JP2008216956A - 偏光素子及び液晶プロジェクター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】使用帯域の光に透明な基板11と、基板11上で一方向に延びた帯状薄膜12aが前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層12と、反射層12上に形成された誘電体層13と、帯状薄膜12aに対応する位置であって誘電体層13上に無機微粒子14aが一次格子状に配列されてなり光吸収作用をもつ無機微粒子層14とを備える。
【選択図】図1
Description
なお、出射側で低反射が必要な場合には、逆に反射層側から光を入射すればよい。この場合も無機微粒子層の選択的吸収効果により、前記と同等の透過コントラストが得られる。
また、前記反射防止層は、前記基板の表面が前記無機微粒子の配列方向に対応するようにラビング処理され、該ラビング処理後の表面に前記無機微粒子の配列方向に対応するように形状異方性を有する無機微粒子が付着されてなることが好適である。
また本発明の液晶プロジェクターによれば、強い光に対して優れた耐光特性をもつ偏光素子を備えるので、信頼性の高い液晶プロジェクターを実現することができる。
図1は、本発明の第1の実施形態による偏光素子10の概略構成図であり、Aは側断面図、Bは平面図である。
0.05μm<ピッチ<0.8μm
0.1<(ライン幅/ピッチ)<0.9
0.01μm<格子深さ<1μm
0.05μm<格子長さ
図9は本発明の第2の実施形態による偏光素子20の概略構成を示す側断面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図10は本発明の第3の実施形態による偏光素子30の概略構成を示す側断面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図11は本発明の第4の実施形態による偏光素子40の概略構成を示す側断面図である。なお、図において上述の第1の実施形態と対応する部分については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
・偏光素子10;基板11面からGe(15nm)/Al(240nm)/SiO2(205nm)/Ge(90nm)
・偏光素子40;基板11面からGe(15nm)/Al(220nm)/SiO2(90nm)/Ge(45nm)/SiO2(90nm)/Ge(45nm)
図12において、波長550nm近辺での吸収軸反射率は偏光素子40(2層と記載の実線のデータ)の方が偏光素子10(単層と記載の点線のデータ)よりも小さくなっている。これに対応して、図13において波長550nm近辺におけるコントラストは偏光素子40(2層)の方が偏光素子10(単層)よりも大きくなっている。
図14、図15に本実施の形態における出射面迷光対策例を示す。
偏光素子40Aは、偏光素子40において、基板11の反射層12形成面とは反対面(裏面)に誘電材料からなる凹凸部15と、この凹凸部15の頂部又は少なくとも一側面部に形成された第2の第2の無機微粒子層16とからなる光学異方性による偏光波の選択的光吸収層17が設けられてなるものである。
偏光素子40Bは、偏光素子40において、一次元格子状の反射層12の直下に反射防止層18が設けられ、さらに反射層12と反射防止層18との間で干渉効果を得る目的で誘電体層19が設けられている。なお、図15において反射層12下の誘電体層19は無くてもよく、単に反射層12の下に反射防止層18が形成されていてもよい。また、反射防止層18が無機微粒子層14と同じものである場合はコントラストの向上にも寄与するものとなるが、単に戻り光の反射防止をする目的であれば反射層12の下に反射防止層18として該反射層12よりも反射率が低い層(低反射層)を設けるとよい。低反射材料としては反射層12よりも反射率が低ければ効果があり、カーボンや酸素欠損SiOxなどの酸化膜を使用したり、あるいは金属または半導体微粒子などを用いたりすることも可能である。
本発明の液晶プロジェクターは、光源となるランプと、液晶パネルと、前述した本発明の偏光素子10,20,30,40とを備えるものである。
液晶プロジェクター100の光学エンジン部分は、赤色光LRに対する入射側偏光素子10A、液晶パネル50、出射プリ偏光素子10B、出射メイン偏光素子10Cと、緑色光LGに対する入射側偏光素子10A、液晶パネル50、出射プリ偏光素子10B、出射メイン偏光素子10Cと、青色光LBに対する入射側偏光素子10A、液晶パネル50、出射プリ偏光素子10B、出射メイン偏光素子10Cと、それぞれの出射メイン偏光素子10Cから出てくる光を合成し投射レンズに出射するクロスダイクロプリズム60とを備えている。ここで、本発明の偏光素子10,20,30は、入射側偏光素子10A、出射プリ偏光素子10B、出射メイン偏光素子10Cそれぞれに適用されている。
(実施例1)
図1の偏光素子10において、斜めスパッタ成膜法により無機微粒子層14を形成する方法は偏光特性の向上の観点からも有利である。この理由について図17に基づいて説明する。すなわち、図3Cに示したように、無機微粒子は、基板面内で斜め成膜の粒子入射方向と直交する方向に縦長の形状となる。しかし、Siやガラスのようなフラットな面に成膜する場合(図17(a))には、粒子の孤立化及び形状は入射粒子方向の分布とステアリング効果による自己組織化作用に依存するので、各粒子の長軸方向を図3Aのy軸方向に完全に一致させる事はできない。これにより偏光軸の乱れを生じることとなる。一方、反射層(金属格子)と誘電層が形成されることにより基板表面の凸部が一次元格子状となった状態で、一次元格子長手方向に直交する方向から斜め成膜すれば(図17(b))、必然的に微粒子は格子方向に倣う事になり微粒子層の偏光軸の乱れは大幅に解消される。よって、格子上に成膜された無機微粒子は、フラットな基板に成膜した場合に比べてより大きな光学異方性を有していると考えられる。なお、Alからなる反射層を一次元格子状に設けた基板上にGeからなる無機微粒子層を形成する場合には、Ge微粒子の光学定数を単独で測定する事は難しいが、図3Aよりも大きな光学特性を有すると考えられる。
その結果を図21に示す。図21(a)が吸収軸反射率、図21(b)が透過軸透過率、図21(c)が透過コントラストの結果である。Ge微粒子の場合の方がGe薄膜の場合よりも、コントラストが同程度で、さらに透過率が高く、かつ反射率を軽減できる膜厚範囲が広いことがわかる。
図1に示す構成の偏光素子10において、反射層12の高さ(膜厚)を変えることでその透過コントラストを容易に制御することができる。その一例として図22に、Alからなる一次格子状の反射層12としてピッチ150nm、アルミ幅37.5nmの場合の反射層膜厚(アルミ高さ)と波長550nmでの透過コントラストの波長厳密結合波解析(RCWA)による計算結果を示す。
一方、透過率に関しては、波長450nmでは70%以上、波長550,650nmでは80%以上の高い透過率を示している。格子のピッチをより狭める事で透過率のさらなる向上も可能である。
また、コントラストに関しては、金属格子の高さにより調整することが可能である。より高いコントラストが必要な場合はアルミ格子を高くすればよく、下げたい場合は低くすればよい。
図23に、偏光素子サンプルの偏光特性を示す。この場合、反射層の膜厚が薄い(アルミ高さが低い)ので、コントラストは青域で3程度になっているが、反射率はGe微粒子の効果が2%以下に抑えられている。このような性能を有する偏光素子の場合、Ge微粒子は、反射層/誘電体層からなる凸部の側壁に堆積し、異方性光学吸収素子として良好な形状をしている。
図1に示す偏光素子10において、出射面迷光対策(ゴースト対策)として、基板11についてその表面を後に形成される無機微粒子14aの配列方向に対応するように細かいスジが一方向に揃った状態であるテクスチャー構造となるようにラビング処理し、該ラビング処理後の表面に無機微粒子14aの配列方向に対応するように形状異方性を有する無機微粒子からなる薄膜(反射防止層18となる薄膜(以下、反射防止膜))を形成するとよい。具体的には、研磨テープなどの研磨材により機械的にテクスチャー構造を基板11の表面に形成し、その後無機微粒子からなる反射防止膜を斜めスパッタ成膜法により形成することで、格子上に成膜される無機微粒子層14と同様にステアリング効果による形状異方性を有する無機微粒子とすることができるので、無機微粒子の偏光効果が高まり、結果としてゴースト抑制効果を高めることが可能となる。以下、具体的に実施した例を説明する。
本発明では、本実施例サンプル(テクスチャー構造を有する基板上に反射防止膜を形成したもの)を用いて、その上に図1における偏光素子10の層構造を形成するが、反射層12あるいは誘電体層13をパターン加工すると同時に前記反射防止膜も格子状に加工して反射防止層18とする。これにより、ゴースト対策効果を高めることができると同時に偏光素子としての透過コントラスト特性の増大も期待できる。
Claims (14)
- 使用帯域の光に透明な基板と、
前記基板上で一方向に延びた帯状薄膜が前記使用帯域の光の波長よりも小さいピッチで一次元格子状に配列された反射層と、
前記反射層上に形成された誘電体層と、
前記帯状薄膜に対応する位置であって前記誘電体層上に無機微粒子が一次格子状に配列されてなり光吸収作用をもつ無機微粒子層と、を備えることを特徴とする偏光素子。 - 前記無機微粒子層は、前記無機微粒子の配列方向と、該無機微粒子の配列方向と直交する方向とで光学異方性を有することを特徴とする請求項1に記載の偏光素子。
- 前記無機微粒子は、形状異方性を有することを特徴とする請求項1に記載の偏光素子。
- 前記基板は、ガラス材料からなることを特徴とする請求項1に記載の偏光素子。
- 前記反射層は、金属層であることを特徴とする請求項1に記載の偏光素子。
- 前記無機微粒子は、Al,Ag,Cu,Au,Mo,Cr,Ti,W,Ni,Fe,Si,Ge,Te,Snの単体もしくはこれらを含む合金、またはシリサイド系半導体材料からなることを特徴とする請求項1に記載の偏光素子。
- 前記誘電体層は、前記帯状薄膜の直上で凸部、前記帯状薄膜間で凹部となる凹凸形状を有し、
前記無機微粒子層は、前記誘電体層の凸部の頂部又はその少なくとも一側面部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の偏光素子。 - 前記基板の他方の面には、前記反射層の帯状薄膜が延びる方向と平行に形成された一次元格子状の凹凸部と、前記凹凸部の頂部又は少なくとも一側面部に無機微粒子が一次格子状に配列されてなる第2の無機微粒子層とからなる光吸収層が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の偏光素子。
- 前記反射層と前記基板との間には反射防止層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の偏光素子。
- 前記反射防止層は、前記基板の表面が前記無機微粒子の配列方向に対応するようにラビング処理され、該ラビング処理後の表面に前記無機微粒子の配列方向に対応するように形状異方性を有する無機微粒子が付着されてなることを特徴とする請求項9に記載の偏光素子。
- 前記無機微粒子層上に、前記誘電体層/前記無機微粒子層の積層構造が1または複数積み重ねられてなることを特徴とする請求項1に記載の偏光素子。
- 請求項1に記載の偏光素子と、別の基板表面に形成された一次元格子状の凹凸部の頂部又は少なくとも一側面部に無機微粒子が一次元格子状に配列されてなる第2の無機微粒子層を有する偏光素子とが、前記反射層の帯状薄膜が延びる方向と前記凹凸部の格子長手方向とが揃うようにお互いの基板の裏面同士で貼り合わされてなることを特徴とする偏光素子。
- 当該偏光素子の最表面に、使用帯域の光に対して透明な保護層が形成されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の偏光素子
- ランプと、液晶パネルと、請求項1〜13のいずれかに記載の偏光素子とを備えることを特徴とする液晶プロジェクター。
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