(57)【要約】【課題】無偏光の光を効率よく直線偏光に変換できる生産性に優れた偏光変換素子及びそれを用いた液晶プロジェクター又は液晶ディスプレイを提供する。【解決手段】入射角０度の偏光の無い光を略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１と法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２に分離する偏光分離層と、直線偏光Ｔ１の偏光状態をほぼ完全に直線偏光Ｔ２の偏光状態に変換して、且つ直線偏光Ｔ２の偏光状態を５０％以上変換せずに、透過する偏光制御層とを積層して偏光変換素子を得る。この偏光変換素子を光源の前に配置して液晶プロジェクター又は液晶表示装置を得る。【選択図】なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射角０度の偏光の無い光を略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１と法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２に分離する偏光分離層、及び
直線偏光Ｔ１の偏光状態をほぼ完全に直線偏光Ｔ２の偏光状態に変換して、且つ直線偏光Ｔ２の偏光状態を５０％以上変換せずに、透過する偏光制御層
を含んでなる偏光変換素子。
【請求項２】
偏光分離層が、複数のＶ溝を表面に備えた光学的等方性のプリズムアレイと、一軸性の複屈折層とからなり、
プリズムアレイの全ての溝が、略平行になっており、
プリズムアレイを形成する材料の常光に対する屈折率ｎｉと、複屈折層を形成する材料の常光に対する屈折率ｎｏとが略等しい、請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
プリズムアレイのＶ溝方向と、複屈折層の光軸方向とが略平行である、請求項２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
偏光制御層は、面内レターデーションが入射光の波長の略１／２である、請求項１〜３のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項５】
偏光制御層は、その面内遅相軸が直線偏光Ｔ１の偏光方向から４０〜５０度傾いて配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項６】
偏光制御層は、面内遅相軸方向の屈折率をｎｘ、それに面内で直交する方向の屈折率をｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚとした時に、（ｎｘ２＋ｎｙ２）／２とｎｚ２との差の絶対値が０．００４以上である、請求項１〜５のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項７】
直線偏光Ｔ２の偏光分離層からの出射角を、偏光制御層によって直線偏光Ｔ２を５０％以上変換せずにそのまま透過する入射角θｉのうちの最小角度以上にした、請求項１〜６のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項８】
さらにプリズム又はレンズを含んでなる請求項１〜７のいずれかに記載の偏光変換素子。
【請求項９】
ビームを発生する光源と、該ビームの光路中に請求項１〜８のいずれかに記載の偏光変換素子、液晶セル、検光子、及び投射レンズ系を順に配置させてなる、液晶プロジェクター。
【請求項１０】
偏光変換素子と液晶セルとの間に偏光子をさらに配置させてなる、請求項９に記載の液晶プロジェクター。
【請求項１１】
バックライトと、請求項１〜８のいずれかに記載の偏光変換素子と、偏光子と、液晶セルと、検光子と、を順に配置させてなる、液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は偏光変換素子及びそれを用いた液晶表示装置に関する。さらに詳細には、無偏光の光を効率よく直線偏光に変換できる低コストで生産性に優れた偏光変換素子及びそれを用いた液晶プロジェクター又は液晶ディスプレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置に用いられる偏光子としてヨウ素系や染料系の二色性偏光素子が多く使われている。こうした二色性偏光素子は、直交する２つの偏光成分のうち、一方のみを吸収して透過させず、もう一方の偏光成分を透過させることによって直線偏光を生成させる。二色性偏光素子は光吸収を利用することによって直線偏光を生成するので、原理的には光透過率の上限は５０％である。
従って、二色性偏光素子を用いた液晶表示装置では、光源が発する光の半分以下の光しか利用できない。
【０００３】
光源が発する光の利用効率を上げるために、光源からの光を偏光変換する方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、偏光していないビームを、互いに直交する２成分の直線偏光成分に分離する層と、垂直に入射する偏光成分がその偏光方向を維持し、垂直でない角度で入射する偏光成分の偏光方向を回転させる偏光回転層とを含んでなる、偏光素子が開示され、このような機能を有する偏光回転層は、その単軸配向した分子の軸が、この層の法線に対して角度θをなす面内に位置させることにより達成されると述べられている。
また、特許文献２及び３には、偏光していない入射光を直交する二つの直線偏光に分離する偏光分離層と、直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなる偏光変換フィルムを開示されており、偏光変換層として、フィルム面に対して傾斜配向した複屈折性化合物を用いることが開示されている。この偏光変換層は、垂直入射した直線偏光の偏光状態を変換せず、傾斜して入射する直線偏光の偏光状態を変換する機能を有するものである。
【０００４】
【特許文献１】特表平１０−５０５４３５号公報
【特許文献２】特開２００４−７７８９９号公報
【特許文献３】特開２００４−７７９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、本発明者らの検討によると、特許文献１〜３に記載の発明は、偏光回転層若しくは偏光変換層に対して斜めに入射してきた直線偏光の偏光状態を９０°回転することが非常に困難であることが分かった。また、複屈折性化合物や液晶化合物を層表面に対して傾斜して配向させることは工業的生産では困難であり、さらに厚さ、屈折率、分子の傾斜配向角度の関係を調整することも工業的生産においては困難である。そのために、従来の偏光変換素子は、偏光変換効率が低く、また生産性も低いので生産コストが割高であった。
本発明の目的は、無偏光の光を効率よく直線偏光に変換できる低コストで生産性に優れた偏光変換素子及びそれを用いた液晶プロジェクター又は液晶ディスプレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記目的を達成するために検討した結果、入射角０度の偏光の無い光を略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１と法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２に分離する偏光分離層と、略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１の偏光状態をほぼ完全に直線偏光Ｔ２の偏光状態に変換して、且つ法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２の偏光状態を５０％以上変換せずに、透過させる偏光制御層とを組み合わせることによって、無偏光の光を効率よく直線偏光に変換できる偏光変換素子を低コストで効率的に生産できることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。
【０００７】
かくして本発明によれば、
（１）  入射角０度の偏光の無い光を略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１と法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２に分離する偏光分離層、及び
略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１の偏光状態をほぼ完全に直線偏光Ｔ２の偏光状態に変換して、且つ法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２の偏光状態を５０％以上変換せずに、透過する偏光制御層
を含んでなる偏光変換素子。
（２）  偏光分離層が、複数のＶ溝を表面に備えた光学的等方性のプリズムアレイと、一軸性の複屈折層とからなり、
プリズムアレイの全ての溝が、略平行になっており、
プリズムアレイを形成する材料の屈折率ｎｉと、複屈折層を形成する材料の常光に対する屈折率ｎｏとが略等しい、前記（１）に記載の偏光変換素子。
（３）  プリズムアレイのＶ溝方向と、複屈折層の光軸方向とが略平行である、前記（２）に記載の偏光変換素子。
（４）  偏光制御層は、面内レターデーションが入射光の波長の略１／２である、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の偏光変換素子。
（５）  偏光制御層は、その面内遅相軸が直線偏光Ｔ１の偏光方向から４０〜５０度傾いて配置されている、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の偏光変換素子。
【０００８】
（６）  偏光制御層は、面内遅相軸方向の屈折率をｎｘ、それに直交する方向の屈折率をｎｙ、厚さ方向の屈折率をｎｚとした時に、（ｎｘ２＋ｎｙ２）／２とｎｚ２との差の絶対値が０．００４以上である、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の偏光変換素子。
（７）  直線偏光Ｔ２の偏光分離層からの出射角を、偏光制御層によって直線偏光Ｔ２を５０％以上変換せずにそのまま透過する入射角θｉのうちの最小角度以上にした、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の偏光変換素子。
（８）  さらにプリズム又はレンズを含んでなる前記（１）〜（７）のいずれかに記載の偏光変換素子。
（９）  ビームを発生する光源と、該ビームの光路中に前記（１）〜（８）のいずれかに記載の偏光変換素子と、液晶セルと、検光子と、投射レンズ系と、を順に配置させてなる、液晶プロジェクター。
（１０）  偏光変換素子と液晶セルとの間に偏光子をさらに配置させてなる、前記（９）に記載の液晶プロジェクター。
（１１）  バックライトと、前記（１）〜（８）のいずれかに記載の偏光変換素子と、偏光子と、液晶セルと、検光子と、を順に配置させてなる、液晶ディスプレイ。
が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の偏光変換素子に、偏光の無い光を略垂直方向から入射させると、一方の直線偏光の強度と他方の直線偏光の強度とが大きく異なる（つまり、偏光度の高い）光が透過して出てくる。さらに、入射光の利用率が高く、容易に様々な大きさ及び形状のものを製造することができるので、本発明の偏光変換素子を液晶プロジェクター又は液晶ディスプレイに用いることによって、高輝度な画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の偏光変換素子は、入射角０度の偏光の無い光を略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１と法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２に分離する偏光分離層、及び
略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１の偏光状態をほぼ完全に直線偏光Ｔ２の偏光状態に変換して、且つ法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２の偏光状態を５０％以上変換せずに、透過する偏光制御層
を含んでなるものである。
【００１１】
〔偏光分離層〕
本発明を構成する偏光分離層は、入射角０度の偏光の無い光を略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１と法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２に分離する機能を有するものである（なお、略法線方向とは、法線方向からの誤差角度が１０°以内の方向のことを意味するものである）。直線偏光Ｔ１と直線偏光Ｔ２とは、その偏光方向が直交している。
偏光分離層の一つの例として、プリズムアレイと複屈折層とからなるものが挙げられる。例えば図１に示すような構造を有することができる。プリズムアレイは、細長い三角柱を横倒しに置いた形状の複数のＶ溝を一方の表面に備え、その全ての溝が略平行になっている。後述するプリズム又はレンズによる集光効率が高まる観点から、プリズムアレイの溝によって形成される複数の凸部の頂角は、その全ての頂角が略同一の角度であることが好ましい。なお、本発明において、略平行とは、平行からの誤差角度が５°以内にあることを意味するものである。
図１において、偏光分離層は、屈折率ｎｉの等方性材料から作られたプリズムアレイ１１と、そのプリズムアレイの溝に屈折率異方性Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ（ｎｅ≠ｎｏ）の一軸性材料を埋め込んでなる、一軸性の複屈折層１２とで作られるものである。ここで、ｎｅとｎｏは、一軸性材料１２の異常光と常光に対する屈折率である。
また、ｎｏとｎｉとは大きさが略等しい（この場合、後述するように、直線偏光Ｔ１が偏光分離層に垂直に入射されるときに、その偏光がそのまま直進するように、ｎｏとｎｉの大きさを等しくすればよい）。このとき、複屈折層１２の光軸がプリズムアレイの溝方向に平行になるように一軸性材料を埋め込めば、偏光分離層の溝方向に直交する方向に対する屈折率が一定（＝ｎｉ）となり、溝方向に平行な方向に対する屈折率がプリズムアレイ１１と複屈折層１２の接触面で変化がおきる。
よって、図５に示すように溝方向に直交する偏光方向を有する直線偏光Ｔ１が偏光分離層に垂直に入射されるとその偏光はそのまま直進する（なお、この「直進」とは、完全な直進からの誤差角度が１０°以内にあることを意味するものである）。溝方向に平行な偏光方向を有する直線偏光Ｔ２が偏光分離層に入射されると、プリズムアレイ１１と複屈折層１２の接触面で屈折（または反射）して、その偏光は斜め方向に進む。
【００１２】
偏光のない光は、溝方向に直交する偏光方向を有する直線偏光成分Ｔ１と、溝方向に平行な偏光方向を有する直線偏光成分Ｔ２を合成したものと考えることができる。偏光のない光が偏光分離層に入射角０度で入射すると、上記原理によって、溝方向に直交する偏光方向を有する直線偏光成分Ｔ１はそのまま直進し、略法線方向に出射する。
一方、溝方向に平行な偏光方向を有する直線偏光成分Ｔ２はプリズムアレイ１１と複屈折層１２の接触面で屈折（または反射）し、法線に対し斜め方向に出射する。このようにして偏光のない光を、二つの直線偏光成分に分離することができ、しかも、その直線偏光の進行方向を偏光の状態に応じて変えることができる。
【００１３】
直線偏光Ｔ２が出射する角度は、一軸性材料１２の屈折率ｎｅと等方性材料の屈折率ｎｉの差、及びプリズムアレイの頂角の角度によって決まる。この偏光分離層では屈折（または反射）を利用して偏光分離を行っているので、後述するプリズム又はレンズによって効率的に集光を行うことができ、好ましく用い得る。また、この偏光分離層で回折による偏光分離が起こると、集光効率が低下するおそれがあるため、できるだけ回折が生じないように、プリズムアレイのピッチ（プリズムアレイの隣り合う頂角の頂点間距離）を入射光の波長に対して十分に大きくすることが好ましい。
【００１４】
プリズムアレイ１１を構成する材料としては、透明で光学的等方性を有する材料であれば特に制限されない。このような材料として、例えば、ガラスやポリマーなどが挙げられる。大面積の偏光変換素子を得ると言う観点から、透明な光学的等方性ポリマーが好ましく用いられる。
【００１５】
一軸性材料１２を構成する材料としては、透明で光学的に一軸性を有する硬化物であれば特に制限されない。このような材料としてネマチック液晶を硬化させたものが挙げられる。ネマチック液晶をプリズムアレイの溝に塗布し、溝方向に平行になるように分子軸を配向させ、次いで硬化させることによって、複屈折層を形成することができる。
【００１６】
本発明を構成する偏光分離層の別の例として、複屈折回折格子を挙げることができる。複屈折回折格子は、図２に示すように、等方性材料からなる矩形凹凸形状の格子１１とその凹部に埋め込まれた異方性材料からなる複屈折層１２とから構成されるものである。
異方性材料が複屈折性を示すので、常光（例えば、図２において、ｘ軸方向に振動する偏光成分）と、異常光（例えば、図２において、ｙ軸方向に振動する偏光成分）とで屈折率が異なる。したがって、周期的な格子の作用により、発生する回折光の回折効率も常光と異常光とで異なることになり、屈折率や格子形状を調整することにより、偏光分離が可能となる。なお、異方性材料は、異常光の屈折率ｎｅと常光の屈折率ｎｏに対して、通常ｎｅ＞ｎｏであり、この場合には異常光の偏光方向が異方性材料からなる複屈折層１２の遅相軸、常光の偏光方向が進相軸となる（ｎｅ＜ｎｏの場合には遅相軸と進相軸はそれぞれ入れ替わる。）。
【００１７】
さらに別の偏光分離層の例として、ニオブ酸リチウム結晶板の主面に周期を有するＨ＋イオン交換領域の光学的回折格子を形成したもの（特開平５−２４９３０８号、特開平６−１８８１７号、特開平６−２７３２０号の各公報）；光学的異方性を持つ結晶基板の主面に設けた周期的な溝の底面上に誘電体層を有するもの（特開平２−１５６２０５号公報）；コレステリック液晶の螺旋軸をセル板に対して平行に配置したもの（Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  １９９７，  ７１，  １３５０−１３５２）；特開２００４−７７８９９号に開示されている偏光分離層などが挙げられる。
【００１８】
〔偏光制御層〕
偏光制御層は、略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１の偏光状態をほぼ完全に直線偏光Ｔ２の偏光状態に変換して、且つ法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２の偏光状態を５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上変換せずに、透過する機能を有するものである。
このような機能を有する偏光制御層は、以下に説明するような光学的異方性を有するものであればよい。
先ず、略法線方向に出射する直線偏光Ｔ１の偏光状態をほぼ完全に直線偏光Ｔ２の偏光状態に変換して透過するために、偏光制御層は、その面内レターデーションが、入射光の波長の略１／２であることが好ましい（なお、略１／２とは、０．４〜０．６、好ましくは０．４５〜０．５５、より好ましくは０．４９〜０．５１の範囲であることを意味する）。面内レターデーションは、面内遅相軸方向の屈折率ｎｘと遅相軸に直交する方向の屈折率ｎｙとの差に、平均厚さｄを乗したものである。さらに、偏光制御層の面内遅相軸が直線偏光Ｔ１の偏光方向に４０〜５０度傾いていることが好ましく、４５度傾いていることがより好ましい。
このような構成を持つ偏光制御層に、略法線方向から直線偏光Ｔ１が入射すると、偏光方向が９０度回転される。直線偏光Ｔ１の直線偏光Ｔ２への変換は、ほぼ完全に行われ、具体的には入射した直線偏光Ｔ１の９８％以上が直線偏光Ｔ２へ変換されることが好ましい。
【００１９】
一方、法線に対し斜め方向に出射する直線偏光Ｔ２の偏光状態を５０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上変換せずに透過させるために、偏光制御層は、厚み方向の屈折率ｎｚが、面内の屈折率ｎｘ及びｎｙと、以下のような関係を満たすことが好ましい。
先ず、本発明を構成する偏光制御層は、面内遅相軸方向の屈折率ｎｘ、それに直交する方向の屈折率ｎｙ、厚さ方向の屈折率ｎｚが、ｎｘ＞ｎｙ＞ｎｚ、又はｎｚ＞ｎｘ＞ｎｙであることが好ましい。また、（ｎｘ２＋ｎｙ２）／２とｎｚ２との差の絶対値が０．００４以上であることが好ましく、０．００７以上であることがより好ましい。
【００２０】
この関係について図３を用いてさらに詳細に説明する。偏光制御層の法線に対し斜め方向に入射する直線偏光Ｔ２が偏光制御層を透過すると、直線偏光Ｔ２と同じ偏光状態のままで出てくるものと、直線偏光Ｔ１の偏光状態に変換されて出てくるものとがある。直線偏光Ｔ２と同じ状態のままで出てくる成分の強度Ｉは数１で表すことができる。数１中のＡ、Ｂ、及びδは数２で表される。
【００２１】
【数１】
2007225744.tif 000002
【００２２】
【数２】
2007225744.tif 000003
【００２３】
ここで、ｎｘ、ｎｙ、ｎｚは、偏光制御層の面内遅相軸方向（ｘ方向）、それに面内で直交する方向（ｙ方向）、厚さ方向（ｚ方向）の屈折率であり、ｄは層厚である。ζ＝ｎｉｓｉｎθｉであり、θｉは直線偏光Ｔ２の偏光制御層への入射角であり、ｎｉは入射側の屈折率である。入射角θｉは、直線偏光Ｔ２が偏光分離層から出射する角度と同じであるから、偏光分離層の複屈折層を構成する、一軸性材料１２の屈折率ｎｅと等方性材料１１の屈折率ｎｉの差、及びプリズムアレイ又は格子の形状によって決まる。なお、入射側の屈折率ｎｉは、本発明の偏光変換素子において偏光分離層と偏光制御層とを空気層を介さずに密着して積層した場合、ｎｉは偏光分離層のプリズムアレイ又は格子を形成する等方性材料の屈折率になる。
【００２４】
直線偏光Ｔ２が偏光制御層に入射すると、偏光制御層内では速度、伝搬方向の異なった２つの固有光波に分けられる。ｋｚ１、ｋｚ２はその２つの固有光波の波数ベクトルのｚ成分であり、数３で表される。ここで、λは入射光の波長である。
【００２５】
【数３】
2007225744.tif 000004
数１によると、ｃｏｓδが１の時に、強度Ｉは最大値の１となる。すなわち、直線偏光Ｔ２が偏光状態を維持したまま透過したことになる。
【００２６】
ｃｏｓδが１になるδの値は数２及び数３から求められる。なお、数２及び数３から求められる解δは複数あり、いずれの解であっても、直線偏光Ｔ２の強度Ｉを１にすることができるので、偏光制御層の設計自由度が非常に高い。
液晶プロジェクターや液晶ディスプレイにおいて光源の光利用効率を高め実用的に利用するためには、ｃｏｓδ＝１、すなわちＩ＝１までは要求されず、できるだけ強度Ｉを大きくすれば良い。ｃｏｓδがー１の時、ＩはＡ／（Ａ＋Ｂ）になる。Ａが大きい値となるためには数２から（ｎｘ２＋ｎｙ２）／２とｎｚ２との差が大きいことが条件になることが導かれる。
【００２７】
図４は、前記計算式に基づいてθｉと、直線偏光Ｔ２の強度Ｉとの関係を示した図である。入射角を示す軸の右側に行くほど入射角度が大きくなることを示している。実線は（ｎｘ２＋ｎｙ２）／２とｎｚ２との差の絶対値が大きい場合、破線は（ｎｘ２＋ｎｙ２）／２とｎｚ２との差の絶対値が小さい場合である。
実線では、入射角θ２の直線偏光Ｔ２は、偏光制御層で変換されずにそのまま透過して出てくることがわかる。破線では、入射角θ４の直線偏光Ｔ２は、偏光制御層で変換されずにそのまま透過して出てくることがわかる。このことから、偏光分離層によって分離された直線偏光Ｔ２の出射角を、偏光制御層の直線偏光Ｔ２を変換せずにそのまま透過する入射角θｉのうちの最小角度以上にすることによって、変換効率の高い好ましい偏光変換素子が構成できることがわかる。該最小角度は、例えば、図４の実線ではθ１とθ２との中間の角度、図４の破線ではθ３付近の角度である。なお、少なくとも、偏光制御層の直線偏光Ｔ２を５０％以上変換せずにそのまま透過する入射角θｉ（この入射角θｉは、複数存在することがある）のうちの最小角度以上にすると、変換効率の高い好ましい偏光変換素子を構成することができる。
【００２８】
以上のように、ｎｘ、ｎｙ及びｎｚの関係を調整することによって、上記数式の条件にすることができるので、偏光制御層は、例えば、透明樹脂フィルムを延伸処理するなどの簡単な製造方法で容易に得ることができる。本発明を構成する偏光制御層は、従来の偏光回転層や偏光変換層のような屈折率、膜厚、分子の配向方向などを高精度で調整しなければ得ることができなかったものに比べ、容易に製造できる。
【００２９】
本発明の偏光変換素子において、前記偏光分離層と偏光制御層とは、単に重ね置いただけでもよいし、枠等によって挟みとめてもよい、また両層間に空気層が介在しないように接着又は融着によって積層させてもよい。
【００３０】
本発明の偏光変換素子は、さらにプリズム又はレンズを含んでいてもよい。偏光分離層で光の進行方向は二つに分けられているので、プリズム又はレンズを含めることによって、偏光制御層から斜め方向に出射する偏光成分を集光して、ほとんどの偏光を略法線方向に向けることができる。
【００３１】
本発明の偏光変換素子は、液晶プロジェクターや液晶ディスプレイに用いることができる。液晶プロジェクターは、ビームを発生する光源と、該ビームの光路中に配置される偏光子、液晶セル、検光子、及び投射レンズ系とから構成される。本発明の偏光変換素子は、液晶プロジェクターの偏光子として用いることができ、また光源と偏光子との間に設置することもできる。偏光子や検光子は、例えば、ポリビニルアルコールフィルムやエチレン酢酸ビニル部分ケン化フィルム等の親水性高分子フィルムにヨウ素や二色性染料などの二色性物質を吸着させて一軸延伸させたものなどを用いることもできる。
【００３２】
また、液晶ディスプレイは、バックライトと、偏光子と、液晶セルと、検光子と、を順に配置させてなるものである。本発明の偏光変換素子は、液晶ディスプレイの偏光子として用いることができ、また、バックライトとバックライトに近い側の偏光子との間に設置することもできる。
【実施例】
【００３３】
実施例１〜５
透明樹脂（日本ゼオン社製、ＺＥＯＮＯＲ１４２０：屈折率ｎｉ＝１．５３）を１００℃で５時間乾燥し、射出成形機に供給して、ピッチ５０μｍ、頂角４５度のプリズムアレイシートを得た。プリズムアレイシートの溝に、ネマチック液晶（常光に対する屈折率ｎｏ＝１．５３２、異常光に対する屈折率ｎｅ＝１．７５１）を塗布し、溝方向にネマチック液晶の分子を配向させて、熱を掛けて硬化させ、偏光分離膜（偏光分離層）を得た。この偏光分離膜の液晶層側に入射角０度で波長５５０ｎｍの偏光の無いビーム光を照射したところ、プリズムアレイシート側から、常光が略法線方向に出射し、異常光が法線から３９．１度傾いた方向に出射した。
【００３４】
透明樹脂（日本ゼオン社製、ＺＥＯＮＯＲ１４２０：屈折率ｎｉ＝１．５３）を１００℃で５時間乾燥し、押出機に導入し、Ｔダイを用いてフィルムを得た。このフィルムを延伸して、表１に示す屈折率ｎｘ、ｎｙ及びｎｚを有する異方性フィルム（偏光制御層）１〜５を得た。なお、屈折率はエリプソメータ（Ｍ−２０００、ジェー・エー・ウーラム社製）で測定した値である。
【００３５】
【表１】
2007225744.tif 000005
【００３６】
前述の偏光分離膜のプリズムアレイシート側に、前述の異方性フィルム１〜５を面内遅相軸（ｘ方向）が偏光分離膜のプリズムアレイの溝方向と４５度傾斜するように配置して、それぞれ積層して、偏光変換素子１〜５をそれぞれ得た。
【００３７】
これら偏光変換素子１〜５の偏光分離膜側に入射角０度で波長５５０ｎｍの偏光の無いビーム光を照射した。検光子を用いて、プリズムの溝方向に水平な方向の偏光成分Ｔ２の出射量に対するプリズムの溝方向に垂直な方向の偏光成分Ｔ１の出射量の割合Ｆ１を求めた。その結果を表２に示した。本発明の偏光変換素子によって、偏光のないビーム光のほとんどがプリズムの溝方向に水平な方向の偏光成分Ｔ２に変換されたことがわかる。
【００３８】
【表２】
2007225744.tif 000006
【００３９】
比較例１〜５
二枚のガラス基板の間に、ネマチック液晶を封止した、アンチパラレル配向ネマチック液晶セル（プレチルト角がａ：約１５度、ｂ：約３０度、ｃ：約４５度、ｄ：約６０度及びｅ：約７５度のもの５種）を用意した。封止したネマチック液晶は常光に対する屈折率が１．４８１６、異常光に対する屈折率が１．５８０５であった。
前述の偏光分離膜のプリズムアレイシート側に、アンチパラレル配向ネマチック液晶セルａ〜ｅを液晶配向面が偏光分離膜のプリズムアレイの溝方向と平行になるように配置して、それぞれ積層して、偏光変換素子ａ〜ｅをそれぞれ得た。
これら偏光変換素子ａ〜ｅの偏光分離膜側に入射角０度で波長５５０ｎｍの偏光の無いビーム光を照射した。検光子を用いて、プリズムの溝方向に垂直な方向の偏光成分Ｔ１の出射量に対するプリズムの溝方向に水平な方向の偏光成分Ｔ２の出射量の割合Ｆ２を求めた。その結果を表３に示した。この偏光変換素子では完全に偏光成分Ｔ１に変換されていないことがわかる。
【００４０】
【表３】
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【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明を構成する偏光分離層の一例を示す図。
【図２】本発明を構成する偏光分離層の別の例を示す図。
【図３】本発明を構成する偏光制御層の原理を示す図。
【図４】偏光制御層の入射角度と偏光透過強度との関係を示す図。
【図５】本発明の偏光変換素子の原理を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１１：等方性材料からなる層
１２：異方性（一軸性）材料からなる層
Ｔ１：溝に垂直な直線偏光成分（常光）
Ｔ２：溝に平行な直線偏光成分（異常光）
３：異方性フィルム
４：ビーム光
Ａ：偏光分離層
Ｂ：偏光制御層
【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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