JP2000171633A - Polarized light converting element and display device using the same - Google Patents

Polarized light converting element and display device using the same

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JP2000171633A
JP2000171633A JP10348027A JP34802798A JP2000171633A JP 2000171633 A JP2000171633 A JP 2000171633A JP 10348027 A JP10348027 A JP 10348027A JP 34802798 A JP34802798 A JP 34802798A JP 2000171633 A JP2000171633 A JP 2000171633A
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liquid crystal
film
polarized light
light
microlens array
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Japanese (ja)
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Tadao Katsuragawa
忠雄 桂川
Akihiko Kanemoto
明彦 金本
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Ricoh Co Ltd
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Ricoh Co Ltd
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  • Polarising Elements (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a high transmissivity polarized light converting element for a display which can be used for a large area display and used with <=1 mm thickness by providing a micro lens array, a birefringent film and a liquid crystal retardation plate composed of arrayed parts with and without a retardation plate function. SOLUTION: A polarized light converting element 1 is constructed by incorporating a striped micro lens array 11 to converge incident light, a reflection preventing film 12 to prevent reflection of the incident light and to increase transmitted light quantity, a birefringent film 13 with birefringence and a liquid crystal retardation plate 14 provided with optical rotatory functions and non- optical rotatory functions in stripes. Furthermore, the polarized light converting element 1 has no substrate, supporting the functional films, which is transparent toward visible light. Thereby the thickness of the element as a whole can be made thin, and the incident light can also be converted in polarization with extremely high efficiency and emitted. Furthermore, s-polarized light out of the total incident light can be converted to p-polarized light and emitted with small amount of loss.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は入射無偏光を直線偏
光に変換して出射させる機能を有する薄型の偏光変換素
子に関し、更には該偏光変換素子および旋光性を利用し
て画像形成する表示装置とを合わせた、コントラストの
高い表示装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thin polarization conversion device having a function of converting incident non-polarized light into linearly polarized light and emitting the same, and further relates to the polarization conversion device and a display device for forming an image using optical rotation. And a display device having a high contrast.

【0002】[従来の技術]従来の液晶プロジェクターに
は、明るい画像を得るために光利用効率の高い偏光変換
素子が用いられる。このような光の旋光性を利用した液
晶ディスプレイは、P偏光またはS偏光の一方のみの直
線偏光を用い、どちらかの直線偏光の通過または遮断に
よって画像のコントラストを得るものであった。しか
し、この場合簡便に直線偏光を得るためには、吸収型偏
光板を用いるために、50%以上の透過率を得ることは
不可能であり、暗い画像を得ることしかできなかった。
これに対して、近年S偏光もP偏光に変換して用いられ
る方式が、例えば特開平7−218720号公報、特開
平9−145926号公報及び特開平9−214996
号公報等に提案されている。また、液晶プロジェクター
ではこれらの方式を用いて既に実用化されている。
2. Description of the Related Art A conventional liquid crystal projector uses a polarization conversion element having high light use efficiency in order to obtain a bright image. A liquid crystal display utilizing the optical rotation of light uses linearly polarized light of either P-polarized light or S-polarized light, and obtains image contrast by passing or blocking either linearly polarized light. However, in this case, in order to easily obtain linearly polarized light, since an absorption type polarizing plate is used, it is impossible to obtain a transmittance of 50% or more, and only a dark image can be obtained.
On the other hand, in recent years, a method in which S-polarized light is converted to P-polarized light is used, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 7-218720, 9-145926, and 9-214996.
Has been proposed. Further, liquid crystal projectors have already been put to practical use using these methods.

【0003】また、LCDや光学素子として用いる偏光
子としてビームプリッタのようにP偏光またはS偏光に
対する屈折率が異なるために、P偏光またはS偏光を分
離し、P偏光を透過させ、S偏光を反射させた後、1/
2波長板を用いて、P偏光に変換して利用することを提
案されている。この提案によれば、偏光変換層として、
高屈折率層と低屈折率層を繰り返す、構造的複屈折率膜
を用いている。この構造的複屈折率膜を用いたことによ
り薄膜法で作製するため従来より素子を薄くすることが
できた。
Further, since a polarizer used as an LCD or an optical element has a different refractive index for P-polarized light or S-polarized light, such as a beam splitter, P-polarized light or S-polarized light is separated, P-polarized light is transmitted, and S-polarized light is reflected. After letting 1 /
It has been proposed to convert to P-polarized light using a two-wave plate and use it. According to this proposal, as a polarization conversion layer,
A structural birefringent film is used in which a high refractive index layer and a low refractive index layer are repeated. By using this structural birefringence film, the device can be made thinner than before because it is manufactured by a thin film method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例において、△n(SとP波の屈折率差)が0.1程
度であり、膜厚みは数十μmが必要となって、複屈折率
は目的とする薄型画像デバイスを得るには必ずしも十分
ではなかった。また、透明支持体の片側にマイクロレン
ズと複屈折層、反対側に液晶位相板を設けたために、同
様に全体として厚くならざるを得なかった。
However, in the above conventional example, Δn (the difference in the refractive index between S and P waves) is about 0.1, and a film thickness of several tens μm is required. The rate was not always sufficient to obtain the intended thin image device. In addition, the microlens and the birefringent layer were provided on one side of the transparent support, and the liquid crystal phase plate was provided on the other side.

【0005】本発明はこれらの問題点を解決するための
ものであり、100×100mm以上というような、大
面積ディスプレイに用いることが可能で、かつ1mm以
下の厚みで用いることができるできる、ディスプレイ用
高透過率偏光変換素子を作製することを目的とする。ま
た、この高効率偏光変換素子と、旋光性を利用したディ
スプレイを重ねて用いることにより、高透過率を実現し
た、明るいディスプレイを提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve these problems, and can be used for a large-area display such as 100 × 100 mm or more, and can be used with a thickness of 1 mm or less. It is an object to produce a high transmittance polarization conversion element for use. Another object of the present invention is to provide a bright display realizing a high transmittance by using the high-efficiency polarization conversion element and a display using optical rotation in an overlapping manner.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明は前記問題点を解
決するために、入射光を収束させるマイクロレンズアレ
イと、配向液晶層からなる複屈折性を有する複屈折膜
と、液晶層でストライプ状に波長板機能と波長板機能を
持たない部位が交互に一定のピッチで配列している液晶
波長板とを有することに特徴がある。よって、素子全体
の厚みを薄くすることができ、また入射光を非常に高い
効率で偏光変換して出射させ得ることが可能となった。
更に、全入射光の内のS偏光を非常に少ないロスで、P
偏光に変換して出射させ得ることが可能となった。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a microlens array for converging incident light, a birefringent film having birefringence comprising an oriented liquid crystal layer, and a stripe formed of a liquid crystal layer. It is characterized by having a wave plate function and a liquid crystal wave plate in which portions having no wave plate function are alternately arranged at a constant pitch. Therefore, the thickness of the entire device can be reduced, and the incident light can be converted into polarized light with very high efficiency and emitted.
Further, the S-polarized light of all incident light can be converted to P-polarized light with very little loss.
It has become possible to convert the light into polarized light and emit it.

【0007】また、マイクロレンズアレイをプラスチッ
クしたことにより、変形が可能となった。更に、マイク
ロレンズアレイはかまぼこ状ストライプ構造を有するこ
とにより、直線状に狭く入射光を絞ることができ、全入
射光の内のP波を非常に少ないロスで出射させ得ること
が可能となった。
[0007] Further, the microlens array can be deformed by plastic. Furthermore, the microlens array has a semi-cylindrical stripe structure, so that it is possible to narrow the incident light linearly and narrowly, and it is possible to emit the P wave of all the incident light with very little loss. .

【0008】更に、マイクロレンズアレイ上及び/又は
マイクロレンズアレイと複屈折膜との間に、入射光の反
射を防止する反射防止膜を設けたことにより、素子への
入射光の反射を防止できて、有効に光を利用できるので
高いコントラストを得ることが可能になった。
Further, by providing an antireflection film for preventing reflection of incident light on the microlens array and / or between the microlens array and the birefringent film, reflection of incident light to the element can be prevented. As a result, it is possible to obtain high contrast because light can be effectively used.

【0009】また、別の発明として、入射光を収束させ
るマイクロレンズアレイと、配向液晶層からなる複屈折
性を有する複屈折膜と、液晶層でストライプ状に波長板
機能と波長板機能を持たない部位が交互に一定のピッチ
で配列している液晶波長板とを有する偏光変換素子と、
旋光性を利用して画像形成する反射型表示素子とを重ね
て用いることに特徴がある。よって、光の利用効率が向
上して、高いコントラストの反射型ディスプレイ等の表
示装置が得られる。
Further, as another invention, a microlens array for converging incident light, a birefringent film having birefringence composed of an oriented liquid crystal layer, and a liquid crystal layer having a wavelength plate function and a wavelength plate function in stripes. A polarization conversion element having a liquid crystal wave plate in which no portions are alternately arranged at a constant pitch,
It is characterized in that a reflective display element that forms an image using optical rotation is used in an overlapping manner. Therefore, light use efficiency is improved, and a display device such as a reflective display with high contrast can be obtained.

【0010】更に、反射型表示素子の旋光性材料を磁性
ガーネット薄膜としたことにより、全体として格段に薄
いディスプレイを得ることができる。
Further, by using a magnetic garnet thin film as the optical rotation material of the reflection type display element, a much thinner display as a whole can be obtained.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】入射光を収束させるマイクロレン
ズアレイと、配向液晶層からなる複屈折性を有する複屈
折膜と、液晶層でストライプ状に波長板機能と波長板機
能を持たない部位が交互に一定のピッチで配列している
液晶波長板とを有する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A microlens array for converging incident light, a birefringent film composed of an oriented liquid crystal layer and a birefringent film, and a portion of the liquid crystal layer which does not have a wavelength plate function and a wavelength plate function in a stripe shape. Liquid crystal wave plates alternately arranged at a constant pitch.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は本発明の偏光変換素子の基本構成を示す
概略断面図である。同図において、偏光変換素子1は、
入射光を絞るためのストライプ状マイクロレンズアレイ
11と、入射光の反射を防止して透過光量を増大させる
反射防止膜12と、複屈折性を有する複屈折膜13と、
ストライプ状に旋光性と非旋光性機能を付与された液晶
波長板14とを含んで構成されている。このような構成
を有する本発明の偏光変換素子1は上記機能膜を支える
可視光に透明な基板がないために大幅に薄型化できる。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing the basic configuration of the polarization conversion element of the present invention. In the figure, a polarization conversion element 1
A microlens array 11 for reducing incident light, an antireflection film 12 for preventing reflection of incident light and increasing the amount of transmitted light, and a birefringent film 13 having birefringence;
The liquid crystal wave plate 14 is provided with a light-rotating function and a non-light-rotating function in a stripe shape. The polarization conversion element 1 of the present invention having such a configuration can be significantly reduced in thickness because there is no transparent substrate for visible light that supports the functional film.

【0013】次に、本発明の偏光変換素子の動作につい
て図1を用いて説明する。いわゆる自然光は無偏光と言
われ、光の偏光方向は一定ではない。この自然光は凸レ
ンズ機能を有するマイクロレンズアレイ11によって絞
られる。マイクロレンズアレイ11の表面や複屈折膜1
3の表面には反射防止膜12が設けられている。マイク
ロレンズアレイ11のストライプ方向に平行な偏光面を
有する直線偏光をP偏光とよび、直角な直線偏光をS偏
光とよぶと、無偏光な入射光波の複屈折膜13の表面で
PとS偏光に分離される。この分離角度(図中のα)
は、例えば五酸化タンタル(Ta25 )の斜め配向し
た柱状構造をもつ膜を用いたために8度程度であった
が、本発明では例えばネマティック液晶の基板面に水平
配向した膜(△n(SとP波の屈折率差)が0.2程度
と大きい)を用いるので、同等の分離角度を得るのに約
半分の厚みで良いこととなる。
Next, the operation of the polarization conversion element of the present invention will be described with reference to FIG. So-called natural light is called unpolarized light, and the polarization direction of the light is not constant. This natural light is converged by the microlens array 11 having a convex lens function. The surface of the microlens array 11 and the birefringent film 1
An anti-reflection film 12 is provided on the surface of 3. Linearly polarized light having a polarization plane parallel to the stripe direction of the microlens array 11 is called P-polarized light, and linearly-polarized light at right angles is called S-polarized light. Is separated into This separation angle (α in the figure)
Was about 8 degrees because a film having a columnar structure of obliquely oriented tantalum pentoxide (Ta 2 O 5 ) was used, but in the present invention, for example, a film (△ n) horizontally oriented on a substrate surface of a nematic liquid crystal was used. (The refractive index difference between the S and P waves) is as large as about 0.2), so that about half the thickness is sufficient to obtain the same separation angle.

【0014】そして、分離した光の一方の直線偏光をP
偏光とすると、P偏光は図1の複屈折膜13を直進す
る。しかし、S偏光は図1に示したように、分離してさ
らに複屈折膜13の裏面でP偏光と平行となる方向に直
進する。複屈折膜13の裏面には液晶層があり、ストラ
イプ状に旋光性機能を付与されている。旋光性と非旋光
性機能は例えば等間隔に配置される。なお必ずしも等間
隔でなくても良い。複屈折膜13を通過したS偏光は、
液晶を配向した1/2波長板である液晶波長板14を通
過するように距離a、b、c、d、d’が決められる。
液晶波長板14を通過したS偏光は90度偏光面が回転
するので、透明基板を通過する光はほとんどがP偏光と
なる。なお、素子表面から入射する光のほとんどは、マ
イクロレンズアレイ11によって絞られて非旋光性の液
晶層の方向に進ように作製される。
Then, one linearly polarized light of the separated light is expressed by P
When the light is polarized, the P-polarized light goes straight through the birefringent film 13 in FIG. However, as shown in FIG. 1, the S-polarized light separates and further travels in a direction parallel to the P-polarized light on the back surface of the birefringent film 13. On the back surface of the birefringent film 13, there is a liquid crystal layer, which is provided with an optical rotation function in a stripe shape. The optical rotation and non-optical rotation functions are arranged, for example, at equal intervals. Note that the intervals need not always be equal. The S-polarized light that has passed through the birefringent film 13 is
The distances a, b, c, d, and d ′ are determined so as to pass through a liquid crystal wave plate 14 which is a half-wave plate in which liquid crystals are aligned.
Since the S-polarized light that has passed through the liquid crystal wave plate 14 has its polarization plane rotated by 90 degrees, most of the light that has passed through the transparent substrate is P-polarized light. Most of the light incident from the element surface is narrowed down by the microlens array 11 so as to travel in the direction of the non-rotatable liquid crystal layer.

【0015】以上のように、本発明では高複屈折性透明
膜として配向液晶層を用いたので、複屈折率が従来より
も更に大きくでき、従って膜厚を薄くできる。配向液晶
層は液晶ポリマーを基板上(本発明ではマイクロレンズ
アレイ)に塗布して、配向処理をするだけであるので、
CDV法、PVD法などの従来の薄膜法より容易に作製
可能である。
As described above, since the oriented liquid crystal layer is used as the transparent film having high birefringence in the present invention, the birefringence can be further increased and the film thickness can be reduced. Since the alignment liquid crystal layer simply applies a liquid crystal polymer on the substrate (microlens array in the present invention) and performs alignment processing,
It can be manufactured more easily than conventional thin film methods such as the CDV method and the PVD method.

【0016】また、本発明では図1のマイクロレンズア
レイ11に透明プラスチック、例えばアクリルやポリカ
ーボネートを用いるので、マイクロレンズの反対側に配
向液晶層と、更にその上に液晶位相板を設けた構造とす
ることが可能で、別に支持体としての基板を用いる必要
がない。よって、より薄い偏光変換素子とすることがで
きる。
In the present invention, a transparent plastic, for example, acryl or polycarbonate is used for the microlens array 11 of FIG. 1, so that an alignment liquid crystal layer is provided on the opposite side of the microlens, and a liquid crystal phase plate is further provided thereon. It is not necessary to use a substrate as a support separately. Therefore, a thinner polarization conversion element can be obtained.

【0017】以下では本発明に用いる各構成要素に関し
て詳細に説明すると、本発明では数十から数mm、好ま
しくは数十から100μmの幅のライン状マイクロレン
ズを複数列並べたものを集光用に用いる。作製法は、例
えば多成分ガラス基板に選択的イオン交換法で作製する
もの、液晶化ガラス基板にフォトサーマル法で作製する
もの、Si基板にイオンビームエッチング法で作製する
もの、光学ガラスをプレス形成して作製するものその他
多数の方法が報告されている。また、レンズ材質やプロ
セスも多岐に渡っている。
In the following, each component used in the present invention will be described in detail. In the present invention, a plurality of rows of linear microlenses having a width of several tens to several mm, preferably several tens to 100 μm are used for focusing. Used for Manufacturing methods include, for example, those manufactured by a selective ion exchange method on a multi-component glass substrate, those manufactured by a photothermal method on a liquid crystallized glass substrate, those manufactured by an ion beam etching method on a Si substrate, and press forming optical glass. And many other methods have been reported. In addition, lens materials and processes are also diverse.

【0018】本発明では以下に示したような透明樹脂を
用いて、原版からレプリカをとって作製したものが、多
少の変形に耐えられるものとして好ましい。マイクロレ
ンズに要求される機能としては、図1で直進するP偏光
を液晶波長板の非旋光性部位に集光して通過させること
であり、方向変換するS偏光を旋光性部位に集めること
である。集点距離は斜めに入射する光に対しても上記機
能が働くように設計することが好ましい。
In the present invention, it is preferable that a replica prepared from an original plate using a transparent resin as described below is used as it can withstand some deformation. The function required for the microlens is to condense and pass the P-polarized light traveling straight in FIG. 1 to the non-rotational portion of the liquid crystal wave plate, and to collect the S-polarized light to be redirected to the optical rotation portion. is there. It is preferable that the focal point distance is designed so that the above-described function works even for light obliquely incident.

【0019】また、図1の本発明のマイクロレンズアレ
イ11に用いられる透明樹脂例としては、MMA、PM
MA、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル系
樹脂、スチレン系樹脂、ABS樹脂、ポリアリレート、
ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキシ樹
脂、ポリ−4−メチルペンテン−1、フッ素化ポリイミ
ド、フッ素樹脂、フェニキシ樹脂、ポリオレフィン系樹
脂、ナイロン樹脂等の透明樹脂が用いられる。透明樹脂
を用いると、軽い、曲げやすい等の利点が有るので利用
しやすい。
Examples of the transparent resin used for the microlens array 11 of the present invention shown in FIG.
MA, polycarbonate, polypropylene, acrylic resin, styrene resin, ABS resin, polyarylate,
Transparent resins such as polysulfone, polyethersulfone, epoxy resin, poly-4-methylpentene-1, fluorinated polyimide, fluororesin, phenix resin, polyolefin resin, and nylon resin are used. Use of a transparent resin is easy to use because it has advantages such as lightness and flexibility.

【0020】更に、図1の本発明の反射防止膜12の材
料には図2に挙げたものなどを用い、真空蒸着法などの
PVD法やCVD法によって形成される。
Further, the anti-reflection film 12 of the present invention shown in FIG. 1 is formed by a PVD method such as a vacuum evaporation method or a CVD method using the material shown in FIG.

【0021】また、図1の本発明に用いる複屈折膜13
の代表的一例として、側鎖型液晶ポリマーの構造を図3
に示す。末端基にはCN、OCH3 、OC25 、OC
613などが考えられる。
The birefringent film 13 used in the present invention shown in FIG.
FIG. 3 shows a structure of a side chain type liquid crystal polymer as a typical example of FIG.
Shown in The terminal groups are CN, OCH 3 , OC 2 H 5 , OC
6 H 13 and the like are conceivable.

【0022】そして、図1の本発明に用いる液晶波長板
14では、入射した偏光の偏光面が回転する部分と、回
転しない部分が併存している。偏光面を回転する部分に
のみ液晶材料を配置し、その他の部分には光学的に等方
的な一般の透明材料を配置することによって、このよう
な構造を構成することが可能である。または光学的に等
方で良い部分には何も配置しないという構成も可能であ
るが、この場合凹凸を生じることになる。
In the liquid crystal wave plate 14 used in the present invention shown in FIG. 1, a part where the plane of polarization of the incident polarized light rotates and a part where the plane of polarization does not rotate coexist. Such a structure can be configured by arranging a liquid crystal material only in a portion that rotates the polarization plane and arranging a general optically isotropic transparent material in other portions. Alternatively, a configuration in which nothing is disposed in a portion that is optically isotropic is also possible, but in this case, unevenness occurs.

【0023】全体に液晶波長板を配置した場合には、液
晶の配向状態を部分的に制御することが必要である。こ
れは一般的にはラビング法が用いられるが、幅10μm
のストライプ状にラビングするのは困難である。ストラ
イプ状の窓部をもつマスクを用いてラビングすることも
可能であるが、窓部と境界のラビング強度が窓部中央部
の強度と異なってしまうなどの不具合がある。このよう
な繊細なラビングパターンを形成する方法としては、上
記のようなマスクラビングのほかに、塗布した配向面材
料面に偏光紫外線を照射し、その部分に偏光方向に応じ
た配向規制力を持たせると言う方法がある。この方法に
ついては「第22回 液晶討論会講演予稿集」や「第2
1回 液晶討論会講演予稿集」のP.344に記述があ
る。また、同予稿集のP.342には感光性高分子膜に
偏光紫外線を照射して配向状態を制御するという報告が
ある。
When the liquid crystal wave plate is disposed on the whole, it is necessary to partially control the alignment state of the liquid crystal. This is generally performed by a rubbing method, but the width is 10 μm.
It is difficult to rub in a stripe pattern. Rubbing can be performed using a mask having a striped window, but there is a problem that the rubbing strength at the window and the boundary is different from the strength at the center of the window. As a method of forming such a fine rubbing pattern, in addition to the mask rubbing as described above, the applied alignment surface material surface is irradiated with polarized ultraviolet rays, and the portion has an alignment regulating force according to the polarization direction. There is a way to say. For details on this method, see the 22nd Liquid Crystal Symposium
Proceedings of the 1st Liquid Crystal Symposium " 344. In addition, P.S. No. 342 reports that a photosensitive polymer film is irradiated with polarized ultraviolet light to control the alignment state.

【0024】上述のような偏光紫外線を照射した配向膜
では、液晶分子は照射した偏光方向に対してある方向に
配向する。このように配した液晶波長板を偏光変換素子
として用いる方法としては、液晶配向にねじれ構造を持
たせない方法と、液晶にカイラル剤を添加して90度ね
じれ構造を持たせる方法とがある。前者の液晶波長板で
は、液晶波長板を一般的な位相板として用いるので、液
晶の配向に対して偏光を45度程度傾けて入射させ、液
晶板のリターデーション1/2波長に設定する。
In the alignment film irradiated with the polarized ultraviolet light as described above, the liquid crystal molecules are oriented in a certain direction with respect to the irradiated polarization direction. As a method of using the thus arranged liquid crystal wave plate as a polarization conversion element, there are a method of not giving a twisted structure to the liquid crystal alignment and a method of adding a chiral agent to the liquid crystal to give a 90 ° twisted structure. In the former liquid crystal wave plate, since the liquid crystal wave plate is used as a general phase plate, polarized light is incident at an angle of about 45 degrees with respect to the orientation of the liquid crystal, and the retardation of the liquid crystal plate is set to 波長 wavelength.

【0025】一方、ねじれ構造を用いる液晶波長板で
は、入射させる偏光方向と液晶の配向方向は平行又は垂
直にする。この素子での偏光変調作用は主に旋光性であ
り、比較的広い波長範囲で偏光面を回転させることが可
能となり、一般的な位相板よりも好ましい。
On the other hand, in a liquid crystal wave plate using a twisted structure, the polarization direction to be incident and the orientation direction of the liquid crystal are parallel or perpendicular. The polarization modulation action of this element is mainly optically rotatory, and can rotate the polarization plane in a relatively wide wavelength range, which is preferable to a general phase plate.

【0026】また、アゾベンゼンなどのような光異方性
を有する化合物を配向膜に含ませたり付着させ、これに
偏光を照射することによって液晶の配向を制御できるこ
とが知られている(特開平4−7520号公報)。よっ
て、これを用いても配向方向のパターニングを行うこと
ができる。
It is known that the alignment of a liquid crystal can be controlled by including or attaching a compound having optical anisotropy such as azobenzene to an alignment film and irradiating the alignment film with polarized light (Japanese Patent Application Laid-Open No. HEI 4 (1994) -104686). -7520 publication). Therefore, patterning in the alignment direction can be performed using this.

【0027】以上のようにして所望の液晶配向を得るこ
とができるが、液晶が室温で液体である場合には液晶を
2枚の透明基板間にはさみ込む必要が有って好ましくな
い。そこで、液晶として高分子を用い、これが液晶相を
とる温度で所望の配向を得たのち、急冷することによっ
てこの配向を固定することが可能である。この場合、2
枚の基板は必要ではなくなり、より好ましい。
As described above, a desired liquid crystal alignment can be obtained. However, when the liquid crystal is a liquid at room temperature, the liquid crystal needs to be sandwiched between two transparent substrates, which is not preferable. Therefore, it is possible to use a polymer as the liquid crystal, obtain a desired alignment at a temperature at which the liquid crystal takes a liquid crystal phase, and then rapidly cool to fix the alignment. In this case, 2
A single substrate is not required and is more preferred.

【0028】また、図1の本発明の偏光変換素子1は、
一般的な光学素子として利用できることは言うまでもな
いが、光の旋光性を利用したディスプレイ、たとえば液
晶ディスプレイや、磁気旋光を用いたディスプレイ等に
も適用できる。特に、磁気旋光を用いたディスプレイで
は、必ずしも十分な旋光性が得られない場合があるの
で、より透過率の高い明るい偏光変換素子を用いること
は、コントラストを高める意味で好ましい。更には、反
射タイプのバックライトを用いないディスプレイでは光
の利用効率が低いので、より明るい偏光変換素子を用い
ることは、高コントラストを得る上で好ましい。
The polarization conversion device 1 of the present invention shown in FIG.
Needless to say, it can be used as a general optical element, but it can also be applied to a display using optical rotation, such as a liquid crystal display and a display using magnetic rotation. In particular, a display using magnetic rotation may not always provide sufficient optical rotation, and therefore it is preferable to use a bright polarization conversion element having a higher transmittance in the sense of increasing contrast. Further, in a display that does not use a reflection-type backlight, the light use efficiency is low. Therefore, it is preferable to use a brighter polarization conversion element in order to obtain high contrast.

【0029】磁気旋光を利用する本発明のデバイスの基
本構成を図4に示すように、低屈折率及び高屈折率の誘
電体を交互に積層して基板41上に作製される誘電体多
層膜43と、この誘電体多層膜43の上に設ける透明磁
性層44、さらに基板41上の誘電体多層膜43と全く
同一構成の誘電体多層膜45を設ける。以上の透明磁性
膜44を挟んだ誘電体多層膜の一方の側に反射膜42を
設けて、反射型ディスプレイが用いられる。同図の透明
磁性層44の厚みは、可視光波長λの1/2n(n=磁
性体の屈折率)に設定されるので、ファラデー回転角が
絶対的な大きさにおいて不十分な場合が生ずる。この場
合は以上で述べた誘電体多層膜45/透明磁性層44/
誘電体多層膜43の構成を、全く同じにして複数回繰り
返すことによって十分な(2回繰り返せば、約2倍)回
転角を得ることができる。そして、図4のように偏光子
層46を用いるのは、上記誘電体多層膜45/透明磁性
層44/誘電体多層膜43/基板41の構成において、
透明磁性層に磁化された部位で得られた大きなファラデ
ー回転角を、画像として可視化するためである。すなわ
ち、透明磁性層に磁化された部位に対応して、大きなフ
ァラデー回転角が得られ、磁化していない部位に対して
は光の偏向面は回転しない。偏向面非回転部位では直線
偏光はそのまま反射されて、もう一度上記誘電体多層膜
45/透明磁性層44/誘電体多層膜43を通過した
後、偏光子層46も通過する。しかし、偏光面回転部位
を最初に通過した直線偏光は、偏光面が透明磁性層44
で回転され、反射膜で反射されて、もう一度上記透明磁
性層44を通過する際に回転して2倍の回転角を得た
後、偏光子層46は回転したため通過できない。この原
理によってコントラストを得ることができる。
As shown in FIG. 4, a basic structure of a device of the present invention utilizing magnetic rotation is shown in FIG. 4. A dielectric multilayer film formed on a substrate 41 by alternately laminating dielectric materials having a low refractive index and a high refractive index. 43, a transparent magnetic layer 44 provided on the dielectric multilayer film 43, and a dielectric multilayer film 45 having exactly the same configuration as the dielectric multilayer film 43 on the substrate 41. The reflective display is used by providing the reflective film 42 on one side of the dielectric multilayer film sandwiching the transparent magnetic film 44 described above. Since the thickness of the transparent magnetic layer 44 shown in the figure is set to nn (n = refractive index of the magnetic material) of the visible light wavelength λ, the Faraday rotation angle may be insufficient in absolute magnitude. . In this case, the dielectric multilayer film 45 / transparent magnetic layer 44 /
By repeating the configuration of the dielectric multilayer film 43 a plurality of times in exactly the same manner, it is possible to obtain a sufficient rotation angle (approximately twice if the configuration is repeated twice). The reason why the polarizer layer 46 is used as shown in FIG. 4 is that in the configuration of the dielectric multilayer film 45 / transparent magnetic layer 44 / dielectric multilayer film 43 / substrate 41,
This is for visualizing a large Faraday rotation angle obtained at a portion magnetized in the transparent magnetic layer as an image. That is, a large Faraday rotation angle is obtained corresponding to the portion magnetized in the transparent magnetic layer, and the light deflection surface does not rotate for the non-magnetized portion. The linearly polarized light is reflected as it is in the non-rotational plane of the deflecting surface, passes through the dielectric multilayer film 45 / transparent magnetic layer 44 / dielectric multilayer film 43 again, and then passes through the polarizer layer 46. However, the linearly polarized light that has first passed through the polarization plane rotation part has a polarization plane of the transparent magnetic layer 44.
After being reflected by the reflection film and rotated again when passing through the transparent magnetic layer 44 to obtain a double rotation angle, the polarizer layer 46 is rotated and cannot pass. According to this principle, contrast can be obtained.

【0030】ここで、誘電体多層膜に用いられる材料の
例を図2に示した。これらの材料の中から適宜選択して
も良いし、またこれ以外の例えば有機物であってもかま
わない。多層膜の各膜厚は50から200nm程度が好
ましい。本発明のように特定波長(λ)の磁気光学効果
増大を目的とする場合は、誘電体の膜厚は、λ/4n
(nはλにおける誘電体の屈折率)とする。
FIG. 2 shows an example of a material used for the dielectric multilayer film. Any of these materials may be appropriately selected, or other materials such as organic substances may be used. The thickness of each multilayer film is preferably about 50 to 200 nm. When the purpose is to increase the magneto-optical effect of a specific wavelength (λ) as in the present invention, the thickness of the dielectric is λ / 4n
(N is the refractive index of the dielectric at λ).

【0031】また、低屈折率及び高屈折率の誘電体を積
層したものを1ペアとすると、ペア数に制限はないが、
2から40層が性能上またコスト上好ましい。透明磁性
層と接する2つの誘電体多層膜は全く同一の構成を有す
ることが好ましい。ただし透明磁性層に直接に接する膜
の種類は同じ誘電体を用いるので、積層順は逆になる。
図4の反射層42としては、金属または金属酸化物、金
属窒化物、金属炭化物などと金属との混合物、例えばA
l、Cu、Ag、Au、Pt、Rh、Zr、Cr、T
a、Mo、Si、Pd、Hf等の金属やこれらの合金、
これらとZr酸化物、Si酸化物、Si窒化物、Al酸
化物等を混合したものを利用できる。特に、Al、A
u、Taやそれらの合金やAl、Hf、Pdの合金など
は膜の形成が容易であり好ましい。そして、膜厚は10
〜300nmの範囲、好ましくは50〜150nmの範
囲とするのが良い。反射膜は各種のPVD、CVD法を
用いて作製される。
Further, assuming that a stack of low-refractive-index and high-refractive-index dielectrics constitutes one pair, the number of pairs is not limited.
Two to forty layers are preferred for performance and cost. It is preferable that the two dielectric multilayer films in contact with the transparent magnetic layer have exactly the same configuration. However, since the same type of film is used for the type of film directly in contact with the transparent magnetic layer, the order of lamination is reversed.
As the reflective layer 42 in FIG. 4, a mixture of a metal or a metal oxide, a metal nitride, a metal carbide and the like, for example, A
1, Cu, Ag, Au, Pt, Rh, Zr, Cr, T
metals such as a, Mo, Si, Pd, Hf and alloys thereof;
A mixture of these and Zr oxide, Si oxide, Si nitride, Al oxide, or the like can be used. In particular, Al, A
u, Ta, alloys thereof, and alloys of Al, Hf, and Pd are preferable because they can easily form a film. And the film thickness is 10
It is good to make it the range of -300 nm, preferably the range of 50-150 nm. The reflection film is manufactured using various PVD and CVD methods.

【0032】更に、図4の透明磁性層44としては、従
来一般に用いられている磁気光学効果を示す透明磁性材
料で良いが、ファラデー効果が大きくて透明性の大きい
所謂性能指数の大きい磁性材料が好ましい。例えば50
nm以下の粒子を有する、鉄、コバルト、Ni等強磁性
金属の超微粒子膜が用いられている。この場合の金属超
微粒子以外の膜組成としては酸素、炭素などである。
鉄、コバルト、Ni等強磁性金属は大きな磁気光学効果
を示すが、光の吸収も大きいためにそのままの膜薄では
用いられなかったが、超微粒子膜とすると大きな性能指
数を有するようになる。また、粒子径の制御によって適
当な保磁力を得ることができる。他に希土類鉄ガーネッ
トやコバルトフェライト、Baフェライト等の酸化物、
FeBO3、FeF3 、YFeO3 、NdFeO3 など
の複屈折が大きな材料、MnBi、MnCuBi、Pt
Coなどがある。磁気光学効果は、光の進行方向とスピ
ンの方向とが平行の場合に最も大きな効果が得られるの
で、これらの材料は膜面に垂直に磁気異方性を有する膜
が好ましい。これらの透明磁性材料は一般的なスッバ
タ、真空蒸着、MBEなどのPVD法やCVD法、メッ
キ法等が用いられる。
Further, the transparent magnetic layer 44 shown in FIG. 4 may be a conventional transparent magnetic material having a magneto-optical effect, but a magnetic material having a large Faraday effect and high transparency, that is, a large figure of merit, may be used. preferable. For example, 50
An ultrafine particle film of a ferromagnetic metal, such as iron, cobalt, or Ni, having particles of nm or less is used. In this case, the film composition other than the ultrafine metal particles is oxygen, carbon, or the like.
Ferromagnetic metals such as iron, cobalt, and Ni exhibit a large magneto-optical effect, but they are not used as they are because of their high light absorption. However, ultrafine particle films have a large figure of merit. Further, an appropriate coercive force can be obtained by controlling the particle diameter. Other oxides such as rare earth iron garnet, cobalt ferrite, Ba ferrite,
Materials with large birefringence, such as FeBO 3 , FeF 3 , YFeO 3 , NdFeO 3 , MnBi, MnCuBi, Pt
Co and the like. The greatest effect can be obtained when the traveling direction of light and the direction of spin are parallel to each other. Therefore, these materials are preferably films having magnetic anisotropy perpendicular to the film surface. For these transparent magnetic materials, general submersion, vacuum evaporation, PVD such as MBE, CVD, plating and the like are used.

【0033】以下に本発明に係る実施例によって詳しく
説明する。第1の実施例として、金型からアクリル樹脂
製マイクロレンズアレイを成型法で作製した。形状はか
まぼこ型である。ピッチは12μm、焦点距離は1.1
mmとした。厚みは200μm(a)である。このアク
リル製基板のレンズの無い面上に、スピンコーティング
法を用いて、20μm(b)の側鎖型液晶ポリマー(図
3、n=6、m=1、末端基RはCN)層を設けた。膜
の透過率は波長550nmの場合で94%であった。入
射したS偏光とP偏光のつくる角度(図1のα)は約1
7.2度であった。上記アクリル樹脂製マイクロレンズ
アレイに真空蒸着法を用いて、100nm厚のMgOの
反射防止膜を設けた。膜の反射率は約3%低下した。側
鎖型液晶ポリマーを用いて作製した複屈折膜の上に、日
産化学社製のポリイミドSE7792をスピンコート法
によって、60nmの厚み(c)に塗布した後、180
℃で1時間ベークし乾燥させた。直線偏光された40m
W/cm2、257nmの深紫外線を、ピッチP=12
μm(照射部d’=6μm、非照射部d=6μm、P=
2d)でストライプ状に照射した。深紫外線照射部では
液晶配向が観察されて、配向容易軸方向は偏光方向に対
して平行であった。その結果400〜800nmの波長
に対する偏光回転角は約90度で、波長板の機能を有す
るものであった。
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail. As a first example, an acrylic resin microlens array was formed from a mold by a molding method. The shape is a kamaboko type. The pitch is 12 μm and the focal length is 1.1
mm. The thickness is 200 μm (a). A 20 μm (b) side-chain type liquid crystal polymer (FIG. 3, n = 6, m = 1, terminal group R is CN) layer is provided on the surface of the acrylic substrate having no lens by spin coating. Was. The transmittance of the film was 94% at a wavelength of 550 nm. The angle formed by the incident S-polarized light and P-polarized light (α in FIG. 1) is about 1
7.2 degrees. The acrylic lens microlens array was provided with a 100 nm-thick MgO antireflection film by using a vacuum evaporation method. The reflectivity of the film dropped by about 3%. After applying polyimide SE7792 manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. to a thickness (c) of 60 nm by spin coating on a birefringent film manufactured using a side chain type liquid crystal polymer, 180
Bake for 1 hour at ℃ and dried. 40m linearly polarized
W / cm 2 , 257 nm deep ultraviolet rays, pitch P = 12
μm (irradiated part d ′ = 6 μm, non-irradiated part d = 6 μm, P =
Irradiation was carried out in a stripe form in 2d). Liquid crystal alignment was observed in the deep ultraviolet irradiation part, and the axis of easy alignment was parallel to the polarization direction. As a result, the polarization rotation angle with respect to the wavelength of 400 to 800 nm was about 90 degrees, and had a function of a wave plate.

【0034】次いで、上記偏光変換素子の液晶波長板の
側に、以下のように作製した、磁気旋光を利用するディ
スプレイを設けた。200μm厚の表面研磨したカーボ
ン基板(日清紡社製)上に、真空蒸着法を用いて、アル
ミニウム(A1)の反射膜を100nmの厚さに設け
た。このA1膜上にイオンプレーティング法を用いてS
iO2 (低屈折率層、n=1.47)を88.4nm、
Ta25(高屈折率層、n=2.15)を60.5nm
として交互に4層づつ合計8層積層した。基板温度は3
00℃、酸素ガス圧力はSiO2の場合1.0×10 4
Torr、Ta25 の場合は1.1×10 4Torr
であった。製膜レイトはSiO2 の場合、2nm/S、
Ta25 の場合、0.5nm/秒であった。各誘電体
多層膜の膜厚分布は、最も厚いところと薄いところの差
異が、全膜厚の3%であった。(図4参照)
Next, a display using magnetic rotation produced as described below was provided on the liquid crystal wave plate side of the polarization conversion element. An aluminum (A1) reflective film having a thickness of 100 nm was provided on a 200 μm-thick surface-polished carbon substrate (manufactured by Nisshinbo Co., Ltd.) by a vacuum evaporation method. The S1 is formed on the A1 film by using the ion plating method.
iO 2 (low refractive index layer, n = 1.47) at 88.4 nm,
60.5 nm of Ta 2 O 5 (high refractive index layer, n = 2.15)
, A total of eight layers were alternately laminated in four layers. Substrate temperature is 3
00 ° C., the oxygen gas pressure in the case of SiO 2 1.0 × 10 - 4
Torr, Ta 2 O 5 the case of 1.1 × 10 - 4 Torr
Met. The film formation rate is 2 nm / S for SiO 2 ,
In the case of Ta 2 O 5 , it was 0.5 nm / sec. In the film thickness distribution of each dielectric multilayer film, the difference between the thickest part and the thinnest part was 3% of the total film thickness. (See Fig. 4)

【0035】更に、上記誘電体多層膜の上に、スパッタ
法を用いてBi置換希土類ガーネット膜(屈折率層n=
2.1)を平均膜厚が520/2×2.1=124nm
となるように作製した。この520nmは該ガーネット
膜の磁気旋光角度がピークを示す角度である。基板温度
は400℃とした。そして、この基板上に膜を空気中、
670℃で3時間加熱した。膜の組成はBi22
08 Fe38 Al1212であった。磁気光学効
果測定装置(日本分光株製K250、ビーム径2mm
角)で測定したファラデー回転角の波長依存性から、ピ
ークの半値幅を求めると19nmであった。波長520
nmでは、回転角のピーク値は2.0度であった。VS
Mで磁界を膜面に垂直に印加して測定した保磁力は、5
90エルステッドであった。次いで、このBi置換希土
類ガーネット膜上にイオンプレーティング法を用いて、
上記と全く同様に、SiO2 とTa25 の多層膜を作
製した。Bi置換希土類ガーネット膜に接している膜は
Ta25 であり、最表面側はSiO2 である。ファラ
デー回転角の波長依存性から、波長520nmでは2.
0の約5倍の、10.5度の回転角であった。
Further, a Bi-substituted rare earth garnet film (refractive index layer n =
2.1) has an average film thickness of 520/2 × 2.1 = 124 nm
It was prepared so that This 520 nm is an angle at which the magnetic rotation angle of the garnet film shows a peak. The substrate temperature was 400 ° C. Then, a film is placed on this substrate in air,
Heat at 670 ° C. for 3 hours. The composition of the film is Bi 2 . 2 D
y 0 . 8 Fe 3 . 8 Al 1 . 2 O 12 . Magneto-optical effect measuring device (K250 manufactured by JASCO Corporation, beam diameter 2 mm
Angle), the half-width of the peak was found to be 19 nm from the wavelength dependence of the Faraday rotation angle measured in (1). Wavelength 520
In nm, the peak value of the rotation angle was 2.0 degrees. VS
The coercive force measured by applying a magnetic field perpendicular to the film surface at M is 5
It was 90 Oersted. Next, on this Bi-substituted rare earth garnet film, using an ion plating method,
A multilayer film of SiO 2 and Ta 2 O 5 was produced in exactly the same manner as above. The film in contact with the Bi-substituted rare earth garnet film is Ta 2 O 5 , and the outermost surface is SiO 2 . From the wavelength dependence of the Faraday rotation angle, at a wavelength of 520 nm, 2.
The rotation angle was about 5 times 0 and 10.5 degrees.

【0036】上記誘電体多層膜の上にもう2サイクル、
上記と同様にしてBi置換希土類ガーネット膜を2回
と、誘電体多層膜4ペアーを2回設けた。ガーネット膜
は合計3層、4ペアーの誘電体多層膜は合計4×4ペア
ーすなわち16ペアー、32層設けたことになる。波長
520nmでは、前記ガーネット1層の場合2.0の約
11倍の、22.4度の回転角であった。
Another two cycles on the dielectric multilayer film,
In the same manner as above, the Bi-substituted rare earth garnet film was provided twice, and the dielectric multilayer film 4 pairs were provided twice. The garnet film has a total of 3 layers, and the 4 pairs of dielectric multilayer films have a total of 4 × 4 pairs, that is, 16 pairs and 32 layers. At a wavelength of 520 nm, the rotation angle was 22.4 degrees, which was about 11 times 2.0 in the case of the single garnet layer.

【0037】以上の磁気旋光を利用したディスプレイ
を、上記偏光変換素子の液晶波長板の側に、基板を下に
して配設した。この場合ディスプレイの非磁化部位に入
射して、反射膜で反射した戻りの比率は、入射光強度に
対して約41%(波長550nm)であった。最表面の
誘電体多層膜上から永久磁石(表面磁束密度3Kガウ
ス)のついた磁気ペンで文字を書いた。磁気ペンで磁化
した部位では、上記偏光変換素子を通過して入射した直
線偏光の偏光面が回転して、もとの偏光変換素子へ戻る
ことなく、従って磁気ペンで書いた文字が黒く表示され
た。画像部分のコントラストは6.9であった。
The display utilizing the above-mentioned magnetic rotation was disposed on the liquid crystal wave plate side of the above-mentioned polarization conversion element with the substrate facing down. In this case, the ratio of return to light incident on the non-magnetized portion of the display and reflected by the reflective film was about 41% (wavelength: 550 nm) with respect to the incident light intensity. Characters were written from above the dielectric multilayer film on the outermost surface with a magnetic pen with a permanent magnet (surface magnetic flux density of 3K gauss). At the part magnetized by the magnetic pen, the plane of polarization of the linearly polarized light that has passed through the above-mentioned polarization conversion element rotates and does not return to the original polarization conversion element, and therefore the characters written with the magnetic pen are displayed in black. Was. The contrast of the image portion was 6.9.

【0038】次に、第2の実施例として、第1の実施例
の偏光変換素子の作製に用いた、透明基板及びマイクロ
レンズアレイとしてのポリカーボネードを、いずれもガ
ラスとした以外は、第1の実施例とまったく同様にして
偏光変換素子を作製した。第1の実施例の偏光変換素子
は落としたり、また多少の曲げに対しても破損すること
はなかった。しかし、ガラスを用いた場合は容易に破損
した。
Next, as a second embodiment, the first embodiment is the same as the first embodiment except that the transparent substrate and the polycarbonate as the microlens array used for manufacturing the polarization conversion element were both glass. A polarization conversion element was produced in exactly the same manner as in the example. The polarization conversion element of the first embodiment did not drop or was damaged by some bending. However, when glass was used, it was easily broken.

【0039】次に、比較例について説明する。第1の比
較例は、第1の実施例のマイクロレンズアレイを基板と
して配向液晶層と液晶波長板を設ける代わりに、200
μm厚の透明ポリカーボネードを基板として、片面に第
1の実施例と同様にしてマイクロレンズアレイを、別の
面に配向液晶層と液晶波長板を設けた。この場合の偏光
変換素子全体の厚みは約420μmと、第1の実施例の
場合より約200μmも厚くなった。また、偏光変換素
子の透過率は波長550nmの場合で76%で第1の実
施例より大幅に低下した。しかし、市販のヨウ素を用い
た吸収タイプのフィルム偏向子は。透過率が波長550
nmの場合で42%で、更に低いものであった。
Next, a comparative example will be described. In the first comparative example, instead of providing the alignment liquid crystal layer and the liquid crystal wave plate using the microlens array of the first embodiment as a substrate,
Using a transparent polycarbonate having a thickness of μm as a substrate, a microlens array was provided on one surface in the same manner as in the first embodiment, and an alignment liquid crystal layer and a liquid crystal wave plate were provided on another surface. In this case, the entire thickness of the polarization conversion element was about 420 μm, which was about 200 μm thicker than in the first embodiment. The transmittance of the polarization conversion element was 76% at a wavelength of 550 nm, which was significantly lower than that of the first embodiment. However, there is a commercially available absorption type film deflector using iodine. Transmittance is 550 wavelength
It was even lower at 42% in the case of nm.

【0040】第2の比較例は、市販のフィルム波長板を
細線状にカットして、第1の実施例で作製した偏光変換
素子のように、基板の出射側に貼付ようとしたが1mm
以下の幅では直線上に並べることはできなかった。
In the second comparative example, a commercially available film wave plate was cut into a thin line and attached to the emission side of the substrate as in the polarization conversion element manufactured in the first embodiment.
The following widths could not be arranged on a straight line.

【0041】第3の比較例は、アクリル樹脂製マイクロ
レンズアレイ上に、反射防止膜を設ける以外は全く第1
の実施例と同様にして偏光変換素子を作製した。光透過
率は第1の実施例に比較して約3%低下した。
The third comparative example is the same as the first comparative example except that an antireflection film is provided on the acrylic resin microlens array.
In the same manner as in Example 1, a polarization conversion element was produced. The light transmittance was reduced by about 3% as compared with the first embodiment.

【0042】第4の比較例は、第1の実施例で作製した
磁気旋光利用ディスプレイを、市販のフィルム偏光子の
下に配置した。この場合ディスプレイの非磁化部位に入
射した戻り光の比率は、入射光強度に対して約11%
(波長550nm)と第1の実施例に比較して約1/4
と低かった。フィルム偏光子の上から永久磁石のついた
磁気ペンで一部を磁化した。磁気ペンで磁化した部位で
は、上記偏光子を通過して入射した直線偏光の偏光面が
回転して、もとの偏光子へ戻ることなく、従って磁気ペ
ンで書いた文字が黒く表示された。画像部分のコントラ
ストは2.3であった。
In the fourth comparative example, the display using the magnetic rotatory power produced in the first example was arranged under a commercially available film polarizer. In this case, the ratio of the return light incident on the non-magnetized portion of the display is about 11% with respect to the incident light intensity.
(Wavelength 550 nm) and about 1/4 compared to the first embodiment.
Was low. A portion of the film polarizer was magnetized with a magnetic pen with a permanent magnet. At the portion magnetized by the magnetic pen, the plane of polarization of the linearly polarized light that passed through the polarizer and rotated did not return to the original polarizer, and thus the characters written with the magnetic pen were displayed in black. The contrast of the image portion was 2.3.

【0043】第5の比較例は第1の実施例で作製した磁
気旋光利用ディスプレイの磁性材料として、Baフェラ
イト薄膜を用いた以外は第1の実施例と同様にして偏光
変換素子と併せたディスプレイを作製した。波長520
nmでは、偏光面回転角のピーク値は8.6度であっ
た。VSMで磁界を膜面に垂直に印加して測定した保磁
力は、660エルステッドであった。最表面の誘電体多
層膜上から永久磁石のついた磁気ペンで文字を書いた。
磁気ペンで磁化した部分では書いた文字が黒く表示され
た。画像部分のコントラストは2.8と低かった。
The fifth comparative example is a display combined with a polarization conversion element in the same manner as in the first embodiment except that a Ba ferrite thin film is used as the magnetic material of the display using magnetic rotation produced in the first embodiment. Was prepared. Wavelength 520
In nm, the peak value of the polarization plane rotation angle was 8.6 degrees. The coercive force measured by applying a magnetic field perpendicular to the film surface with the VSM was 660 Oersteds. Characters were written from above the outermost dielectric multilayer film with a magnetic pen with a permanent magnet.
The written characters were displayed in black at the parts magnetized by the magnetic pen. The contrast of the image portion was as low as 2.8.

【0044】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲内に記載であれば多種の変
形や置換可能であることは言うまでもない。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and substitutions can be made within the scope of the claims.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
入射光を収束させるマイクロレンズアレイと、配向液晶
層からなる複屈折性を有する複屈折膜と、液晶層でスト
ライプ状に波長板機能と波長板機能を持たない部位が交
互に一定のピッチで配列している液晶波長板とを有する
ことに特徴がある。よって、素子全体の厚みを薄くする
ことができ、また入射光を非常に高い効率で偏光変換し
て出射させ得ることが可能となった。更に、全入射光の
内のS偏光を非常に少ないロスで、P偏光に変換して出
射させ得ることが可能となった。
As described above, according to the present invention,
A microlens array that converges incident light, a birefringent film composed of an oriented liquid crystal layer and a birefringent film, and portions of the liquid crystal layer that are alternately arranged at a constant pitch in a stripe pattern with no wave plate function and no wave plate function And a liquid crystal wave plate. Therefore, the thickness of the entire device can be reduced, and the incident light can be converted into polarized light with very high efficiency and emitted. Further, it has become possible to convert S-polarized light of all incident light into P-polarized light with very little loss and emit it.

【0046】また、マイクロレンズアレイをプラスチッ
クしたことにより、変形が可能となった。更に、マイク
ロレンズアレイはかまぼこ状ストライプ構造を有するこ
とにより、直線状に狭く入射光を絞ることができ、全入
射光の内のP波を非常に少ないロスで出射させ得ること
が可能となった。
Further, the plastic deformation of the microlens array enabled deformation. Furthermore, the microlens array has a semi-cylindrical stripe structure, so that it is possible to narrow the incident light linearly and narrowly, and it is possible to emit the P wave of all the incident light with very little loss. .

【0047】更に、マイクロレンズアレイ上及び/又は
マイクロレンズアレイと複屈折膜との間に、入射光の反
射を防止する反射防止膜を設けたことにより、素子への
入射光の反射を防止できて、有効に光を利用できるので
高いコントラストを得ることが可能になった。
Further, by providing an antireflection film for preventing reflection of incident light on the microlens array and / or between the microlens array and the birefringent film, reflection of incident light to the element can be prevented. As a result, it is possible to obtain high contrast because light can be effectively used.

【0048】また、別の発明として、入射光を収束させ
るマイクロレンズアレイと、配向液晶層からなる複屈折
性を有する複屈折膜と、液晶層でストライプ状に波長板
機能と波長板機能を持たない部位が交互に一定のピッチ
で配列している液晶波長板とを有する偏光変換素子と、
旋光性を利用して画像形成する反射型表示素子とを重ね
て用いることに特徴がある。よって、光の利用効率が向
上して、高いコントラストの反射型ディスプレイ等の表
示装置が得られる。
Further, as another invention, a microlens array for converging incident light, a birefringent film composed of an oriented liquid crystal layer and a birefringent film, and a liquid crystal layer having a wavelength plate function and a wavelength plate function in stripes. A polarization conversion element having a liquid crystal wave plate in which no portions are alternately arranged at a constant pitch,
It is characterized in that a reflective display element that forms an image using optical rotation is used in an overlapping manner. Therefore, light use efficiency is improved, and a display device such as a reflective display with high contrast can be obtained.

【0049】更に、反射型表示素子の旋光性材料を磁性
ガーネット薄膜としたことにより、全体として格段に薄
いディスプレイを得ることができる。
Further, by using a magnetic garnet thin film as the optical rotatory material of the reflective display element, it is possible to obtain a much thinner display as a whole.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の偏光変換素子の基本構成を示す概略断
面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a basic configuration of a polarization conversion element of the present invention.

【図2】誘電体多層膜及び反射防止層に用いられる材料
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing materials used for a dielectric multilayer film and an antireflection layer.

【図3】側鎖型液晶ポリマーの構造を示す図である。FIG. 3 is a view showing a structure of a side chain type liquid crystal polymer.

【図4】磁気旋光を利用する本発明のデバイスの基本構
成を示す概略断面図である。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a basic configuration of a device of the present invention using magnetic rotation.

【符号の説明】 1 偏光変換素子 11 マイクロレンズアレイ 12 反射防止層 13 複屈折層 14 液晶波長板 40 反射型ディスプレイデバイス 41 基板 42 反射層 43,45 誘電体多層膜 44 透明磁性層 46 偏光子層DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polarization conversion element 11 Microlens array 12 Antireflection layer 13 Birefringent layer 14 Liquid crystal wave plate 40 Reflective display device 41 Substrate 42 Reflective layer 43, 45 Dielectric multilayer film 44 Transparent magnetic layer 46 Polarizer layer

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入射光を収束させるマイクロレンズアレ
イと、配向液晶層からなる複屈折性を有する複屈折膜
と、液晶層でストライプ状に波長板機能と波長板機能を
持たない部位が交互に一定のピッチで配列している液晶
波長板とを有することを特徴とする偏光変換素子。
1. A microlens array for converging incident light, a birefringent film having birefringence composed of an alignment liquid crystal layer, and a portion of the liquid crystal layer having stripe-shaped wave plate functions and portions having no wave plate function alternately. And a liquid crystal wave plate arranged at a constant pitch.
【請求項2】 前記マイクロレンズアレイがプラスチッ
クである請求項1記載の偏光変換素子。
2. The polarization conversion device according to claim 1, wherein the microlens array is made of plastic.
【請求項3】 前記マイクロレンズアレイはかまぼこ状
ストライプ構造を有する請求項1又は2記載の偏光変換
素子。
3. The polarization conversion device according to claim 1, wherein the microlens array has a semi-cylindrical stripe structure.
【請求項4】 前記マイクロレンズアレイ上及び/又は
前記マイクロレンズアレイと前記複屈折膜との間に、入
射光の反射を防止する反射防止膜を設けた請求項1記載
の偏光変換素子。
4. The polarization conversion element according to claim 1, wherein an antireflection film for preventing reflection of incident light is provided on the microlens array and / or between the microlens array and the birefringent film.
【請求項5】 入射光を収束させるマイクロレンズアレ
イと、配向液晶層からなる複屈折性を有する複屈折膜
と、液晶層でストライプ状に波長板機能と波長板機能を
持たない部位が交互に一定のピッチで配列している液晶
波長板とを有する偏光変換素子と、 旋光性を利用して画像形成する反射型表示素子とを重ね
て用いることを特徴とする表示装置。
5. A microlens array for converging incident light, a birefringent film composed of an oriented liquid crystal layer and a birefringent film, and portions of the liquid crystal layer having stripe-shaped wave plate functions and wavelength plate-free functions alternately. A display device, comprising: a polarization conversion element having liquid crystal wave plates arranged at a constant pitch; and a reflective display element for forming an image by utilizing optical rotation.
【請求項6】 前記反射型表示素子の旋光性材料を磁性
ガーネット薄膜とした請求項5記載の表示装置。
6. The display device according to claim 5, wherein the optical rotation material of the reflective display element is a magnetic garnet thin film.
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