(57)【要約】【課題】耐熱性に優れた偏光変換素子と、その製造方法と、このような偏光変換素子を備えた投射型液晶表示装置を提供すること。【解決手段】厚さ０．１〜２ｍｍで、一辺が１０〜１００ｍｍの長方形のガラス製の基板１１の表面に、溝幅（Ｗ）５０〜１２０ｎｍ、溝深さ（Ｈ）３０〜１２０ｎｍの線状の形状を有し、溝ピッチ（Ｐ）５０〜１８０ｎｍの間隔で、互いに平行且つ等間隔で、密度は、８〜２０本／μｍのストイプ状の溝部１２が設けられ、この溝部１２に遮光性物質としてアルミニウムが充填されている偏光変換素子１０。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の深さ及び幅を有する多数の直線状の溝部が、互いに平行で等間隔に形成された面を備えた基板と、
前記溝部を充填する遮光性物質と、
を有することを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
前記遮光性物質の厚さは、前記溝部の深さ以下であることを特徴とする請求項１記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記基板は、耐熱性合成樹脂又はガラスから形成されたことを特徴とする請求項１記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記遮光性物質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銀又は銀合金であることを特徴とする請求項１記載の偏光変換素子。
【請求項５】
前記基板の前記溝部が形成された前記面とは反対側の面に形成された反射防止膜を有することを特徴とする請求項１記載の偏光変換素子。
【請求項６】
光透過性材料により形成された基板と、
前記基板の表面に等間隔で互いに平行に埋め込まれた直線状の多数の金属線と、を有し、
前記基板の表面における前記金属線の密度が、８〜２０本／μｍであることを特徴とする偏光変換素子。
【請求項７】
所定の深さ及び幅を有する多数の直線状の溝部が、互いに平行で等間隔に形成された面を備えた基板を形成する基板形成工程と、
前記基板形成工程により形成された前記基板の前記溝部が設けられた面上に、遮光性物質により当該溝部を充填し且つ所定の厚さを有する金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層形成工程により形成された前記金属層を研磨し、前記溝部を充填する前記遮光性物質を残し、当該金属層を除去する研磨工程と、
を有することを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項８】
前記金属層形成工程は、前記基板の前記溝部が設けられた面上に、気相法により遮光性物質からなる前記金属層を成膜することを特徴とする請求項７記載の偏光変換素子の製造方法。
【請求項９】
光源ランプと、
前記光源ランプからの光を偏光分離する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子により偏光された光が透過する液晶パネルと、
前記液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する投射レンズと、を備え、
前記偏光変換素子は、光透過性材料からなる基板上に設けられたストライプ状の多数の溝部に、遮光性物質を充填したことを特徴とする投射型液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光変換素子等に関し、より詳しくは、耐熱性に優れた偏光変換素子等に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高度情報化社会を背景として、スクリーンに拡大投影する装置として従来利用されてきたスライドプロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタ（ＯＨＰ）に代わり、電子データを直接投影する投射型液晶表示装置が利用されている。投射型液晶表示装置は、投影画像の照度が向上し、明るい室内でも投影が可能であることから、特に明るく高精細な画像を表示するため、投射レンズの改良、高輝度ランプの改良、液晶パネルを均一に照明するためのインテグレータレンズの改良、あるいは、偏光方向をそろえて光の利用効率を向上するための偏光変換光学系の改良等が進められている。
【０００３】
なかでも、投影画像の照度を向上させるために超高圧水銀ランプ等の高輝度ランプが用いられるが、これににより、レンズ、偏光変換素子等の光学素子の耐熱性を高める必要性があり、特に、偏光変換素子としては、光透過性材料の基板上に多数の金属細線を固定したワイヤグリッド型偏光変換素子が開発されている。
【０００４】
図４は、このようなワイヤグリッド型偏光変換素子を説明するための図である。図４に示したワイヤグリッド型偏光変換素子９０は、光透過性材料からなる基板９１と、この基板９１上に固定された金属細線のワイヤグリッド９２とを有している。幅１００ｎｍ程度のワイヤグリッド９２は、１００ｎｍ程度の間隔で平行に多数設けられている。ワイヤグリッド型偏光変換素子９０は、通常、蒸着法又はスパッタ法により、基板９１上にアルミニウム等の金属層を形成し、これにエッチング処理を施すことによって、多数のワイヤグリッド９２が一定の間隔を設けて平行に並んだ凸部を形成する方法により調製される。また、基板上に形成された金属細線による凸部の間を、基板と同程度の屈折率を有する材料を用いて固める方法も報告されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特表２００３−５０２７０８号公報
【特許文献２】
特開平１０−１５３７０６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなワイヤグリッド型偏光変換素子は、支持体である基板上に金属細線のワイヤグリッドを形成するために、スパッタ法等により形成した金属層について、製品個々に、エッチング処理を行う必要があり、製造コストが高く、また、大量に生産できない問題がある。
【０００７】
また、例えば、特許文献２に記載されたワイヤグリッド型偏光変換素子のように、基板上に形成された金属細線による凸部の間を、基板と同程度の屈折率を有する材料を用いて固めた構造の偏光変換素子を、高温化において長時間使用すると、ワイヤグリッドと基板とが剥離するおそれが有り、信頼性の点で問題がある。
【０００８】
本発明は、このように、ワイヤグリッド型偏光変換素子を使用する投射型液晶表示装置を開発する際に浮き彫りになった問題を解決すべくなされたものである。
即ち本発明の目的は、耐熱性に優れた偏光変換素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、耐熱性に優れた偏光変換素子の製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、耐熱性に優れた偏光変換素子を備えた投射型液晶表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決すべく、本発明は、予めストライプ状の多数の溝部を設けた光透過性の基板を一体成型し、この溝部に金属線を埋め込む構成を採用している。即ち、本発明の偏光変換素子は、所定の深さ及び幅を有する多数の直線状の溝部が、互いに平行で等間隔に形成された面を備えた基板と、このように設けられた溝部を充填する遮光性物質と、を有することを特徴とするものである。
【００１０】
このような溝部を充填する遮光性物質の厚さは、溝部の深さ以下であることを特徴とすれば、従来のワイヤグリッド型偏光変換素子のように、金属製のワイヤグリッド部の破損による性能低下の問題が解消される。
【００１１】
また、予め溝部が設けられた基板は、耐熱性合成樹脂又はガラスから形成されたことを特徴とすれば、高温下、長時間使用しても偏光変換素子の性能低下を防止することができる。
【００１２】
また、溝部を充填する遮光性物質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銀又は銀合金であることを特徴とすれば、効率的な遮光効果が得られるとともに、高温下、長時間使用後に、遮光性物質が基板から剥離することが防止される。
【００１３】
さらに、本発明の偏光変換素子は、ストライプ状の溝部が設けられた面とは反対側の面に形成された反射防止膜をさらに有することを特徴とすれば、入射光の偏光効率を高めることができる。
【００１４】
一方、本発明が適用される偏光変換素子は、光透過性材料により形成された基板と、この基板の表面に等間隔で互いに平行に埋め込まれた直線状の多数の金属線と、を有し、このような基板の表面における金属線の密度が、８〜２０本／μｍであることを特徴とするものであり、金属線が基板に埋め込まれた構造を有することにより、耐熱性に優れ、安定した偏光性能を得ることができる。
【００１５】
次に、本発明が適用される偏光変換素子の製造方法は、所定の深さ及び幅を有する多数の直線状の溝部が、互いに平行で等間隔に形成された面を備えた基板を形成する基板形成工程と、このように形成された基板の溝部が設けられた面上に、遮光性物質により溝部を充填し且つ所定の厚さを有する金属層を形成する金属層形成工程と、このように形成された金属層を研磨し、溝部を充填する遮光性物質を残し、それ以外の金属層の部分を除去する研磨工程と、を有することを特徴とするものである。
【００１６】
特に、偏光変換素子の製造方法における金属層形成工程は、基板の溝部が設けられた面上に、気相法により遮光性物質からなる金属層を成膜することを特徴とすれば、均一な金属層を成膜することができる。
【００１７】
また、本発明は、光源ランプと、この光源ランプからの光を偏光分離する偏光変換素子と、この偏光変換素子により偏光された光が透過する液晶パネルと、この液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する投射レンズと、を備え、この中に設けられた偏光変換素子は、光透過性材料からなる基板上に設けられたストライプ状の多数の溝部に、遮光性物質を充填したものであることを特徴とすれば、投射された画像のコントラスト及び明るさを向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳述する。
図１は、本実施の形態が適用される投射型液晶表示装置を説明するための図である。図１に示した投射型液晶表示装置である３板式液晶プロジェクタ１００は、光源ランプの白色光源３０と、インテグレータレンズ２１，２２と、白色光３１をＳ偏光、Ｐ偏光に分離する偏光変換素子１０と、白色光３１を波長の異なる３つの光に分離するダイクロイックミラー５１，５２と、これらの３つの光がそれぞれ透過する３つの液晶パネル６１，６２，６３と、分離された光を合成するダイクロイックプリズム４５と、投射レンズ７０とを備えている。さらに、光学部品としての、ミラー４１，４２，４３，４４と、リレーレンズ２３，２４とを有している。また、白色光源３０は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプと高輝度ランプからの光を集光する楕円鏡とから構成されている。
【００１９】
次に、偏光変換素子１０について説明する。図２は、本実施の形態が適用される偏光変換素子を説明するための図である。図１に示した偏光変換素子１０は、上部に多数の溝部１２が形成された基板１１からなり、これらの溝部１２には遮光性物質が充填されている。基板１１を形成する材料は、光透過性材料であれば特に限定されず、例えば、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルフォン、フェノール樹脂、ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン樹脂等の合成樹脂；青板ガラス、白板ガラス、サファイアガラス等のガラスが挙げられる。中でも、ポリカーボネート系樹脂、ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等が、耐熱性が良好なので好ましい。また、ポリカーボネート系樹脂は、光の透過性が高いので好ましい。
【００２０】
基板１１の厚さは、通常、０．１〜２ｍｍ、好ましくは、０．７〜１．１ｍｍである。基板１１の形状及び外形寸法は、使用される態様に応じて適宜選択され、特に限定されないが、通常、一辺が１０〜１００ｍｍの長方形又は正方形、直径が５〜１００ｍｍの円形又は楕円形等が挙げられる。
【００２１】
基板１１の上部に形成された溝部１２は、通常、溝幅（Ｗ）５０〜１２０ｎｍ、溝深さ（Ｈ）３０〜１２０ｎｍの線状の形状を有している。また、基板１１上には、多数の溝部１２が、通常、溝ピッチ（Ｐ）５０〜１８０ｎｍの間隔で、互いに平行に等間隔で設けられており、その密度は、８〜２０本／μｍである。
【００２２】
基板１１の上部に形成された溝部１２に充填される遮光性物質は、光を遮光する物質であれば特に限定されないが、通常、金属、半導体材料等が挙げられる。これらの中でも、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、銀合金等は、屈折率が大きく、光の吸収が大きいので特に好ましい。特に、アルミニウムは、熱伝導率が大きいことから、遮光性物質としてアルミニウムを用いた偏光変換素子１０は、耐熱性に優れ、例えば、４００℃で１時間放置後、外見上・性能上の変化が見られない。また、このような偏光変換素子１０を３板式液晶プロジェクタ１００に組み込んだ場合、偏光変換素子１０は、およそ１５０〜２００℃程度の温度雰囲気下に置かれるので、通常の耐熱性樹脂を使用した場合よりも耐熱性に優れている。
【００２３】
また、遮光性物質として金属を使用する場合は、金属表面に自己保護膜として酸化層を形成することが好ましい。このような酸化層を形成する化合物としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム等が挙げられる。酸化層は、屈折率及び厚さを成膜条件により調整し、所望の波長範囲において反射率を低減するように形成される。
【００２４】
尚、本実施の形態が適用される偏光変換素子１０は、基板１１の溝部１２が形成された面とは反対側の面に、反射防止膜を設けることが好ましい。反射防止膜を形成する材料としては、通常、金属、金属酸化物及び金属フッ化物から選ばれる化合物が挙げられる。具体的には、金属としては、例えば、銀等が挙げられる。金属酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム等が挙げられる。金属フッ化物としては、例えば、弗化マグネシウム等が挙げられる。反射防止膜は、単層又は多層であってもよい。反射防止膜の厚さ、多層である場合の各層の厚さは、層数、各層に用いる物質の屈折率等により適宜選択される。
【００２５】
本実施の形態が適用される偏光変換素子１０は、遮光性物質が基板１１と一体に形成された溝部１２に充填された構造を有することにより、従来のワイヤグリッド型偏光変換素子のように、金属製のワイヤグリッド部の破損による性能低下の問題が解消される。また、溝部１２は基板１１と一体成型されているため、溝部１２に充填された遮光性物質が、高温下、長時間使用しても基板１１から剥離することが無く、高い耐熱性を有する。
【００２６】
次に、偏光変換素子１０の製造方法について説明する。図３は、偏光変換素子１０の製造方法を説明するための図である。図３（ａ）に示すように、光透過性材料を用いて、上部に多数の溝部１２が設けられた基板１１を形成する。基板１１の材料として、例えば、ポリカーボネート等の耐熱性合成樹脂を用いる場合は、予め、所定の溝幅、溝深さを有し、所定の溝ピッチで、多数の直線状の溝部１２が等間隔で平行に並ぶようにプリフォーマットが形成された型（スタンパ）を使用し、射出成形法により、溝部１２を備えた一体の基板１１を大量に生産することができる。また、２Ｐ法によることも可能である。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、このように形成された基板１１の溝部１２を覆うように、金属層１３を形成する。金属層１３は、例えば、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｇ、Ａｇ合金等の金属を、基板１１の溝部１２が設けられた面に、真空蒸着法、スパッタ法等の気相法により成膜する。
【００２８】
続いて、図３（ｃ）に示すように、基板１１の溝部１２を覆うように形成された金属層１３の表面を、研磨または化学エッチングにより除去し、溝部１２に金属の遮光性物質が充填された偏光変換素子１０を製造する。研磨の方法は特に限定されないが、例えば、光学部品研磨用のシートを用い、基板１１の裏面から均一に加重をかけて研磨を行う方法が挙げられる。また、この際、スラリーなどの研磨補助剤を用いることが好ましい。
【００２９】
次に、３板式液晶プロジェクタ１００の作用について説明する。白色光源３０からの白色光３１は、楕円鏡で集光させるので明るさにムラがあり、これを、インテグレータレンズ２１，２２を用いて、白色光３１の光束を分割・合成して均一にする。このように光束を均一にした白色光３１を、さらに、偏光変換素子１０により同じ方向の直線偏光にそろえる。これにより液晶パネル６１，６２，６３のロスを減少させることができる。偏光変換素子１０を透過した後、ミラー４１により光路を折り返した白色光３１は、ダイクロイックミラー５１，５２により青色光３２、緑色光３３、赤色光３４の３つに分けられ、さらに、ミラー４２，４３，４４により光路を折り返して、液晶パネル６１，６２，６３に、これらの３つの光が照射される。液晶パネル６１，６２，６３をそれぞれ透過した３つの光は、ダイクロイックプリズム４５により再び合成され、投射レンズ７０を経由してりスクリーン８０に投射される。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例に基づき、本実施の形態を具体的に説明する。尚、本実施の形態は実施例に限定されるものではない。
【００３１】
（実施例１）
厚さ１．０ｍｍのガラス基板上に、溝幅１００ｎｍ、溝深さ５０ｎｍの形状の溝部が、溝ピッチ１７０ｎｍで、等間隔で平行に設けられたプリフォーマットを形成し、ガラス基板の溝部とは反対側の面に、Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２を２層積層した反射防止膜を形成した。次に、ガラス基板の溝部を設けた面上に、スパッタリングにより、溝部を充填し、さらに溝に覆うように、厚さ７０ｎｍのＡｌ膜を形成した。続いて、このＡｌ膜を研磨して、基板の溝部にＡｌ金属が充填された偏光変換素子を調製した。このように調製した偏光変換素子を、図１に示した３板式液晶プロジェクタ１００に取り付け、１０００時間投射の実験を行った。実験の結果、偏光変換素子の外観に、何らの損傷も見られなかった。また、投影される画像についても表示品質の低下は見られなかった。
【００３２】
（実施例２）
予め、電子ビームを用いて、Ｃｒマスク上に２００ｎｍピッチのラインアンドスペースのパターンを形成した。シリコンウエハ上にレジストを塗布し、マスク露光を施し、パターニングを行った。その後、レジストの感光部分を除去し、シリコンの異方性エッチングを施し、溝深さ１１０ｎｍとした。この溝を形成したシリコン基板に無電解めっきを施し、めっき部分をシリコンから剥離したものを基板形成に必要な金型とした。この金型を用いて、ガラス２Ｐ法により、溝幅１００ｎｍ、溝深さ９０ｎｍの形状を有する多数の溝が、溝ピッチ１７０ｎｍで互いに平行に形成されたプリフォーマットを有するガラス基板を得た。
【００３３】
また、溝部とは反対側の面に、反射防止膜をＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２の２層で形成した。その後、基板プリフォーマット上に、厚さ７０ｎｍのＡｌ膜を形成し、続いて、基板の溝部分に埋め込まれたＡｌ金属のみを残し、余分な部分を研磨により除去した。研磨には光学部品研磨用のシートを用い、基板の裏面から均一に加重をかけ、研磨した。
【００３４】
このようにして調製した偏光変換素子を、図１に示した３板式液晶プロジェクタ１００に取り付け、投射実験を行った。１０００時間投射した後、偏光変換素子を取り出し、目視にて観察を行ったが、何らの損傷も見られなかった。また、投影される画像についても表示品質の低下は見られなかった。
【００３５】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、耐熱性に優れた偏光変換素子等が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】投射型液晶表示装置を説明するための図である。
【図２】偏光変換素子を説明するための図である。
【図３】偏光変換素子の製造方法を説明するための図である。
【図４】従来のワイヤグリッド型偏光変換素子を説明するための図である。
【符号の説明】
１０…偏光変換素子、１１，９１…基板、１２…溝部、１３…金属層、２１，２２…インテグレータレンズ、２３，２４…リレーレンズ、３０…白色光源、３１…白色光、３２…青色光、３３…緑色光、３４…赤色光、４１，４２，４３，４４…ミラー、４５…ダイクロイックプリズム、５１，５２…ダイクロイックミラー、６１，６２，６３…液晶パネル、７０…投射レンズ、８０…スクリーン、９０…ワイヤグリッド型偏光変換素子、９２…ワイヤグリッド
【図１】
2005062241.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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