接着層を硬化することができる。ＵＶ光は透過性板材に対し垂直な方向から照射し、光硬化を行なう。このとき、透光性板材の板面に平行な芳香から照射すると、硬化に要する時間が短縮でき、効率よく接着層の硬化を行なうことができる。
【００６８】
（実施の形態７）偏光変換素子の評価
まず、上記実施の形態２によって作製された偏光変換素子の反射防止膜の密着性を評価した。評価方法は、反射防止膜の形成された上記偏光変換素子の出射面に事務用セロハン粘着テープを貼り付け、その一端から引き剥がしたときの状態を調べるものである。その結果、反射防止膜の剥がれは全くなかった。比較のために、従来型の光出射面にポリマーフィルムの位相差板を設けた偏光変換素子の場合について同様の評価を行った結果、位相差板上の反射防止膜が剥がれて粘着テープ側に転写することが確認された。
【００６９】
次に上記実施の形態２によって作製された反射防止膜つきの偏光変換素子を１２０℃の恒温槽で１０００時間保持した後、および１５０℃の環境で２００時間保持した後、目視によって評価を行った。その結果、どちらの場合にも偏光変換素子には変化が認められなかった。従来型の光出射面にポリマーフィルムの位相差板を設けた偏光変換素子の場合について同様の評価を行ったところ、どちらの場合も位相差板に変色とうねりが生じていることが見出された。
【００７０】
このことから、本発明の偏光変換素子は、従来のものに比べ、反射防止膜の剥離などによる劣化が小さいこと、そして耐熱性に優れることがわかった。
【００７１】
（実施の形態８）表示装置への適用
図１３は本発明の偏光変換素子を投射型表示装置に適用した場合の一実施形態を示したものである。図１３において、光源６０から発した光は、第１および第２のレンズ系３１、３２を経て、偏光変換素子１にて一方向の偏光に効率よく変換され、全反射ミラー４１で反射されて色分解フィルタ４２、４３、４４に導かれてＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の３色の光に分解される。色分解フィルタ４２を透過したＲ光は、全反射ミラー４６を経て液晶装置５１で変調されてダイクロイックプリズム３６のＲ部に入射する。また色分解フィルタ４２で反射したＧ、Ｂ光は、色分解フィルタ４３でさらにＧ光とＢ光とに分けられる。このうちＧ光は液晶装置５２で変調されてダイクロイックプリズム３６のＧ部に入射する。またＢ光は全反射ミラー４４、４５を経て液晶装置５３で変調されてダイクロイックプリズム３６のＢ部に入射する。液晶装置でそれぞれに変調されたＲ、ＧおよびＢ光は、ダイクロイックプリズム３６で合成されてカラー映像が形成され、この映像が投射光学系３７により、投射面７０に投射される。
【００７２】
本発明の偏光変換素子、例えば図１に示すものと、これと同様の積層構成で第１、第２の透光性部材の厚さを等しくした比較例とを図１３の投射表示装置に装着し、投射面７０での照度を比較した。この際、偏光変換素子の大きさは、投射表示装置の光路に合せた同一サイズとし、各偏光変換素子への入射光量を損なわないように、それぞれの偏光変換素子への入射位置に合せた第１および第２のレンズ系３１、３２を使用した。また、各偏光変換素子の透光性部材には屈折率１．５２の白板ガラスを用い、位相差板には屈折率１．５１のＡＲＴＯＮフィルムを使用した。照度測定は、投射面７０上に照射計を設置し、少なくとも投射面を９分割した各区画の中心点９個所を含む複数個所と、連続的に測定位置を変えた測定とを行った。
【００７３】
この結果、比較例の偏光変換素子を使用したものに比べ、本発明の偏光変換素子を使用したものは、各測定個所の測定値を平均すると、全体として２〜３％照度が向上していた。また、投射面の左端から右端まで照度計の位置を連続的に移動させて照度を測定したところ、比較例の偏光変換素子を使用したものでは、一時的に照度が落ち込む部分が存在した。これは、偏光変換素子の偏光分離膜と反射膜との間隔が位相差板の厚さの影響を受けて変化し、その結果、偏光変換素子からの出射光の減少域が生じたことに起因するものと考えられる。これに対し、本発明の偏光変換素子を使用したものでは、投射面の左端から右端まで照度計の位置を連続的に移動させて照度を測定した場合の照度の高低変化が少なく、均一な投射量が得られており、本発明の偏光変換素子では照度ムラの小さい出射光が得られていることがわかった。
【００７４】
このようにして本発明の偏光変換素子を投射型表示装置に適用すれば、むだなく光の変換が行えるので光の利用効率を高めることができ、スクリーン上に投射される映像を明るくすることができる。しかも本発明の偏光変換素子は位相差板が透光性部材に貼りつけられているのではなく、透光性部材の間に挟まれた構成であり、素子表面に露出したものではないため、強い光源にさらされて温度上昇がある場合でも、耐熱性を具備し安定してその機能を保つことができる。より具体的には、従来の素子表面に位相差板を貼り付けたものでは、長時間の使用により、位相板の変色・うねりを生じ、着色による透過率低下、正確な位相変換ができなくなることによる有効光線の減少によって投射像が暗くなる問題があったが、本発明の偏光変換素子を使用した場合には、位相差板の劣化に起因するこれらの問題を生じないため、初期の投射照度を長時間維持できる。
【００７５】
本発明の偏光変換素子は上記実施形態のほか、例えば上述のように前面型ではなく背面投射型の投射表示装置、カラー型の投射表示装置ではなく白黒画像を投射するモノクロ投射型表示装置など、さまざまな投射表示装置に適用することができる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の偏光変換素子は、位相差板が素子表面に露出していないため、従来の偏光変換素子に比べ、耐熱性、耐候性、耐久性の著しく優れたものが得られる。このため、本発明によれば、偏光変換素子に光源からの強い光線にさらされるなどして温度上昇があっても、安定してその機能を保つことが可能である。しかも互いに隣り合う偏光分離膜と反射膜との間隔が実質的に等しくなるように構成されることにより、出射光の照度むらを大幅に低減することができる。
【００７７】
また本発明の偏光変換素子の製造方法によれば、位相差板は透光性板材を積層する工程で透光性部材の層の間に挟み込めばよく、偏光変換素子ブロックの光出射面の研磨後に各出射面に位相差板を貼るという従来の工程を必要としないので、従来に比べて製造工程が大幅に短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態の偏光変換素子の模式的斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図２】本実施形態の偏光変換素子の一部を模式的平面図で示し、この偏光変換素子に入射したランダムな偏光の光が一方向の偏光に変換されて出射する様子を模式的に示したものである。
【図３】接着のために接着剤層を設けた本発明の偏光変換素子の実施形態を示す図である。
【図４】（ａ）は本発明の他の一実施形態の偏光変換素子の模式的斜視図、（ｂ）はその平面図である。
【図５】本発明の他の一実施形態の偏光変換素子の一部を模式的平面図で示し、この偏光変換素子に入射したランダムな偏光の光が一方向の偏光に変換されて出射する様子を模式的に示したものである。
【図６】本発明の偏光変換素子の製造方法の一実施形態における工程の流れ図である。
【図７】図６に示した本発明の偏光変換素子の製造方法の一実施形態における工程の一部である板材の準備、積層・接着および硬化の様子を模式的に示した図である。
【図８】（ａ）は上記本発明の偏光変換素子の製造方法における積層体の切断工程の一実施形態を模式的に示したものであり、（ｂ）は切断された偏光変換素子ブロックを模式的に示したものである。
【図９】本発明の偏光変換素子の製造方法の他の実施形態における工程の流れ図である。
【図１０】図９に示した本発明の偏光変換素子の製造方法の実施形態における工程の一部である板材の準備、積層・接着および硬化を模式的に示した図である。
【図１１】本発明の偏光変換素子の製造方法の他の実施形態における工程の一部である板材の準備、積層・接着および硬化を模式的に示した図である。
【図１２】本発明の偏光変換素子の製造方法のさらに他の実施形態における工程の一部である板材の準備、積層・接着および硬化を模式的に示した図である。
【図１３】本発明の偏光変換素子を投射型表示装置に適用した場合の一実施形態を模式的に示した図である。
【図１４】従来技術による偏光変換素子を示す。（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）はその平面図である。
【図１５】互いに隣り合う偏光分光膜と反射膜との間隔が位相差板の厚さの影響を受けて変化した場合（ａ）、および位相差板の屈折率と透光性基材の屈折率とが異なる場合（ｂ）に、それぞれ照度むらの原因となることを模式的に示した図である。
【符号の説明】
１，１００……偏光変換素子、１１……偏光分離膜、１２……反射膜、２０……接着層、３１……第１のレンズ系、３２……第２のレンズ系、３６……ダイクロイックプリズム、３７……投射光学系、４１，４５，４６……全反射ミラー、４２，４３，４４……色分解フィルタ、５１，５２，５３……液晶表示装置、６０……光源、７０……投射面、１００……偏光変換素子、１００ａ……光入射面、１００ｂ……光出射面、１０１ａ……第１の透光性板材、１０１……第１の透光性部材、１０２……第２の透光性部材、１０２ａ……第２の透光性板材、１３０……λ／２位相差板、１３１……λ／４位相差板、６０３，９０３……偏光分離膜形成工程、６０４，９０４……反射膜形成工程、６０５，９０５……積層・接着工程、６０６，９０６……硬化する工程、６０７，９０７……積層体、６０８，９０８……切断する工程、６０９，８０９，９０９……偏光変換素子ブロック、６１０，９１０……光学研磨する工程。
【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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【図１５】
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