JP2000356757A

JP2000356757A - 偏光照明装置

Info

Publication number: JP2000356757A
Application number: JP2000113488A
Authority: JP
Inventors: Akifumi Ogiwara; 昭文荻原; Yasunori Kuratomi; 靖規藏富; Narumasa Yamagishi; 成多山岸
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-16
Filing date: 2000-04-14
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】白色光に対しても、各部が均一となる偏光照
明装置を提供する。【解決手段】液晶と高分子を含む光学媒体からなる回
折光学素子の回折方向を光軸に対し対称にし、光軸近傍
の回折角を大きくし周辺を小さくする。また２つの回折
光学素子により回折角の波長依存性を補償する。これら
により、回折角の波長依存性の悪影響を除去し、併せて
光利用効率を向上させる。液晶表示装置のバックライト
として使用する場合には、更に寸法、他の光学素子にも
工夫を凝らす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、偏光照射装置に関
し、特に投写型プロジェクター等の画像表示装置及び光
記録または読みとりを行う光情報処理装置に用いられる
偏光照明装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶素子を用いた画像表示装置は、薄
く、軽量であるためノート型パソコンのモニターや携帯
情報端末用のモニターとして幅広く用いられている。ま
た、近年の解像度や輝度の向上に伴って１インチ程度の
小型の液晶ライトバルブの映像を拡大投写系によって大
きなスクリーンに表示する投写型プロジェクターも大き
な市場が期待されている。

【０００３】ところで、これらに用いられる液晶素子の
表示は一般には光の偏光を利用することで行われる。こ
のため、偏光子や偏光ビームスプリッタ等により偏光の
方向を揃える必要があり、このため、そのままでは通常
の白色光源の全てを利用することはできない。

【０００４】さて、プロジェクターの使用においては、
ビル内の通常の道路に面した比較的明るい壁面や特殊な
ショウウィンドウに投写することが多い。このため、歩
行者の安全の面等から室内をあまり暗くしなくても認識
できる充分に明るい投写画像であることへの要求が高
い。従って、液晶ライトバルブの光の利用効率を向上さ
せることが重要である。

【０００５】さてこの場合、単に利用効率が高いだけで
なく、投写画面全体が均一に明るいことが重要である。
そして、この照明領域の均一性を高める光学系として、
特開平３−１１１８０号公報または特開平５−３４６５
５７号公報には、２枚のレンズ板を用いたインテグレー
タ光学系が開示されている。これらは原理的には露光機
に使用されているものと同じであり、光源からの平行光
束を複数の矩形レンズによって分割し、各矩形レンズの
像を各矩形レンズに１対１で対応するリレーレンズで液
晶ライトバルブに重畳結像させるものである。

【０００６】特開平７−２９４９０６号公報には、レン
ズ板とプリズムを組み合わせた偏光変換素子が報告され
ている。この概略を図１に示す。これは、アレイ状のレ
ンズが形成されたレンズ板１０１に入射した光波は光束
が絞られて、プリズム１０２に入射する。ここでＰ波１
０５はそのまま通過し、Ｓ波９０４はプリズムで反射さ
れて隣のプリズムに入射し、再び反射され９０°角度を
変化する。そして、光路中に置かれた位相板１０３を通
過して偏光方向を９０°回転してＰ波として出射する。
以上のようにレンズ板１０１とプリズム１０２との組み
合わせによって、これを出射した光波は偏光方向が揃っ
た光束となる。

【０００７】次に、光透過型の液晶表示装置において
は、様々のタイプのバックライト（含む、サイドライト
等）が用いられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】投写型液晶表示装置の
偏光照明装置のプリズムを用いた偏光分離素子では、一
旦レンズ板により光束を絞り１列おきにプリズムアレイ
に入射する。そして、プリズムは偏光ビームスプリッタ
の機能を有するため、例えばＰ波を透過しＳ波は直角に
反射される。更に、反射されたＳ波は隣のプリズムで直
角に反射され光の伝搬方向が先のＰ波と等しくなる。こ
の後、光路中に置かれた１／２波長板等の位相板によっ
て９０°偏光方向が回転されＰ波となって出射する。

【０００９】以上のような作用が小さな各プリズム毎に
行われるため、レンズ板に入射した光波は光束の幅を大
きく変えることなく偏光方向が揃った光束を得ることが
できる。

【００１０】またここに、プリズムは、誘電体多層膜と
屈折率マッチングをとるための液体または固体で回りを
満たしたキューブ形状で構成される。偏光分離度を高め
るためには何重にも誘電体多層膜を形成する必要があ
り、製造コストが上昇する。また、分離膜は光の伝搬方
向を９０°曲げるため４５°に配置している。このた
め、各プリズムを構成する分離膜の大きさによって厚さ
方向の分離素子の大きさが固定され、素子を薄く小型に
できない。

【００１１】更に、レンズ板により集光された各々の光
束のプリズムアレイへの入射位置を厳密に設定する必要
があり、素子同士のアライメントを精密にする必要があ
る。

【００１２】いま、特開平５−３４６５５７号公報に示
すように光利用効率を向上させる目的で、図１に示すよ
うなレンズ板の各レンズの大きさを領域毎に変えること
を考える。この場合、各プリズムも各レンズの大きさに
併せて領域毎に変えなければならない。このため、素子
が複雑になり、製造コストが増加する。

【００１３】また、照明光の均一性を向上するためには
先のインテグレータのレンズ板の各レンズの数を増加す
ることが必要となる。この際、プリズムもレンズの増加
に併せて微細化されなければならない。しかしながら、
図１に示すような多数のプリズム構造をｍｍ単位で均一
性よく形成することは困難であり、アライメントについ
ても更に精度が要求される。

【００１４】このため、高効率、かつ安価で簡易な構成
の偏光照明装置の開発が望まれていた。

【００１５】次に、液晶表示装置、特に偏光を利用する
タイプの液晶表示装置のバックライトとしての偏光照明
装置においても、高効率、かつ安価で簡易な構成のもの
の開発が望まれていた。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決することを目的としてなされたものであり、偏光照
明装置に、偏光分離機能を有する回折光学素子を用い、
更にこの回折機能に回折角の波長依存性に対する補償措
置を備えたものである。

【００１７】また、液晶表示装置のバックライトとして
の偏光照明装置においても、他の光学素子等との組み合
わせ等につき様々の工夫を凝らしたものである。

【００１８】具体的には、以下の構成としている。

【００１９】１の発明においては、光源と、第１レンズ
アレイ及び第２レンズアレイからなるインテグレータ
と、屈折率異方性を有する上流側と下流側の回折光学素
子と、偏光部とが光の流れの順に配列された偏光照明装
置であって、回折光学素子は屈折率異方性の大きい
（０．１以上、好ましくは０．１５以上、より好ましく
は０．２以上）液晶を含んだ帯状の周期構造が光軸に直
交する方向、例えば上下方向に一様に配列されて形成さ
れ、この周期構造の屈折率の相違の基で光源からのＳ波
成分をそのまま透過し、Ｐ波成分を回折し、所定の角度
の方向へ屈折させる機能を有している。更に、Ｐ波の回
折される方向が上流側、下流側いずれの回折光学素子と
も光軸（利用する光束の中心）を通りこれに直交する直
線の一方に対し、すなわち例えば上下、左右等に対して
対称となり、その上、上流側と下流側ではこの直線の同
一方向側、例えば上側では屈折方向が逆となる。これに
より、色むらの発生を防止している。

【００２０】またこの際、周期構造のピッチは、可視光
の波長に相応したものとしている。

【００２１】また他の発明においては、光源からのＳ波
成分を透過し、Ｐ波成分を回折する機能は同じである
が、Ｐ波の回折される角度が光量の多い光軸近傍の中央
部は少ない周辺部より大きいようにしている。

【００２２】また他の発明においては、インテグレータ
より回折光学素子に集光される光束あるいは中心部の光
束の幅をａとし、光の進行方向における２つの回折光学
素子間の間隔をｄするとき、上流側の回折光学素子から
の回折角θは、θ≧ｔａｎ^-1ａ／ｄを満たすようにし
て、効率を上げている。

【００２３】また他の発明においては、光源と、第１レ
ンズアレイ及び第２レンズアレイからなるインテグレー
タと、第１レンズアレイと第２レンズアレイの中間に配
置された屈折率異方性を有する回折光学素子とを有し、
回折光学素子は帯状の樹脂と、同じく帯状の一様に配列
された液晶とからなる周期構造を有し、光源からのＳ波
成分を透過し、Ｐ波成分を回折する機能を有しており、
更に第２レンズアレイは開口中心と曲率中心が一致する
レンズと開口中心と曲率中心が異なるレンズが交互に並
んだレンズ群によりなる。

【００２４】これにより、回折光学素子を透過したＳ波
は開口中心と曲率中心が一致したレンズ群に入射し、回
折したＰ波は開口中心と曲率中心が異なるレンズ群に入
射する。あるいはそのようにしていることが望ましい。

【００２５】また他の発明においては、光源と、第１レ
ンズアレイ及び第２レンズアレイからなるインテグレー
タと、屈折率異方性を有する回折光学素子と、２次元的
にλ／２板が形成された位相板を有し、回折光学素子は
一様に配列された液晶を含んだ周期構造が形成され、光
源からのＳ波成分を透過し、Ｐ波成分を回折する機能を
有している。そしてこのλ／２板の面積が、光軸近傍の
中央部に対し周辺部では小さくなる。これにより、光度
の大な中央部が効率よく利用され、全体の効率が上昇す
る。

【００２６】また他の発明においては、位相板に形成さ
れた領域毎のλ／２板の形状が、インテグレータから集
光された光束と概ね等しい（面積の不揃いが２０％以
内、好ましくは１０％以内、より好ましくは５％以内）
ことが望ましい。

【００２７】また他の発明においては、位相板はラビン
グによる配向処理が施された高分子からなる薄膜を形成
した透明絶縁性基板で挟まれた領域に光（紫外線やこれ
を含む光を含む）硬化型液晶を封入し、２次元形状（平
面）のフォトマスクを介して均一な紫外光（現時点で
は）を照射して形成されている。（従って、透明絶縁基
板そのものは、製品として完成時にはないこともあり、
単にあるだけでなく反射防止膜等が付与されていること
もある。）また他の発明においては、回折光学素子の回
折機能は、屈折率異方性を有する液晶の帯の周期構造に
て発揮されており、入射光の１方向の偏波成分（Ｐ波も
しくはＳ波）に対し周期構造に対応した屈折率分布を生
じ、この屈折率差により光の回折を生じる。そして、回
折効率は、入射光の帯に直角する偏波成分に対し概ね
（８０％以上、好ましくは８５％以上、より好ましくは
９０％以上、更に好ましくは９５％以上）、そしてこの
偏波成分に直交するあるいは帯方向の偏波成分光（Ｓ波
もしくはＰ波）に対してはそのまま直進させる機能を有
している。

【００２８】また他の発明においては、回折光学素子の
回折機能を発揮させる周期構造は、屈折率異方性を有す
る液晶の光軸の傾斜によりなされている。

【００２９】また他の発明においては、光学媒体は、レ
ーザ光の干渉縞を利用するため、光重合開始剤及びレー
ザ光の波長を吸収するための色素を含んでいる（より正
確には、反応で使用されつくすことも有りうるため、製
造時に含んでいる）。

【００３０】また他の発明においては、回折光学素子が
一様に配列された液晶を含んでなり、液晶には光重合性
モノマーまたは光架橋可能液晶ポリマーが添加され、フ
ォトソグラフィで多用される紫外領域の光照射に対し、
液晶の分子軸の方向が固定化がされている。このため、
製造にも都合がよい。

【００３１】また、他の発明においては、偏光照射装置
は、ワードプロセッサ等の液晶表示装置の、特に偏光を
利用するそして透過型の液晶表示装置の光源に使用され
ている。

【００３２】また他の発明においては、液晶表示装置の
光源としての機能発揮のため位相板等を組み合わせてい
る。

【００３３】また、他の発明においては、回折光学素子
の光軸に直交する方向の断面は、重量、サイズ、効率の
兼ねあいの基で導光板とほぼ同一（±２０％以内の誤
差、好ましくは±１０％以内の誤差、より好ましくは±
５以内の誤差）の広さとしている。

【００３４】また、他の発明においては、回折光学素子
からの回折光と位相板の面積はほぼ同一としている。

【００３５】また他の発明においては、回折光等を反射
する反射板の偏光の変更特性に考慮を払っている。また
このため、反射板の表面形状に工夫を凝らしている。

【００３６】また他の発明においては、導光体の背面
（反表示側）に反射膜を形成し、更に均一な表示面明る
さを得るべく、この背面の形状に工夫を凝らしている。
具体的には、光源から遠ければ、反射する光束の断面積
を多くする等である。

【００３７】また他の発明においては、光源が例えば
赤、緑、青の３原色の、そして原則として多数の発光素
子であり、その下流側の回折光学素子はこれら各色の発
光素子に対応して分割して設けられ、その波長に適切な
周期構造が形成されている。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態に
基づいて説明する。

【００３９】（第１の実施の形態）本実施の形態の回折
光学素子を用いた偏光照明装置を図２に示す。

【００４０】光源１１や一旦反射鏡１０に反射された光
源からのＰ波とＳ波を含む光波は、上流側の第１レンズ
群（微小なレンズが多数配置されたレンズアレイ）１２
と下流側の第２レンズ群１３よりなるインテグレータ１
４に入射する。この光波は上流側の回折光学素子１５近
傍に配置された第２レンズ群１３の各レンズで集光され
た後、上流側の回折光学素子１５、下流側の回折光学素
子１６（以下、これら２つの回折光学素子を併記する場
合、単に「回折光学素子１５、同１６」とも記す）に入
射し偏光方向が揃った光に変換される。

【００４１】ここで使用した回折光学素子１５、同１６
は、いずれも光軸に対して左右で回折方向が対称となる
ように製作されており、それぞれは等しい回折特性を有
し、本図に示すようにＳ波はそのまま透過し、Ｐ波は回
折する。更に、２つの回折光学素子の回折角は（上下な
ら上下で）逆である。

【００４２】なおここで、２つのレンズ群を使用するの
は、反射鏡１１の各部は光源からの距離が相違するた
め、そのままでは光束の光量は中心軸からの距離等位置
によって相違し、ひいては投写した画像の周辺部が中央
部に比較して暗くなる。このため、そのようにならなう
よう光束内の位置による光量を平均化するためである。
ただし、これについては、いわゆる周知技術なので、そ
のこと自体のこれ以上詳しい説明は省略する。

【００４３】以下、この偏光照明装置の作用について説
明する。

【００４４】まず、インテグレータ１４の第２レンズア
レイ１３により絞られたそれぞれの光波は回折光学素子
１５に入射し、Ｓ波は光路を変えずに次の並列に置かれ
た回折光学素子１６に入射する。一方、Ｐ波は回折光学
素子１５により前述した原理に基づき回折され光路を変
化して回折光学素子１６に入射する。この回折光学素子
１６、同１５のＰ波とＳ波に対する特性は等しく、更に
Ｐ波に対する回折方向は逆であるため、Ｐ波は再び逆の
向きへ回折され、進行方向が先の回折光学素子１５に入
射するときと等しくなって出る。

【００４５】但し、Ｐ波の回折光学素子１６への入射位
置は直進したＳ波に対して回折光学素子１５、同１６の
間隔分だけずれることになる。このため、回折光学素子
１６上ではＳ波とＰ波の領域は重複しないように回折角
と間隔により調節され、これがインテグレータの各レン
ズ毎に行われる。

【００４６】また、インテグレータ１４により光束の幅
が一旦１／２程度に絞られて回折光学素子１５に入射す
るようにしている。このため、回折光学素子１６上でＳ
波とＰ波の領域を交互に形成したため、これにより位相
板１７近傍等で光束の占める領域が倍程度に広がって
も、光束全体の面積は元の場合と概ね変わらない。すな
わち、単位面積当りの光量は同じである。回折光学素子
１６上のＰ波が入射する位置に本図に示すように位相板
１７としてλ／２波長板を配置することで、ここに入射
したＰ波が変調されてＳ波となって出る。

【００４７】以上の作用により、回折光学素子１６を出
た後の光波は、光源１１から出た時と概ね変わらない面
積のまま偏光方向のみがＳ波に揃った光波として利用で
きることになる。

【００４８】本実施の形態の回折光学素子は、μｍオー
ダーの周期構造が形成されており、入射する光波は素子
のどの位置でもよい。つまり、回折光学素子１５とイン
テグレータ１４との位置合わせは、それほど厳密でなく
てもよい、いわゆるアライメントフリーである。このた
め、基本構成は回折光学素子１６上にインテグレータの
ピッチに対応して位相板１７を設け、更に回折光学素子
１５、同１６の奥行き方向の位置を合わせるだけの簡便
なものとなる。

【００４９】更に、光源１１からの光波の均一性を向上
するためにはインテグレータのレンズアレイのレンズサ
イズを小さくし且つ数を増やすことが必要になる。この
ような場合に対しても本図の示す構成では回折光学素子
１５、同１６は上述したようにμｍオーダーの微細構造
から形成されているため、インテグレータ１４を構成す
るレンズ群の数やサイズが変化しても、回折光学素子１
６上に形成する位相板の位置を変化するだけで対応する
ことが可能となる。従ってコストについても大きな増加
なく対処することができる。

【００５０】例えば、インテグレータを構成する第１レ
ンズアレイ及び第２レンズアレイのレンズを、中央部分
では大きく周辺は小さくなるよう領域毎に変化させた場
合を考える。この設計によりライトバルブに対する光利
用効率を向上することが可能となる。このような場合に
おいても、本図に示す回折光学素子１５、同１６は入射
光束位置を限定しないため、基本的にそのままの構成で
利用可能である。

【００５１】さて、白色光が回折光学素子に入射した場
合、波長により回折角が変わる。このため、回折光学素
子１５からの回折光は波長が長いほど回折角は大きくな
る。従って、白色光に含まれるＲ（赤）、Ｇ光（緑）、
Ｂ光（青）が色分離されて後流側の回折光学素子１６に
入射する。ここで、再び回折作用を受け、Ｐ波は光軸と
平行な方向へと出射するが、回折角の波長依存性により
回折光学素子１５と同１６の間隔に対応する量だけ回折
光学素子１６上において回折されたＰ波光束は周辺部で
色分離を生じる。この光束は、位相板１７によって偏波
面が回転されＳ波に揃った光束として出射し、集光レン
ズ１８及びフィールドレンズ１９によりライトバルブ２
０に結像される。ライトバルブ上では先の回折光学素子
１６上における回折パターンが結像される。このため、
そのままではライトバルブの周辺においてわずかに色分
離した像が結像され、色度または光強度の不均一性の原
図となる。

【００５２】このため、本実施の形態の偏光照明装置で
は、回折光学素子１５、同１６が光軸に対し左右あるい
は上下（図では上下）で回折方向が対称となるようにし
ている。この場合、上流側の回折光学素子１５に回折さ
れた光束は後流側の回折光学素子１６上に波長により回
折角が異なった形態で入射する。さてこの場合、回折光
学素子１６上の光軸の両側（図の上下側）では回折方向
が対称となっているため波長に対する色分離の仕方が対
称となる。つまり、光軸に近い位置から光軸に対称に青
（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の順で分離する。

【００５３】これが集光レンズ１８とフィールドレンズ
１９を介してライトバルブ２０上に結像されるとき、結
像位置では２つの回折パターンが左右対称になる。つま
り、周辺においてＢ光とＲ光が重畳し回折に基づく色分
離からの色度変化または光強度分布が補償（あるいは、
相殺、キャンセル）され、色、明度とも均一な画質とな
る。

【００５４】以上の説明で判るように、本実施の形態に
おいては回折光学素子１５と同１６の回折方向を光軸に
対して対称に設計して、アライメントフリーの特長を保
持したままライトバルブの画質劣化も防止することが可
能となる。

【００５５】次に、本実施の形態の回折光学素子１５、
同１６の製作方法について図３を用いて説明する。

【００５６】まず、干渉縞を露光するための光源として
は、例えば、Ａｒレーザからの５１５ｎｍ前後の波長の
出射光が利用できる。これをビームエキスパンダ等によ
って直径３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度のビームに広げた
後、ビームスプリッタ等により２方向に分割し、ミラー
等を組み合わせて回折光学素子上に照射する干渉縞を形
成する。ただし、このこと自体はホログラム等で広く知
られた技術であるので、その詳細な説明は省略する。

【００５７】次に、回折光学素子の製作手順について説
明する。

【００５８】ガラス基板２１をダストを除去するために
洗浄した後、このガラス基板上に液晶と高分子を混合し
た光学媒体をスパチュラ等で滴下し、この上方からもう
１枚のガラス基板２２を張り合わせ、これら２枚のガラ
ス基板２１、２２間に光学媒体２５が封入されたセルを
作製した。

【００５９】なおここに、光学媒体の液晶としてはネマ
ティック液晶を、高分子材料としてはモノマーやオリゴ
マーを使用した。具体的には、Ｐｈｅｎｙｌｇｌｙｃｉ
ｄｉｌｅｔｈｅｒａｃｒｙｌａｔｅｈｅｘａｍｅ
ｔｈｙｌｅｎｅｄｉｉｓｏｃｙａｎａｔｅｕｒｅｔ
ｈａｎｅｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ，２−Ｈｙｄｒｏｘｙ
ｅｔｈｕｌＭｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ，Ｄｉｍｅｔｈ
ｙｌｏｌｔｒｉｃｙｃｌｏｄｅｃａｎｅｄｉａｃｒ
ｙｌａｔｅ等が利用できる。

【００６０】なお、本実施の形態で使用した液晶は正の
誘電異方性を有するものであるが、負の誘電異方性を有
するものであっても良いのは勿論である。更に、光重合
開始剤としてはＮ−Ｐｈｅｎｙｌｇｌｙｃｉｎｅを、５
１５ｎｍ付近のレーザ波長の光を吸収するための色素と
してはＤｉｂｒｏｍｏｆｌｕｏｒｅｓｃｅｉｎｅ等を添
加してもよい。なおまた、セルのギャップの均一性を保
つため、直径数μｍ程度のビーズ（図示せず）を添加し
ていてもよい。

【００６１】以上のようにして製作した液晶サンプルを
ペルチェ素子からなる温度制御付きの装置により一定温
度に保持し、先に述べたＡｒレーザを用いて干渉縞の露
光を行った。まず、光学系の作製位置に回折光学素子１
５をセッティングした。また、シャッタにより露光時間
を調節した。更に、ミラーを調整することで、サンプル
位置には、１μｍピッチ程度の干渉縞が形成されるよう
にした。図３の（ａ）、（ｂ）はこの状態を示す。なお
図において、干渉縞は紙面に直交する方向に帯状とな
り、また縞は左右方向に多数形成される。なおまた、こ
の詳細は後に説明する。

【００６２】ここで、サンプル位置に形成される干渉縞
のピッチとミラーによるレーザ２光束の交角及びレーザ
の波長との関係は以下の式で表すことができる。

【００６３】（式１）ピッチ：Ｐ＝λ／２ｓｉｎθ ；λはレーザ波長、θは交角サンプル上に形成される干渉縞のピッチは２光束の交角
が大きいほど、またレーザ波長が短いほど小さくなる。
なお、この際のＡｒレーザの照射強度は５０ｍＷ〜１０
０ｍＷ程度であった。

【００６４】また、回折方向の設計については露光時の
サンプルのセッティング角度において行うことができ
る。回折光学素子１５の基板面に垂直方向に対し、左右
１５°ずつの角度、つまり露光角３０°とした場合は、
（式１）より干渉縞のピッチは１μｍで格子の向きはガ
ラス基板面に対して垂直に形成される。これに対しサン
プルの角度を例えば１５°回転させてセッティングした
場合、格子ピッチは１μｍと同じであるが、格子は基板
面に垂直な方向から１５°斜めに形成される。このと
き、回折光学素子１５のガラス面に垂直に入射したＰ波
は進行方向に対し３０°左に回折される。このようにレ
ーザ露光時のサンプルのセッティング角度を変化させる
ことで回折方向を制御することができる。

【００６５】図２に示すように回折光学素子１５、同１
６の回折特性を光軸に対し左右対称とするには、露光サ
ンプルに対しセッティング角度を対称に変化させて２回
露光を行えばよい。具体的には、まずサンプルの中心に
対し左右（あるいは東西、南北）いずれか半分の面積を
マスクで覆い、この部分には光が照射されない状態でセ
ッティング角度を１５°として露光する。この後、マス
クの位置を左右反対にして、露光していない領域をセッ
ティング角度を−１５°に変えた後、もう１度露光を行
う。この方法により図２に示すような光軸に対して左右
（あるいは、図上、上下）で回折方向が対称となる回折
光学素子を製作できる。１つの素子で場所により回折方
向が異なる機能を有するため、構成が簡単であるにもか
かわらず、回折光の均一性も高くなる。

【００６６】次に、液晶サンプルに対してレーザにより
干渉縞が形成されるメカニズムについて図３の参照しつ
つ説明する。

【００６７】（１）まず、シャッタを閉じて光照射が無
い状態で、温度制御装置に固定された液晶サンプルをセ
ッティングする。そして、シャッタを所定の時間、ここ
では５分間程度開放した後閉じる。初期段階として液晶
サンプルにはレーザの２光束の干渉により形成されてい
る干渉縞の強度の高い明部（図に示す横波の連続の頂部
やその近く）に属する領域において高分子材料の硬化が
開始する。この過程で周期的な高分子の柱が形成され
る。また、同時に液晶はレーザ露光により硬化が生じな
い材料なので硬化されつつある高分子の領域９６０から
液晶分子９５０が押し出され、レーザの強度の弱い暗部
の領域に集まるようになる。つまり高分子と液晶の周期
的な密度分布が生じる相分離の現象が起こる。

【００６８】（２）暗部に集まった液晶分子９５１が最
初に硬化した高分子の柱９６１に対して巨視的に一様に
配向する。従って、レーザ光の明暗に対応して液晶分子
が一様に配向した層と高分子密度の多い層が交互に周期
的に形成される。

【００６９】つまり、第１の工程は高分子が硬化し柱が
形成され、これにより液晶と高分子の密度分布が生じる
過程である。この過程では、高分子と液晶との密度分布
が形成されるため、液晶の密度が多い部分では平均的に
高分子層に比べ平均値が高くなり周期的な屈折率分布が
生じ回折の現象が生じることになる。この段階では液晶
の配向は形成されていないため、入射する偏波方向に対
する依存性は生じないと考えられる。

【００７０】次に、第２の工程は硬化した高分子の柱に
対して液晶の密度が高い領域で液晶が並ぶ現象を生じる
過程である。これは、素子内において、より厳密には上
下のガラス板間の素子の原材料内において、硬化高分子
の柱がレーザ光の波長に相応した微少な幅の領域で周期
的に形成され、また液晶は未硬化のまま存在するため、
素子全体において高分子層と液晶層との間である程度短
い時間内に応力分布が発生する。このような物理的な要
因により、液晶の配向が定まると考えられる。そして、
この処理により、素子内にレーザ光の波長に対応した幅
での屈折率異方性が形成され、後に説明するように入射
する光の偏波成分により回折作用が異なることになる。
なお、本図の（２）に示すように、液晶分子がレーザ光
に対して直交する方向に配向した場合には、入射するＰ
波に対して強い回折特性を有することになる。

【００７１】なお、以上の２つの過程は、露光時のレー
ザ光強度を変化させたり、添加する光重合開始剤や色素
の量を変化させても同様に生じた。

【００７２】さて、高分子の屈折率は一般に１．５程度
であり、通常よく用いられるネマティック液晶の常光屈
折率と概ね等しい。このため、入射光のうち、帯状方向
に振動する常光線に対しては液晶と高分子部分の屈折率
は共に同じＮｏ程度となる。このため、このとき回折光
学素子は等方媒体となり、入射した光はそのまま通過す
る。

【００７３】一方、液晶の屈折率は異常光線に対しては
液晶分子が高分子層に対して垂直の方向に並んでいるた
めＮｅとなり、高分子層は屈折率異方性を有しないので
Ｎｏのままである。従って、液晶層と高分子層とで屈折
率が異なる周期構造を有していることになる。その結
果、異常光線はこの屈折率分布に対応して特定方向に回
折される。

【００７４】このように、厚さ方向に周期構造を有する
ため、ブラッグの回折条件が適用されることになる。こ
れは、ある波長を有する光が周期構造を形成する各層に
入射した場合、各層で散乱された光はその波長と入射角
度及び層間のピッチに対応する特定方向に散乱成分が強
め合う現象を生じる。これが、ブラッグの回折条件と呼
ばれるものであり、このような条件は従来の２次元的な
回折光学素子に対し、３次元的な構成となり、ブレーズ
化（１つの方向に光を収束する）の作用を有することに
なる。

【００７５】従って、従来の回折光学素子に対し、回折
効率を飛躍的に向上することができ理論的には１００％
の効率が可能である。なお、このような理論的な回折効
率の計算結果等はＨ．Ｋｏｇｅｌｎｉｋ、（Ｂｅｌｌ
Ｓｙｓｔ．Ｔｅｃｈ．Ｊ．，４８，１９６９，Ｐ．
２９０９−２９４７）の解析に開示されているいわゆる
周知技術である。このため、これらについての説明は省
略する。

【００７６】最後に、干渉縞を使用して露光した液晶サ
ンプルに対し、水銀ランプの概ね均一な光を５分程度照
射し、サンプル全体に散在する未硬化部分を硬化させて
安定化させ、これによりサンプルは完成した。

【００７７】次に、回折光学素子の偏光の特性と製作時
の関係について説明する。

【００７８】回折光学素子の内部格子構造の作成過程を
推測するために、Ｐ波とＳ波の入射光（Ｈｅ−Ｎｅレー
ザ）に対する回折光強度の時間的変化をレーザ露光中の
保持温度を変化させて行った。図４に、室温と６５℃に
加熱した場合に得られた結果を示す。第１の温度条件と
して、恒温プレート及びペルチェ素子の加熱を行わず、
室温に試料及びガラス基板を保持した状態でレーザ露光
を行った。第２の温度条件として、試料及びガラス基板
を６５℃に加熱保持した状態でサンプルを組み立て、ペ
ルチェ素子で同温度に制御した支持台に取り付けてレー
ザ露光を行った。なお、試料は、いずれも同じ（液晶Ｔ
Ｌ２１６使用）である。

【００７９】その結果、製作温度が室温（２３℃）の場
合、レーザ露光後のサンプルにおいてＳ偏光入射時の回
折光強度がＰ偏光入射時のそれに比較して大きく現れ
た。製作時のモニター光の時間的な変化としては、レー
ザ露光開始後内部での格子形成反応が生じず回折光強度
がほとんど変化しない図中のａ領域、時間と共に回折光
強度が増加するｂ領域、回折光強度が飽和してほとんど
変化がなくなったｃ領域の３つの過程に大きく別れた。

【００８０】そしてこの変化は、Ｐ偏光入射、Ｓ偏光入
射に関わらず同様であった。この変化過程については、
Ｒ．Ｌ．Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ，Ｌ．Ｖ．Ｎａｔａｒａ
ｊａｎ，ａｎｄＶ．Ｐ．Ｔｏｎｄｉｇｌｉａ，Ｃｈｅ
ｍ．Ｍａｔｅｒ．Ｖｏｌ．５．１９９３，ｐｐ１５３
３−１５３８において開示されている液晶と高分子との
相分離現象からなる干渉縞の形成過程と同様であり、入
射する光波の偏光特性に対して大きな依存性は有さな
い。

【００８１】次に、製作温度が６５℃の場合のモニター
光強度の時間的変化の様子を説明する。レーザ露光開始
後、反応が開始せず回折光強度がほとんど変化しないａ
領域、時間と共に回折光強度が増加するｂ領域、回折光
強度の増加割合が急激に大きくなるｂ' 領域、回折光強
度が飽和しほとんど変化がなくなったｃ領域の４つの過
程に別れている。

【００８２】今回は、入射する光波の偏光特性に対して
回折光強度の時間的な振る舞いが大きく異なっている。
Ｐ波、Ｓ波ともａ領域、ｂ領域では同様の振る舞いを示
すが、ｂ' 領域においては大きく異なる。つまり、Ｐ波
の入射に対しては回折光強度が急激に増加するのに対
し、Ｓ波の入射に対しては、逆に回折光強度が減少す
る。この領域では、入射光の偏光方向によって回折効率
の変化が大きく異なり、内部において複屈折性が増加す
る反応が進んでいると考えられる。

【００８３】図３のレーザ露光時の帯状の格子の形成過
程のモデルで示したように、硬化した高分子の柱に対し
て液晶分子が配向するような変化が格子形成過程で生
じ、この結果として入射光に対する偏光依存性が顕著に
なるのではないかと思われる。製作温度条件が図４にお
けるｂ' の領域で示される偏光依存性を発現させる重要
な要因であることが判明した。

【００８４】図４をみると、製作温度に対してＰ１次、
Ｓ１次の効率は大きく変化しており、室温（２３℃）付
近ではＳ波の回折効率が高い。一方、６５℃ではＰ波の
回折効率が高くなりＰ１次とＳ１次の大きさが逆転す
る。室温においてＳ波の回折特性が大きいということ
は、液晶分子が高分子の柱に対して平行となるようなモ
デルとして考えられる。この様子を図５の（１）に示
す。

【００８５】また、温度を増加していくと図５の（２）
に示すように液晶分子が高分子の柱に対して垂直に立っ
て並ぶようなモデルが予想される。このように、製作時
の温度に応じて液晶の配向方向が変化するのは、温度に
応じて液晶の粘性が変化し、先に述べた高分子の硬化に
よる周期構造形成時に体積収縮等に基づく応力分布が周
期的に生じ、両方の物理的な相互作用により液晶分子の
配列に変化が生じるのではないかと考えられる。

【００８６】ここで、製作した回折光学素子に対し、
Ｒ、Ｇ、Ｂの各波長に対する効率（Ｐ１次、Ｓ１次）の
入射角度依存性の測定結果を、図６の（１）に示す。Ｇ
光のピークはレーザ露光時の露光角に対応する１５°付
近に得られている。またＢ光は１３°、Ｒ光は１７°と
Ｇ光の前後にピークを有している。入射角１５°に対し
±２．５°の範囲内においてＰ１次効率は８０％以上と
なっている。

【００８７】これに対し、Ｓ１次効率はＲ、Ｇ、Ｂ光そ
れぞれに対し全ての入射角でほとんど回折作用を有さず
透過されることがわかる。入射角１５°付近でのＰ１次
とＳ１次との強度比は５００：１程度であった。

【００８８】次に、光源として白色平行光を用いて上記
同一サンプルの効率評価を行った結果を図６の（２）に
示す。測定は、白色光源として冷陰極ランプからの光を
ビームエキスパンダによりφ＝１０ｍｍ程度の平行光と
したものを用い、これをホログラムサンプルの露光領域
に入射し、レーザを用いた場合と同様に効率を評価し
た。検出器としては照度計を用いた。また、入射したＳ
偏光光は色分離することなく透過する。この一方、Ｐ偏
光はサンプルから出射光が離れると回折作用が異なるた
めこれに伴いＲ、Ｇ、Ｂに対応する色分離が生じる。こ
のため、Ｒ、Ｇ、Ｂの光がほぼ重なる領域で強度検出を
行った。

【００８９】図６の（２）に示すグラフにおいて、回折
効率は入射角度１５°付近に緩やかなピークを持ってお
り、Ｐ１次効率として入射角１５°に対し±２．５°の
範囲内で８０％程度を有している。一方、Ｓ１次につい
てはほとんど回折されていないのがわかる。このよう
に、白色平行光に対しても８０％以上の高いＰ１次効率
と偏光分離特性を有することが判明した。

【００９０】以上の説明で判るように本実施の形態の回
折光学素子は、高い回折効率と偏光分離特性を有してお
り、これを用いた偏光照明装置は回折による色分離の影
響がない均一性の高い照明光を有し、且つ他の構成部品
との適合性が高く簡単で安価である。

【００９１】（第２の実施の形態）本実施の形態は、回
折光学素子の周辺部の回折角が中央部のそれに比較し
て、小さくなるようにしたものである。

【００９２】図７の（１）に、この回折光学素子の回折
作用をなす部分の要部断面を示す。図７の（２）は、こ
の回折光学素子の回折角が異なる領域のレイアウトを示
す。図７の（３）は、図２におけるインテグレータ１４
の第２レンズアレイ１３に集光される光源１１からの光
束を示したものである。

【００９３】図２に示すように、光源１１の発光体は実
際には数ｍｍ程度の大きさ（以下アーク長と呼ぶ）を有
するため、この集光束は完全な点とはならず、アーク長
に対応した形状に結像される。図７の（３）はこのイン
テグレータにより結像されたパターンを示しており、光
源のアーク長の形状に対応している。このパターンは中
央から放射状に並んでおり、光軸近傍の中央部分ほど結
像されたパターンが大きく、周辺にいくほど小さくなっ
ていることがわかる。図２に示す構造の装置で偏光変換
を行う場合、光束が最初に入射する回折光学素子１５に
おいてＰ波を回折しＳ波を透過する偏光分離を行い、続
く回折光学素子１６でＰ波の進行方向の修正と位相板１
７を用いた偏光方向を揃える。

【００９４】実際に、インテグレータ１４から集光され
た図７の（３）で示すような領域毎に異なる光束に対し
てこの偏光変換を行う場合、図７の（１）で示すように
集光された光束１１１が回折光学素子１６上で重畳せず
に分離されることが必要である。しかしながら、インテ
グレータから集光された光束は領域毎で大きさが異な
る。このため、周辺の小さいパターンが回折光学素子１
６上で分離されるように回折角を設定すると、中央部の
大きいサイズの光束は周辺が重なり合ってしまいこの重
なった部分の光束の偏光変換が効率よく行われず、ひい
ては光利用効率が低下し、偏光変換ゲインを低下させ
る。

【００９５】この一方、中央部の大きいサイズの光束に
あわせて回折角を設定すると、周辺では偏光分離された
光束同士の間隔が必要以上に大きくなり、偏光変換され
た後の全体光束の幅が元の光源から出射した光束に比べ
大きくなり、有効にライトバルブ１１０に導くことがで
きる光束が減少し光利用効率を低下させる。

【００９６】以上のことから、インテグレータ１４から
集光された光束に対応して回折光学素子１５、１６の領
域毎の回折角を最適化して設計し、光利用効率を向上す
ることが必要である。

【００９７】具体的には、図７の（１）に示すようにイ
ンテグレータから集光された光束１１１の幅をａとし、
２つの回折光学素子１５と１６の間隔をｄとしたとき
に、回折光学素子１６上でＰ波によるパターンとＳ波に
よるパターンが正確に分離されるためには、パターン同
士が最低でもａの幅だけ離れなければならない。そして
これを実現するための回折角はθ≧ｔａｎ^-1ａ／ｄを満
足する必要がある。

【００９８】また、インテグレータ１４から集光された
光束のパターン同士の間隔が密に配置している場合、中
央で回折された大きいサイズのパターンが隣の小さいサ
イズの透過パターンに重畳することも考えられる。この
ときには、光利用効率の低下を招来する危険性もありう
るが、中央部での光束の光量は周辺部に比べかなり大き
いため、中央部での光束同士の重畳をなくした方が光利
用効率の点からは有利になる。

【００９９】また、先の第１の実施の形態でも説明した
ように、回折角は波長により異なるが、可視光の中心波
長である５５０ｎｍに回折角を設定することで平均的に
高い効率を得ることができる。

【０１００】実際に、図７に示すように中央と周辺部で
異なった回折角を有する４つのパターンの回折光学素子
を、先の実施の形態で説明した方法を用いて製作した。
この際、図２と同様に光軸に対し回折角は対称となるよ
うに設計を行った。具体的には、中央部での回折角は３
５°、周辺では３０°に設計した。また、回折光学素子
の間隔は、ｄ＝７ｍｍとした。中央部でのインテグレー
タから集光された光束の幅は５ｍｍ程度であった。

【０１０１】このようにして製作した回折光学素子を用
いて図２に示すような偏光照明装置を製作し、その偏光
変換ゲインを評価した。評価方法としては、ライトバル
ブの位置に偏光子をＳ波が通過するような角度にて設置
し、この直後に照度計を置いて輝度を測定した。この下
で、回折光学素子１５と１６からなる偏光変換素子を用
いた場合と用いない場合の輝度を比較し、偏光変換ゲイ
ンを求めた。

【０１０２】最初に、図２で示す構成で回折光学素子の
回折角が光軸に対しては対称で、素子の領域内では等し
いものを組み合わせて偏光ゲインを測定すると、１．３
〜１．４倍程度の値が得られた。

【０１０３】次に、中央部に比較して、周辺部の回折角
が小さくなるように領域毎に回折角を変化して設計した
回折光学素子を用いて図２に示すものと同様の偏光照明
装置を製造し、測定した。この装置の偏光変換ゲインを
評価した結果、１．４〜１．６倍程度の値が得られ、先
に構成した偏光照明装置に対してゲインが向上している
ことが判明した。

【０１０４】なお、本実施の形態では、回折光学素子の
回折角を２つにしたものであったが、これは分割する領
域をさらに増やして中央から周辺に対して徐々に回折角
を小さくするようにして一層の光利用効率の向上を図っ
てもよいのはいうまでもない。

【０１０５】（第３の実施の形態）本実施の形態は、回
折光学素子を１枚とし、これをインテグレータ内に設け
たものである。

【０１０６】図８に、このシステムを示す。本図に示す
ように、インテグレータ１４の第１レンズアレイ１２と
第２レンズアレイ１３の中間に唯１枚の回折光学素子１
５を配置し、偏光分離を行うものである。このシステム
においては、Ｓ波はそのまま透過し、第２レンズアレイ
１３の対応するレンズに入射する。一方、回折されたＰ
波はホログラムから第２レンズアレイ１３の距離に対応
して入射位置がＳ波と離れて対応するレンズアレイに入
射する。

【０１０７】ところでこのレンズアレイは、開口中心と
曲率中心がずれた円弧形状となっている。このため、回
折角度でこのレンズに入射したＰ波はこの軸ズラシの作
用により光軸と平行な方向に曲げられ、Ｓ波と同じ方向
に出射する。その結果、この第２レンズアレイ１３を通
過した後Ｐ波とＳ波の向きが揃えられる。第２レンズア
レイ１３の例えば回折されたＰ波が入射する位置に周期
的にλ／２板を配置すれば、Ｐ波が偏光変換されＳ波と
なる。このため第２レンズアレイ１３を出射後、光束は
全てＳ偏光光として揃った光となる。第２レンズアレイ
１３のサイズは第１レンズアレイ１２に対して１／２の
大きさとなり、回折されたＰ波が入射するレンズは円弧
状の形状による軸ズラシの機能を有する。

【０１０８】偏光照明装置としては、回折光学素子１５
が１つでよいため、偏光変換ゲインの向上を見込むこと
ができる。図２で示す光学系では回折光学素子１５と１
６の２枚構成のため、入射光束は２度回折作用を受け
る。従って、入射光束に対する偏光変換ゲインは、最大
で回折効率の２乗になる。具体的にはＰ波の回折効率を
９０％、Ｓ波の透過率を９５％程度とすると、図２のシ
ステムにおける偏光変換ゲインは、回折されたＰ波の効
率の２乗とＳ波の透過率の２乗の和となる。つまり、
０．９×０．９＋０．９５×０．９５＝１．７倍程度が
理論値として見積もられる。

【０１０９】これに対して、図８に示す構成では、回折
光学素子１５を１つ使用するだけでよいため、回折作用
も１度だけとなる。従って、偏光変換ゲインとしては、
０．９＋０．９５＝１．８５倍程度を見積もることがで
きる。また、白色光に対する色分離についても、図８で
示すように光軸に対して回折光学素子から回折される方
向を対称とすると共に第２レンズアレイ１３の開口中心
と曲率中心とをずらした円弧状のレンズを光軸に対して
対称に設計することで補償することが可能である。

【０１１０】以上の説明で判るように、図８に示す偏光
照明装置は、簡易な構造で安価になると共に偏光変換ゲ
インのさらなる向上が可能となる。

【０１１１】（第４の実施の形態）本実施の形態は，位
相板に関する。

【０１１２】図９に、本発明の偏光照明装置に用いられ
る位相板の製作方法、手順の要部を示す。本図９の
（２）は形成されるλ／２板のパターンを示したもので
ある。そしてこのパターンは、図７の（３）に示すイン
テグレータから集光された複数の光束パターンと概ね等
しい。

【０１１３】図２に示す偏光照明装置において、回折光
学素子を用いて偏光変換を行う場合、回折光学素子によ
り偏光分離されたＳ波またはＰ波パターンのいずれか一
方に対し位相板としてのλ／２板を通過させることで偏
波面を９０°回転させ、全体の偏光方向を揃えるもので
ある。このとき、λ／２板が形成された領域と通過する
光束の位置と大きさが等しい場合には、分離されたＰ波
またはＳ波の偏波成分の片方のみの偏波面が回転させら
れ理想的な偏光変換が行われる。

【０１１４】しかしながら、位相板の形状と回折された
光束のパターンとが一致しない場合には、偏光分離され
た光束の両方の成分がλ／２板に入射する領域が存在
し、全光束を１つの偏波面に揃えることができず、その
結果光利用効率の損失につながる。このため、偏光分離
された光束のどちらか一方の偏波面のみを効率よく偏光
させるためには、光束の大きさに概ね対応した形状を有
する位相板とすることが好ましい。

【０１１５】図９の（１）に、ＵＶ（紫外線）硬化型の
液晶を用いて図９の（２）に示す形状のλ／２板を製作
する手順の要部を示す。

【０１１６】先ず、上下２枚のガラス基板２１、２２を
用意し、これらの基板をダストを除去するために洗浄し
た後、高分子からなる配向膜、例えばポリイミドをスピ
ンコート法等により内面側に塗布し、加熱処理を行うこ
となどで配向膜（図示せず）を基板内面側に形成した。
この後、ローラ等により特定方向にラビング処理を施し
た。このラビング処理としては１組のガラス基板に対し
てアンチパラレルラビング（ラビング方向は等しく、ラ
ビングの向きが互いに逆方向）とした。

【０１１７】上記のような処理を施したガラス基板２１
に対しセルギャップを保つためにビーズ（図示せず）を
分散し、周辺シールを塗布した後張り合わせを行った。
このセルにＵＶ硬化型の液晶を大気中または真空中にお
いて注入し、液晶セル４０を製作した。

【０１１８】この液晶セル４０に対し薄い平板状のフォ
トマスク３０を用いて図９の（２）に示すパターンの転
写を行う。なお、図９の（１）においては、フォトマス
ク３０とガラス基板２２間に隙間が存在していないが、
フォトマスク３０と上部ガラス基板２２間に間隙を設け
たり、レンズ系（図示せず）でガラス基板２２上にパタ
ーンが結像されるようにしてもよいことは言うまでもな
い。

【０１１９】次に、フォトマスク３０を用いての紫外光
照射の過程について説明する。

【０１２０】図９の（２）に示すフォトマスク３０は、
白い部分のパターンのみ光を通過する。今、この部分に
波長３００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の紫外領域（注：ＵＶ
ではあるが、近紫外線でありガラス基板を通過する）の
概ね均一なレーザ光または水銀ランプ等からの光が照射
されると光が通過する領域に対応するガラス基板２２下
の液晶層のみが硬化する。この後、上下いずれか一方の
ガラス基板を剥がし、液晶が硬化した部分の面に対し、
アルコールまたはアセトン等により洗浄を行い、未硬化
の液晶を除去する。すると、図９の（２）に示すものと
同様の硬化した液晶パターンを得ることができる。

【０１２１】なお、ガラス基板の片方のみを剥がすのに
際しては、あらかじめ上下のガラス基板に塗布する配向
膜の種類を変えておくのが好ましい。そしてこれによ
り、一方のガラス基板のみを効率よく剥がすことができ
る。具体的には、一方の配向膜はアクリル系であるが他
方はテフロン（登録商標）系等極性基のより少ない材料
とする等である。

【０１２２】また、液晶セル４０全面に均一なＵＶ光を
照射し、液晶全体を硬化させた後一方のガラスを剥が
し、この硬化した液晶層に対して図９の（２）に示すマ
スクのネガパターンを密着させ、フッ素系のガス等によ
り（２）に示す白色部分以外をドライエッチングで除去
し、マスクに対応したパターンを得ることも可能であ
る。

【０１２３】ところで、液晶分子は最初に配向膜にラビ
ング処理を行っているため、その分子は１方向に配向
し、材料によって決まるリタデーションΔｎを有してい
る。このため、液晶分子方向を入射する偏波成分に対
し、例えば４５°となるように配置し、厚さを入射波長
に対しΔｎ・ｄ／λが１／２波長分だけずれるように設
定することでλ／２板の機能を有する位相板を構成する
ことができる。

【０１２４】このように構成した位相板を図２に示す偏
光照明装置の回折光学素子１６の出射面に配置し、第２
の実施の形態で示した方法で偏光変換ゲインを評価した
結果、ゲインとして１．４〜１．７倍程度と高い値を得
ることができた。

【０１２５】（第５の実施の形態）本実施の形態は、直
視型液晶表示装置のバックライトに関する。

【０１２６】先の第１から第４の実施の形態において
は、投写型の液晶プロジェクタに用いられる偏光照明装
置について説明した。さて、本発明の回折光学素子は、
それらに限らず直視型の液晶表示装置のバックライト等
の偏光照明装置にも適用可能である。以下、直視型の表
示装置に本発明の偏光照明装置を適用した場合について
説明する。

【０１２７】図１０に、本発明の第５の実施の形態とし
ての偏光選択性を有する回折光学素子を用いたバックラ
イト機構を示す。光源１１からの出力光が回折光学素子
１５１に入射するとＳ偏光はそのまま通過し、導光体３
５の反射板３６によって反射され導光体を通過して出射
する。一方、Ｐ偏光は回折光学素子１５１によって回折
される。さて、回折された方向には位相板１７１が配置
されている。そして、この位相板としてはλ／４板を用
いている。なお、この位相板としてはλ／４板の他に、
３λ／４板等を用いても良い。

【０１２８】ところで、このλ／４板１７１に入射した
光は、その背景の導光体３７の反射面で反射し、再びλ
／４板１７１を通過する。このため、Ｐ偏光はＳ偏光に
変換される。従って導光板３５から出射する光は概ねＳ
偏光となり、１つの成分に整えられる。

【０１２９】さて、従来のバックライト等で用いられて
いる偏光変換の手法としては、特開平１０−２５３８３
０号や特開平１０−３２１０２５号に開示されているコ
レステリック液晶を用いたものが知られている。これら
は、直視型の画像表示装置の表示面裏側に表示面積と概
ね同じ大きさのコレステリック液晶からなるシートを設
置する。そしてこのシートに光が入射すると、１方向の
偏光成分のみがこのシートを通過し、これに直交する偏
光光は反射されて再び導光体へ戻される。導光体とシー
トの間にはλ／４板等からなる位相板が配置されてい
る。このためシートで反射され導光体の反射面で反射さ
れた光は位相板により偏光成分が変調されて再びコレス
テリック液晶からなるシートへと入射する。このため、
この光成分の一部がシートを通過し、他の成分は反射さ
れる。反射された光は先の行程を繰り返すことになり、
この繰り返しの過程でシートを通過する光の偏光方向が
整えられる偏光変換が行われる。

【０１３０】しかしながら、この偏光変換シートを用い
た方式では表示面と同等の大きさのシートを必要とす
る。その結果、表示領域が大きくなればそれに伴ってシ
ートサイズも大きくせねばならずコストが増大する。ま
た、画面全体でのシートの均一性による偏光変換効率の
問題も生じる。これに比較して、本実施の形態では、結
果的に導光体への光入射面の面積の小さい領域に、回折
光学素子を配置したこととなり、このため任意の回折角
度で偏光分離を、しかも効率よく行うことができる。そ
の結果、従来の偏光変換シートのように表示面に対して
大きな面積を占める必要がなく、簡易な構造でありなが
ら、光利用効率が高い偏光照明装置となる。

【０１３１】さて、回折光学素子１５１を、光源１１の
冷陰極管と導光体３５の光入射面との間に配置した。そ
して、偏光板を通過した後の光量を偏光変換を行わなか
った場合の光量と比較した。

【０１３２】その結果、回折光学素子を用いた場合に
は、用いなかった場合に比較して光量が１．４〜１．６
倍程度多いのを確認できた。

【０１３３】今回、回折光学素子の回折角としては、３
０°〜４５°程度のものを用いた。この角度において
は、先の実施の形態で説明したブラッグの回折条件を満
足し、このため９０％前後の良好な回折効率を得ること
ができる。次に、回折光学素子１５１の光軸方向の断面
積は、導光体３５の光入射面と概ね同じ大きさとするの
が光源光の有効利用の面から好ましい。また、位相板に
ついては、回折光学素子から回折される光が概ねすべて
入射できる広さ（大きさ）が好ましい。

【０１３４】さて、回折角度が小さい場合には位相板へ
の入射角度が緩やかになるため、入射面積は大きくな
る。一方、回折角度が大きい場合には位相板への入射角
度は大きく入射面積は小さくなる。しかしながらコスト
や配置の面からは、位相板の大きさはできるだけ小さい
のが好ましい。このため、偏光変換ゲインと位相差板の
広さの関係を調べたところ、回折光学素子１５１と概ね
等しい大きさとすると、コストもかからず偏光変換ゲイ
ンとしても大きな値が得られることが判明した。

【０１３５】（第６の実施の形態）本実施の形態は、位
相差板を導光体の表示面側に設けたバックライトに関す
る。

【０１３６】図１１に、本実施の形態の回折光学素子を
用いたバックライトの構成を示す。本図に示すように、
このバックライトでは、回折光学素子から上面へと光が
回折される。また、位相板１７２としてはλ／２板を用
いた。なお位相板としては、製造時の取扱いの便宜、完
成品重量等の面を考慮して、この他に３λ／２板等を用
いても良い。そして、回折されたＰ偏光光は、このλ／
２板を透過すると偏光方向が９０°回転されてＳ偏光と
なる。

【０１３７】導光体３５の反射板としては、その背面に
後に説明する型式の反射板３８を形成し、その反射面と
して曲線状のものを用いた。その結果、回折光学素子を
透過した光は反射面３８の各位置で反射されるが、各位
置での反射光量を曲面の勾配によって適切なものとする
ことができる。このため、照明光の均一性を高めること
ができた。

【０１３８】図１２に、導光体状の反射板を模式的に示
す。この反射板は、その表面に微少なドーム状の突起を
多数配置した構造としている。このため、光が入射して
反射する際に、反射光の光路はその入射位置に対応する
表面形状によって変化する。その結果、局所的に光の位
相や進行方向が変化し、全体として光の散乱が生ずる。
なお、この突起の製造方法は、表面に付着させた微少な
粒状の低融点物質を熱でだらし、しかる後アルミを付着
する等種々あるが、特に困難でないのでその詳細な説明
は省略する。

【０１３９】しかしながら、紙や繊維のように多数の入
り組んだ面を通過し、反射する散乱とは異なる。このた
め、光の偏光方向については反射板への入射前と入射後
とでは、概ね一定に保たれる。実際に、先の第５の実施
の形態と同様の冷陰極管と偏光板を用いて偏光変換ゲイ
ンを求めたところ１．４〜１．６倍程度と同様のゲイン
が得られることが判明した。

【０１４０】本実施の形態の回折光学素子を用いたバッ
クライトの構造は何も図１０や図１１に示すものには限
定されない。すなわち、例えば導光体の両側に光源を設
け、これに併せて回折光学素子を両側の光源に対応して
複数配置してもよい。さらに、位相板を導光体の反射板
面上と導光体の面上の複数の位置に配置し、光が複数回
位相板を通過するようにしてもよい。また、図１０と図
１１の構成を組み合わせたり、それぞれを変形して組み
合わせたりしてもよい。

【０１４１】（第７の実施の形態）本実施の形態は、更
に散乱異方性フィルムをも用いたバックライトに関す
る。

【０１４２】図１３に、本実施の形態の回折光学素子と
散乱異方性フィルムを用いたバックライトの構成を示
す。本図に示すように、このバックライトは図１０に示
すバックライトの位相板１７１の上面に散乱異方性フィ
ルム５０を貼り付けている。

【０１４３】さて、この散乱異方性フィルム５０は、所
定の入射角度の範囲内より入射する光束を散乱せしめか
つ所定の入射角度の範囲外より入射する光束を概ね透過
する機能を有している。本図に示す散乱異方性フィルム
５０は、回折光学素子１５１から回折角度３０°〜４５
°の範囲で出力された光に対して散乱機能を有し、これ
以外の角度範囲の光に対しては概ね透過するものを使用
した。このため、本図に示すように、例えばフィルムに
対して垂直に入射する光線に対しては概ね透過し、斜め
方向から入射した光に対しては散乱する。なお、このよ
うな散乱異方性のフィルムとしては、例えばルミスティ
（住友化学）を用いることができる。

【０１４４】さて、このバックライトにおいては、図１
０に示すのと同じく、光源から出射した光はＰ偏光光が
回折光学素子１５１によって下方へ回折される。一方、
Ｓ偏光光は回折光学素子１５１をそのまま透過し導光体
３５の反射板３６で反射され導光体３５から図示しない
液晶層側へ出射する。一方、回折されたＰ偏光光は、こ
の散乱異方性フィルム５０によって散乱され、その後位
相板１７１に入射する。なおここで、位相板１７１とし
ては、同じくλ／４板を用いている。

【０１４５】ところで、散乱異方性フィルム５０を用い
るため、回折された光をそのフィルム後方の広い範囲に
出射させることができる。このため、位相板１７１を通
過してその背面の反射剤３７で反射した光は光源側にも
出射することになる。その結果、導光体出射面の光源周
辺部分の光量均一性を向上することができる。

【０１４６】実際に、図１０に示す先の第５の実施の形
態と本実施の形態のバックライトで導光体３５の光出射
面中央の光量と光源出射側の光量を評価した。その結
果、散乱異方性フィルムを配置した本実施の形態のバッ
クライトは、第５の実施の形態のものに比較して、どち
らの位置においても周辺の光量比が１０〜２０％程度向
上していることが判明した。

【０１４７】（第８の実施の形態）本実施の形態は、光
源に白色のＬＥＤ（発光ダイオード）を用いたバックラ
イトに関する。

【０１４８】図１４に、本実施の形態のバックライトを
示す。本図は、バックライトを表示面側より見た図であ
る。本図に示すように、（図上）上端近くには多数のＬ
ＥＤ６０が配置され、更にその上部には反射鏡１０が設
けられ、これにより光源としての作用を発揮するもので
ある。なお、光源の下部（図上）に回折光学素子１５１
を設置し、その背面側には位相板（背面となるため図示
せず）が設けられている等は、先の第５の実施の形態等
と同じである。

【０１４９】さて、本実施の形態においては、先の第５
の実施の形態と異なり、冷陰極管に換えて白色ＬＥＤを
用いるので、光源の配置スペースをより小さくすること
ができる。このため、導光体３５の光入射面も小さくて
よい。また、回折光学素子１５１もこれに合わせて小さ
いものを使用することができる。その結果製作が容易に
なり、コストもさらに低下する。その当然の結果とし
て、バックライトとしてもより薄型で軽量そして安価な
ものとなる。

【０１５０】（第９の実施の形態）本実施の形態は、光
源に３原色の各色用の、すなわち、赤、緑、青の各色用
のＬＥＤを用いたバックライトに関する。

【０１５１】本実施の形態は、図１５に示すように、先
の第８の実施の形態の白色ＬＥＤに換えて３色のＬＥＤ
６１を光源１１として用い、更にこれに併せて回折光学
素子１５２も各色に対応したものとし、これらの小さな
分割された各回折光学素子間には散乱板５１を設けてい
る。

【０１５２】さて、この回折光学素子１５２であるが、
これは各色のＬＥＤから出射する波長の光に対して最も
回折効率が高くなるように製作した。なおこの製造方法
であるが、これは使用するレーザ光の波長が各色に対応
して相違する他は先の第１の実施の形態で説明したもの
と同じである。

【０１５３】実際に、３色のＬＥＤと３種類の回折光学
素子とを用いた本実施の形態のバックライトを、偏光変
換を行わない他は先の第５の実施の形態と同じものと比
較した。この結果、本実施の形態のものは光量比として
１．５〜１．７程度が得られた。従って、先の第５の実
施の形態に比較して偏光変換ゲインが１０％向上した。
なお、散乱板の作用もあり、各色用のＬＥＤのピッチが
多少荒くても、色むらは皆無であった。

【０１５４】（第１０の実施の形態）本実施の形態は、
回折光学素子の製造方法に関する。

【０１５５】図１６に、回折光学素子を１回の露光で複
数枚作製するためのプロセスを示す。（１）周辺部分を遮光したマスク３１を用いてサンプル
４面へのレーザ干渉露光を行う。第１の実施の形態で説
明したように、この過程でマスクにより遮光された部分
以外にレーザによる干渉露光パターンが形成される。（２）先程のマスクパターンを反転し、レーザ露光した
部分を遮光したマスク３２を用いてＵＶ露光を行い、サ
ンプル周辺部分の硬化を行う。

【０１５６】以上のプロセスで同時に４枚の回折光学素
子を製作できた。すなわち、第２回目のＵＶ露光で形成
した周辺部分は硬化した高分子層からなる。従って、こ
の硬化した高分子層を切り代として切断すれば、周辺部
が固定された状態で４つの回折光学素子が同時に得られ
ることとなる。

【０１５７】本実施の形態では、４つの回折光学素子を
同時に製作したが、他のマスクパターンを用いてさらに
多くの回折光学素子を１度に製作してもよいのは勿論で
ある。

【０１５８】また、露光プロセスとして、先に回折光学
素子の周辺部分の露光を行ってから、レーザ干渉露光を
行ってもよいのも勿論である。

【０１５９】以上のプロセスで作製した回折光学素子
を、例えば先の第８の実施の形態のバックライトの導光
体の光入射面の長手方向に複数配置して偏光変換を行わ
せるようなことが可能である。

【０１６０】また、レーザ露光パターンを化変させなが
ら同時に複数のサンプルを作製することができるため、
先の第９の実施の形態のように複数の種類の回折光学素
子を複数用いる場合にも効果的である。

【０１６１】実際に、本図１６に示すプロセスで製作し
た複数の回折光学素子を用いて、図１５に示すバックラ
イトを製作した。これを、先の第９の実施の形態と同様
にして偏光変換ゲインを評価したところ１．６程度と非
常に良好な値を得ることができた。

【０１６２】（第１１の実施の形態）本実施の形態は、
液晶表示装置に関する。

【０１６３】図１７に本実施の形態の液晶表示装置の要
部を示す。この液晶表示装置は、先の第５の実施の形態
のバックライトの光出射側（図上、上方）に、互いに偏
光方向が直交した２枚の偏光板７１、７２を両側に設置
した液晶素子８０を組み合わせて構成している。

【０１６４】バックライトに回折光学素子を用いて偏光
変換を行った場合と行わない場合について、画像表示面
からの出射する光量を比較した。この結果、回折光学素
子を用いて偏光変換を行ったものは、光量が１．４〜
１．６倍程度に増加することが判明した。このように、
液晶素子を用いた画像表示装置の高輝度化に対しても有
効であることが確認できた。

【０１６５】なお、画像表示装置に使用するバックライ
トとしては、何もこの第５の実施の形態のものに限られ
るものではなく、先の第６から第９の実施の形態のもの
やこれらの変形または組み合わせたものを使用してもよ
いのはいうまでもない。

【０１６６】以上、本発明をその幾つかの実施の形態に
基づいて説明してきたが、本発明は何もこれらに限定さ
れないのは勿論である。すなわち、例えば以下のように
してもよい。

【０１６７】１）実施の形態で示したのと異なる材料、
製造方法等を用いている。具体的には、例えば多少複雑
な形状となる導光部背面のミラーは、レジストへのアル
ミ蒸着でなく、薄いアルミ箔をプレス、曲げ加工等で製
作している。あるいは、温度を制御しつつ製作するの
に、ペルチェ素子以外の制御手段を採用している。

【０１６８】２）液晶の各方向の屈折率と樹脂との屈折
率の関係が逆となっている。

【０１６９】３）多数の各色用発光素子に対応しての各
回折素子間には、反射鏡をいれている。

【０１７０】４）異方性フィルムは、薄い板である。

【０１７１】

【発明の効果】以上の説明で判るように、本発明では屈
折率異方性を有する光学媒体を用いて特定の偏波成分に
対しは透過し、これと直交する偏波成分に対しては回折
といった方法で偏光分離をなしている。更にこの基で、
偏光分離を複数の方向に行うことにより色彩の発生を防
止している。このため、白色光に対しても均一な照明光
を得ることができる。

【０１７２】また、照明装置として使用する場合、素子
間のアライメントに制約を持たず、構成ひいては製作が
非常に簡単になる。

【０１７３】また、位相板等と組み合わせて液晶表示装
置のバックライトとして用いた場合、非常に明るくしか
も均一な表示面となる。

【０１７４】また、各色毎の発光源を使用するため、更
に効率が増加する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の偏光変換素子を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態としての偏光照明
装置を示す図である。

【図３】上記実施の形態の回折光学素子の製作手順あ
るいは製作の原理の要部を示す図である。

【図４】上記回折光学素子等の製作時の温度の相違に
基づく特性の評価結果を示す図である。

【図５】上記回折光学素子等の製作温度の相違に基づ
く内部構造の相違の様子を示す図である。

【図６】上記回折光学素子等の特性の評価結果の一例
を示す図である。

【図７】本発明の回折光学素子の回折作用の一例を示
す図である。

【図８】本発明の偏光照明装置の一実施の形態を示す
図である。

【図９】本発明の位相板の製作方法の一例の図であ
る。

【図１０】本発明の第５の実施の形態としてのバック
ライトの構成図である。

【図１１】本発明の第６の実施の形態としてのバック
ライトの構成図である。

【図１２】上記実施の形態における反射面を概念的に
示した図である。

【図１３】本発明の第７の実施の形態としてのバック
ライトの構成図である。

【図１４】本発明の第８の実施の形態としてのバック
ライトの構成図である。

【図１５】本発明の第９の実施の形態としてのバック
ライトの構成図である。

【図１６】上記幾つかの実施の形態における回折光学
素子の効率的な製造方法を示す図である。

【図１７】本発明の第１１の実施の形態としての液晶
表示装置の構成図である。

【符号の説明】

１０反射鏡１１光源１１１インテグレータにて集光された光束１２第１レンズアレイ１３第２レンズアレイ１４インテグレータ１５，１６回折光学素子１５１回折光学素子１５２回折光学素子１７位相板１７１位相板（λ／４）１７２位相板（λ／２）１８集光レンズ１９フィールドレンズ２０ライトバルブ２１ガラス基板２２ガラス基板２５光学媒体３０フォトマスク３５導光体３６反射板３７反射板３８反射膜４０液晶セル５０散乱異方性フィルム６０ＬＥＤ（白色）６１ＬＥＤ（３色）７１偏向板７２偏向板８０液晶表示素子１０１レンズ板１０２プリズム１０３位相板９０４Ｓ波９０５Ｐ波９５０高分子領域から押し出された液晶分子９５１配列した液晶分子９６０高分子（の領域）９６１硬化した高分子（の領域）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、上流側レンズアレイ及び下流側
レンズアレイからなるインテグレータと、屈折率異方性
を有する上流側と下流側の回折光学素子と、偏光部とが
この順に配列された偏光照明装置において、上記２つの回折光学素子は、液晶を含んだ、そして照明光の波長を考慮した幅の帯状
の周期構造が光軸に直交する方向に一様に配列され、い
ずれの回折光学素子もこれにより上記光源からのＳ波成
分を透過し、Ｐ波成分を回折し、その回折される方向が
光軸を通りこれに直交する線に対し対称となり、しかも
上記帯状の周期構造の幅と整合した距離を有して配置さ
れている上流側と下流側の光学素子はその回折角が光軸
を通りこれに直交する線に対して逆方向となるため結果
的にＰ波成分は光軸方向に揃うこととなる対称型回折光
学素子であることを特徴とする偏光照明装置。
【請求項２】２つの対称型回折光学素子は、Ｐ波の回折される角度が光軸近傍の中央部に対し、周辺
部では小さくなる中央回折角大型回折光学素子であるこ
とを特徴とする請求項１記載の偏光照明装置。
【請求項３】上記上流側の回折光学素子は、上記インテグレータより前記回折光学素子に集光される
光束の幅をａとし、光の進行方向における上流側と下流
側の回折光学素子間の間隔をｄとするとき、その回折角
θは、θ≧ｔａｎ^-1ａ／ｄを満たすように設計されてい
ることを特徴とする請求項１に記載の偏光照明装置。
【請求項４】上記上流側の回折光学素子は、上記インテグレータより前記回折光学素子のうち、中心
部に集光される光束の幅をａとし、光の進行方向におけ
る上流側と下流側の回折光学素子間の間隔をｄとすると
き、その回折角θは、θ≧ｔａｎ^-1ａ／ｄを満たすよう
に設計されていることを特徴とする請求項２に記載の偏
光照明装置。
【請求項５】光源と、上流側レンズアレイと、屈折率
異方性を有する回折光学素子と、偏光部を有する下流側
レンズアレイとがこの順に配列された偏光照明装置にお
いて、上記回折光学素子は、液晶を含んだ、そして照明光の波長を考慮した幅の周期
構造が光軸に直交する方向に一様にかつ光軸中心に対し
て対称に配列され、これにより上記光源からのＳ波成分
を透過し、Ｐ波成分を光軸中心に対して対称に回折する
対称型回折光学素子であり、上記下流側レンズアレイは、開口中心と曲率中心が一致するレンズと異なるレンズと
が交互に並んだレンズ群による交互配列型下流レンズア
レイであることを特徴とする偏光照明装置。
【請求項６】前記交互配列型下流側レンズアレイは、前記対称型回折光学素子からの距離とＰ波成分の回折角
に対応した寸法で開口中心と曲率中心が一致するレンズ
と異なるレンズとを交互に配列した偏光統一型下流側レ
ンズアレイであることを特徴とする請求項５に記載の偏
光照明装置。
【請求項７】上記λ／２板等の偏光部は、その光軸に直交する方向の幅が、光束の中央部が周辺部
より大きくなっている中央重視型偏光部であることを特
徴とする請求項１、請求項２、請求項３若しくは請求項
４記載の偏光照明装置。
【請求項８】前記偏光部は、光軸に直交する方向に並列された帯状のλ／２板の偏光
板等からなり、この偏光板の形状が、前記インテグレー
タから集光された光束と概ね等しい高集光偏光偏光部で
もあることを特徴とする請求項７に記載の偏光照明装
置。
【請求項９】上記位相板は、ラビングによる配向処理が施された高分子からなる薄膜
を形成した透明絶縁性基板で挟まれた領域に光硬化型液
晶を封入し、所定のフォトマスクを介して紫外光等を照
射して形成された光利用液晶型位相板であることを特徴
とする請求項８に記載の偏光照明装置。
【請求項１０】上記回折光学素子は、屈折率異方性を有する液晶を用いて光軸に直交する方向
に照明光の波長を考慮した幅の帯状の周期構造を有し、
入射光の上記周期構造に直交する１方向の偏波成分に対
しては該周期構造に対応した屈折率分布により光の回折
を生じ、上記周期構造の方向の偏波成分に対してはその
まま透過させる機能を有する帯状周期的液晶層利用回折
光学素子であることを特徴とする請求項１〜請求項９の
いずれかに記載の偏光照明装置。
【請求項１１】前記帯状周期的液晶層利用回折光学素
子は、その周期構造が屈折率異方性を有する液晶の光軸の傾斜
により形成されている帯状周期的光軸傾斜型液晶層利用
回折光学素子であることを特徴とする請求項１０記載の
偏光照明装置。
【請求項１２】前記回折光学素子は、上記帯状の周期構造を形成する液晶層に、光重合開始剤
及びレーザ光の波長を吸収するための色素を含む光重
合、レーザ光利用回折光学素子であることを特徴とする
請求項１〜請求項１１記載の偏光照明装置。
【請求項１３】前記回折光学素子は、その帯状の周期構造が一様に配列された液晶を含んだ層
で構成され、且つ光重合性モノマーまたは光架橋可能液
晶ポリマーが添加され、少くも紫外領域の光照射に対
し、液晶の分子軸の方向が固定化されている分子軸固定
液晶利用回折光学素子であることを特徴とする請求項１
〜請求項１２のいずれかに記載の偏光照明装置。
【請求項１４】光源と、反射面を有する導光体と、位
相板と、帯状の配向した液晶分子を含んだ周期構造を有
する回折光学素子とを有する偏光照明装置において、上記回折光学素子は、上記導光体の光入射面と概ね等しい面積を有し、偏光分
離した１つの偏光成分を位相板に入射する回折特性を有
する光利用考慮回折光学素子であり、上記位相板は、前記光利用考慮回折光学素子からの入射光を他方の偏光
分離した偏光成分にする偏光統一位相板であることを特
徴とする偏光照明装置。
【請求項１５】光源と、反射面を有する導光体と、位
相板と、帯状の配向した液晶分子を含んだ周期構造を有
する回折光学素子とを有する偏光照明装置において、上記位相板は、上記回折光学素子から回折された偏光光が入射する面積
とその面積とが概ね等しい等面積位相板であることを特
徴とする偏光照明装置。
【請求項１６】光源と、反射面を有する導光体と、位
相板と、帯状の配向した液晶分子を含んだ周期構造を有
する回折光学素子とを有する偏光照明装置において、上記導光体は、その反射面が入射した光の位相を変調する変調型反射面
付設導光体であることを特徴とする偏光照明装置。
【請求項１７】上記反射面は、反射率の異なる複数の領域を有する複数反射率領域反射
面であることを特徴とする請求項１６に記載の偏光照明
装置。
【請求項１８】上記反射面は、複数の表面の凹凸から形成されている凹凸反射面である
ことを特徴とする請求項１６若しくは請求項１７に記載
の偏光照明装置。
【請求項１９】光源と、反射面を有する導光体と、帯
状の配向した液晶分子を含んだ周期構造を有する回折光
学素子と、位相板とを有する偏光照明装置において、前記回折光学素子の下流側にその回折方向と散乱方向が
概ね等しい散乱異方性フィルムを有していることを特徴
とする偏光照明装置。
【請求項２０】前記散乱異方性フィルムは、所定の入射角度の範囲内より入射する光束を散乱し、か
つ所定の入射角度の範囲外より入射する光束を概ね透過
する入射角依存型散乱異方性フィルムであることを特徴
とする請求項１９に記載の偏光照明装置。
【請求項２１】前記散乱異方性フィルムは、上記位相板または回折光学素子上に積層される積層型散
乱異方性フィルムであることを特徴とする請求項１９若
しくは請求項２０に記載の偏光照明装置。
【請求項２２】複数の発光源を有する光源と、反射面
を有する導光体と、位相板と、帯状の配向した液晶分子
を含んだ周期構造を有する回折光学素子とを有する偏光
照明装置において、上記回折光学素子は、上記導光体の光入射面と概ね等しい面積を有し、偏光分
離した１つの偏光成分を位相板に入射する回折特性を有
する光利用考慮回折光学素子であり、上記位相板は、前記光利用考慮回折光学素子からの入射光を他方の偏光
分離した偏光成分にする偏光統一位相板であることを特
徴とする偏光照明装置。
【請求項２３】上記複数の光源は、発する光の波長の特徴が異なる複数種の発光源を有する
波長対応光源であり、上記回折光学素子は、前記複数種の発光源の波長特性に対応して回折作用をな
すよう分割されている波長特性対応分割型回折光学素子
であることを特徴とする請求項２２記載の偏光照明装
置。
【請求項２４】前記波長特性対応分割型回折光学素子
は、上記分割された各部の帯状の周期構造が、対応する発光
源の波長の特性に対応してピッチが異なる分割部周期構
造ピッチ対応型回折光学素子であることを特徴とする請
求項２３に記載の偏光照明装置。
【請求項２５】内面側に配向処理を施した透明基板で
挟まれた領域に液晶と液晶の常光若しくは異常光のいず
れかと屈折率の等しい樹脂を含み、かつレーザ光の照射
で液晶と樹脂が分離して硬化し、しかもこの際液晶は分
子がレーザ光の照射方向から定まる方向に配列する光学
媒体を封入する封入ステップと、該透明絶縁性基板上半分の領域にマスクをかける等して
レーザ光が照射されないようにした後、他の半分の領域
にレーザ光の２光束干渉による周期的な強度分布を照射
して、上記２光束干渉に対応したそして液晶の配列、有
無により形成された帯状の周期構造を形成する第１照射
ステップと、上記帯状の周期構造の形成されていない未照射の領域に
上記レーザ光の２光束干渉による周期的な強度分布を上
記基板の中心線に対して対称となる位置関係を保持しつ
つ照射して、帯状の周期構造を形成する第２照射ステッ
プとを有していることを特徴とする回折光学素子の製法
方法。
【請求項２６】２光束干渉のレーザ光の照射により、
照射方向に分子が揃って配列して硬化する液晶よりなる
そして干渉縞に対応した帯状の液晶層と、上記液晶の常光若しくは異常光のいずれかの屈折率に等
しい、そして上記液晶と混合された状態でレーザ光の照
射により液晶と分離して硬化する樹脂からなり、そして
上記干渉縞に対応した樹脂層とを有し、しかも上記２種の層は、光束の中心に対して、光軸中心を通り光軸に直交する線
の一方、例えば上下あるいは左右等のいずれか一方と他
方とでＰ波若しくはＳ波のいずれかに対する回折特性が
相違することを特徴とする回折光学素子。
【請求項２７】前記回折光学素子は、樹脂としてモノマー、オリゴマー、ポリマーの少なくと
も１つを含む特定物質含有回折光学素子であることを特
徴とする請求項２６に記載の偏光照明装置。
【請求項２８】上記偏光照明装置は、偏光型液晶表示装置の光源であることを特徴とする請求
項１４〜請求項２４のいずれかに記載の偏光照明装置。
【請求項２９】前記回折光学素子は、液晶表示装置の偏光照明装置であることを特徴とする請
求項２６若しくは請求項２７に記載の偏光照明装置。
【請求項３０】上記位相板は、ｎ・λ／４板またはｎ・λ／２板ここに（ｎは整数、λ
は光の波長である）であることを特徴とする請求項１４
〜請求項３０のいずれかに記載の偏光照明装置。
【請求項３１】上記回折光学素子は、入射光の１方向の偏波成分に対し光の回折を生じ、これ
に直交する方向の偏波成分に対しそのまま透過する偏向
調整可能型回折光学素子であることを特徴とする請求項
１４〜請求項２４のいずれかに記載の偏光照明装置。
【請求項３２】上記回折光学素子は、一方向の偏光成分のみに対する回折機能発揮のため、液
晶分子の光軸方向が利用する光の波長に適合した幅の周
期的に変化する帯状の構造を有していることを特徴とす
る請求項１４〜請求項３１のいずれかに記載の偏光照明
装置。
【請求項３３】上記回折光学素子は、上記液晶層構造が光重合開始剤及び色素を含む光源波長
対応型回折光学素子であることを特徴とする請求項１４
〜請求項３２のいずれかに記載の偏光照明装置。
【請求項３４】上記回折光学素子は、光重合性モノマーまたは光架橋可能性液晶ポリマーある
いはオリゴマーが添加され、紫外領域の波長の光照射に
対し、液晶の分子軸の方向が固定化された帯状の液晶層
を有していることを特徴とする請求項１４〜請求項３３
のいずれかに記載の偏光照明装置。