JP2007249128A - 偏光変換素子の製造方法 - Google Patents

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Shuho Kobayashi
衆方 小林
Kazutoshi Setoguchi
一稔 瀬戸口
Yukio Nagatomo
幸夫 長友
Jun Iwabuchi
純 岩渕
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Abstract

【課題】投射型表示装置の照明光学系に使用可能な偏光変換素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ガラス板材1の一方の主面に偏光分離膜11を形成し、他方の主面に反射膜
12を形成した第1の透光性板材10と、両主面に何も形成されていないガラス板材1か
らなる第2の透光性板材20とを交互に積層すると共に、積層する第1及び第2の透光性
板材10、20間の形成角度が略45度の傾斜角度となるように面方向の位置を順次ずら
して接着剤を介して階段状に積層して積層体21を形成する。そして形成した積層体21
を略45度の傾斜角度に沿った所定ピッチの複数の平行な切断面にて複数の積層分割体2
2に切断した後、ダイシング装置を用いて積層分割体22の両端を切断し、最後に積層分
割体22の一部に1/2波長板24を貼付するようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、光源から出射される光を1種類の直線偏光光に変換する偏光変換素子の製造
方法に関するものである。
従来から液晶プロジェクタ等の投射型表示装置に用いられる液晶ライトバルブを照明す
る照明装置としては、2枚のレンズ板を用いた所謂フライアイインテグレータを使用した
ものがある。そして、このような照明装置における照明効率をさらに向上させたものとし
て2枚のレンズ板のうち、出射側に配置したレンズ板の出射面に偏光ビームスプリッタア
レイと1/2波長板とを所定の位置に配置し、光源光の利用効率を高めるようにした偏光
照明装置並びにその偏光照明装置を使用した投射型表示装置が提案されている(特許文献
1)。
図6は特許文献1に開示されている偏光照明装置の光学系の概略構成を示した図である

この図6に示す偏光照明装置101は、システム光軸Lに沿って配置した光源部102
、第1のレンズ板103、第2のレンズ板104から構成されている。光源部102から
出射された光は、第1のレンズ板103により第2のレンズ板104内に集光され、第2
のレンズ板104を通過する過程においてランダムな偏光光は偏光方向が揃った1種類の
偏光光に変換され、照明領域105に至るようになっている。
光源部102は、光源ランプ201と放物面リフレクター202とから構成されている
。光源ランプ201から放射されたランダムな偏光光は、放物面リフレクター202によ
って一方向に反射されて、略平行な光束となって第1のレンズ板103に入射される。こ
のとき、光源光軸Rはシステム光軸Lに対して一定の角度だけ傾斜させてある。
第1のレンズ板103は、矩形状の輪郭をした微小な矩形集光レンズ301が縦横に複
数配列した構成である。第1のレンズ板103に入射した光は、矩形集光レンズ301の
集光作用により、システム光軸Lと垂直な平面内に矩形集光レンズ301の数と同数の集
光像を形成する。なお、この複数の集光像は光源ランプの投写像に他ならないため、以下
では2次光源像と呼ぶ。
第2のレンズ板104は、集光レンズアレイ410、偏光分離プリズムアレイ420、
λ/2位相差板430、及び出射側レンズ440から構成される複合積層体であり、第1
のレンズ板103による2次光源像が形成される位置の近傍におけるシステム光軸Lに対
して垂直な平面内に配置されている。この第2のレンズ板104は、インデクレータ光学
系の第2のレンズ板としての機能、偏光分離素子としての機能、及び偏光変換素子として
の機能を併せ持っている。
集光レンズアレイ410は、第1のレンズ板103とほぼ同様な構成となっている。即
ち、第1のレンズ板103を構成する矩形集光レンズ301と同数の集光レンズ411を
複数配列したものであり、第1のレンズ板103からの光を集光する作用がある。集光レ
ンズアレイ410は、インテグレータ光学系の第2のレンズ板に相当するものである。
偏光分離プリズムアレイ420は、内部に偏光分離膜を備えた四角柱状のプリズム合成
体からなる偏光ビームスプリッター421と、同じく内部に反射膜を備えた四角柱状のプ
リズム合成体からなる反射ミラー422とからなる対を基本構成単位とし、その対を平面
的に複数配列したものである。集光レンズアレイ410を構成する集光レンズ411に対
して1対の基本構成単位が対応するように規則的に配置されている。
ここで、第1のレンズ板103により形成される2次光源像が偏光ビームスプリッター
421の部分に位置するように、偏光分離プリズムアレイ420を含む第2のレンズ板1
04が配置されている。そのために、光源部102はその光源光軸Rがシステム光軸Lに
対して僅かに角度をなすように配置されている。
偏光分離プリズムアレイ420に入射したランダムな偏光光は偏光ビームスプリッター
421により偏光方向の異なるP偏光光とS偏光光の2種類の偏光光に分離される。P偏
光光は進行方向を変えずに偏光ビームスプリッター421をそのまま通過する。これに対
して、S偏光光は偏光ビームスプリッター421の偏光分離膜423で反射して進行方向
を約90度変え、隣接する反射ミラー422の反射面424で反射して進行方向を約90
度変え、最終的にはP偏光光とほぼ平行な角度で偏光分離プリズムアレイ420より出射
される。
偏光分離プリズムアレイ420の出射面には、λ/2位相差膜431が規則的に配置さ
れたλ/2位相差板430が設置されている。すなわち、偏光分離プリズムアレイ420
を構成する偏光ビームスプリッター421の出射面部分にのみλ/2位相差膜431が配
置され、反射ミラー422の出射面部分にはλ/2位相差膜431は配置されていない。
このようなλ/2位相差膜431の配置状態により、偏光ビームスプリッター421から
出射されたP偏光光は、λ/2位相差膜431を通過する際に偏光面の回転作用を受けS
偏光光へと変換される。一方、反射ミラー422から出射されたS偏光光はλ/2位相差
膜431を通過しないので、偏光面の回転作用は一切受けず、S偏光光のままλ/2位相
差板430を通過する。つまり、偏光分離プリズムアレイ420とλ/2位相差板430
によりランダムな偏光光は、1種類の偏光光(この場合はS偏光光)に変換されることに
なる。このようにしてS偏光光に揃えられた光束は、出射側レンズ440により照明領域
105へと導かれ、照明領域105上で重畳結合されることになる。
ここで、上記したような偏光分離プリズムアレイ420とλ/2位相差板430とから
なる偏光変換素子の製造工程を簡単に説明する。
この場合は、先ず、ガラス板材の一方の主面に偏光分離膜を形成し、他方の主面に反射
膜を形成した第1の透光性板材と、両主面に何も形成されていないガラス板材を用意する
次に、第1の透光性板材と第2の透光性板材とを交互に積層することになるが、このと
きに積層する第1及び第2の透光性板材間の形成角度が略45度の傾斜角度となるように
面方向の位置を順次ずらして接着剤を介して階段状に積層して積層体を形成する。
次に、この積層体を略45度の傾斜角度に沿った所定ピッチの複数の平行な切断面によ
り複数の積層分割体に切断し、切断した積層分割体の両端の突出部を平坦にした後、その
積層分割体の一部に1/2波長板を貼付するようにしていた。
図7は上記した積層分割体の両端の突出部を平坦にする工程を説明するための図であり
、図7に示す積層分割体120の両端の突出部121を平坦にする際は、複数個の積層分
割体120を組み合わせた後、図8に示すロータリー研磨装置により積層分割体120の
両端の突出部121を研磨して平坦にしていた。
図8は、偏光変換素子の製造工程において用いられる従来のロータリー研磨装置の構成
を示した図であり、この図8に示すロータリー研磨装置は、保持テーブル131と研磨盤
132とから構成され、保持テーブル131上の保持面131aには、複数の積層分割体
120を収容した収容部134a、134bが保持されている。
研磨盤132は、回転軸132aを中心に回転可能に保持され、回転軸132aに直交
し且つ保持テーブル131の保持面131aと対向する対向面に研磨材133が配設され
ている。
そして、研磨盤132及び保持テーブル131を回転させ、保持テーブル131上に保
持した複数の収容部材134a、134bに収容された積層分割体120の一端の突出部
121に、研磨盤132の研磨材133を当接させて研磨することで、積層分割体120
の端部にある突出部121が平坦になるように研磨していた。
なお、他の先行文献としては、特許文献2にプロジェクタの高輝度化に対応すると共に
、構造を簡素化し、製造時の作業工数を低減することができる偏光変換装置、この偏光変
換装置を備えた照明光学装置、及びプロジェクタが開示されている。また特許文献3には
、ガラス面を鏡面研磨することができるロータリー研削盤が開示されている。
特開平8−304739号公報 特開2003−287719公報 特開2004−58219公報
ところで、上記したような投射型表示装置の偏光照明光学系に用いられる偏光分離プリ
ズムアレイ420は、偏光ビームスプリッター421と反射ミラー422との構成単位と
集光レンズアレイ410を構成する集光レンズ411の構成単位とが対応するように配置
する必要があるため、図7に示した積層分割体120の両端の突出部121を平坦にして
偏光分離プリズムアレイ420を作製する場合には、その長さLの寸法誤差は±30μm
以内の寸法精度が求められていた。
しかしながら、図8に示したロータリー研削盤を使用して積層分割体120の両端の突
出部121を研磨する場合は、バイス134a、134bの底面部の厚みh1、h2(h1
<h2)のバラツキにより、バイス134a、134bに収容されている積層分割体12
0の研磨面までの高さH1、H2(H1>H2)にバラツキが生じ、投射型表示装置の偏光照
明光学系において要求される寸法精度(誤差±30μm以内)を満足しないという問題点
があった。
また、偏光照明光学系に用いられる偏光分離プリズムアレイ420は、図9に示すよう
に、複数個の偏光分離プリズムアレイ420を組み合わせて使用することになる。この場
合は偏光分離プリズムアレイ420の端面を基準に組み合わせるようにしていたが、上記
したようにロータリー研削盤を使用して積層分割体120の両端を研磨した場合は、偏光
分離プリズムアレイ420同士の平行度にズレが生じる。例えば、偏光分離プリズムアレ
イ420の端面420aから端面420bとの間の平行度に40分(±20分)程度のず
れが発生するという問題点があった。
そこで、本発明は上記したような点を鑑みてなされたものであり、投射型表示装置の照
明光学系に使用可能な偏光変換素子の製造方法を提供する。
上記目的を達成するため、本発明は、偏光変換素子の製造方法であって、平行平板であ
る第1の透光性板材と、平行平板である第2の透光性板材とを準備する準備工程と、第1
の透光性板材の一方の主面に偏光分離膜を形成すると共に、第1の透光性板材の他方の主
面に反射膜を形成する成膜工程と、第1の透光性板材と第2の透光性板材との端縁を結ぶ
平面と第1及び第2の透光性板材との間の形成角度が略45度の傾斜角度となるように第
1及び第2の透光性板材の面方向の位置を順次ずらして接着剤を介して階段状に積層して
積層体を形成する積層体形成工程と、積層体形成工程において一体化された積層体を、略
45度の傾斜角度に沿った所定ピッチの複数の平行な切断面にて複数の積層分割体に切断
する第1の切断工程と、ダイシング装置を用いて積層分割体の両端を切断する第2の切断
工程と、両端を切断した積層分割体の一部に1/2波長板を貼付する貼付工程とを有する
ようにした。
このような本発明では、第2の切断工程において、積層分割体の両端を切断する際にダ
イシング装置を使用するようにしたことで、積層分割体の寸法精度を大幅に高めることが
可能になる。これにより、投射型表示装置の偏光照明光学系において要求される寸法精度
を満足した偏光変換素子を実現することができる。
また、両端を切断した積層分割体を組み合わせたときに発生していた平行度のズレも大
幅に改善することが可能になる。
また本発明は、偏光変換素子の製造方法であって、平行平板である第1の透光性板材と
、平行平板である第2の透光性板材とを準備する準備工程と、第1の透光性板材の一方の
主面に偏光分離膜を形成する第1の成膜工程と、第2の透光性板材の一方の主面に反射膜
を形成する第2の成膜工程と、第1の透光性板材と第2の透光性板材との端縁を結ぶ平面
と第1及び第2の透光性板材との間の形成角度が略45度の傾斜角度となるように第1及
び第2の透光性板材の面方向の位置を順次ずらして接着剤を介して階段状に積層して積層
体を形成する積層体形成工程と、積層体形成工程において一体化された積層体を、略45
度の傾斜角度に沿った所定ピッチの複数の平行な切断面にて複数の積層分割体に切断する
第1の切断工程と、ダイシング装置を用いて積層分割体の両端を切断する第2の切断工程
と、両端を切断した積層分割体の一部に1/2波長板を貼付する貼付工程と、を有するこ
とを特徴とする。
このような本発明では、第2の切断工程において、積層分割体の両端を切断する際にダ
イシング装置を使用するようにしたことで、積層分割体の寸法精度を大幅に高めることが
可能になる。これにより、投射型表示装置の偏光照明光学系において要求される寸法精度
を満足した偏光変換素子を実現することができる。
また、両端を切断した積層分割体を組み合わせたときに発生していた平行度のズレも大
幅に改善することが可能になる。
図1は本発明の第1の実施形態に係る偏光変換素子の製造方法を示した工程図である。
第1の実施形態においては、準備工程として、第1の透光性板材10及び第2の透光性
板材20のベースとなるガラス板材1を用意する。
次に、成膜工程として、図1(a)に示すように、第1の透光性板材10を構成するガ
ラス板材1の一方の主面1aに偏光分離膜11を形成し、他方の主面1bに反射膜12を
形成する。なお、第2の透光性板材20を構成するガラス板材1の両主面には何も形成し
ない。
次に、積層体形成工程として、図1(b)に示すような治具2を用いて、第1の透光性
板材10と第2の透光性板材20とを交互に積層するが、このときに積層する第1の透光
性板材10と第2の透光性板材20との端縁を結ぶ平面と、第1及び第2の透光性板材1
0、20との間の形成角度が略45度の傾斜角度となるように第1及び第2の透光性板材
10、20の面方向位置を順次ずらして階段状に積層して積層体21を形成する。このと
き第1及び第2の透光性板材10、20との間に紫外線硬化型の接着剤3を塗布しておき
、積層体21を加圧して接着剤3を均一に展開させた状態で、図示しない紫外線照射装置
から紫外線を積層体21に照射し、接着剤3を硬化させて積層体21を貼り合わせるよう
にしている。
次に、第1の切断工程として、上記積層体形成工程において一体化した積層体21を治
具2から取り出し、図示しない固定板に積層体21の背面側の側面を剥離可能な接着剤等
により仮固定した後、図1(c)に点線で示した略45度の傾斜角度に沿った所定ピッチ
Pの複数の平行な切断面4にて積層体21を切断して複数の積層分割体22に切断する。
次いで、第2の切断工程として、図1(d)に示すように切断した積層分割体22の両
端の鋭角状に突出した突出部23を点線で示した切断面で切断することになるが、第1の
実施形態では後述するダイシング装置を用いて突出部23の切断を行うことにより、積層
分割体22の突出部23の切断と積層分割体22の長さ方向の寸法精度を高めるようにし
た点に特徴がある。
そして、上記したように積層分割体22の両端の突出部23を切断した後は、貼付工程
として突出部23を切断した積層分割体22の一部に1/2波長板24を貼付するように
している。
尚、本発明に係る偏光変換素子は、図1に示した如く両主面に夫々、偏光分離膜11、
反射膜12を形成した第1の透光性板材10と、両主面に何も形成していない第2の透光
性板材20とを積層して製造したものに限らず、次に示す如く製造してもよい。
図2は、本発明の第2の実施形態に係る偏光変換素子の製造方法を示した工程図である
。第2の実施形態においては、準備工程として、第1の透光性板材10及び第2の透光性
板材20のベースとなるガラス板材1を用意する。
次に、第1の成膜工程として、図2(a)に示すように、第1の透光性板材10を構成
するガラス板材1の一方の主面1aに偏光分離膜11を形成する。
次に、第2の成膜工程として、図2(a)に示すように、第2の透光性板材20を構成
するガラス板材1の一方の主面1bに反射膜12を形成する。
次に、積層体形成工程として、図2(b)に示すような治具2を用いて、第1の透光性
板材10と第2の透光性板材20とを交互に積層するが、このときに積層する第1の透光
性板材10と第2の透光性板材20との端縁を結ぶ平面と、第1及び第2の透光性板材1
0、20との間の形成角度が略45度の傾斜角度となるように第1及び第2の透光性板材
10、20の面方向位置を順次ずらして階段状に積層して積層体21を形成する。このと
き第1及び第2の透光性板材10、20との間に紫外線硬化型の接着剤3を塗布しておき
、積層体21を加圧して接着剤3を均一に展開させた状態で、図示しない紫外線照射装置
から紫外線を積層体21に照射し、接着剤3を硬化させて積層体21を貼り合わせるよう
にしている。
次に、第1の切断工程として、上記積層体形成工程において一体化した積層体21を治
具2から取り出し、図示しない固定板に積層体21の背面側の側面を剥離可能な接着剤等
により仮固定した後、図2(c)に点線で示した略45度の傾斜角度に沿った所定ピッチ
Pの複数の平行な切断面4にて積層体21を切断して複数の積層分割体22に切断する。
次いで、第2の切断工程として、図2(d)に示すように切断した積層分割体22の両
端の鋭角状に突出した突出部23を点線で示した切断面で切断することになるが、第2の
実施形態では後述するダイシング装置を用いて突出部23の切断を行うことにより、積層
分割体22の突出部23の切断と積層分割体22の長さ方向の寸法精度を高めるようにし
た点に特徴がある。
そして、上記したように積層分割体22の両端の突出部23を切断した後は、貼付工程
として突出部23を切断した積層分割体22の一部に1/2波長板24を貼付するように
している。
図3は、前述の第1及び第2実施形態の偏光変換素子の製造工程において使用するダイ
シング装置30の構成を示した図である。この図3に示すダイシング装置30は、ベース
31上に第1可動部材32がY軸方向に移動可能に配設されていると共に、その第1可動
部材32を駆動するための第1モータ33が備えられている。また、第1可動部材32に
は第2可動部材34がZ軸方向に移動可能に配設されていると共に、第2可動部材34を
Z軸方向に駆動するための第2モータ35が備えられている。第2可動部材34の端部に
はブレード36が軸心(Y軸)まわりに回転可能に設けられていると共に、そのブレード
36を軸心まわりに回転駆動するための第3モータ37が備えられている。また、ベース
31上に基台38がX軸方向に相対移動可能に配設されていると共に、その基台38をX
軸方向に駆動するための第4モータ39が備えられている。この基台38のブレード36
側の面には、ワーク40の表面に接着されたダイシングテープ41が真空吸着されるよう
になっている。制御装置44は、第1モータ33、第2モータ35、第3モータ37、第
4モータ39の各制御を行う。
図4はブレード36を図3の矢印Aで示す方向から見た図であり、ブレード36は、薄
肉円板状に形成されたブレード本体36aと、そのブレード本体36aを両面から挟み込
んで固定するフランジ36bとから成るものであり、そのフランジ36bが第2可動部材
34に備えられた駆動軸42に固定されている。
図5は、図3に示すダイシング装置30のブレード36によるワーク40の切断方法を
説明する図である。なお、ここでは、ワーク40として上記した積層分割体22の両端を
切断する場合を例に挙げて説明する。
積層分割体22の両端をダイシングするに際しては、積層分割体22が粘着層43を介
してダイシングテープ41に貼り付けられ、そのダイシングテープ41が基台38上に真
空吸着された状態で処理が施される。すなわち、ブレード36が第3モータ37により、
図4に矢印で示す方向に回転させられつつ第2可動部材34が第2モータ35によりベー
ス31に近づく方向(Z軸方向)に移動させられることで、ブレード36が積層分割体2
2の厚み方向に切り込まされ、更に積層分割体22を載せた基台38が第4モータ39に
よりX軸方向に移動させられることで、前記ブレード36が(X軸方向)に沿って移動し
て積層分割体22の一端部側の突出部23が切断される。そして第1可動部材32が第1
モータ33によりその1方向に垂直な方向(Y軸方向)に移動されて積層分割体22の他
端部側の突出部23が切断される。
このように本実施形態においては、偏光変換素子を製造するにあたり図3に示すような
ダイシング装置30を用いて積層分割体22の両端の突出部23を切断するようにしてい
る。このようした場合は、積層分割体22の貼り合わせラインをアライメントラインとし
て利用することができるため、積層分割体22の長さLの寸法誤差が約50μm(±25
μm)まで向上させることができる。これにより、投射型表示装置の偏光照明光学系にお
いて要求される寸法精度(誤差±30μm以内)を満足した偏光変換素子を実現すること
ができる。
また、積層分割体22の突出部23を切断する際の精度向上に伴い、切断した端面を基
準にして本実施形態の偏光変換素子を複数配列した場合、従来、40分(±20分)程度
のずれが発生していた偏光変換素子の端面間の平行度を約10分(±5分)まで改善でき
ることがわかった。
本発明の第1の実施形態に係る偏光変換素子の製造方法を示した工程図。 本発明の第2の実施形態に係る偏光変換素子の製造方法を示した工程図。 第1及び第2の実施形態の偏光変換素子の製造工程において使用するダイシング装置の構成を示した図。 ブレードを図3の矢印Aで示す方向から見た図。 図3に示すダイシング装置のブレードによるワークの切断方法を説明する図。 特許文献1に開示されている偏光照明装置の光学系の概略構成を示した図。 積層分割体の両端の突出部を平坦にする工程の一例を示した図。 ロータリー研削装置による積層分割体の両端の突出部を平坦にする工程の一例を示した図。 偏光分離プリズムアレイの平行度の説明図。
符号の説明
1…ガラス板材、2…治具、3…接着剤、10、20…透光性板材、11…偏光分離膜、
12…反射膜、21…積層体、22…積層分割体、23…突出部、24…波長板、30…
ダイシング装置、31…ベース、32…可動部材、33…モータ、34…可動部材、35
…モータ、36…ブレード、36a…ブレード本体、36b…フランジ、37…モータ、
38…基台、39…モータ、41…ダイシングテープ、42…駆動軸、43…粘着層

Claims (2)

  1. 偏光変換素子の製造方法であって、平行平板である第1の透光性板材と、平行平板であ
    る第2の透光性板材とを準備する準備工程と、
    前記第1の透光性板材の一方の主面に偏光分離膜を形成すると共に、第1の透光性板材
    の他方の主面に反射膜を形成する成膜工程と、
    前記第1の透光性板材と前記第2の透光性板材との端縁を結ぶ平面と前記第1及び第2
    の透光性板材との間の形成角度が略45度の傾斜角度となるように前記第1及び第2の透
    光性板材の面方向の位置を順次ずらして接着剤を介して階段状に積層して積層体を形成す
    る積層体形成工程と、
    前記積層体形成工程において一体化された積層体を、前記略45度の傾斜角度に沿った
    所定ピッチの複数の平行な切断面にて複数の積層分割体に切断する第1の切断工程と、
    ダイシング装置を用いて前記積層分割体の両端を切断する第2の切断工程と、
    両端を切断した前記積層分割体の一部に1/2波長板を貼付する貼付工程と、
    を有することを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
  2. 偏光変換素子の製造方法であって、平行平板である第1の透光性板材と、平行平板であ
    る第2の透光性板材とを準備する準備工程と、
    前記第1の透光性板材の一方の主面に偏光分離膜を形成する第1の成膜工程と、
    前記第2の透光性板材の一方の主面に反射膜を形成する第2の成膜工程と、
    前記第1の透光性板材と前記第2の透光性板材との端縁を結ぶ平面と前記第1及び第2
    の透光性板材との間の形成角度が略45度の傾斜角度となるように前記第1及び第2の透
    光性板材の面方向の位置を順次ずらして接着剤を介して階段状に積層して積層体を形成す
    る積層体形成工程と、
    前記積層体形成工程において一体化された積層体を、前記略45度の傾斜角度に沿った
    所定ピッチの複数の平行な切断面にて複数の積層分割体に切断する第1の切断工程と、
    ダイシング装置を用いて前記積層分割体の両端を切断する第2の切断工程と、
    両端を切断した前記積層分割体の一部に1/2波長板を貼付する貼付工程と、
    を有することを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
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