JP2015028624A - 偏光変換素子、偏光変換素子の製造方法及び光学機器 - Google Patents

Abstract

【課題】高輝度化に伴う熱や光に対する耐久性に優れた偏光変換素子を提供する。【解決手段】偏光分離層１１ａを有する偏光ビームスプリッタ１１と、反射層１２ａを有する反射プリズム１２とを交互に貼り合わせた偏光ビームスプリッタアレイを備える偏光変換素子において、偏光ビームスプリッタと反射プリズムとが、シリコーン系接着剤からなる第１の接着剤層１５を介して貼り付けられた構成とする。【選択図】図２

Description

本発明は、ランダムな偏光方向を有する光を、一方向の偏光方向を有する光に変換する偏光変換素子及びその製造方法並びにこれを備える光学機器に関する。

近年、液晶表示装置は、用途の拡大や高機能化に伴い、液晶表示装置を構成する個々のデバイスに対して高い信頼性、耐久性が求められている。例えば透過型液晶プロジェクターのように光量の大きな光源を使用する場合、光源から出た自然光を直線偏光に変換する偏光変換素子は、強い輻射線を受ける。このため、偏光変換素子の耐久性が低い場合、照明効率が低下してしまう。

偏光変換素子は、一般的に、偏光分離膜を有する偏光ビームスプリッタと、反射膜を有するプリズムとを交互に貼り合わせた偏光ビームスプリッタアレイを備え、偏光ビームスプリッタの出射面に位相差板が選択的に設けられて構成される。

従来の偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタとプリズムとを交互に貼り合わせる光学接着剤として、ＵＶ（ultraviolet）硬化系の接着剤が多く用いられている。また、偏光ビームスプリッタの出射面と１／２波長板との貼り付けにも、同様にＵＶ硬化系の接着剤が、多用されている。

しかし、ＵＶ硬化系の接着剤を用いた偏光変換素子は、近年の透過型液晶プロジェクター等の高輝度化によって熱や光による劣化が早く、耐久性に問題が生じる。例えば、偏光変換素子は、ＵＶ硬化系の接着剤の劣化に伴い塗布箇所に焦げ付きが生じた場合、当該焦げ付き箇所に照射光が集光され、透過率の低下や高温による素子の破壊といった懸念が生じる。

また、従来、偏光ビームスプリッタの出射面に選択的に設けられる位相差板として、フィルム内にヨウ素系や染料系の高分子有機物を含有させた二色性位相差板が多く用いられている。二色性位相差板の一般的な製法として、ポリビニルアルコール系フィルムとヨウ素などの二色性材料で染色を行った後、架橋剤を用いて架橋を行い、一軸延伸する方法が用いられる。このような高分子延伸フィルムからなる位相差板は、熱やＵＶ光線に対して劣化しやすく耐久性に劣る。また、延伸により作製された高分子延伸フィルムからなるため、この種の位相差板は、一般に収縮し易い。また、ポリビニルアルコール系フィルムは、親水性ポリマーを使用していることから、特に加湿条件下において非常に変形し易く、デバイスとしての機械的強度が弱い。この問題を解決するために水晶などの無機光学単結晶の位相差素子を使用する場合もあるが、大型化が困難であり、原材料費、加工コストも高いという欠点がある。

特開平１１−１４８３１号公報 特許第３４８６５１６号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、高輝度化に伴う熱や光に対する耐久性に優れた偏光変換素子、偏光変換素子の製造方法、この偏光変換素子を備える光学機器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明に係る偏光変換素子は、Ｐ波又はＳ波の一方を透過し他方を反射する偏光分離層を有する第１の透光部材と、前記偏光分離層によって反射されるＰ波又はＳ波の他方を反射する反射層を有する第２の透光部材とが、シリコーン系接着剤からなる第１の接着剤層を介して交互に貼り合わされてなり、入射面から入射したＰ波又はＳ波の他方が前記反射層により出射面へ反射される偏光ビームスプリッタアレイと、前記偏光ビームスプリッタアレイの前記出射面上に選択的に設けられ、誘電体からなる斜方蒸着層を有し、Ｐ波又はＳ波の一方を他方に変換する無機１／２波長板とを備えたことを特徴としている。

また、本発明に係る偏光変換素子の製造方法は、Ｐ波又はＳ波の一方を透過し他方を反射する偏光分離層を有する第１の透光部材と、Ｐ波又はＳ波の他方を出射面側へ反射する反射層を有する第２の透光部材とを、シリコーン系接着剤により交互に貼り合わせて偏光ビームスプリッタアレイを作成し、前記偏光ビームスプリッタアレイの出射面上に、誘電体からなる斜方蒸着層を有し、Ｐ波又はＳ波の一方を他方へ変換する無機１／２波長板を選択的に貼り合わせることを特徴としている。

また、本発明に係る光学機器は、上述した偏光変換素子を備えることを特徴としている。

本発明によれば、第１の透光部材と第２の透光部材とがシリコーン系接着剤からなる第１の接着剤層を介して貼り合わされているとともに、誘電体からなる斜方蒸着層を有する無機１／２波長板が用いられるため、耐熱性及び耐光性を向上させることができる。

偏光変換素子を示す平面図である。 偏光変換素子を示す断面図である。 シリコーン系接着剤とＵＶ系接着剤との耐光加速試験の結果を示すグラフである。 耐光加速試験のサンプルの構成を示す断面図である。 斜方蒸着層が単層の場合のＰ→Ｓ変換効率のシミュレーション結果である。 斜方蒸着層が複数層の場合のＰ→Ｓ変換効率のシミュレーション結果である。 無機１／２波長板の偏光ビームスプリッタアレイへの接着状態を模式的に示す断面図（その１）である。 無機１／２波長板の偏光ビームスプリッタアレイへの接着状態を模式的に示す断面図（その２）である。 偏光変換素子の具体例１の構成を示す断面図である。 偏光変換素子の具体例２の構成を示す断面図である。 偏光変換素子の具体例３の構成を示す断面図である。 偏光板と反射板とを交互に貼り合わせる工程を説明するための模式図である。 偏光板と反射板との積層板を切断する工程を説明するための模式図である。 偏光ビームスプリッタアレイに無機１／２波長板を選択的に貼り付ける工程を説明するための模式図である。 液晶プロジェクターの光学系を示す図である。

以下、本発明について、図面を参照しながら以下の順序にて詳細に説明する。
１−１．偏光変換素子
１−２．第１の接着剤層及び第２の接着剤層
１−３．積層構造からなる斜方蒸着層
１−４．無機１／２波長板の側面保護
１−５．具体例１
１−６．具体例２
１−７．具体例３
２．偏光変換素子の製造方法
３．光学機器

なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがある。具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

＜１−１．偏光変換素子＞
図１及び図２は、それぞれ偏光変換素子を示す平面図及び断面図である。この偏光変換素子は、偏光分離層１１ａを有する偏光ビームスプリッタ１１と、反射層１２ａを有する反射プリズム１２とを交互に貼り合わせた偏光ビームスプリッタアレイ１３を備える。偏光ビームスプリッタ１１の出射面には、無機１／２波長板１４が選択的に設けられる。

偏光ビームスプリッタ１１は、平行四辺形の断面を有する透光部材の１つの面に偏光分離層１１ａが形成されてなる。透光部材の基材としては、サファイアガラス、石英ガラス、ソーダガラス等が挙げられる。偏光分離層１１ａは、入射光のうちＰ波又はＳ波の一方を透過し他方を反射する性質を有する。このような偏光分離層１１ａは、例えば誘電体膜を積層することによって形成される。

反射プリズム１２は、平行四辺形の断面を有する透光部材に反射層１２ａが形成されてなる。透光部材の基材としては、サファイアガラス、石英ガラス、ソーダガラス等が挙げられる。反射層１２ａは、特定の直線偏光成分（例えばＰ波）に対し、高い反射率を有する。このような反射層１２ａは、例えば誘電体膜を積層することや、アルミニウム等の金属膜によって形成される。

偏光ビームスプリッタアレイ１３は、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離層１１ａと反射プリズム１２の反射層１２ａとは反対側の面とが貼り合わされ、また、偏光ビームスプリッタ１１の偏光分離層１１ａとは反対側の面と反射プリズム１２の反射層１２ａとが貼り合わされて構成される。そして、偏光ビームスプリッタアレイ１３において、偏光分離層１１ａ及び反射層１２ａは、入射面に対して所定の角度を有し、平行関係にある。この偏光ビームスプリッタアレイ１３は、略矩形板状をなし、出射面上に、出射面より出射される偏光状態がすべてＳ波（又はＰ波）の光束となるように無機１／２波長板１４が選択的に接着される。

また、偏光ビームスプリッタアレイ１３は、偏光ビームスプリッタ１１と反射プリズム１２とが、シリコーン系接着剤からなる第１の接着剤層１５を介して貼り付けられて構成される。シリコーン系接着剤としては、耐熱性及び耐光性に優れるジメチルシリコーン、メチルゴムなどが挙げられる。偏光ビームスプリッタ１１と反射プリズム１２とが、シリコーン系接着剤からなる第１の接着剤層１５を介して貼り付けられて構成されることにより、耐熱性及び耐光性を向上させることができる。

無機１／２波長板１４は、偏光ビームスプリッタ１１の出射面上に設けられ、Ｐ波又はＳ波の一方を他方へ変換する。すなわち、無機１／２波長板１４は、偏光分離層１１ａを透過した特定の直線偏光成分の偏光方向を９０°回転させ、偏光ビームスプリッタ１１および反射プリズム１２によって反射されたＰ波又はＳ波と同一の偏光状態に変更させる。

また、無機１／２波長板１４は、略矩形板状をなし、反射プリズム１２の透光部材上に設けられている。この無機１／２波長板１４は、単層又は複層の斜方蒸着層を有する無機位相差素子である。斜方蒸着層は、斜め蒸着法により形成された誘電体微粒子からなる。誘電体微粒子としては、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＭａＦ_２等を含有する高屈折材料を使用することが可能である。これにより、高分子延伸フィルムを有する有機位相差素子に比べて、熱やＵＶ光線に対して高い耐久性を得ることができる。また、水晶などの無機光学単結晶の位相差素子に比べて、大型化が容易であり、原材料費及び加工コストを低下させることができる。

斜方蒸着層は、一般的に高い複屈折を得るためにより高多孔質構造を有する。したがって、大気中の水分が吸着し易く、透過率・位相差といった光学特性が変動しやすい。斜方蒸着層は、低密度の柱状組織であり、体積比２０〜３０％の空隙がある。作製直後の斜方蒸着層の空隙部は、空気（屈折率１．０）が主成分であるが、室温で大気中の水分（屈折率１．３）を取り込み光学特性が変動する。１００℃以上の雰囲気にさらすと取り込んだ水分は蒸発して再び空気が主成分となる。このように、温度によって斜方蒸着層中の水分量が変化すると、空隙部の屈折率が変化し、結果として斜方蒸着層の複屈折が変わり、透過率・位相差が変動する要因となる。

このため、斜方蒸着層の側面は、シリコーン接着剤からなる側面保護膜で被覆されていることが好ましい。この側面保護膜は、シリコーン系接着剤が無機１／２波長板１４の接着面から側面に亘ってはみ出して接着されることにより形成することができる。このように無機１／２波長板１４の側面に亘って接着剤層を形成することにより、透過率・位相差の変動を減少させるとともに、無機１／２波長板１４と偏光ビームスプリッタアレイ１３との接続強度を維持することが可能となる。

また、反射プリズム１２と無機１／２波長板１４とは、偏光ビームスプリッタアレイ１３と同様、シリコーン系接着剤からなる第２の接着剤層１６を介して貼り付けられていることが好ましい。これにより、耐熱性及び耐光性を向上させることができる。

また、斜方蒸着層上には、緻密性の高い保護膜が成膜されていることが好ましい。保護膜を成膜することにより、斜方蒸着層への大気中の水分の出入りを防止することができ、耐湿性を向上させることができる。

保護膜の材料としては、湿度透過性が低い、例えばＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＬａＯ、ＭｇＦ_２等の無機化合物を使用することが好ましい。
保護膜の成膜方法は、このような無機化合物を高密度に形成することで低湿度透過性の保護膜を成膜することが可能な方法を採用する。このような保護膜の成膜方法としては、例えば化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を挙げることができる。ＣＶＤ法により保護膜を成膜する場合、大気圧〜中真空（１００〜１０^−１Ｐａ）とした容器内に複屈折層が形成された基板を設置し、保護膜の材料であるガス状の無機化合物をこの容器内に送り込み、熱、プラズマ、光等のエネルギーを与えてガス状の無機化合物と複屈折層とを化学反応させる。このようなＣＶＤ法によれば、複屈折層上に無機化合物を高密度に形成して低湿度透過性の保護膜とすることができる。保護膜の成膜方法は、このようなＣＶＤ法に替えて、例えばプラズマアシスト蒸着法、スパッタ法等、無機化合物を高密度に形成することが可能な何れの方法を採用するようにしてもよい。

また、偏光ビームスプリッタ１１の出射面上及び無機１／２波長板１４の出射面上に、反射防止膜（ＡＲ膜）が形成されていることが好ましい。反射防止膜は、例えば、高屈折率膜、低屈折率膜からなる多層薄膜であり、表面反射を防ぎ、透過性を向上させることができる。

このような構成から成る偏光変換素子において、光入射面には、Ｓ波とＰ波とを含むランダムな偏光方向を有する光が入射される。この入射光は、まず、偏光分離層１１ａによってＳ波とＰ波とに分離される。Ｓ波（又はＰ波）は、偏光分離層１１ａによって反射され、偏光ビームスプリッタアレイ１３の入射面にほぼ平行となり、反射層１２ａによってさらに反射され、偏光ビームスプリッタアレイ１３の出射面にほぼ垂直に出射される。一方、Ｐ波（又はＳ波）は、偏光分離層１１ａをそのまま透過し、無機１／２波長板１４によってＳ波（又はＰ波）に変換されて出射される。従って、この光学素子に入射したランダムな偏光方向を有する光束は、すべてＳ波（又はＰ波）の光束となって出射される。

＜１−２．第１の接着剤層及び第２の接着剤層＞
ここで、第１の接着剤層１５及び第２の接着剤層１６の耐熱性及び耐光性について検証する。図３は、シリコーン系接着剤とＵＶ系接着剤との耐光加速試験の結果を示すグラフである。また、図４は、サンプルの構成を示す断面図である。サンプルは、２枚のガラス基板を接着剤にて貼り合わせて作製した。また、耐光加速試験条件は、ある高輝度プロジェクター（実機）の約４０倍のパワー密度３２Ｗ／ｃｍ^２とし、サンプルの基板の表面温度を７０℃とした。すなわち、実機の４０倍の加速度として実施した。

図３に示すグラフのようにＵＶ系接着剤Ａ（共立化学（株）製、ＸＬＶ９０）を使用したサンプルは、約５０００時間の実機相当時間経過後、接着剤層が黄変した。また、約６０００時間の実機相当時間経過後サンプルに破壊が起こった。したがって、ＵＶ系接着剤Ａを使用した偏光変換素子をプロジェクターに使用した場合、約５０００時間でプロジェクターの輝度が低下してしまうため、５０００時間ごとに新たな偏光変換素子に交換する必要がある。

また、ＵＶ系接着剤Ｂ（（株）アーデル製、ＵＴ２０）を使用したサンプルは、約１８０００時間の実機相当時間経過後、接着剤層が黄変し、破壊が起こった。したがって、ＵＶ接着剤Ｂを使用した偏光変換素子をプロジェクターに用いた場合も同様に、１８０００時間ごとに新たな偏光変換素子に交換する必要がある。

一方、シリコーン系接着剤Ｃ（ジメチルシリコーン）を使用したサンプルは、５５０００時間の実機相当時間を経過しても、透過率の低下は見られなかった。よって、シリコーン系接着剤を用いることにより、耐熱性及び耐光性が向上し、従来のＵＶ系接着剤Ａを使用した偏光変換素子に比べて約１０倍以上長く使い続けることが可能となる。

＜１−３．積層構造からなる斜方蒸着層＞
次に、無機１／２波長板における斜方蒸着層について説明する。本実施の形態における斜方蒸着層は、積層構造からなることが好ましい。複数層の斜方蒸着層は、原理的に膜厚を調整することによって任意の位相差を設定することが可能である。また、各層間の反射率は、各層の膜厚に比例するため、各層の膜厚は、使用波長以下であることが好ましい。

斜方蒸着層の誘電体材料は、Ｔａ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｎｂ、Ｌａのいずれかの酸化物、又はそれらの組み合わせであることが好ましい。具体的な誘電体材料としては、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５にＴｉＯ_２を５〜１５ｗｔ％添加した材料などが挙げられる。このような誘電体材料を用いることにより、面内直交２軸ｘ，ｙの屈折率ｎ_ｏｂｌｘ，ｎ_ｏｂｌｙ（ｎ_ｏｂｌｘ＞ｎ_ｏｂｌｙ）のそれぞれが１．５５以上１．７以下となるような斜方蒸着層を得ることが可能となる。

図５は、無機１／２波長板における斜方蒸着層が単層の場合のＰ→Ｓ変換効率のシミュレーション結果である。斜方蒸着層は、Ｔａ_２Ｏ_５からなる微粒子が入射光（基板法線）に対し４５度軸が傾いたものとし、膜厚は、赤色波長帯域、緑色波長帯域、及び青色波長帯域でそれぞれ最適となるように設定した。図５から分かるように、斜方蒸着層が単層の場合では、広い波長帯域において高いＰ→Ｓ変換効率を得ることができない。

また、図６は、無機１／２波長板における斜方蒸着層が複数層の場合のＰ→Ｓ変換効率のシミュレーション結果である。斜方蒸着層は、１層目がＴａ_２Ｏ_５からなる微粒子が入射光（基板法線）に対し２４度軸が傾いたものとし、２層目がＴａ_２Ｏ_５からなる微粒子が入射光（基板法線）に対し６６度軸が傾いたものとした。図６から分かるように、斜方蒸着層が複数層（積層）の場合、広い波長帯域において高いＰ→Ｓ変換効率を得ることができる。

＜１−４．無機１／２波長板の側面保護＞
図７及び図８は、無機１／２波長板１４の偏光ビームスプリッタアレイ１３への接着状態を模式的に示す断面図である。図７及び図８に示すように、無機１／２波長板１４の側面は、シリコーン系接着剤により保護されていることが好ましい。すなわち、第２の接着剤層１６が無機１／２波長板１４の側面に亘って形成されていることが好ましい。この側面保護膜は、シリコーン系接着剤が無機１／２波長板１４の接着面から側面に亘ってはみ出して接着されることにより形成することができる。

また、図７に示すように、無機１／２波長板１４の斜方蒸着層１４２側を接着面とすることにより、高多孔質構造を有する斜方蒸着層１４２内に水分が進入するのを防止することができる。また、図８に示すように、無機１／２波長板１４の基板１４１側を接着面とした場合、斜方蒸着層１４２上に保護膜を形成することにより、斜方蒸着層１４２内に水分が進入するのを防止することができる。

このように無機１／２波長板１４の側面を保護することにより、透過率の低下を防止することができる。また、無機１／２波長板１４と偏光ビームスプリッタアレイ１３との接続強度を維持することができる。

＜１−５．具体例１＞
図９は、偏光変換素子の具体例１の構成を示す断面図である。具体例１として示す偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタ１１の透光部材と、反射プリズム１２の透光部材と、無機１／２波長板１４の基板とが、屈折率ｎが１．４６のガラス基板から構成される。

無機１／２波長板１４は、ガラス基板２１と、第１の屈折率調整層２２と、斜方蒸着層２３と、第２の屈折率調整層２４とがこの順に積層されてなる。また、無機１／２波長板１４は、斜方蒸着層２３側を接着面としてシリコーン系接着剤（ｎ：１．４１）からなる第２の接着剤層１６を介して貼り付けられている。

具体例１として示す偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタアレイ１３の入射面と、偏光ビームスプリッタ１１及び無機１／２波長板１４の出射面とが、同じ屈折率のガラス基板で構成されているため、大気との界面で反射を抑えるＦｉｎａｌ−ＡＲ膜２５を全て同じ設計で成膜することができる。
また、例えば映画館などで使われるシネマ用プロジェクターに適用された場合、ポップコーンオイルと呼ばれるオイルミストが表面に付着するため、定期的に表面の払拭清掃が行われるが、蒸着面側をシリコーン接着剤で貼り付けることにより、直接蒸着面が払拭されるのを防ぐことができる。

＜１−６．具体例２＞
図１０は、偏光変換素子の具体例２の構成を示す断面図である。具体例２として示す偏光変換素子は、具体例１と同様、偏光ビームスプリッタ１１の透光部材と、反射プリズム１２の透光部材と、無機１／２波長板１４の基板とが、屈折率ｎが１．４６のガラス基板から構成される。

無機１／２波長板１４は、ガラス基板３１と、屈折率調整層３２と、斜方蒸着層３３とがこの順に積層されてなる。また、無機１／２波長板１４は、ガラス基板３１側を接着面としてシリコーン系接着剤（ｎ：１．４１）からなる第２の接着剤層１６を介して貼り付けられている。

具体例２として示す偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタ１１の出射面と無機１／２波長板１４の出射面との屈折率が異なるため、共通のＡＲ膜の設計をすることができない。このため、無機１／２波長板１４表面のＡＲ膜３４Ａを成膜する場合は、偏光ビームスプリッタ１１の出射面をマスク材によりマスキングして成膜を行い、偏光ビームスプリッタ１１の出射面にＡＲ膜３４Ｂを成膜する場合は、無機１／２波長板１４表面をマスク材によりマスキングして成膜を行う必要がある。

具体例２として示す偏光変換素子は、ガラス基板３１側を接着面として無機１／２波長板１４が貼り付けられるため、斜方蒸着層３３上に屈折率調整層を成膜する必要がなく、偏光変換素子の薄型化を図ることができる。

＜１−７．具体例３＞
図１１は、偏光変換素子の具体例３の構成を示す断面図である。具体例３として示す偏光変換素子は、具体例１と同様、偏光ビームスプリッタ１１の透光部材と、反射プリズム１２の透光部材と、無機１／２波長板１４の基板とが、屈折率ｎが１．４６のガラス基板から構成される。

無機１／２波長板１４は、ガラス基板４１と、屈折率調整層４２と、斜方蒸着層４３と、屈折率調整層４４と、ＳｉＯ_２膜４５とがこの順に積層されてなる。また、無機１／２波長板１４は、ガラス基板４１側を接着面としてシリコーン系接着剤（ｎ：１．４１）からなる第２の接着剤層１６を介して貼り付けられている。

具体例２として示した偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタ１１の出射面と無機１／２波長板１４の出射面との屈折率が異なるため、共通のＡＲ膜の設計をすることができなかった。これに対して、具体例３として示す偏光変換素子は、斜方蒸着層４３上に屈折率調整層４４とＳｉＯ_２膜４５とが形成されているため、Ｆｉｎａｌ−ＡＲ膜４６を全て同じ設計で成膜することができる。また、ＳｉＯ_２膜４５が高多孔質構造を有する斜方蒸着層４３上に形成されているため、斜方蒸着層４３内への水分の浸入を防止し、耐湿性を向上させることができる。

＜２．偏光変換素子の製造方法＞
次に、本実施の形態に係る偏光変換素子の製作方法について説明する。本実施の形態に係る偏光変換素子の製造方法は、偏光分離層が成膜された偏光板と反射層が形成された反射板とをシリコーン系接着剤を介して交互に貼り合わせる工程と、貼り合わせた基板面の法線に対して所定角度で切断し、偏光ビームスプリッタアレイを得る工程と、偏光ビームスプリッタアレイに無機１／２波長板を選択的に貼り付ける工程と、最表面に反射防止膜を成膜する工程とを有する。

先ず、図１２に示すように偏光板と反射板とを一方向に所定幅ずらして交互に貼り合わせる。貼り合わせには、ジメチルシリコーン、メチルゴムなどのシリコーン系接着剤が用いられる。

次の工程では、図１３に示すように、所定幅ずらして積層された方向と同じ方向に切断し、偏光ビームスプリッタと反射プリズムとが平行四辺形からなる断面で交互に貼り合わされた偏光ビームスプリッタアレイを得る。切断には、ガラススクライバー等の切断装置を用いることができる。

次に、図１４に示すように、偏光ビームスプリッタアレイに無機１／２波長板１４を選択的に貼り付ける。無機１／２波長板１４は、ジメチルシリコーン、メチルゴムなどのシリコーン系接着剤により貼り付けられることが好ましい。また、無機１／２波長板１４は、シリコーン系接着剤が接着面から側面に亘ってはみ出して接着されることが好ましい。これにより、無機１／２波長板１４の斜方蒸着層に水分が進入するのを防止することができる。また、無機１／２波長板１４と偏光ビームスプリッタアレイとの接続強度を維持することができる。

また、透過率向上の目的で、スパッタにより表裏両面に反射防止膜（ＡＲ膜）を成膜することが好ましい。ＡＲ膜は一般的に用いられる高屈折膜、低屈折膜からなる多層薄膜としても良い。

このように偏光板と反射板と貼り合わせる際、ジメチルシリコーン、メチルゴムなどを含むシリコーン系接着剤を使用することにより、優れた耐熱性及び耐光性を有する偏光変換素子を得ることができる。

＜３．光学機器＞
次に、光学機器への適用例について、液晶プロジェクターを参照して説明する。図１５は、液晶プロジェクターの光学系を示す図である。このプロジェクターは、光源５１と、光束を略平行にするフライアイレンズ５２、入射ランダム偏光を一定の偏光方向に揃える偏光変換素子５３と、赤色光、緑色光、青色光に分離に分離する色分解ミラー（ダイクロイックミラー）５４，５５，５６と、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）と呼ばれるシリコン基板上に液晶を形成した赤色，緑色，青色表示用の反射型液晶表示パネル５７，５８，５９と、３色の色光を合成してカラー画像を形成する色合成プリズム６０と、ミラー６１，６２と、ＰＢＳ（偏光ビームスプリッタ）６３，６４，６５とを備える。

光源５１として例えば白色ランプから出射された光束は、フライアイレンズ５２でほぼ並行にされ、偏光変換素子５３でランダム偏光が一定の偏光方向（Ｐ波又はＳ波）に揃えられる。一定の偏光方向に揃えられた光束は、色分解ミラー５４，５５により赤色光と緑色青色光とに分離される。緑色青色光は、ミラー６２で反射されて色分解ミラー５６により緑色光と青色光とに分離される。赤色光は、ミラー６１で反射されてＰＢＳ６３に入射し、緑色光及び青色光は、それぞれＰＢＳ６４，６５に入射する。

ＰＢＳ６３，６４，６５では、一つの振動方向の直線偏光のみが反射され、反射光がそれぞれ赤色，緑色，青色表示用の反射型液晶表示パネル５７，５８，５９に入射する。各反射型液晶表示パネル５７，５８，５９から出射した映像光は、それぞれ再びＰＢＳ６３，６４，６５に入射して検光される。ＰＢＳ６３，６４，６５を通過した直線偏光は、色合成プリズム６０で合成され、カラー画像が投射レンズによりスクリーンに投射される。

このような光学機器において、偏光変換素子５３が上述した構成を有することにより、耐熱性及び耐光性が向上され、高輝度化による熱や光によっても焦げ付き等の劣化を防止することができる。また、偏光変換素子５３は、ポップコーンオイルと呼ばれるオイルミストが表面に付着するため、定期的に表面の払拭清掃が行われて強い圧力が加わるが、シリコーン接着剤の接着剤層がクッション効果の働きをするため、優れた耐衝撃性を得ることができる。

１１ 偏光ビームスプリッタ、１２ 反射プリズム、１３ 偏光ビームスプリッタアレイ、１４ 無機１／２波長板、１５ 第１の接着剤層、１６ 第２の接着剤層、５１ 光源、５２ フライアイレンズ、５３ 偏光変換素子、５４，５５，５６ 色分解ミラー、５７，５８，５９ 反射型液晶表示パネル、６０ 色合成プリズム、６１，６２ ミラー、６３，６４，６５ ＰＢＳ

Claims (10)

1. Ｐ波又はＳ波の一方を透過し他方を反射する偏光分離層を有する第１の透光部材と、前記偏光分離層によって反射されるＰ波又はＳ波の他方を反射する反射層を有する第２の透光部材とが、シリコーン系接着剤からなる第１の接着剤層を介して交互に貼り合わされてなり、入射面から入射したＰ波又はＳ波の他方が前記反射層により出射面へ反射される偏光ビームスプリッタアレイと、
   前記偏光ビームスプリッタアレイの前記出射面上に選択的に設けられ、誘電体からなる斜方蒸着層を有し、Ｐ波又はＳ波の一方を他方に変換する無機１／２波長板とを備えた
   偏光変換素子。
2. 前記偏光ビームスプリッタアレイと前記無機１／２波長板とが、シリコーン系接着剤からなる第２の接着剤層を介して貼り付けられてなる請求項１に記載の偏光変換素子。
3. 前記シリコーン系接着剤が、ジメチルシリコーン又はメチルゴムを含有する請求項１又は２に記載の偏光変換素子。
4. 前記斜方蒸着層の側面が、シリコーン系接着剤からなる保護膜で被覆されてなる請求項１乃至３のいずれか１項に記載の偏光変換素子。
5. 前記無機１／２波長板が、ガラス基板と第１の屈折率調整層と斜方蒸着層と第２の屈折率調整層とがこの順に積層されてなり、
   前記第２の屈折率調整層と前記偏光ビームスプリッタアレイとが、前記第２の接着剤層を介して貼り付けられてなる請求項２に記載の偏光変換素子。
6. 前記無機１／２波長板が、ガラス基板と屈折率調整層と斜方蒸着層とがこの順に積層されてなり、
   前記ガラス基板と前記偏光ビームスプリッタアレイとが、前記第２の接着剤層を介して貼り付けられてなる請求項２に記載の偏光変換素子。
7. 前記無機１／２波長板が、ガラス基板と第１の屈折率調整層と斜方蒸着層と第２の屈折率調整層とＳｉＯ_２層とがこの順に積層されてなり、
   前記ガラス基板と前記偏光ビームスプリッタアレイとが、前記第２の接着剤層を介して貼り付けられてなる請求項２に記載の偏光変換素子。
8. 最表面に反射防止膜が形成されてなる請求項１乃至７のいずれか１項に記載の偏光変換素子。
9. Ｐ波又はＳ波の一方を透過し他方を反射する偏光分離層を有する第１の透光部材と、Ｐ波又はＳ波の他方を出射面側へ反射する反射層を有する第２の透光部材とを、シリコーン系接着剤により交互に貼り合わせて偏光ビームスプリッタアレイを作成し、
   前記偏光ビームスプリッタアレイの出射面上に、誘電体からなる斜方蒸着層を有し、Ｐ波又はＳ波の一方を他方へ変換する無機１／２波長板を選択的に貼り合わせる偏光変換素子の製造方法。
10. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光変換素子を備える光学機器。

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