JP2003057442A

JP2003057442A - 複屈折回折格子型偏光子、液晶装置及び投射型表示装置

Info

Publication number: JP2003057442A
Application number: JP2001249266A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Sakata; 秀文坂田; Hideto Iizaka; 英仁飯坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-08-20
Filing date: 2001-08-20
Publication date: 2003-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】耐久性に優れた偏光子を提供する。【解決手段】本発明の複屈折回折格子型偏光子１００
は、一方向に延在する第１の媒体２１０と第２の媒体２
２０とが繰り返し配置され、一方向周期構造を有する回
折格子２００を具備し、第１の媒体２１０は、第１の媒
体２１０の延在方向に対して略平行方向に振動するＳ偏
光についての屈折率と、第１の媒体２１０の延在方向に
対して略垂直方向に振動するＰ偏光についての屈折率と
が異なる複屈折材料からなると共に、第２の媒体２２０
は、Ｓ偏光についての第１の媒体２１０の屈折率に略等
しい屈折率を有する等方性材料からなり、回折格子２０
０の光出射側には、回折格子２００を透過したＳ偏光を
透過し、回折格子２００により回折されたＰ偏光を層内
で全反射する全反射層３００が設けられていることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複屈折回折格子型
偏光子、液晶装置及び投射型表示装置に係り、特に、耐
久性に優れると共に、トランジスタ素子を用いたアクテ
ィブマトリクス型液晶装置に搭載する場合においても、
トランジスタ素子のスイッチング特性の低下を防止する
ことができる偏光子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶プロジェクタ等の投射型表示装置に
搭載される光変調手段や、携帯電話等に搭載される直視
型表示装置として用いられる液晶装置は、液晶層を挟持
して対向配置され、液晶層に電圧を印加するための電極
を具備する一対の基板を主体として構成されている。液
晶装置としては、一方の基板側から入射した光が、液晶
層を透過し、他方の基板側から出射された光を視認する
透過型液晶装置が知られており、透過型液晶装置におい
ては、一対の基板の外側に、各々、特定の偏光のみを透
過する偏光子を設けることにより、電圧無印加時、電圧
印加時における液晶層内の液晶分子の配列を光学的に識
別し、表示を行う構成になっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の透過型液晶装置
では、偏光子として、特定の偏光のみを透過し、それ以
外の偏光を吸収する光吸収型偏光子が広く用いられてい
る。しかしながら、光源として高輝度の光源を用いた場
合には、偏光子に吸収される光量が多く、偏光子の温度
が高くなり、その結果、偏光子が劣化して液晶装置の耐
久性が低下するという恐れがあった。この問題は特に、
光強度の強い光源を用いる投射型表示装置に搭載する場
合に顕著な問題であった。また、偏光子の劣化の問題
は、黒（暗）表示時において、液晶層を透過した光のほ
とんどすべてを吸収する必要があり、検光子として機能
する視認側（光出射側）の偏光子において顕著な問題で
あった。

【０００４】また、視認側の偏光子を、特定の偏光のみ
を透過し、それ以外の偏光を反射する光反射型偏光子に
より構成した場合には、偏光子での光吸収が起こらない
ため、上述の問題を回避することができるが、トランジ
スタ素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装置にお
いては、視認側の偏光子により反射された光がトランジ
スタ素子の半導体層に入射して光リーク電流を生じさ
せ、その結果、素子のスイッチング特性が低下し、コン
トラストが低下するなど、表示品質が低下する恐れがあ
った。

【０００５】そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされ
たものであり、耐久性に優れると共に、トランジスタ素
子を用いたアクティブマトリクス型液晶装置に搭載する
場合においても、トランジスタ素子のスイッチング特性
の低下を防止することができる偏光子、この偏光子を備
えた液晶装置、及びこの液晶装置を備えた投射型表示装
置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するべく種々検討を行った結果、以下の複屈折回折格
子型偏光子を発明するに到った。本発明の第１の複屈折
回折格子型偏光子は、一方向に延在する第１の媒体と第
２の媒体とが繰り返し配置され、一方向周期構造を有す
る回折格子を具備し、前記第１の媒体は、前記第１の媒
体の延在方向に対して略平行方向に振動する第１の偏光
についての屈折率と、前記第１の媒体の延在方向に対し
て略垂直方向に振動する第２の偏光についての屈折率と
が異なる複屈折材料からなると共に、前記第２の媒体
は、前記第１の偏光についての前記第１の媒体の屈折率
に略等しい屈折率を有する等方性材料からなり、前記回
折格子の光出射側には、前記回折格子を透過した前記第
１の偏光を透過し、前記回折格子により回折された前記
第２の偏光を層内で全反射する全反射層が設けられてい
ることを特徴とする。

【０００７】すなわち、本発明の第１の複屈折回折格子
型偏光子は、一方向に延在する第１の媒体と第２の媒体
とが繰り返し配置され、一方向周期構造を有する回折格
子を具備し、該回折格子において、第１の媒体が、第１
の媒体の延在方向に対して略平行方向に振動する第１の
偏光についての屈折率と、第１の媒体の延在方向に対し
て略垂直方向に振動する第２の偏光についての屈折率と
が異なる複屈折材料からなると共に、第２の媒体が、第
１の偏光についての第１の媒体の屈折率に略等しい屈折
率を有する等方性材料からなっている。

【０００８】かかる構成の回折格子では、第１の媒体の
延在方向に対して略平行方向に振動する第１の偏光につ
いては、第１の媒体、第２の媒体が略等しい屈折率を有
するので、回折格子を認識することができず、回折され
ないまま回折格子内を略直進して透過する。これに対し
て、第１の媒体の延在方向に対して略垂直方向に振動す
る第２の偏光については、第１の媒体、第２の媒体が異
なる屈折率を有するので、回折格子を認識し、回折格子
により回折される。

【０００９】したがって、上記構成の回折格子によれ
ば、第１の偏光は回折されないのに対して、第２の偏光
は回折されるため、両者を光学的に分離することができ
る。但し、偏光子として単に上記構成の回折格子を備え
ただけでは、第２の偏光の回折角が２６°程度と小さ
く、第１の偏光と第２の偏光の分離角が小さいため、投
射型表示装置に搭載する液晶装置の光出射側に搭載する
場合、偏光分離特性を向上させるためには、回折格子か
ら投射手段までの距離を長くする必要がある。しかしな
がら、投射型表示装置では、光変調手段（液晶パネル）
と投射手段との間の距離が長くなると、投射手段に入射
する光量が少なくなり（光損失が大きくなり）、表示の
明るさが低下するため、投射型表示装置に搭載する液晶
装置の光出射側に投射手段との距離が長くなる偏光子を
搭載することは好ましくない。

【００１０】そこで、本発明は、回折格子と投射手段と
の距離を長くすることなく、良好な偏光分離特性を得る
ために、上記構造の回折格子の光出射側に、回折格子を
透過した第１の偏光を透過し、回折格子により回折され
た第２の偏光を層内で全反射する全反射層を設ける構成
としている。本発明者は、上記構造の回折格子の光出射
側に、かかる構成の全反射層を設けることにより、第１
の偏光についてはそのまま透過させることができると共
に、第２の偏光については全反射層内で複数回反射させ
て、全反射層の側方に出射させることができることを見
出した。なお、第２の偏光を全反射層内で複数回反射さ
せて、全反射層の側方に出射させることができる理由に
ついては、「発明の実施の形態」の項において説明す
る。

【００１１】したがって、本発明の第１の複屈折回折格
子型偏光子は、投射手段との距離を長くすることなく、
第１の偏光と第２の偏光とを分離することができ、第１
の偏光を主として透過する偏光分離特性に優れたものと
なる。また、本発明者は、本発明の第１の複屈折回折格
子型偏光子を、従来の光吸収型偏光子や光反射型偏光子
とほぼ同等の厚みとすることができ、投射型表示装置に
搭載する液晶装置の光出射側に搭載する場合において
も、投射型表示装置の表示の明るさが低下する恐れはな
いことを見出した。

【００１２】また、本発明の第１の複屈折回折格子型偏
光子では、第１の偏光を主として透過し、第２の偏光に
ついては全反射層の側方から出射させることにより、第
１の偏光と第２の偏光とを分離する機構を採用している
ため、本発明の複屈折回折格子型偏光子に吸収される光
量は極めて少ない。したがって、本発明によれば、光吸
収に起因した劣化を防止することができ、耐久性に優れ
た複屈折回折格子型偏光子を提供することができる。

【００１３】また、本発明の第１の複屈折回折格子型偏
光子では、上記機構を採用しているため、複屈折回折格
子型偏光子により反射され、光入射側に戻る光も極めて
少なく、本発明の第１の複屈折回折格子型偏光子を、ト
ランジスタ素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装
置に搭載する場合においても、複屈折回折格子型偏光子
により反射された光がトランジスタ素子の半導体層に入
射して光リーク電流を生じさせ、トランジスタ素子のス
イッチング特性を低下させる恐れもない。

【００１４】よって、本発明によれば、厚みを厚くする
ことなく、耐久性に優れると共に、トランジスタ素子を
用いたアクティブマトリクス型液晶装置に搭載する場合
においても、トランジスタ素子のスイッチング特性の低
下を防止することができる複屈折回折格子型偏光子を提
供することができる。

【００１５】上記本発明の第１の複屈折回折格子型偏光
子において、前記全反射層としては、前記回折格子側か
ら、第３の媒体と第４の媒体とを順次具備して構成され
ていると共に、前記第２の偏光についての前記第４の媒
体の屈折率が、前記第２の偏光についての前記第３の媒
体の有効屈折率よりも低く、前記第３の媒体と前記第４
の媒体との界面で、前記回折格子により回折された前記
第２の偏光が全反射されるように構成されたものが好適
である。

【００１６】光は、光学的に密な媒体（屈折率の高い媒
体）から疎な媒体（屈折率の低い媒体）に入射する時に
内部全反射されるので、全反射層を、回折格子側から、
第３の媒体と第４の媒体とを順次具備する構成とすると
共に、第２の偏光についての第４の媒体の屈折率が、第
２の偏光についての第３の媒体の屈折率よりも低くなる
ように構成することにより、第３の媒体と第４の媒体と
の界面で、回折格子により回折された第２の偏光を全反
射させることができる。

【００１７】より具体的には、本発明の第１の複屈折回
折格子型偏光子において、前記回折格子のピッチｄと、
前記回折格子に入射する光の波長λとから下記式（１）
に基づいて算出される、前記回折格子により回折される
前記第２の偏光の１次回折光の回折角θを、前記第２の
偏光についての前記第３の媒体の屈折率Ｎ₀と、前記第
２の偏光についての前記第４の媒体の屈折率Ｎ_iとから
下記式（２）に基づいて算出される、前記全反射層の前
記第３の媒体と前記第４の媒体との界面で全反射される
光の臨界角ｉｃよりも大きくなるように構成することに
より、第３の媒体と第４の媒体との界面で、回折格子に
より回折される第２の偏光の１次回折光を全反射させる
ことができる。ｄ（ｓｉｎ（α）＋ｓｉｎ（θ））＝ｎλ・・・（１）（但し、式（１）中において、αは光の入射角を表す。
また、ｎは回折次数を示し、１次回折光では１であ
る。）ｓｉｎ（ｉｃ）＝Ｎ_i／Ｎ₀・・・（２）

【００１８】なお、回折次数が大きくなる程回折角は大
きくなるので、回折格子により回折される第２の偏光の
１次回折光を全反射させることができれば、回折次数が
これよりも大きい回折光をすべて全反射させることがで
き、回折格子により回折される第２の偏光をすべて全反
射させることができる。

【００１９】よって、上記関係を満たすように、回折格
子のピッチｄを規定すれば良い。また、回折格子に入射
する光の波長は分布を有するので、回折格子に入射する
光の最短波長を、回折格子に入射する光の波長λとし、
上記関係を満たすようにすれば、回折格子に入射するす
べての波長の第２の偏光を全反射させることができる。

【００２０】本発明の第１の複屈折回折格子型偏光子に
おいて、第４の媒体を気体により構成することができ、
第４の媒体を気体により構成する場合には、第４の媒体
を特別に形成する必要はなく、複屈折回折格子型偏光子
の外部に存在する空気等の気体をそのまま第４の媒体と
して用いることができる。この場合には、形成する層の
数が低減されるので、厚みをより薄くすることができる
と共に、製造プロセスの簡略化を図ることができる。

【００２１】以上の本発明の第１の複屈折回折格子型偏
光子では、第２の媒体が、第１の偏光についての第１の
媒体の屈折率に略等しい屈折率を有する等方性材料から
なる場合について説明したが、本発明は、第２の媒体
が、第２の偏光についての第１の媒体の屈折率に略等し
い屈折率を有する等方性材料からなる場合についても適
用可能である。

【００２２】この場合の本発明の第２の複屈折回折格子
型偏光子は、一方向に延在する第１の媒体と第２の媒体
とが繰り返し配置され、一方向周期構造を有する回折格
子を具備し、前記第１の媒体は、前記第１の媒体の延在
方向に対して略平行方向に振動する第１の偏光について
の屈折率と、前記第１の媒体の延在方向に対して略垂直
方向に振動する第２の偏光についての屈折率とが異なる
複屈折材料からなると共に、前記第２の媒体は、前記第
２の偏光についての前記第１の媒体の屈折率に略等しい
屈折率を有する等方性材料からなり、前記回折格子の光
出射側には、前記回折格子を透過した前記第２の偏光を
透過し、前記回折格子により回折された前記第１の偏光
を層内で全反射する全反射層が設けられていることを特
徴とする。

【００２３】すなわち、本発明の第２の複屈折回折格子
型偏光子は、一方向に延在する第１の媒体と第２の媒体
とが繰り返し配置され、一方向周期構造を有する回折格
子を具備し、該回折格子において、第１の媒体が、第１
の媒体の延在方向に対して略平行方向に振動する第１の
偏光についての屈折率と、第１の媒体の延在方向に対し
て略垂直方向に振動する第２の偏光についての屈折率と
が異なる複屈折材料からなると共に、第２の媒体が、第
２の偏光についての第１の媒体の屈折率に略等しい屈折
率を有する等方性材料からなっている。

【００２４】かかる構成の回折格子では、上記本発明の
第１の複屈折回折格子型偏光子に備えられた回折格子と
同様に、第１の媒体の延在方向に対して略垂直方向に振
動する第２の偏光については、第１の媒体、第２の媒体
が略等しい屈折率を有するので、回折格子を認識するこ
とができず、回折されないまま回折格子内を略直進して
透過する。これに対して、第１の媒体の延在方向に対し
て略平行方向に振動する第１の偏光については、第１の
媒体、第２の媒体が異なる屈折率を有するので、回折格
子を認識し、回折格子により回折される。したがって、
上記構成の回折格子によれば、第２の偏光は回折されな
いのに対して、第１の偏光は回折されるため、両者を光
学的に分離することができる。

【００２５】また、本発明の第２の複屈折回折格子型偏
光子では、回折格子の光出射側に、回折格子を透過した
第２の偏光を透過し、回折格子により回折された第１の
偏光を全反射する全反射層を設ける構成としているの
で、第２の偏光についてはそのまま透過させることがで
きると共に、第１の偏光については全反射層内で複数回
反射させて、全反射層の側方に出射させることができ、
投射型表示装置に搭載する液晶装置の光出射側に搭載す
る場合においても、投射手段との距離を長くすることな
く、消光比を大きくすることができ、第２の偏光を主と
して透過する偏光分離特性に優れたものとなる。

【００２６】また、本発明の第２の複屈折回折格子型偏
光子では、第２の偏光を透過させ、第１の偏光について
は全反射層の側方から出射させることにより、第１の偏
光と第２の偏光とを分離する機構を採用しているため、
本発明の第１の複屈折回折格子型偏光子と同様の効果を
得ることができ、本発明によれば、耐久性に優れると共
に、トランジスタ素子を用いたアクティブマトリクス型
液晶装置に搭載する場合においても、トランジスタ素子
のスイッチング特性の低下を防止することができる複屈
折回折格子型偏光子を提供することができる。

【００２７】また、本発明の第２の複屈折回折格子型偏
光子においても、前記全反射層としては、前記回折格子
側から、第３の媒体と第４の媒体とを順次具備して構成
されていると共に、前記第１の偏光についての前記第４
の媒体の屈折率が、前記第１の偏光についての前記第３
の媒体の屈折率よりも低く、前記第３の媒体と前記第４
の媒体との界面で、前記回折格子により回折された前記
第１の偏光が全反射されるように構成されたものが好適
であり、かかる構成することにより、第３の媒体と第４
の媒体との界面で、回折格子により回折された第１の偏
光を全反射させることができる。

【００２８】より具体的には、本発明の第２の複屈折回
折格子型偏光子においても、前記回折格子のピッチｄ
と、前記回折格子に入射する光の波長λとから下記式
（１）に基づいて算出される、前記回折格子により回折
される前記第１の偏光の１次回折光の回折角θを、前記
第１の偏光についての前記第３の媒体の屈折率Ｎ₀と、
前記第１の偏光についての前記第４の媒体の屈折率Ｎ_i
とから下記式（２）に基づいて算出される、前記全反射
層の前記第３の媒体と前記第４の媒体との界面で全反射
される光の臨界角ｉｃよりも大きくなるように構成する
ことにより、第３の媒体と第４の媒体との界面で、回折
格子により回折される第１の偏光の１次回折光を全反射
させることができる。ｄ（ｓｉｎ（α）＋ｓｉｎ（θ））＝ｎλ・・・（１）（但し、式（１）中において、αは入射角を表す。ま
た、ｎは回折次数を示し、１次回折光では１である。）ｓｉｎ（ｉｃ）＝Ｎ_i／Ｎ₀・・・（２）

【００２９】また、本発明の第２の複屈折回折格子型偏
光子においても、第４の媒体を気体により構成すること
ができ、第４の媒体を気体により構成する場合には、第
４の媒体を特別に形成する必要はなく、複屈折回折格子
型偏光子の外部に存在する空気等の気体をそのまま第４
の媒体として用いることができる。この場合には、形成
する層の数が低減されるので、厚みをより薄くすること
ができると共に、製造プロセスの簡略化を図ることがで
きる。

【００３０】以上の本発明の第１、第２の複屈折回折格
子型偏光子を用いることにより、以下の本発明の液晶装
置を提供することができる。本発明の液晶装置は、液晶
層を挟持して対向配置された一対の基板のうち少なくと
も一方の基板に、上記本発明の第１又は第２の複屈折回
折格子型偏光子が設けられていることを特徴とする。

【００３１】本発明の液晶装置は、本発明の複屈折回折
格子型偏光子を偏光手段として備えたものであるので、
耐久性に優れたものとなる。また、本発明によれば、ト
ランジスタ素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装
置に適用する場合においても、トランジスタ素子のスイ
ッチング特性の低下を防止することができ、表示品質に
優れた液晶装置を提供することができる。

【００３２】なお、複屈折回折格子型偏光子の外部に存
在する空気等の気体を第４の媒体として機能させる場合
には、本発明の複屈折回折格子型偏光子と液晶パネル
（複屈折回折格子型偏光子を取り付ける側の基板）とを
離間配置させ、複屈折回折格子型偏光子と液晶パネルと
の間に介在する空気等からなる気体層を第４の媒体とし
て機能させれば良い。

【００３３】また、本発明の液晶装置は、前記複屈折回
折格子型偏光子と前記液晶層との間に、光吸収型偏光子
若しくは光反射型偏光子をさらに具備することが好まし
い。本発明の複屈折回折格子型偏光子では、第１の偏
光、第２の偏光のうちいずれかの偏光について、第１の
媒体の屈折率と第２の媒体の屈折率とが異なるように設
定し、その偏光を回折格子により回折させて、全反射層
で全反射するように構成しているが、ある波長の光で０
次光（回折せずに直進する光）がなくなるように、第１
の媒体、第２の媒体の屈折率や回折格子の厚み等を設計
したとしても、液晶装置に入射する光の波長は分布を有
するので、他の波長の光については０次光が僅かながら
も発生してしまう恐れがある。

【００３４】このように、回折させる偏光の一部に０次
光が発生して、複屈折回折格子型偏光子を透過してしま
う場合には、消光比が低下し、偏光分離特性が低下する
ため、複屈折回折格子型偏光子により、大部分の偏光を
分離した後、複屈折回折格子型偏光子を透過した偏光を
光吸収型偏光子若しくは光反射型偏光子に入射させ、さ
らに偏光分離することにより、複屈折回折格子型偏光子
と光吸収型偏光子若しくは光反射型偏光子とを合わせた
消光比を大きくすることができ、コントラストに優れた
液晶装置を提供することができる。

【００３５】なお、本明細書において、消光比は、本発
明の第１の複屈折回折格子型偏光子では、「第１の偏光
の透過率／第２の偏光の透過率」、本発明の第２の複屈
折回折格子型偏光子では、「第２の偏光の透過率／第１
の偏光の透過率」により定義されるものである。

【００３６】また、偏光手段として、本発明の複屈折回
折格子型偏光子と光吸収型偏光子とを併用する場合にお
いても、本発明の複屈折回折格子型偏光子を透過した偏
光のみが光吸収型偏光子に入射するため、光吸収型偏光
子により吸収される光量は少なく、光吸収による光吸収
型偏光子の劣化の恐れは極めて少ない。

【００３７】また、偏光手段として、本発明の複屈折回
折格子型偏光子と光反射型偏光子とを併用する場合にお
いても、本発明の複屈折回折格子型偏光子を透過した偏
光のみが光反射型偏光子に入射するため、光反射型偏光
子により反射される光量は少なく、本発明の液晶装置
を、トランジスタ素子を用いたアクティブマトリクス型
液晶装置に適用する場合においても、光反射型偏光子に
より反射された光がトランジスタ素子の半導体層に入射
して光リーク電流を生じさせ、トランジスタ素子のスイ
ッチング特性を低下させる恐れも極めて低い。

【００３８】また、従来の透過型液晶装置では、視認側
に設けられた光吸収型偏光子における光吸収が顕著であ
ったため、一対の基板のうち、一方の基板側から光が入
射し、他方の基板側から出射された光を視認する構造の
透過型液晶装置においては、少なくとも視認側の基板
に、本発明の複屈折回折格子型偏光子を設けることが好
ましく、かかる構成とすることにより、従来よりも耐久
性に優れた透過型液晶装置を提供することができる。ま
た、このように、透過型液晶装置において、少なくとも
視認側の基板に、本発明の複屈折回折格子型偏光子を設
けることにより、トランジスタ素子を用いたアクティブ
マトリクス型液晶装置に適用する場合においても、トラ
ンジスタ素子のスイッチング特性の低下を防止すること
ができ、表示品質に優れた透過型液晶装置を提供するこ
とができる。

【００３９】また、本発明の液晶装置を備えることによ
り、以下の本発明の投射型表示装置を提供することがで
きる。本発明の投射型表示装置は、光源と、前記光源か
らの光を変調する本発明の液晶装置からなる光変調手段
と、前記光変調手段により変調された光を投射する投射
手段とを具備することを特徴とする。

【００４０】本発明の投射型液晶装置は、本発明の液晶
装置を光変調手段として備えたものであるので、耐久性
に優れたものとなる。また、トランジスタ素子を用いた
本発明のアクティブマトリクス型液晶装置を搭載する場
合においても、トランジスタ素子のスイッチング特性の
低下を防止することができ、表示品質の優れたものとな
る。また、上述したように、本発明の複屈折回折格子型
偏光子を、従来の光吸収型偏光子や光反射型偏光子とほ
ぼ同等の厚みとすることができるので、本発明の複屈折
回折格子型偏光子を液晶装置の光出射側に搭載する場合
においても、液晶パネルと投射手段との間の距離を短く
することができ、投射型表示装置の表示の明るさが低下
する恐れもない。

【００４１】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る実施形態につ
いて詳細に説明する。［複屈折回折格子型偏光子］（複屈折回折格子型偏光子の構造）図１、図２に基づい
て、本発明に係る実施形態の複屈折回折格子型偏光子の
構造について説明する。なお、図１は、本実施形態の複
屈折回折格子型偏光子を光入射側から見た時の斜視図、
図２は、本実施形態の複屈折回折格子型偏光子を図１の
Ａ−Ａ’線に沿って切断した時の断面図である。また、
各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能な程
度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異なら
せてある。

【００４２】図１、図２に示すように、本実施形態の複
屈折回折格子型偏光子１００は、一方向に延在する第１
の媒体２１０と第２の媒体２２０とが繰り返し配置さ
れ、一方向周期構造を有する回折格子２００を主体とし
て構成されている。回折格子２００を構成する第１の媒
体２１０、第２の媒体２２０は、いずれも断面視矩形状
かつ平面視短冊状に構成されており、第１の媒体２１０
と第２の媒体２２０とは略同一幅で形成されている。な
お、図面上は、第１の媒体２１０、第２の媒体２２０の
幅や厚みを大きく図示しているが、回折格子２００のピ
ッチ（第１の媒体２１０の幅と第２の媒体２２０の幅の
和）は、１μｍ程度と、非常に微細なものとなってい
る。

【００４３】また、第１の媒体２１０は、第１の媒体２
１０の延在方向に対して略平行方向に振動するＳ偏光
（第１の偏光）についての屈折率Ｎ_Sと、第１の媒体２
１０の延在方向に対して略垂直方向に振動するＰ偏光
（第２の偏光）についての屈折率Ｎ_Pとが異なる複屈折
材料により構成されているのに対し、第２の媒体２２０
は、Ｓ偏光（第１の偏光）についての第１の媒体２１０
の屈折率Ｎ_Sに略等しい屈折率を有する等方性材料によ
り構成されている。

【００４４】かかる構成の回折格子２００では、図２に
示すように、第１の媒体２１０の延在方向に対して略平
行方向に振動するＳ偏光については、第１の媒体２１
０、第２の媒体２２０が略等しい屈折率Ｎ_Sを有するの
で、回折格子２００を認識することができず、回折され
ないまま回折格子２００内を略直進して透過する。これ
に対して、第１の媒体２１０の延在方向に対して略垂直
方向に振動するＰ偏光については、第１の媒体２１０、
第２の媒体２２０が異なる屈折率Ｎ_P、Ｎ_Sを有するの
で、回折格子２００を認識し、回折格子２００により図
示左右の２方向に回折される。

【００４５】また、本実施形態の複屈折回折格子型偏光
子１００において、回折格子２００の光出射側には、回
折格子２００により回折されたＰ偏光を層内で全反射す
る全反射層３００が設けられている。全反射層３００
は、回折格子２００側から第３の媒体３１０と第４の媒
体３２０とが順次積層形成されたものである。全反射層
３００は、光が、光学的に密な媒体（屈折率の高い媒
体）から疎な媒体（屈折率の低い媒体）に入射する時に
反射されることを利用して構成されている。すなわち、
Ｐ偏光についての第４の媒体３２０の屈折率Ｎ_iが、Ｐ
偏光についての第３の媒体の屈折率Ｎ₀よりも低くなる
ように構成されており、図２に示すように、第３の媒体
３１０と第４の媒体３２０との界面で、回折格子２００
により回折されたＰ偏光が全反射されるように構成され
ている。

【００４６】なお、回折格子２００のピッチｄと、回折
格子２００に入射する光の波長λとから下記式（１）に
基づいて算出される、回折格子２００により回折される
Ｐ偏光の１次回折光の回折角θが、Ｐ偏光についての第
３の媒体３１０の屈折率Ｎ₀と、Ｐ偏光についての第４
の媒体３２０の屈折率Ｎ_iとから下記式（２）に基づい
て算出される、全反射層３００の第３の媒体３１０と第
４の媒体３２０との界面で全反射される光の臨界角ｉｃ
よりも大きくなるように構成することにより、第３の媒
体３１０と第４の媒体３２０との界面で、回折格子２０
０により回折されるＰ偏光の１次回折光を全反射させる
ことができる。ｄ（ｓｉｎ（α）＋ｓｉｎ（θ））＝ｎλ・・・（１）（但し、式（１）中において、αは入射角を表す。ま
た、ｎは回折次数を示し、１次回折光では１である。）ｓｉｎ（ｉｃ）＝Ｎ_i／Ｎ₀・・・（２）

【００４７】なお、回折次数が大きくなる程回折角は大
きくなるので、回折格子２００により回折されるＰ偏光
の１次回折光を全反射させることができれば、回折次数
がこれよりも大きい回折光をすべて全反射させることが
でき、回折格子２００により回折されるＰ偏光をすべて
全反射させることができる。

【００４８】よって、上記関係を満たすように、回折格
子２００のピッチｄを規定すれば良い。なお、上記式
（１）から分かるように、回折格子２００により回折さ
れるＰ偏光の１次回折光の回折角θは、第１の媒体２１
０や第２の媒体２２０の構成材料に関係なく、回折格子
２００のピッチｄにより規定される。また、回折格子２
００に入射する光の波長は分布を有するので、回折格子
２００に入射する光の最短波長を、回折格子２００に入
射する光の波長λとし、上記関係を満たすようにすれ
ば、回折格子２００に入射するすべての波長のＰ偏光を
全反射させることができる。

【００４９】全反射層３００により全反射されたＰ偏光
のうち、一部の光は回折格子２００により再び回折され
るが、残りの多くの光は全反射層３００と回折格子２０
０との界面で内部反射される。したがって、回折格子２
００により回折されたＰ偏光の多くは、第３の媒体３１
０と第４の媒体３２０との界面、及び全反射層３００と
回折格子２００との界面における反射を繰り返し、全反
射層３００の図示左右側方から出射される。なお、全反
射層３００により全反射されたＰ偏光のうち、一部の光
は回折格子２００により再び回折されるが、回折格子２
００の外部から回折格子２００に入射する時の入射角に
比較して、全反射層３００により全反射されたＰ偏光が
再び回折格子２００に入射する時の入射角は大きいの
で、回折格子２００により再び回折されたＰ偏光の多く
は側方に出射され、視認側に戻る光量は極めて少ない。

【００５０】本実施形態の複屈折回折格子型偏光子１０
０において、全反射層３００を構成する第３の媒体３１
０、第４の媒体３２０は、複屈折材料、等方性材料のい
ずれにより構成しても良い。また、第３の媒体３１０、
第４の媒体３２０としては、固体、液体、気体を問わな
い。但し、第３の媒体３１０と第４の媒体３２０の双方
を気体により構成する場合には、気体同士が混ざり合
い、層として安定に分離することができないこと、固体
や液体よりも気体の屈折率が小さいことから、実際に
は、第３の媒体３１０は固体若しくは液体により構成さ
れ、第４の媒体３２０は固体、液体、気体のいずれかに
より構成される。

【００５１】ここで、第４の媒体３２０を気体により構
成する場合には、図３に示すように、複屈折回折格子型
偏光子１００の外部に存在する空気をそのまま第４の媒
体３２０として機能させることができ、この場合には、
回折格子２００により回折されたＰ偏光は、第３の媒体
３１０と、第４の媒体３２０として機能する空気との界
面で全反射される。このように、複屈折回折格子型偏光
子１００の外部に存在する空気を第４の媒体３２０とし
て機能させる場合には、形成する層の数が低減されるの
で、厚みをより薄くすることができると共に、製造プロ
セスの簡略化を図ることができる。

【００５２】また、理論的には、回折格子２００を構成
する第１の媒体２１０、第２の媒体２２０についても同
様に、固体、液体、気体のいずれにより構成しても良
い。しかしながら、第２の媒体２２０を気体により構成
すると、Ｓ偏光についての第１の媒体３１０の屈折率Ｎ
_Sを気体である第２の媒体２２０の屈折率と略等しくす
る必要があるが、このような複屈折材料は存在しないた
め、実際には、第１の媒体２１０、第２の媒体２２０
は、固体若しくは液体により構成される。

【００５３】また、本実施形態の複屈折回折格子型偏光
子１００においては、全反射層３００を構成する第３の
媒体３１０と、回折格子２００を構成する第１の媒体２
１０、第２の媒体２２０のうちいずれかを、同一材料に
より一体形成することもできる。図４では、例として、
第１の媒体２１０と第３の媒体３１０とを同一材料によ
り一体形成した場合について図示している。なお、第１
の媒体２１０と第３の媒体３１０とを同一材料により構
成する場合には、第３の媒体３１０は複屈折材料により
構成され、第２の媒体２２０と第３の媒体３１０とを同
一材料により構成する場合には、第３の媒体３１０は等
方性材料により構成されることになる。

【００５４】さらに、第１の媒体２１０と第２の媒体２
２０とを一体形成することもできる。この場合には、第
１の媒体２１０と第２の媒体２２０とを一体形成して回
折格子２００を形成した後、回折格子２００の一方の面
に第３の媒体３１０を貼着するなどして、全反射層３０
０を形成しても良いが、第１の媒体２１０、第２の媒体
２２０、第３の媒体３１０を一体形成することもでき
る。

【００５５】このように、第１〜第３の媒体２１０、２
２０、３１０のうち、複数の媒体を一体形成する場合に
は、製造プロセスを簡略化することができると共に、一
体形成する複数の媒体の密着性を高めることができ、好
適である。

【００５６】（複屈折回折格子型偏光子の製造方法）次
に、図５に基づいて、第１〜第３の媒体２１０、２２
０、３１０を一体形成する場合を取り上げて、本実施形
態の複屈折回折格子型偏光子１００の製造方法について
具体的に説明する。なお、図５（ａ）〜（ｄ）は、製造
途中の複屈折回折格子型偏光子１００の各製造工程を示
す断面図である。

【００５７】図５（ａ）に示すように、Ｓ偏光について
の屈折率Ｎ_S、Ｐ偏光についての屈折率Ｎ_Pが異なる複屈
折材料であるＬｉＮｂＯ₃（ニオブ酸リチウム）基板４
００を用意する。ＬｉＮｂＯ₃は結晶軸を一方向に揃え
ることにより、複屈折性を発現することができ、図示す
るように、例えば、Ｓ偏光についての屈折率Ｎ_S、Ｐ偏
光についての屈折率Ｎ_Pを、各々２．２８、２．２０と
することができる。なお、ＬｉＮｂＯ₃基板４００の厚
みは、回折格子２００と第３の媒体３１０とを合わせた
厚みに設定する。次いで、図５（ｂ）に示すように、Ｌ
ｉＮｂＯ₃基板４００の一方の面に、第１の媒体２１０
の形成領域に対応したパターンを有する金属マスク４１
０を、フォトリソグラフィー法により形成する。

【００５８】次いで、図５（ｃ）に示すように、金属マ
スク４１０を形成した側の面を溶融状態の安息香酸５０
０に接触させることにより、ＬｉＮｂＯ₃基板４００表
面であって、金属マスク４１０で覆われていない部分を
プロトン交換する。プロトン交換されたＬｉＮｂＯ
₃は、Ｓ偏光についてのＬｉＮｂＯ₃基板４００の屈折率
Ｎ _Sに略等しい屈折率（例えば２．２５）を有する等方
性材料になる。

【００５９】その結果、隣接するプロトン交換領域間の
非プロトン交換領域は、Ｓ偏光についての屈折率Ｎ_S、
Ｐ偏光についての屈折率Ｎ_Pが異なる複屈折材料により
構成されるのに対して、プロトン交換領域はＳ偏光につ
いての非プロトン交換領域の屈折率Ｎ_Sに略等しい屈折
率を有する等方性材料により構成されることになる。よ
って、隣接するプロトン交換領域間の非プロトン交換領
域が第１の媒体２１０、プロトン交換領域が第２の媒体
２２０となり、第１の媒体２１０と第２の媒体２２０と
が一体形成された回折格子２００を形成することができ
る。

【００６０】また、回折格子２００と第３の媒体３１０
とを合わせた厚みのＬｉＮｂＯ₃基板４００を用いてい
るので、ＬｉＮｂＯ₃基板４００において、安息香酸５
００に接触させる側と反対側には、プロトン交換されな
い層、つまり非プロトン交換層が残る。この非プロトン
交換層は、第１の媒体２１０と同じ複屈折材料からな
り、第３の媒体３１０となる。

【００６１】最後に、金属マスク４１０を除去すること
により、第１の媒体２１０、第２の媒体２２０、第３の
媒体３１０とを一体形成することができる。外部に存在
する空気を第４の媒体３２０と機能させることができる
ので、以上のようにして、図５（ｄ）に示す複屈折回折
格子型偏光子１００を製造することができる。

【００６２】さらに、第３の媒体３１０の下面に、Ｐ偏
光についての第３の媒体３１０の屈折率Ｎ_Pよりも低い
屈折率を有する第４の媒体３２０を貼着するなどして、
第４の媒体３２０を形成し、固体等からなる第４の媒体
３２０を有する複屈折回折格子型偏光子１００を製造し
ても良い。なお、以上説明した複屈折回折格子型偏光子
１００の製造方法は、複屈折回折格子型偏光子１００の
製造方法として好適であるが、複屈折回折格子型偏光子
１００の製造方法はこの方法に限定されるものではな
い。

【００６３】（回折格子のピッチの具体的な算出方法）
ここで、上記製造方法により製造される、図５（ｄ）に
示した構造の複屈折回折格子型偏光子１００を取り上げ
て、回折格子２００のピッチｄの算出方法について具体
的に説明する。なお、光が回折格子２００に対して垂直
方向に入射する場合を例として説明する。

【００６４】第３の媒体３１０と、第４の媒体３２０と
して機能する空気との界面で全反射される光の臨界角ｉ
ｃは、Ｐ偏光についての第３の媒体３２０の屈折率Ｎ₀
＝Ｎ_P＝２．２０と、Ｐ偏光についての第４の媒体３２
０の屈折率Ｎ_i（すなわち、空気の屈折率１）とから、
上記式（２）に基づいて算出することができる。すなわ
ち、ｉｃ＝ｓｉｎ^-1（Ｎ_i／Ｎ_o）＝ｓｉｎ^-1（１／２．
２０）＝２６（ｄｅｇ）となる。なお、光が回折格子２
００に対して垂直方向に入射する場合、αは０°となる
ため、上記式（２）の第１項（ｓｉｎ（α））は０とな
る。

【００６５】回折格子２００に入射する光の最短波長λ
を４００ｎｍ（０．４μｍ）とすると、Ｐ偏光の１次回
折光の回折角θが臨界角ｉｃと等しい時の回折格子２０
０のピッチｄは、上記式（１）に基づいて算出すること
ができる。すなわち、ｄ＝ｎλ／ｓｉｎ（θ）＝１・
０．４（μｍ）／ｓｉｎ（２６）＝０．９１（μｍ）と
なるので、回折格子２００のピッチｄを０．９１μｍ以
上とすることにより、Ｐ偏光の１次回折光の回折角θ
を、第３の媒体３１０と、第４の媒体３２０として機能
する空気との界面で全反射される光の臨界角ｉｃよりも
大きくすることができ、回折格子２００により回折され
るＰ偏光を全反射層３００により全反射させることがで
きる。

【００６６】本実施形態の複屈折回折格子型偏光子１０
０によれば、Ｓ偏光を主として透過し、Ｐ偏光について
は全反射層３００の側方から出射させることにより、Ｓ
偏光とＰ偏光とを分離する機構を採用しているため、回
折格子２００や全反射層３００で吸収される光量を極め
て少なくすることができる。したがって、本実施形態に
よれば、光吸収に起因した劣化を防止することができ、
耐久性に優れた複屈折回折格子型偏光子１００を提供す
ることができる。

【００６７】また、本実施形態の複屈折回折格子型偏光
子１００では、複屈折回折格子型偏光子１００により反
射され、光入射側に戻る光もないため、本実施形態の複
屈折回折格子型偏光子１００を、トランジスタ素子を用
いたアクティブマトリクス型液晶装置に搭載する場合に
おいても、複屈折回折格子型偏光子１００により反射さ
れた光がトランジスタ素子の半導体層に入射して光リー
ク電流を生じさせ、素子のスイッチング特性を低下させ
る恐れもない。

【００６８】また、本実施形態の複屈折回折格子型偏光
子１００に備えられた回折格子２００によれば、Ｓ偏光
は回折されないのに対して、Ｐ偏光は回折されるため、
両者を光学的に分離することができるが、単に回折格子
２００を備えただけでは、Ｐ偏光の回折角が２６°程度
と小さく、Ｓ偏光とＰ偏光の分離角が小さいため、投射
型表示装置に搭載する液晶装置の光出射側に搭載する場
合、偏光分離特性を向上させるためには、回折格子から
投射手段までの距離を長くする必要がある。しかしなが
ら、本実施形態では、回折格子２００の光出射側に、回
折格子２００を透過したＳ偏光を透過し、回折格子２０
０により回折されたＰ偏光を層内で全反射する全反射層
３００を設け、Ｓ偏光についてはそのまま透過させるこ
とができると共に、Ｐ偏光については全反射層３００内
で複数回反射させて、全反射層３００の側方に出射させ
る機構を採用しているので、投射型表示装置に搭載する
液晶装置の光出射側に搭載する場合においても、回折格
子から投射手段までの距離を長くすることなく、消光比
を大きくすることができ、偏光分離特性に優れたものと
なる。

【００６９】また、本実施形態の複屈折回折格子型偏光
子１００の厚みは、従来の光吸収型偏光子や光反射型偏
光子とほぼ同等とすることができるので、本実施形態の
複屈折回折格子型偏光子１００を、投射型表示装置に搭
載する液晶装置の光出射側に搭載した場合においても、
液晶パネルと投射手段との間の距離を短くすることがで
き、投射型表示装置の表示の明るさが低下することを防
止することができる。

【００７０】なお、上述したように、本実施形態では、
Ｓ偏光については、回折格子２００、全反射層３００を
ほぼ直進して透過するのに対し、Ｐ偏光については、回
折格子２００により回折させた後、全反射層３００によ
り全反射させて、全反射層３００の側方から出射させ
て、偏光分離することを特徴としているが、ある波長の
光で、Ｐ偏光の０次光（回折せずに直進する光）がなく
なるように、第１の媒体２１０、第２の媒体２２０の屈
折率や回折格子２００の厚み等を設計したとしても、複
屈折回折格子型偏光子１００に入射する光の波長は分布
を有するので、他の波長の光については０次光が僅かな
がらも発生してしまう恐れがある。

【００７１】このように、回折させるＰ偏光の一部に０
次光が発生して、複屈折回折格子型偏光子１００を透過
してしまう場合には、消光比が低下し、偏光分離特性が
低下するため、本実施形態の複屈折回折格子型偏光子１
００と、光吸収型偏光子若しくは光反射型偏光子とを併
用し、複屈折回折格子型偏光子１００を透過した偏光
を、光吸収型偏光子若しくは光反射型偏光子に入射さ
せ、さらに、偏光分離を行い、複屈折回折格子型偏光子
１００と光吸収型偏光子若しくは光反射型偏光子とを合
わせた消光比を高くすることが好ましい。

【００７２】なお、このように、複屈折回折格子型偏光
子１００と光吸収型偏光子を併用する場合においても、
複屈折回折格子型偏光子１００を透過した偏光のみが光
吸収型偏光子に入射するため、光吸収型偏光子により吸
収される光量は少なく、光吸収に起因する光吸収型偏光
子の劣化の恐れは極めて少ない。

【００７３】また、複屈折回折格子型偏光子１００と光
反射型偏光子とを併用する場合においても、複屈折回折
格子型偏光子１００を透過した偏光のみが光反射型偏光
子に入射するため、光反射型偏光子により反射される光
量は少なく、複屈折回折格子型偏光子１００と光反射型
偏光子とを、トランジスタ素子を用いたアクティブマト
リクス型液晶装置に搭載する場合においても、光反射型
偏光子により反射された光がトランジスタ素子の半導体
層に入射して光リーク電流を生じさせ、素子のスイッチ
ング特性を低下させる恐れも極めて低い。

【００７４】なお、本実施形態では、第１の媒体２１０
の延在方向に対して略平行方向に振動するＳ偏光につい
ての第１の媒体２１０の屈折率Ｎ_Sと、第２の媒体２２
０の屈折率が略等しい場合についてのみ説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、第２の媒体２２
０の屈折率を、第１の媒体２１０の延在方向に対して略
垂直方向に振動するＰ偏光についての第１の媒体２１０
の屈折率Ｎ_Pと略等しくなるように構成しても良い。

【００７５】この場合には、図６に示すように、Ｐ偏光
については、第１の媒体２１０、第２の媒体２２０が略
等しい屈折率を有するので、回折格子２００を認識する
ことができず、回折されないまま回折格子２００内を略
直進して透過する。これに対して、Ｓ偏光については、
第１の媒体２１０、第２の媒体２２０が異なる屈折率を
有するので、回折格子を認識し、回折格子２００により
回折される。したがって、全反射層３００を、回折格子
２００により回折されたＳ偏光を全反射するように構成
すれば、同様に偏光分離を行うことができる。

【００７６】また、本実施形態では、第１の媒体２１０
の延在方向に対して略平行方向に振動する偏光がＳ偏
光、第１の媒体２１０の延在方向に対して略垂直方向に
振動する偏光がＰ偏光である場合についてのみ説明した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、第１の媒
体２１０の延在方向を水平方向に９０°回転させること
により、第１の媒体２１０の延在方向に対して略平行方
向に振動する偏光がＰ偏光、第１の媒体２１０の延在方
向に対して略垂直方向に振動する偏光がＳ偏光となり、
本実施形態の複屈折回折格子型偏光子１００で説明した
Ｓ偏光とＰ偏光とを逆にすれば、全く同様の構成の複屈
折回折格子型偏光子を得ることができる。

【００７７】また、本実施形態の複屈折回折格子型偏光
子１００を構成する回折格子２００としては、断面視矩
形状かつ平面視短冊状に形成された第１の媒体２１０と
第２の媒体２２０とが繰り返し配置されたものについて
のみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、回折格子２００は、一方向に延在する第１の媒体２
１０と、一方向に延在する第２の媒体２２０とが繰り返
し配置され、一方向周期構造を有するものであれば、い
かなる構造を有するものであっても良い。

【００７８】例えば、図７に示すように、第１の媒体２
１０、第２の媒体２２０を、各々、断面視逆直角三角形
状、断面視直角三角形状とし、第１の媒体２１０と第２
の媒体２２０とを合わせた形状を、断面視矩形状となる
ように繰り返し配置して回折格子２００を構成しても良
い。

【００７９】かかる構成としても、第１の媒体２１０
を、第１の媒体２１０の延在方向に対して略平行方向に
振動するＳ偏光についての屈折率Ｎ_Sと、第１の媒体２
１０の延在方向に対して略垂直方向に振動するＰ偏光に
ついての屈折率Ｎ_Pとが異なる複屈折材料により構成
し、第２の媒体２２０を、Ｓ偏光についての第１の媒体
２１０の屈折率Ｎ_Sと略等しい屈折率を有する等方性材
料により構成すれば、Ｓ偏光については、第１の媒体２
１０、第２の媒体２２０が略等しい屈折率Ｎ_Sを有する
ので、回折格子２００を認識することができず、回折さ
れないまま回折格子２００内を略直進して透過し、第１
の媒体２１０の延在方向に対して略垂直方向に振動する
Ｐ偏光については、第１の媒体２１０、第２の媒体２２
０が異なる屈折率Ｎ_P、Ｎ_Sを有するので、回折格子２０
０により回折され、図１に示した複屈折回折格子型偏光
子１００と同様に偏光分離を行うことができる。

【００８０】なお、図７に示す構成とした場合には、Ｐ
偏光は、第１の媒体２１０と第２の媒体２２０との界面
で屈折され、１方向（図示右方）にのみ回折され、全反
射層３００の第３の媒体３１０内で反射を繰り返し、図
示右側方からのみ出射される。また、かかる構成とした
場合には、図１に示した構造の複屈折回折格子型偏光子
１００に比較して、回折格子２００により回折されるＰ
偏光の１次回折光の回折角θを大きくすることができ
る。その結果、回折格子２００により回折されるＰ偏光
が回折格子２００を透過する割合を減らすことができ、
消光比を大きくすることができるので、偏光分離特性に
より優れた複屈折回折格子型偏光子１００を提供するこ
とができる。

【００８１】［液晶装置］次に、本発明に係る実施形態
の液晶装置の構造について詳述する。本実施形態の液晶
装置は、スイッチング素子としてＴＦＴ（Thin-Film Tr
ansistor）素子を用いたアクティブマトリクス型の透過
型液晶装置である。また、本実施形態の液晶装置は、上
記実施形態の複屈折回折格子型偏光子１００を備えたこ
とが特徴となっている。なお、本実施形態では、図１に
示した構造の複屈折回折格子型偏光子１００を備えた透
過型液晶装置について説明する。

【００８２】以下、図８〜図１０に基づいて、本実施形
態の透過型液晶装置の構造について説明する。図８は本
実施形態の透過型液晶装置の画像表示領域を構成するマ
トリクス状に配置された複数の画素におけるスイッチン
グ素子、信号線等の等価回路図である。図９はデータ
線、走査線、画素電極等が形成されたＴＦＴアレイ基板
の相隣接する複数の画素群の構造を示す平面図である。
図１０は本実施形態の透過型液晶装置の構造を示す断面
図であって、図９のＢ−Ｂ’線断面図である。なお、図
１０においては、図示上側が光入射側、図示下側が視認
側（観察者側）である場合について図示している。ま
た、各図においては、各層や各部材を図面上で認識可能
な程度の大きさとするため、各層や各部材毎に縮尺を異
ならせてある。

【００８３】本実施形態の透過型液晶装置において、図
８に示すように、画像表示領域を構成するマトリクス状
に配置された複数の画素には、画素電極９と当該画素電
極９を制御するためのスイッチング素子であるＴＦＴ素
子（トランジスタ素子）３０がそれぞれ形成されてお
り、画像信号が供給されるデータ線６ａが当該ＴＦＴ素
子３０のソースに電気的に接続されている。データ線６
ａに書き込む画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、この順
に線順次に供給されるか、あるいは相隣接する複数のデ
ータ線６ａに対してグループ毎に供給される。

【００８４】また、走査線３ａがＴＦＴ素子３０のゲー
トに電気的に接続されており、複数の走査線３ａに対し
て走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが所定のタイミングで
パルス的に線順次で印加される。また、画素電極９はＴ
ＦＴ素子３０のドレインに電気的に接続されており、ス
イッチング素子であるＴＦＴ素子３０を一定期間だけオ
ンすることにより、データ線６ａから供給される画像信
号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎを所定のタイミングで書き込
む。

【００８５】画素電極９を介して液晶に書き込まれた所
定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、後述する
共通電極との間で一定期間保持される。液晶は、印加さ
れる電圧レベルにより分子集合の配向や秩序が変化する
ことにより、光を変調し、階調表示を可能にする。ここ
で、保持された画像信号がリークすることを防止するた
めに、画素電極９と共通電極との間に形成される液晶容
量と並列に蓄積容量７０が付加されている。

【００８６】（平面構造）次に、図９に基づいて、本実
施形態の透過型液晶装置の平面構造について説明する。
図９に示すように、ＴＦＴアレイ基板上に、インジウム
錫酸化物（以下、「ＩＴＯ」と略す。）等の透明導電性
材料からなる矩形状の画素電極９（点線部９Ａにより輪
郭を示す）が複数、マトリクス状に設けられており、画
素電極９の縦横の境界に各々沿ってデータ線６ａ、走査
線３ａ及び容量線３ｂが設けられている。本実施形態に
おいて、各画素電極９及び各画素電極９を囲むように配
設されたデータ線６ａ、走査線３ａ、容量線３ｂ等が形
成された領域が画素であり、マトリクス状に配置された
各画素毎に表示を行うことが可能な構造になっている。

【００８７】データ線６ａは、ＴＦＴ素子３０を構成す
る例えばポリシリコン膜からなる半導体層１ａのうち、
後述のソース領域にコンタクトホール５を介して電気的
に接続されており、画素電極９は、半導体層１ａのう
ち、後述のドレイン領域にコンタクトホール８を介して
電気的に接続されている。また、半導体層１ａのうち、
後述のチャネル領域（図中左上がりの斜線の領域）に対
向するように走査線３ａが配置されており、走査線３ａ
はチャネル領域に対向する部分でゲート電極として機能
する。

【００８８】容量線３ｂは、走査線３ａに沿って略直線
状に伸びる本線部（すなわち、平面的に見て、走査線３
ａに沿って形成された第１領域）と、データ線６ａと交
差する箇所からデータ線６ａに沿って前段側（図中上向
き）に突出した突出部（すなわち、平面的に見て、デー
タ線６ａに沿って延設された第２領域）とを有する。そ
して、図９中、右上がりの斜線で示した領域には、複数
の第１遮光膜１１ａが設けられている。

【００８９】より具体的には、第１遮光膜１１ａは、各
々、半導体層１ａのチャネル領域を含むＴＦＴ素子３０
をＴＦＴアレイ基板側から見て覆う位置に設けられてお
り、さらに、容量線３ｂの本線部に対向して走査線３ａ
に沿って直線状に伸びる本線部と、データ線６ａと交差
する箇所からデータ線６ａに沿って隣接する後段側（す
なわち、図中下向き）に突出した突出部とを有する。第
１遮光膜１１ａの各段（画素行）における下向きの突出
部の先端は、データ線６ａ下において次段における容量
線３ｂの上向きの突出部の先端と重なっている。この重
なった箇所には、第１遮光膜１１ａと容量線３ｂとを相
互に電気的に接続するコンタクトホール１３が設けられ
ている。すなわち、本実施形態では、第１遮光膜１１ａ
は、コンタクトホール１３により前段あるいは後段の容
量線３ｂに電気的に接続されている。

【００９０】（断面構造）次に、図１０に基づいて、本
実施形態の透過型液晶装置の断面構造について説明す
る。図１０に示すように、本実施形態の透過型液晶装置
においては、ＴＦＴアレイ基板１０と、これに対向配置
される対向基板２０との間に液晶層５０が挟持されてい
る。ＴＦＴアレイ基板１０は、石英等の透光性材料から
なる基板本体１０Ａとその液晶層５０側表面に形成され
た画素電極９、ＴＦＴ素子３０、配向膜４０を主体とし
て構成されており、対向基板２０はガラスや石英等の透
光性材料からなる基板本体２０Ａとその液晶層５０側表
面に形成された共通電極２１と配向膜６０とを主体とし
て構成されている。

【００９１】より詳細には、ＴＦＴアレイ基板１０にお
いて、基板本体１０Ａの液晶層５０側表面には画素電極
９が設けられ、各画素電極９に隣接する位置に、各画素
電極９をスイッチング制御する画素スイッチング用ＴＦ
Ｔ素子３０が設けられている。画素スイッチング用ＴＦ
Ｔ素子３０は、ＬＤＤ（Lightly Doped Drain）構造を
有しており、走査線３ａ、当該走査線３ａからの電界に
よりチャネルが形成される半導体層１ａのチャネル領域
１ａ’、走査線３ａと半導体層１ａとを絶縁するゲート
絶縁膜２、データ線６ａ、半導体層１ａの低濃度ソース
領域１ｂ及び低濃度ドレイン領域１ｃ、半導体層１ａの
高濃度ソース領域１ｄ及び高濃度ドレイン領域１ｅを備
えている。

【００９２】また、上記走査線３ａ上、ゲート絶縁膜２
上を含む基板本体１０Ａ上には、高濃度ソース領域１ｄ
へ通じるコンタクトホール５、及び高濃度ドレイン領域
１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔した第２層間絶
縁膜４が形成されている。つまり、データ線６ａは、第
２層間絶縁膜４を貫通するコンタクトホール５を介して
高濃度ソース領域１ｄに電気的に接続されている。さら
に、データ線６ａ上及び第２層間絶縁膜４上には、高濃
度ドレイン領域１ｅへ通じるコンタクトホール８が開孔
した第３層間絶縁膜７が形成されている。つまり、高濃
度ドレイン領域１ｅは、第２層間絶縁膜４及び第３層間
絶縁膜７を貫通するコンタクトホール８を介して画素電
極９に電気的に接続されている。

【００９３】また、本実施形態では、ゲート絶縁膜２を
走査線３ａに対向する位置から延設して誘電体膜として
用い、半導体膜１ａを延設して第１蓄積容量電極１ｆと
し、更にこれらに対向する容量線３ｂの一部を第２蓄積
容量電極とすることにより、蓄積容量７０が構成されて
いる。

【００９４】また、ＴＦＴアレイ基板１０の基板本体１
０Ａの液晶層５０側表面において、各画素スイッチング
用ＴＦＴ素子３０が形成された領域には、ＴＦＴアレイ
基板１０を透過し、ＴＦＴアレイ基板１０の図示下面
（ＴＦＴアレイ基板１０と空気との界面）で反射され
て、液晶層５０側に戻る戻り光が、少なくとも半導体層
１ａのチャネル領域１ａ’及び低濃度ソース、ドレイン
領域（ＬＤＤ領域）１ｂ、１ｃに入射することを防止す
るための第１遮光膜１１ａが設けられている。また、第
１遮光膜１１ａと画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０と
の間には、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０を構成す
る半導体層１ａを第１遮光膜１１ａから電気的に絶縁す
るための第１層間絶縁膜１２が形成されている。また、
図９に示したように、ＴＦＴアレイ基板１０に第１遮光
膜１１ａを設けるのに加えて、コンタクトホール１３を
介して第１遮光膜１１ａは、前段あるいは後段の容量線
３ｂに電気的に接続するように構成されている。

【００９５】また、ＴＦＴアレイ基板１０の液晶層５０
側最表面、すなわち、画素電極９及び第３層間絶縁膜７
上には、電圧無印加時における液晶層５０内の液晶分子
の配向を制御する配向膜４０が形成されている。

【００９６】また、基板本体１０Ａの液晶層５０と反対
側には、上記実施形態の複屈折回折格子型偏光子１００
と光吸収型偏光子１７とが順次貼着されている。なお、
本実施形態において、複屈折回折格子型偏光子１００
は、回折格子２００側が基板本体１０Ａ側となるように
貼着されている。なお、図１に基づいて説明したよう
に、複屈折回折格子型偏光子１００は、Ｓ偏光を透過
し、Ｐ偏光を全反射層３００の側方から出射させて偏光
分離を行うが、光吸収型偏光子１７は、Ｓ偏光を透過
し、それ以外の偏光を吸収するように構成されている。

【００９７】他方、対向基板２０には、基板本体２０Ａ
の液晶層５０側表面であって、データ線６ａ、走査線３
ａ、画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０の形成領域に対
向する領域、すなわち各画素部の開口領域以外の領域
に、入射光が画素スイッチング用ＴＦＴ素子３０の半導
体層１ａのチャネル領域１ａ’や低濃度ソース領域１
ｂ、低濃度ドレイン領域１ｃに侵入することを防止する
ための第２遮光膜２３が設けられている。さらに、第２
遮光膜２３が形成された基板本体２０Ａの液晶層５０側
には、そのほぼ全面に渡って、ＩＴＯ等からなる共通電
極２１が形成され、その液晶層５０側には、電圧無印加
時における液晶層５０内の液晶分子の配向を制御する配
向膜６０が形成されている。

【００９８】また、基板本体２０Ａの液晶層５０と反対
側には、光吸収型偏光子２４と複屈折回折格子型偏光子
１００とが順次貼着されている。なお、本実施形態にお
いて、複屈折回折格子型偏光子１００は、全反射層３０
０側が基板本体２０Ａ側となるように貼着されている。
なお、図１に基づいて説明したように、複屈折回折格子
型偏光子１００は、Ｓ偏光を透過し、Ｐ偏光を全反射層
３００の側方から出射させて偏光分離を行うが、光吸収
型偏光子２４は、Ｓ偏光を透過し、それ以外の偏光を吸
収するように構成されている。

【００９９】上述したように、本実施形態では、ＴＦＴ
アレイ基板１０、対向基板２０を構成する基板本体１０
Ａ、２０Ａの液晶層５０と反対側に、上記実施形態の複
屈折回折格子型偏光子１００を備えたことが特徴となっ
ている。さらに、複屈折回折格子型偏光子１００は、Ｓ
偏光を透過するように構成されているが、僅かながらも
Ｐ偏光の０次光が発生するため、複屈折回折格子型偏光
子１００の光出射側に、Ｓ偏光を透過する光吸収型偏光
子１７、２４を設け、複屈折回折格子型偏光子１００と
光吸収型偏光子１７、２４とを合わせた消光比を高くす
るように構成している。なお、図面上は、複屈折回折格
子型偏光子１００を光吸収型偏光子１７、２４よりも厚
く図示しているが、実際には、複屈折回折格子型偏光子
１００は光吸収型偏光子１７、２４の厚みとほぼ同等で
ある。

【０１００】（表示機構）本実施形態の透過型液晶装置
の表示機構について、ＴＮ（Twisted Nematic）モード
を例として簡単に説明する。ＴＮモード、すなわち、電
圧無印加時における液晶分子のツイスト角を９０°とす
るためには、対向基板２０側の電圧無印加時における液
晶分子の配向方向を、複屈折回折格子型偏光子１００の
第１の媒体２１０の延在方向、及び光吸収型偏光子２４
の偏光軸に対して略平行方向とし、ＴＦＴアレイ基板１
０側の電圧無印加時における液晶分子の配向方向をそれ
よりも９０°ずれた方向、すなわち、複屈折回折格子型
偏光子１００の第１の媒体２１０の延在方向に対して略
垂直方向に設定すれば良い。

【０１０１】電圧無印加時においては、本実施形態の透
過型液晶装置に入射した光のうち、Ｓ偏光のみが複屈折
回折格子型偏光子１００及び光吸収型偏光子２４とを透
過し、液晶層５０に入射する。液晶層５０に入射したＳ
偏光は、９０°ツイストされて配列された液晶分子の長
軸方向に沿って、偏光方向が変化し、液晶層５０を出射
する際には、Ｓ偏光に対して９０°ずれたＰ偏光に変換
される。そして、液晶層５０から出射されたＰ偏光は、
複屈折回折格子型偏光子１００及び光吸収型偏光子１７
を透過しないので、観察者側に光が出射されず、黒
（暗）表示になる。

【０１０２】一方、電圧印加時においては、液晶層５０
内の液晶分子が画素電極９と共通電極２１との間に形成
される縦電界に沿って配列を変更するため、液晶層５０
に入射したＳ偏光は偏光方向を変換することなく、Ｓ偏
光のまま出射される。液晶層５０から出射されたＳ偏光
は、複屈折回折格子型偏光子１００及び光吸収型偏光子
１７を透過するので、観察者側に光が出射され、白
（明）表示になる。

【０１０３】以上のようにして、表示を行うことができ
る。なお、本実施形態では、ＴＦＴアレイ基板１０側と
対向基板２０側の複屈折回折格子型偏光子１００がいず
れもＳ偏光を透過する場合についてのみ説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、ＴＦＴアレイ基
板１０側の複屈折回折格子型偏光子１００を水平方向に
９０°回転させて配置すると共に、光吸収型偏光子１７
の偏光軸を水平方向に９０°回転させて、ＴＦＴアレイ
基板１０側の偏光手段がＰ偏光を透過するように構成し
ても良い。この場合には、電圧無印加時に観察者側に光
が出射されて白（明）表示となり、電圧印加時に観察者
側に光が出射されず黒（暗）表示となり、同様に表示を
行うことができる。このように、ＴＦＴアレイ基板１
０、対向基板２０側の偏光手段の偏光軸については、適
宜設計することが可能である。

【０１０４】なお、本明細書において、「電圧無印加
時」、「電圧印加時」とは、それぞれ「液晶層への印加
電圧が液晶のしきい値電圧未満である時」、「液晶層へ
の印加電圧が液晶のしきい値電圧以上である時」を意味
しているものとする。

【０１０５】本実施形態の透過型液晶装置は以上のよう
に構成され、本実施形態の透過型液晶装置は、光入射側
と視認側の双方に上記実施形態の複屈折回折格子型偏光
子１００を備えると共に、その光出射側に光吸収型偏光
子１７、２４を備えたものであるので、複屈折回折格子
型偏光子１００や光吸収型偏光子１７、２４における光
吸収が少なく、耐久性に優れたものとなる。

【０１０６】また、偏光手段として、複屈折回折格子型
偏光子１００と光吸収型偏光子１７、２４を併用する構
成としたので、複屈折回折格子型偏光子１００のみを備
える場合に比較して、複屈折回折格子型偏光子１００と
光吸収型偏光子１７、２４とを合わせた消光比を大きく
することができ、コントラストに優れた透過型液晶装置
を提供することができる。

【０１０７】なお、光吸収型偏光子１７、２４を設ける
代わりに、光反射型偏光子を設ける構成としても良く、
この場合にも複屈折回折格子型偏光子１００や光反射型
偏光子における光吸収が少なく、耐久性に優れた透過型
液晶装置を提供することができる。また、このように、
複屈折回折格子型偏光子１００と光反射型偏光子を併用
する場合においても、光反射型偏光子により反射される
光量は少なく、光反射型偏光子により反射された光がＴ
ＦＴ素子３０の半導体層１ａに入射して光リーク電流を
生じさせ、素子のスイッチング特性を低下させる恐れは
極めて少ない。

【０１０８】また、本実施形態では、複屈折回折格子型
偏光子１００を、ＴＦＴアレイ基板１０、対向基板２０
を構成する基板本体１０Ａ、２０Ａの液晶層５０と反対
側に設ける構成としているので、従来と同様に液晶パネ
ルを製造した後、液晶パネルの外側に複屈折回折格子型
偏光子１００と光吸収型偏光子１７、２４（あるいは光
反射型偏光子）を貼着して製造することができ、従来の
透過型液晶装置の製造プロセスをほとんど変えることな
く、簡易に製造することができ、好適である。

【０１０９】なお、上述したように、複屈折回折格子型
偏光子１００では、複屈折回折格子型偏光子１００の外
部に存在する空気により、第４の媒体３２０を構成する
ことができるが、このように、第４の媒体３２０を気体
により構成する場合には、複屈折回折格子型偏光子１０
０と光吸収型偏光子１７、２４（あるいは光反射型偏光
子）との間に空気層を介在させ、第４の媒体３２０とし
て機能させる必要がある。

【０１１０】また、本発明は、複屈折回折格子型偏光子
１００を液晶パネルの外部に貼着する場合に限定される
ものではなく、製造プロセスは複雑化するが、複屈折回
折格子型偏光子１００を、液晶パネルに内蔵しても良
い。すなわち、複屈折回折格子型偏光子１００を、ＴＦ
Ｔアレイ基板１０、対向基板２０の基板本体１０Ａ、２
０Ａの液晶層５０側に形成する構成としても良い。例え
ば、基板本体１０Ａ、２０Ａの液晶層５０側表面に、ス
パッタリング法等により、ＬｉＮｂＯ₃結晶膜を成長さ
せ、図５に基づいて説明したように、形成されたＬｉＮ
ｂＯ₃結晶膜から、複屈折回折格子型偏光子１００を形
成すること等が可能である。

【０１１１】また、本実施形態では、上記実施形態の複
屈折回折格子型偏光子１００を、ＴＦＴアレイ基板１
０、対向基板２０の双方に設ける構成としたが、本発明
はこれに限定されるものではなく、従来の透過型液晶装
置では、視認側に設けられた光吸収型偏光子における光
吸収が顕著であったため、少なくとも視認側の基板であ
るＴＦＴアレイ基板１０に、上記実施形態の複屈折回折
格子型偏光子１００を設ける構成とすることにより、従
来よりも耐久性に優れた透過型液晶装置を提供すること
ができる。また、少なくとも視認側の基板であるＴＦＴ
アレイ基板１０に、上記実施形態の複屈折回折格子型偏
光子１００を設ける構成とすることにより、偏光手段と
して光反射型偏光子のみを備える場合に比較して、ＴＦ
Ｔ素子３０のスイッチング特性の低下を防止することが
できる。

【０１１２】以上、本実施形態では、偏光手段として、
複屈折回折格子型偏光子１００と光吸収型偏光子１７、
２４（あるいは光反射型偏光子）とを併用する場合につ
いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、複屈折回折格子型偏光子１００単独でも十分な消光
比が得られる場合には、光吸収型偏光子１７、２４や光
反射型偏光子を併用する必要はない。

【０１１３】また、本実施形態では、ＴＦＴアレイ基板
１０側が視認側である場合についてのみ説明したが、本
発明はこれに限定されるものではなく、ＴＦＴアレイ基
板１０側を光入射側としても良い。また、本実施形態で
は、ＴＦＴ素子を用いたアクティブマトリクス型液晶装
置についてのみ説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、ＴＦＤ（Thin-Film Diode）素子を用い
たアクティブマトリクス型液晶装置やパッシブマトリク
ス型液晶装置等にも適用可能である。また、本実施形態
では、透過型液晶装置についてのみ説明したが、本発明
はこれに限定されるものではなく、反射型液晶装置や反
射半透過型液晶装置にも適用可能である。このように、
本発明は、いかなる構造の液晶装置にも適用することが
できる。

【０１１４】［投射型表示装置］上記実施形態の透過型
液晶装置を光変調手段として備えた投射型表示装置の構
成について、図１１を参照して説明する。図１１は、上
記実施形態の透過型液晶装置を３個用意し、それぞれＲ
ＧＢ用の液晶ライトバルブ９６２Ｒ、９６２Ｇ、９６２
Ｂとして用いた投射型表示装置１１００の光学系の概略
構成図である。

【０１１５】投射型表示装置１１００の光学系には、光
源装置９２０と、均一照明光学系９２３が採用されてい
る。そして、投射型表示装置１１００は、この均一照明
光学系９２３から出射される光束Ｗを赤（Ｒ）、緑
（Ｇ）、青（Ｂ）に分離する色分離手段としての色分離
光学系９２４と、各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂを変調する光変調
手段としての３つの液晶ライトバルブ９６２Ｒ、９６２
Ｇ、９６２Ｂと、変調された後の色光束を再合成する色
合成手段としての色合成プリズム９１０と、合成された
光束を投射面１０００の表面に拡大投射する投射手段と
しての投射レンズユニット９０６を備えている。また、
青色光束Ｂを対応する液晶ライトバルブ９６２Ｂに導く
導光系９２７をも備えている。

【０１１６】均一照明光学系９２３は、２つのレンズ板
９２１、９２２と反射ミラー９３１を備えており、反射
ミラー９３１を挟んで２つのレンズ板９２１、９２２が
直交する状態に配置されている。均一照明光学系９２３
の２つのレンズ板９２１、９２２は、それぞれマトリク
ス状に配置された複数の矩形レンズを備えている。光源
装置９２０から出射された光束は、第１のレンズ板９２
１の矩形レンズによって複数の部分光束に分割される。
そして、これらの部分光束は、第２のレンズ板９２２の
矩形レンズによって３つの液晶ライトバルブ９６２Ｒ、
９６２Ｇ、９６２Ｂ付近で重畳される。従って、均一照
明光学系９２３を用いることにより、光源装置９２０が
出射光束の断面内で不均一な照度分布を有している場合
でも、３つの液晶ライトバルブ９６２Ｒ、９６２Ｇ、９
６２Ｂを均一な照明光で照明することが可能となる。

【０１１７】色分離光学系９２４は、青緑反射ダイクロ
イックミラー９４１と、緑反射ダイクロイックミラー９
４２と、反射ミラー９４３から構成される。まず、青緑
反射ダイクロイックミラー９４１において、光束Ｗに含
まれている青色光束Ｂおよび緑色光束Ｇが直角に反射さ
れ、緑反射ダイクロイックミラー９４２の側に向かう。
赤色光束Ｒはこのミラー９４１を通過して、後方の反射
ミラー９４３で直角に反射されて、赤色光束Ｒの出射部
９４４からプリズムユニット９１０の側に出射される。

【０１１８】次に、緑反射ダイクロイックミラー９４２
において、青緑反射ダイクロイックミラー９４１におい
て反射された青色、緑色光束Ｂ、Ｇのうち、緑色光束Ｇ
のみが直角に反射されて、緑色光束Ｇの出射部９４５か
ら色合成光学系の側に出射される。緑反射ダイクロイッ
クミラー９４２を通過した青色光束Ｂは、青色光束Ｂの
出射部９４６から導光系９２７の側に出射される。ま
た、均一照明光学素子の光束Ｗの出射部から、色分離光
学系９２４における各色光束の出射部９４４、９４５、
９４６までの距離がほぼ等しくなるように設定されてい
る。

【０１１９】色分離光学系９２４の赤色、緑色光束Ｒ、
Ｇの出射部９４４、９４５の出射側には、それぞれ集光
レンズ９５１、９５２が配置されている。したがって、
各出射部から出射した赤色、緑色光束Ｒ、Ｇは、これら
の集光レンズ９５１、９５２に入射して平行化される。
このように平行化された赤色、緑色光束Ｒ、Ｇは、液晶
ライトバルブ９６２Ｒ、９６２Ｇに入射して変調され、
各色光に対応した画像情報が付加される。すなわち、こ
れらの液晶ライトバルブでは、図示を省略している駆動
手段によって画像情報に応じてスイッチング制御され
て、これにより、ここを通過する各色光の変調が行われ
る。一方、青色光束Ｂは、導光系９２７を介して対応す
る液晶ライトバルブ９６２Ｂに導かれ、ここにおいて、
同様に画像情報に応じて変調が施される。

【０１２０】導光系９２７は、青色光束Ｂの出射部９４
６の出射側に配置した集光レンズ９５４と、入射側反射
ミラー９７１と、出射側反射ミラー９７２と、これらの
反射ミラーの間に配置した中間レンズ９７３と、液晶ラ
イトバルブ９６２Ｂの手前側に配置した集光レンズ９５
３とから構成されている。集光レンズ９４６から出射さ
れた青色光束Ｂは、導光系９２７を介して液晶ライトバ
ルブ９６２Ｂに導かれて変調される。各色光束の光路
長、すなわち、光束Ｗの出射部から各液晶ライトバルブ
９６２Ｒ、９６２Ｇ、９６２Ｂまでの距離は青色光束Ｂ
が最も長くなり、液晶ライトバルブ９６２Ｂの照明され
る条件が他の色と異なってしまう。しかし、導光系９２
７を介在させることにより、他の色と同じ照明条件に補
正することができる。

【０１２１】各液晶ライトバルブ９６２Ｒ、９６２Ｇ、
９６２Ｂを通って変調された各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂは、色
合成プリズム９１０に入射され、ここで合成される。そ
して、この色合成プリズム９１０によって合成された光
が投射レンズユニット９０６を介して所定の位置にある
投射面１０００の表面に拡大投射されるようになってい
る。

【０１２２】以上のように構成された投射型表示装置１
１００は、上記実施形態の透過型液晶装置を光変調手段
として備えたものであるので、耐久性に優れたものとな
る。また、光変調手段である透過型液晶装置に備えられ
たＴＦＴ素子３０のスイッチング特性の低下の恐れが少
なく、表示品質の優れたものとなる。また、複屈折回折
格子型偏光子１００を、従来の光吸収型偏光子や光反射
型偏光子とほぼ同等の厚みとすることができるので、液
晶パネルと投射レンズユニット９０６との間の距離を短
くすることができ、投射型表示装置の表示の明るさが低
下することを防止することができるという効果も得られ
る。

【０１２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、耐久性に優れると共に、トランジスタ素子を用い
たアクティブマトリクス型液晶装置に搭載する場合にお
いても、トランジスタ素子のスイッチング特性の低下を
防止することができる複屈折回折格子型偏光子、この偏
光子を備えた液晶装置、及びこの液晶装置を備えた投射
型表示装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る実施形態の複屈折回折
格子型偏光子の構造を示す斜視図である。

【図２】図２は、本発明に係る実施形態の複屈折回折
格子型偏光子の構造を示す断面図である。

【図３】図３は、本発明に係る実施形態の複屈折回折
格子型偏光子のその他の構造を示す断面図である。

【図４】図４は、本発明に係る実施形態の複屈折回折
格子型偏光子のその他の構造を示す断面図である。

【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る実施形
態の複屈折回折格子型偏光子の製造方法の一例を示す工
程図である。

【図６】図６は、本発明に係る実施形態の複屈折回折
格子型偏光子のその他の構造を示す断面図である。

【図７】図７は、本発明に係る実施形態の複屈折回折
格子型偏光子のその他の構造を示す断面図である。

【図８】図８は、本発明に係る実施形態の透過型液晶
装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に配置され
た複数の画素におけるスイッチング素子、信号線等の等
価回路図である。

【図９】図９は、本発明に係る実施形態の透過型液晶
装置のＴＦＴアレイ基板の相隣接する複数の画素群の構
造を示す平面図である。

【図１０】図１０は、本発明に係る実施形態の透過型
液晶装置の構造を示す断面図である。

【図１１】図１１は、本発明に係る実施形態の透過型
液晶装置を備えた投射型表示装置の構成図である。

【符号の説明】

１００…複屈折回折格子型偏光子２００…回折格子３００…全反射層２１０…第１の媒体２２０…第２の媒体３１０…第３の媒体３２０…第４の媒体１０…ＴＦＴアレイ基板２０…対向基板１ａ…半導体層１１ａ…第１遮光膜２３…第２遮光膜１２…第１層間絶縁膜４…第２層間絶縁膜７…第３層間絶縁膜３０…画素スイッチング用ＴＦＴ素子（トランジスタ素
子）９…画素電極２１…共通電極６ａ…データ線３ａ…走査線５０…液晶層１７、２４…光吸収型偏光子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０２Ｆ 1/13363 Ｇ０２Ｆ 1/13363 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｇ０３Ｂ 21/00 Ｅ 21/14 21/14 ＺＦターム(参考） 2H049 AA36 AA44 AA60 AA64 BA02 BA42 BA45 BB03 BB63 BC22 2H088 EA15 HA11 HA13 HA15 HA16 HA18 HA20 HA25 HA28 MA02 2H091 FA08 FA10 FA11 FA14 FA19 GA13 LA03 LA15 LA17 MA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方向に延在する第１の媒体と第２の媒
体とが繰り返し配置され、一方向周期構造を有する回折
格子を具備し、前記第１の媒体は、前記第１の媒体の延在方向に対して
略平行方向に振動する第１の偏光についての屈折率と、
前記第１の媒体の延在方向に対して略垂直方向に振動す
る第２の偏光についての屈折率とが異なる複屈折材料か
らなると共に、前記第２の媒体は、前記第１の偏光につ
いての前記第１の媒体の屈折率に略等しい屈折率を有す
る等方性材料からなり、前記回折格子の光出射側には、前記回折格子を透過した
前記第１の偏光を透過し、前記回折格子により回折され
た前記第２の偏光を層内で全反射する全反射層が設けら
れていることを特徴とする複屈折回折格子型偏光子。
【請求項２】前記全反射層は、前記回折格子側から、
第３の媒体と第４の媒体とを順次具備して構成されてい
ると共に、前記第２の偏光についての前記第４の媒体の屈折率が、
前記第２の偏光についての前記第３の媒体の屈折率より
も低く、前記第３の媒体と前記第４の媒体との界面で、前記回折
格子により回折された前記第２の偏光が全反射されるこ
とを特徴とする請求項１に記載の複屈折回折格子型偏光
子。
【請求項３】前記第４の媒体が気体からなることを特
徴とする請求項２に記載の複屈折回折格子型偏光子。
【請求項４】前記回折格子のピッチｄと、前記回折格
子に入射する光の波長λとから下記式（１）に基づいて
算出される、前記回折格子により回折される前記第２の
偏光の１次回折光の回折角θが、前記第２の偏光についての前記第３の媒体の屈折率Ｎ₀
と、前記第２の偏光についての前記第４の媒体の屈折率
Ｎ_iとから下記式（２）に基づいて算出される、前記全
反射層の前記第３の媒体と前記第４の媒体との界面で全
反射される光の臨界角ｉｃよりも大きいことを特徴とす
る請求項２又は請求項３に記載の複屈折回折格子型偏光
子。ｄ（ｓｉｎ（α）＋ｓｉｎ（θ））＝ｎλ・・・（１）（但し、式（１）中において、αは入射角を表す。ま
た、ｎは回折次数を示し、１次回折光では１である。）ｓｉｎ（ｉｃ）＝Ｎ_i／Ｎ₀・・・（２）
【請求項５】一方向に延在する第１の媒体と第２の媒
体とが繰り返し配置され、一方向周期構造を有する回折
格子を具備し、前記第１の媒体は、前記第１の媒体の延在方向に対して
略平行方向に振動する第１の偏光についての屈折率と、
前記第１の媒体の延在方向に対して略垂直方向に振動す
る第２の偏光についての屈折率とが異なる複屈折材料か
らなると共に、前記第２の媒体は、前記第２の偏光につ
いての前記第１の媒体の屈折率に略等しい屈折率を有す
る等方性材料からなり、前記回折格子の光出射側には、前記回折格子を透過した
前記第２の偏光を透過し、前記回折格子により回折され
た前記第１の偏光を層内で全反射する全反射層が設けら
れていることを特徴とする複屈折回折格子型偏光子。
【請求項６】前記全反射層は、前記回折格子側から、
第３の媒体と第４の媒体とを順次具備して構成されてい
ると共に、前記第１の偏光についての前記第４の媒体の屈折率が、
前記第１の偏光についての前記第３の媒体の屈折率より
も低く、前記第３の媒体と前記第４の媒体との界面で、前記回折
格子により回折された前記第１の偏光が全反射されるこ
とを特徴とする請求項５に記載の複屈折回折格子型偏光
子。
【請求項７】前記第４の媒体が気体からなることを特
徴とする請求項６に記載の複屈折回折格子型偏光子。
【請求項８】前記回折格子のピッチｄと、前記回折格
子に入射する光の波長λとから下記式（１）に基づいて
算出される、前記回折格子により回折される前記第１の
偏光の１次回折光の回折角θが、前記第１の偏光についての前記第３の媒体の屈折率Ｎ₀
と、前記第１の偏光についての前記第４の媒体の屈折率
Ｎ_iとから下記式（２）に基づいて算出される、前記全
反射層の前記第３の媒体と前記第４の媒体との界面で全
反射される光の臨界角ｉｃよりも大きいことを特徴とす
る請求項６又は請求項７に記載の複屈折回折格子型偏光
子。ｄ（ｓｉｎ（α）＋ｓｉｎ（θ））＝ｎλ・・・（１）（但し、式（１）中において、αは入射角を表す。ま
た、ｎは回折次数を示し、１次回折光では１である。）ｓｉｎ（ｉｃ）＝Ｎ_i／Ｎ₀・・・（２）
【請求項９】液晶層を挟持して対向配置された一対の
基板のうち少なくとも一方の基板に、請求項１から請求
項８までのいずれか１項に記載の複屈折回折格子型偏光
子が設けられていることを特徴とする液晶装置。
【請求項１０】前記複屈折回折格子型偏光子と前記液
晶層との間に、光吸収型偏光子若しくは光反射型偏光子
をさらに具備することを特徴とする請求項９に記載の液
晶装置。
【請求項１１】前記一対の基板のうち、一方の基板側
から光が入射し、他方の基板側から出射された光を視認
する構造であると共に、少なくとも視認側の基板に、前記複屈折回折格子型偏光
子が設けられていることを特徴とする請求項９又は請求
項１０に記載の液晶装置。
【請求項１２】光源と、前記光源からの光を変調する
請求項９から請求項１１までのいずれか１項に記載の液
晶装置からなる光変調手段と、前記光変調手段により変
調された光を投射する投射手段とを具備することを特徴
とする投射型表示装置。