(57)【要約】【課題】  単純な工程で作製することができ、製造コストを抑制し得るとともに、大面積のものを作製することが容易な偏光ビーム変換素子を提供する。【解決手段】  透明基材１(１１及び１２)の光入射側表面１Ａから裏面１Ｂにわたって、傾斜方向が異なる互いに向かい合った斜面１１ａ及び１１ｂが交互に繰り返し形成されてなり、この斜面１１ａ及び１１ｂ上に偏光分離膜２を形成するとともに、透明基材１の光入射側表面１Ａの、隣接する互いに他を向く一対の斜面に対応する位置の１つおきに、少なくとも１／４波長板３と反射膜４とを配置する。【選択図】      図１
2005037745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基材の表面から裏面にわたって、傾斜方向が異なる互いに向かい合った斜面が交互に繰り返し形成されて成り、
上記斜面上に偏光分離膜が形成されるとともに、
上記透明基材の光入射側表面の、隣接する互いに他を向く一対の上記斜面に対応する一つおきの位置に少なくとも１／４波長板と、反射膜とが配置されて成る
ことを特徴とする偏光ビーム変換素子。
【請求項２】
上記斜面の傾斜角度は、それぞれ透明基材の光入射側表面に対して略４５度とされて成る
ことを特徴とする請求項１記載の偏光ビーム変換素子。
【請求項３】
上記透明基材の光入射側表面の、上記１／４波長板及び反射膜が形成されていない領域に入射光を集光するレンズアレイが設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の偏光ビーム変換素子。
【請求項４】
上記透明基材の光入射側表面の、上記１／４波長板及び反射膜が形成されていない領域に入射光を集光するレンズアレイが設けられて成る
ことを特徴とする請求項２記載の偏光ビーム変換素子。
【請求項５】
傾斜方向が異なる互いに向かい合った斜面が形成された第１の透明部材の前記斜面上に偏光分離膜を成膜する工程と、
上記斜面を埋め込んで第２の透明部材を形成する工程と、
上記第１及び第２の透明部材の各表面の一部を、上記斜面が露出するまで除去する工程とにより、光入斜側表面から裏面にわたって相対向する斜面を有し、上記斜面に偏光分離膜が形成されて成る透明基材を作製し、
上記透明基材の光入射側表面上の、隣接する互いに他を向く一対の斜面に対応する一つおきの位置に少なくとも１／４波長板と、反射膜とを形成することを特徴とする偏光ビーム変換素子の製造方法。
【請求項６】
少なくとも光源と、偏光ビーム変換素子及び液晶板とを有する液晶表示装置であって、
上記偏光ビーム変換素子は、
透明基材の表面から裏面にわたって、傾斜方向が異なる互いに向かい合った斜面が交互に繰り返し形成されてなり、
上記斜面上に偏光分離膜が形成されるとともに、
上記透明基材の光入射側表面の、隣接する互いに他を向く一対の上記斜面に対応する一つおきの位置に少なくとも１／４波長板と、反射膜とが配置されて成る
ことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非偏光光等を一方向の偏光成分のみに変換する偏光ビーム変換素子及びその製造方法、液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、液晶パネルディスプレイにおいては、バックライトの光を、偏光板を介して液晶パネルに照射し、電界印加の有無による液晶の配向状態の相違により透過光をオン・オフして表示を行っている。係る液晶パネルでは、偏光板を透過した特定の偏光方向の光のみを利用するため、バックライトの光のうち表示に利用できるのは５０％以下となっている。したがって、表示画面の輝度向上のためには、バックライトの高出力化が不可欠であり、消費電力の増大を招いている。このため、例えば光源からの光を効率よく面方向に出射させる導光板を用いたバックライトが提案されている（例えば非特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
そこで、バックライト光の利用効率を改善するため、バックライト光の偏光を変換し、その大部分を利用することが検討されており、液晶パネル用のシート状偏光素子が開示されている（例えば特許文献１〜３参照。）。
これらのシート状偏光素子を使用すれば、バックライトからの非偏光光を特定の偏光方向を有する直線偏光に変換することができ、その結果、光源の利用効率を飛躍的に高めることができ、低消費電力化、あるいは高輝度化が達成されるものと期待される。
【０００４】
現在、広く実用されている板状偏光素子の構造としては、図９に示すように、高透明で高屈折率ガラスあるいは低屈折率ガラス等の透明基材１０１で偏光分離膜１０２を斜めに挟んで板状に成形し、偏光分離膜１０２を一定のピッチで配列し、この偏光分離膜１０２のピッチに応じて、一つおきの偏光分離膜１０２に対応して１／２波長板１０３配置して形成したものが代表的である。かかる構造の板状偏光素子に対し、１／２波長板１０３のみに光を透過するように、光入射側表面には、１／２波長板１０３の配置位置に対応する位置を挟んでマスク１０４を設ける。
【０００５】
このマスク１０４の間に光を導入すると、例えばＰ偏光波は実線矢印Ｐで示すように偏光分離膜１０２を透過して、１／２波長板１０３でＳ偏光波に変換される。一方のＳ偏光波は、破線矢印Ｓで示すように、偏光分離膜１０２で反射され、１／２波長板１０３の間からＳ偏光波のまま導出される。
【０００６】
ところで、上記構造を有する板状偏光素子は、平面状の多数のガラス板表面に偏光分離膜を蒸着法やスパッタ法によって形成した後、これらのガラス板を重ね合わせて接着し、接着面に対して所定の角度（例えば４５度）となるように多層接着したガラス板を切断（スライス）し、さらにスライスした両面を鏡面研磨することにより作製される。この鏡面研磨の後、偏光分離膜のピッチに対応して１つおきの位置に１／２波長板を貼り付ける。
【０００７】
しかしながら、このようなプロセスを経て作製される板状偏光素子は、多くの工程を経て作製されるため、製造コストの増大を招いている。上記製造プロセスにおいて必要な工程を例示すると、例えば、ガラス鏡面研磨、洗浄、偏光分離膜形成、接着剤塗布、積層固定、接着剤硬化のための温度加熱、斜めスライスのための治具固定、ワイヤーソーによるスライス、治具からの分離・洗浄、両面荒研磨、鏡面研磨、形状成形のための砥石加工切断等である。加えて、上記プロセスによった場合、大面積の偏光素子を作製することは著しく困難である。
【０００８】
偏光分離変換を目的とする偏光素子の構造としては、上述の斜めに偏光分離膜が設けられる積層部材より成る例のほか、直角三角形状の三角柱がアレイ状に配列された樹脂成形シートに偏光分離膜と偏光変調部とを形成したものも報告されている（例えば特許文献４参照。）。
この例では、上記直角三角形状の三角柱の斜面に偏光分離膜を、また垂直面に偏光変調部となる光学薄膜を形成している。
【０００９】
しかしながら、直角三角形状の三角柱の斜面に偏光分離膜を形成し、垂直面に偏光変調部となる光学薄膜を形成するには、特に直角三角形状の溝底近傍まで均一な膜を形成する事は溝側壁のシャドウ効果による影響で著しい困難を伴い、量産を考えたときには歩留まりの低下も招く。
【００１０】
また、屈折率が等方性を有する材料と異方性を有する材料とを、断面三角形上に境界面を設けて組み合わせた偏光ビーム変換素子が報告されている（例えば特許文献５参照。）
しかしながらこの場合、異方性屈折率材料を用いることから、コスト高を招来するとか、またその結晶軸の軸あわせを必要とするなど、製造プロセスにおける作業性の低下、生産性の低下を招く恐れがあり、大量生産する場合には不利となる。
【非特許文献１】廣恵章利、「射出成型システムの新潮流」、プラスチックス、２００１年１１月号別冊、工業調査会、ｐ１２−１７
【非特許文献２】沖庸次、「バックライトの最新技術を総覧」、ＦＬＡＴ  ＰＡＮＥＬ  ＤＩＳＰＬＡＹ  ２００２、（株）テクノタイムズ、ｐ２１８−２２３
【特許文献１】特開平１１−８４１２９号公報
【特許文献２】特開平１１−２０２１０８号公報
【特許文献３】特開平９−２６５０１０号公報
【特許文献４】特開平１０−９６８１５号公報
【特許文献５】特開２０００−２２１３２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、かかる従来の実情に鑑みて提案されたものであり、単純な工程で作製することができ、製造コストを抑制し得るとともに、大面積のものを作製することが容易な偏光ビーム変換素子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】
【００１２】
上述の目的を達成するために、本発明の偏光ビーム変換素子は、透明基材の表面から裏面にわたって、傾斜方向が異なる互いに向かい合った斜面が交互に繰り返し形成されてなり、この斜面上に偏光分離膜を形成するとともに、透明基材の光入射側表面の、隣接する互いに他を向く一対の斜面に対応する一つおきの位置に少なくとも１／４波長板と、反射膜とを配置する構成とする。
【００１３】
また本発明による偏光ビーム変換素子の製造方法は、傾斜方向が異なる互いに向かい合った斜面が形成された第１の透明部材の斜面上に偏光分離膜を成膜する工程と、この斜面を埋め込んで第２の透明部材を形成する工程と、第１及び第２の透明部材の各表面の一部を斜面が露出するまで除去する工程とにより、光入射側表面から裏面にわたって相対向する斜面を有し、斜面に偏光分離膜が形成されて成る透明基材を作製し、この透明基材の光入射側表面上の、隣接する互いに他を向く一対の斜面に対応する一つおきの位置に少なくとも１／４波長板と、反射膜とを形成する。
【００１４】
更に本発明による液晶表示装置は、偏光ビーム変換素子として、上述の本発明構成による偏光ビーム変換素子を用いるものである。
【００１５】
上述の本発明構成による各偏光ビーム変換素子によれば、前述の図９において説明した従来構成の偏光ビーム変換素子と同様に、光源の利用効率を保持しつつ直線偏光に変換することができる。
すなわち、上述の本発明構成による偏光ビーム変換素子において、入射光は、反射膜の間を通って斜面上に設けられた偏光分離膜に入射される。１／４波長板及び反射膜は、隣接する互いに他を向く一対の斜面に対応して一つおきに配置される。すなわち、斜面の衝合する頂部にまたがるように、１つおきに１／４波長板及び反射膜を設ける構成とする。
【００１６】
例えば偏光分離膜がＳ偏光を反射する構成とする場合について説明する。入射されたＰ偏光波は、偏光成分を維持したままこの偏光分離膜を透過して、透明基材の他方の面に出射される。一方、Ｓ偏光成分は、偏光分離膜で一旦反射されて、入射側の１／４波長板を通過して、反射膜で反射されて再度１／４波長板を通過して、偏光分離膜に入射される。このとき、Ｓ偏光波は１／４波長板を２回通過することにより、常光成分と異常光成分の位相が１／２波長ずれて、直交するＰ偏光に変換されて偏光分離膜に再度入射される。Ｐ偏光波は偏光分離膜を透過して、透明基材の他方の面に出射される。このようにして、光量の低下を抑制しつつ直線偏光の光に変換し得る偏光ビーム変換素子を得ることができる。
【００１７】
そして、これら本発明の偏光ビーム変換素子は、上述の本発明製造方法により、単純な工程により作製することができ、製造コストを抑制し得るとともに、大面積のものを作製することが可能である。
【００１８】
本発明による偏光ビーム変換素子の製造方法では、第1の透明部材に向かい合った斜面を設け、すなわち向かい合った斜面溝を有する透明部材（ガラス基板や高透明有機材料基板等）の溝表面にスパッタや蒸着等により偏光分離膜を形成し、斜面溝に第2の透明部材を埋め込んで形成する。例えば高透明光硬化性樹脂等の光透過性部材（例えば高透明有機材料）を充填した後光照射などによって硬化することにより第2の透明部材を斜面を埋め込むように形成することができる。
【００１９】
従って、本発明構成による偏光ビーム変換素子は、積層接着やスライス、平面研磨、鏡面研磨といった機械加工プロセスを使わずに作製されるものであり、煩雑なプロセスが不要であるために製造コストが大幅に抑えられる。また、大面積化も容易である。
【００２０】
また、かかる本発明の偏光ビーム変換素子は、向かい合った斜面を採用する事によって、斜面上へ偏光分離膜を蒸着法やスパッタリング法により形成する時に、溝斜面自体によるシャドウ効果現象を少なくして溝底部迄均一な膜の形成を可能となして、その製造工程における歩留まりの低下を回避して、良好な生産性をもって製造することができ、コストの低減化を図ることができる。
【００２１】
またこれを用いて液晶表示装置を構成することによって、小型化及びコストの低減化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の偏光ビーム変換素子によれば、単純な工程で作製することが可能であり、製造コストを抑制してコストの低減化を図ることができる。
【００２３】
また本発明の偏光ビーム変換素子において、１／４波長板及び反射膜が形成されていない領域に入射光を集光するレンズアレイを形成する場合は、効率よく入射光を利用することができ、また偏光ビーム変換素子を組み込む液晶表示装置等の光学装置の構成の簡易化、小型化を図ることができる。
【００２４】
更に本発明による偏光ビーム変換素子の製造方法によれば、複雑な機械加工を不要として、作業性の向上、生産性の向上を図ることができる。
【００２５】
従って、本発明による偏光ビーム変換素子を利用して液晶表示装置を構成することにより、コストの低減化、小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明を適用した偏光ビーム変換素子及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。先ず本発明構成による偏光ビーム変換素子の一実施の形態について説明する。
【００２７】
（１）第1の形態
図１は、本発明を適用した偏光ビーム変換素子の一構成例を示すものである。図１に示す偏光ビーム変換素子は、透明基材１（１１及び１２）より成り、各透明基材１１及び１２には、相対向する斜面１１ａ及び１１ｂがその光入射側表面１Ａから裏面１Ｂにわたって設けられ、各斜面１１ａ及び１１ｂ上に偏光分離膜２が形成される。そして、光入射側表面１Ａの、隣接して互いに他を向く一対の斜面１１ａ及び１１ｂに対応する位置の一つおきに、１／４波長板３及び反射膜４を形成して成るものである。
【００２８】
なお、図示しないが反射膜４上を覆って例えば光透過性樹脂等より成るレンズアレイを形成してもよい。このように集光レンズの作用を持つレンズアレイを形成する場合は、効率よく入射光を反射膜４の間に集光させることができ、また偏光ビーム変換素子を組み込む液晶表示装置等の光学装置の構成の簡易化、小型化を図ることができる。
【００２９】
上記透明基材１１及び１２は、例えば屈折率１．８の樹脂から形成され、例えば光入射面１Ａに対し略４５°を成す断面Ｖ字状の溝形成により互いに向かい合った斜面１１ａ、１１ｂを有し、これら斜面１１ａ、１１ｂの衝合する角度を略９０°として、いわば断面直角三角形状の三角プリズムが各斜面を重ね合わせて交互に並置された構成とする。
【００３０】
上記透明基材１１及び１２は、例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、アートン等の透明度の高い樹脂や、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２等の無機物微細粉を充填したアクリル系紫外線硬化樹脂や、シリコーンレジンの混合材等からなり、金型等を用いることによって上記傾斜面１１ａ及び１１ｂを有する形状に容易に成形することが可能である。また、ガラスをバイトや砥石で削ることにより作製することもできる。
【００３１】
また斜面１１ａ，１１ｂ上形成される偏光分離膜２は、直交する直線偏光の一方のみを透過し、他方を反射する機能を有する。偏光分離膜２は、一般的には、入射光の基準波長をλ０とするとき、λ０／４とほぼ等しい光学的膜厚をそれぞれ有する高屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌを用いて、ＨＬの繰り返し構造（ＨＬ）ｍ（ただし、ｍは４以上の整数）からなる基本構造膜、または（０．５ＨＬ０．５Ｈ）ｍ（ｍはｍ回のべき乗の意味）で示される構造である多層膜からなる。かかる偏光分離膜２を形成することにより、広い波長範囲に亘り十分な偏光分離特性を実現することが可能になる。
【００３２】
また偏光分離膜の構成の他の例としては、入射光に対して所定の屈折率を有する光学的に透明な高い屈折率層Ｈと、この高屈折率層Ｈより低い屈折率の光学的に透明な低屈折率層Ｌとからなる基本構造膜Ｈ２Ｌを含み、この基本構造膜の繰り返し構造である（Ｈ２Ｌ）ｍ、（Ｈ２Ｌ）ｍＨ、あるいは２Ｌ（Ｈ２Ｌ）ｍ（ただし、ｍは３〜７の整数）のいずれかの構造を有する多層膜を挙げることができる。この多層膜においても、入射光の基準波長である５５０ｎｍをλ０としたときに、高屈折率層Ｈ及び低屈折率層Ｌがいずれもλ０／４とほぼ等しい光学的膜厚となるように設定することにより、偏光分離膜として良好に機能する。
【００３３】
また、上記１／４波長板３及び反射膜４は、この順で積層され、透明基材１１及び１２の光入射表面上の、一つおきの斜面１１ａ及び１１ｂに対応する位置に、すなわちこの場合直角三角形の頂角にまたがる位置に設けられる。そのピッチは、斜面１１ａ又は１１bとほぼ同一であり、その幅は、傾斜面１１ａ又は１１ｂの透明基材１１又は１２の表面１Ａに投影される幅とほぼ同じである。
【００３４】
ここで、１／４波長板３は、例えばポリプロピレンやポリカーボネートを延伸処理することにより作製したフィルムを積層した複合フィルムを用いることができる。
１／４波長板３の他の例としては、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリサルフォン、ポリアリレート等を用いた延伸フィルム、さらにはそれらの積層複合フィルム等を挙げることができる。反射膜４としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）ベース上にＡｌやＡｇのスパッタ膜を形成し、その上にＴｉＯ２とＳｉＯ２からなる増反射膜を形成したフィルム等を用いることができる。
【００３５】
次に、上記の構造を有する偏光ビーム変換素子の機能について図２を参照して説明する。この偏光ビーム変換素子においては、背面方向即ち入射側表面１Ａから投射された入射光は、例えばレンズアレイを設ける場合はこのレンズアレイにより集光されて、１／４波長板３及び反射膜４が形成されていない領域に集光される。
【００３６】
これら集光される光のうち、一方の偏光方向の直線偏光、例えば矢印Ｐで示すＰ偏光波は、偏光分離膜２を透過し、偏光方向が維持されたまま（Ｐ偏光波のまま）透明基材１１を透過する。
【００３７】
他方の偏光方向の直線偏光、例えば破線矢印Ｓで示すＳ偏光波は、偏光分離膜２で反射され、さらに隣接して対向する偏光分離膜２で反射され、光入射側へ向かい、１／４波長板３に入射されて反射膜４で反射される。そして、再度１／４波長板３を通過してＰ偏光波に変換される。すなわち、上記Ｓ偏光波は、１／４波長板３を２回透過することになり、常光成分と異常光成分の位相が１／２波長ずれて、直交方向の直線偏光（Ｐ偏光波）に変換される。
変換されたＰ偏光波は、偏光分離膜２を透過し、透明基材１１から射出される。このようにして、入射された光は、その大部分が一方の直線偏光波、この場合Ｐ偏光波に変換される。
【００３８】
上述の第１の形態では、偏光分離膜を有する透明基材の構造が特徴的であり、簡単な工程で作製することができる。以下、本発明による偏光ビーム変換素子の製造方法の一実施の形態について説明する。
【００３９】
（２）第２の形態
偏光分離膜を有する透明基材を作製するには、先ず、図３に示すように、向かい合った斜面が繰り返し形成された第１の透明部材３１を用意する。この第１の透明部材３１は、射出成型等の手法により容易に形成することができる。また、紫外線硬化樹脂等を用い、斜面溝を形成した金型上に樹脂を流し込み紫外線硬化させることによって作製することも可能である。
【００４０】
次に、図４に示すように、上記第１の透明部材３１の傾斜面を覆って偏光分離膜３２を成膜する。偏光分離膜は、例えば高屈折率層と低屈折率層を交互に積層することによって形成することができる。また、各層は、スパッタ法や蒸着法等により成膜すればよい。
【００４１】
次いで、図５に示すように、例えばアクリル等の透明基材３３を第１の透明部材３１の傾斜面上に重ね、この透明基材３３と第１の透明部材３１の間に未硬化の紫外線硬化樹脂等より成る光透過性部材３４を充填する。この状態で透明基材３３を介して紫外線を照射し、未硬化樹脂を紫外線硬化して第２の透明部材３５とする。上記透明基材３３を取り除くことにより図６に示すように、平坦化された第２の透明部材３５が形成される。なお、透明未硬化樹脂の硬化方法としては、熱硬化等も採用可能である。
【００４２】
そしてこの後、透明部材３１及び３５の表面の斜線を付して示す除去部１３を例えば鏡面研磨、エッチング、ないしは化学的処理等により除去することにより、斜面１１ａ及び１１ｂが表面から裏面にわたって設けられた図１に示す構成の透明基材１１及び１２を形成することができる。
【００４３】
そしてこの後、透明基材１２の入射側表面１Ａ上に、隣接する互いに他を向く一対の斜面１１ａ及び１１ｂに対応する位置の１つおきに、１／４波長板及び反射膜を例えば選択的蒸着、スパッタリング等により成膜して図１に示すような本発明構成の偏光ビーム変換素子を完成する。これら１／４波長板や反射膜は、予め作製したフィルムを貼り合わせることにより簡単に形成することができる。
【００４４】
尚、本出願人は、特願２００３−４７８５１号（平成１５年２月２５日出願）において、図７に示すように、透明基材１１及び１２の厚さ方向中間位置に、相対向する斜面が並置配列されて、この斜面に偏光分離膜２が形成され、一対の斜面に対応する光入射側表面に１／４波長板３及び反射膜４が形成されて成る偏光ビーム変換素子を提案した。
【００４５】
本発明による偏光ビーム変換素子によれば、上記出願において提案した偏光ビーム変換素子と同様に、製造工程が簡易であり、大面積の製造も可能であるという利点を有するとともに、更に図７に示す偏光ビーム変換素子と比較して厚さを１/２程度以下に低減化することができ、より小型、薄型の偏光ビーム変換素子を提供することができる。
【００４６】
（３）第３の形態
次に、本発明による偏光ビーム変換素子を用いた液晶表示装置の一実施の形態について説明する。この例においては、プロジェクタ型液晶表示装置に適用した場合を示すが、本発明はこの例に限定されることなく、その他各種のパネル型等の液晶表示装置において偏光ビーム変換素子を用いる場合に適用し得ることはいうまでもない。
【００４７】
図８は、プロジェクタ型の液晶表示装置の概略構成を示す図である。５１は光源、５２及び５３はインテグレータレンズ、５４は上述の各構成による偏光ビーム変換素子、５５、６０、６２及び６６は集光用のレンズ、５６、５９、６４及び６６は全反射型のミラーである。５７は、例えば青色光を透過し緑色光及び赤色光を反射するダイクロイックミラー、５８は緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックミラーで、これらにより赤、青及び緑色光を分離する。
【００４８】
各色Ｂ、Ｇ及びＲに対応する液晶板６１、６３及び６７は、それぞれクロスプリズム６８の入射面に対向する位置に配置される。６９は投写レンズを示す。
【００４９】
このような構成における各色光の入出射態様について説明する。光源５１からの白色光は、インテグレータレンズ５２及び５３で効率よく集光し、偏光ビーム変換素子５４で例えばＰ偏光波をＳ偏光波に（又はＳ偏光波をＰ偏光波に）変換することにより、Ｓ偏光波（又はＰ偏光波）に揃えて取り出し、レンズ５５を経てミラー５６で反射し、ダイクロイックミラー５７に入射させる。
【００５０】
青色光は、ダイクロイックミラー５７を透過した後、ミラー５９で反射され、レンズ６０を介して青色光用の液晶板６１に入射される。
同様に、ダイクロイックミラー５７により反射された光のうち緑色光は、ダイクロイックミラー５８により反射され、レンズ６２を介して緑色光用の液晶板６３に入射される。
【００５１】
ダイクロイックミラー５８を透過した赤色光は、ミラー６４及び６５、更にレンズ６６を介して赤色光用の液晶板６７に入射される。
そして、各色に対応する液晶板６１、６３及び６７に図示しないが所定の変調回路から表示信号に対応する光変調信号を入力して光変調を行って、クロスプリズム６８で合成され、投写レンズ６９によりスクリーンに拡大投写される。
【００５２】
このように、液晶表示装置において、偏光ビーム変換素子を用いて白色光の偏光方向をそろえることによって、従来Ｓ偏光波又はＰ偏光波のうち一方のみを使用し、他方の偏光波はいわば熱として捨てられてきたものであるが、上述したように光源からの光の偏光成分をそろえることによって、利用効率を格段に高めることができるものである。
【００５３】
そして本発明によれば、この偏光ビーム変換素子の製造工程を簡易化し、また大面積化も容易とすることから、コストの低減化を図ることができ、これを用いる液晶表示装置においてもコストの低減化を図ることができる。
また更に、上述したように、本発明構成においてはより小型化を図ることができることから、液晶表示装置の小型化にも有利となる。
【００５４】
次に、本発明を適用した具体的な実施例について説明する。
実施例１
底面に対して４５度の傾斜角度を持つ４５度斜面を有する鋸歯状断面を有し、この斜面の傾斜方向と直交する方向に延在する基板を作製した。基板は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を射出成型することにより作製し、これを透明部材Ａとした。
【００５５】
次に、この傾斜面上に偏光分離膜を形成した。この偏光分離膜は、Ｙ２Ｏ３蒸着膜ＨとＭｇＦ２蒸着膜Ｌとを一組にして、１６回繰り返し成膜して合計３２層を形成した。Ｙ２Ｏ３蒸着膜Ｈの膜厚は７８．６ｎｍ、ＭｇＦ２蒸着膜Ｌの膜厚は９９．６ｎｍとした。
【００５６】
偏光分離膜を形成した後、その上から紫外線硬化型アクリル樹脂を塗布充填し、さらに上からアクリル透明基板を被せてアクリル樹脂を押し広げた。この状態で透明未硬化樹脂である紫外線硬化型アクリル樹脂を紫外線硬化し、一体化することで透明部材Ｂを形成した。この後、斜面が露出するまで表面の研磨を行った。
【００５７】
さらに、斜面のピッチ毎に頂部が衝合する一対の斜面にまたがって１／４波長の光学厚のフィルムと、反射フィルムを粘着層を介して貼り合わせた。このようにして作製した偏光ビーム変換素子は、透明基材の光出射側表面に平均反射率０．２％の反射防止フィルムを粘着剤貼合して測定すると、５５０ｎｍの波長近傍において、Ｐ偏光波のみを透過しながら、光量の透過率として８５％を示した。また、従来型の偏光ビーム変換素子に比べて、大幅な製造工程の簡素化が達成された。
【００５８】
実施例２
本例の偏光ビーム変換素子における透明基材の構造は、先の実施例１と同様であるが、透明部材Ａを、ＴｉＯ2 微細粒子を混練充填させた紫外線硬化樹脂で形成した。
【００５９】
すなわち、紫外線照射や加熱により架橋可能なモノマー、ポリマー及びそれらの混合物にＴｉＯ２微粒子を混合分散させた。具体的には、メチルエチルケトン２５ｗｔ％、シクロヘキサノン７５ｗｔ％からなる混合溶剤を準備して、出来た混合溶剤を溶媒として、その中に光重合開始剤（イルガキュア３６９：チバ／スペシャルティ／ケミカルズ社製）を０．３ｗｔ％、増感剤（カヤキュアRTX ：日本化薬社製）０．１ｗｔ％を溶解混合した。更に、エポキシアクリレート（ビスフェノールＡ−エピクロルヒドリン／アクリル酸）２ｗｔ％、メチロールプロパントリアクリレート２ｗｔ％、シリコーンレジン（JCR6122 ：東レ・ダウコーニング・シリコーン社製）１ｗｔ％、ＴｉＯ２粉体分散物１５ｗｔ％を混合混練した。全体量１ｋｇの材料をステンレス製密閉容器中にて５時間の混練を行い、次に乾燥を与えながら５時間の混練を行って溶媒比率を下げながらペースト状の樹脂組成物を形成した。
【００６０】
次に、向かい合った４５度斜面の繰り返し溝を有する金型の上に、このペースト状樹脂組成物を前述の図５において説明したのと同様の方法によりＰＥＴフィルムを介して押し広げた。その後、１３０℃で硬化させた後、更に紫外線硬化を行った。
その後、金型より剥離して透明部材Ａを作製した。
【００６１】
そして、この場合の透明部材Ａの屈折率が１．８であったので、偏光分離膜をＴｉＯ２及びＳｉＯ２の７層構成とした。すなわち、５５０ｎｍにおける１／４波長に相当する光学厚みを有するＴｉＯ２膜（厚さ５５．９ｎｍ）Ｈと、５５０ｎｍにおける１／２波長に相当する光学厚みを有するＳｉＯ２膜（厚さ１８８．４ｎｍ）２Ｌとを、Ｈ・２Ｌ・Ｈ・２Ｌ・Ｈ・２Ｌ・Ｈなる順序で積層し、７層構造の膜をスパッタリング法により形成した。
【００６２】
次いで、透明部材Ｂを、透明部材Ａと同様に、ＴｉＯ２微細粒子を混練溶解させた樹脂スラリーを充填塗布した後に加熱及び紫外線照射により硬化させることにより形成し、同様に斜面が露出するまで研磨を行った。このようにして作製した偏光ビーム変換素子は、透明基材の光出射側表面に平均反射率０．２％の反射防止フィルムを粘着剤を介して貼合して測定すると、光量の透過率として５５０ｎｍ波長を中心として９２％を示すとともに、従来型の偏光ビーム分離変換素子に比して大幅な製造工程の簡素化が達成された。
【００６３】
以上の実施例においては、透明部材Ａと透明部材Ｂとが屈折率１．４９及び１．８である場合の例について説明したが、屈折率はそれらの中間の値、例えば１．６や１．７である場合においても、同様に上記透明基材構造を実現することが可能である。それぞれの屈折率において、偏光分離膜の膜構成は、偏光ビーム分離素子としての偏光変換率の目標仕様とコスト必要値に基づいて、（ＨＬ）ｍ、または（０．５ＨＬ０．５Ｈ）ｍ（ｍはｍ回のべき乗の意味）、さらには、（Ｈ２Ｌ）ｍ、（Ｈ２Ｌ）ｍＨ、あるいは２Ｌ（Ｈ２Ｌ）ｍを基本型とした膜構成及びそれからの派生変形的な膜構成の中から選択されるが、いずれの場合においても、偏光分離膜が１つの基板上に形成されたり、繰り返しの４５度斜面溝上に同時に形成され、スライシングや接着貼り合わせ、両面研磨という立体的なブロック研削加工工程を必要としないため、量産性に富むものである。
【００６４】
さらにまた、本発明においては、向かい合った４５度斜面上にスパッタリングまたは蒸着による偏光分離膜形成が行われるため、溝の開口角度は９０度となり、いわゆる溝壁によるスパッタリング薄膜形成時のシャドーイング効果が少なく、溝の底部まで均一な膜厚形成が可能である。その意味で、従来技術として報告されている各公報記載の発明の場合に問題となる、三角溝壁による蒸着ビームの影による膜厚の均一さへの悪化影響を回避することが可能である。この意味でも、本発明の偏光ビーム変換素子の生産性、歩留まりは高く、安価な偏光ビーム変換素子の供給が可能である。
【００６５】
なお、上述の各実施例では、透明部材Ａの形成を、樹脂材料及び無機物を充填した樹脂材料で行う場合について説明したが、これをガラスで形成することを排除するものではない。４５度斜面のガラス溝をガラス粘性状態でガラス基板に形成する方法や、溝砥石加工と溝研磨を行う方法も可能である。その場合にも、プラスチック成型による溝形成ほどではないが、全体のプロセスとして、従来法より簡便で安価なプロセスとすることが可能である。
【００６６】
従って、このような本発明による偏光ビーム変換素子を液晶パネルディスプレイに用いることによって、例えば、光源の利用効率が高く、低消費電力化、あるいは高輝度化が達成され、またコストの低減化を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明偏光ビーム変換素子の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明偏光ビーム変換素子における入射光の変換態様を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明偏光ビーム変換素子の製造方法一例を示す一工程図である。
【図４】本発明偏光ビーム変換素子の製造方法一例を示す一工程図である。
【図５】本発明偏光ビーム変換素子の製造方法一例を示す一工程図である。
【図６】本発明偏光ビーム変換素子の製造方法一例を示す一工程図である。
【図７】偏光ビーム変換素子の一例を示す概略断面図である。
【図８】液晶表示装置の一例の構成図である。
【図９】従来の偏光ビーム変換素子の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１      透明基材
１Ａ    入射側表面
１Ｂ    裏面
２      偏光分離膜
３      １／４波長板
４      反射膜
１１    透明基材
１２    透明基材
３１    第１の透明部材
３２    偏光分離膜
３３    透明基材
３４    光透過性部材
３５    第２の透明部材
１０１  透明基材
１０２  偏光分離膜
１０３  マスク
１０４  １／２波長板
【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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