JP2015148666A - 偏光分離素子及びその製造方法、偏光ビームスプリッタ、ならびに偏光変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べて薄型化を実現でき、また従来に比べて簡単な製造方法で且つ安価に製造できる偏光分離素子及びその製造方法、さらに偏光分離素子を用いた偏光ビームスプリッタ、ならびに偏光変換素子を提供するものである。
【解決手段】本発明における偏光分離素子（１）は、透明樹脂基材（２）と、前記透明樹脂基材（２）の少なくとも一面（２ａ）に、前記透明樹脂基材（２）と一体に設けられた複数のプリズム面（３）と、各プリズム面（３）に設けられた偏光分離膜（４）と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、偏光成分を分離可能な偏光分離素子及びその製造方法、偏光ビームスプリッタ、ならびに偏光変換素子に関する。

従来から、液晶表示素子を用いる画像投影装置において、ランダム光光源から偏光方向の揃った偏光成分を生成する偏光変換素子が用いられている。偏光変換素子は、偏光ビームスプリッタと位相差フィルムで構成される。

またＬｃｏｓ（反射型液晶表示素子）を用いる小型の画像投影装置には、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）が用いられる。

特開２００４−３６１８６５号公報 特開２００５−９９０６７号公報 特開２０１３−７８２９号公報

上記したように、偏光変換素子は、一般的に、偏光ビームスプリッタと位相差フィルムとで構成される。偏光ビームスプリッタは、偏光分離膜を形成したガラスとアルミ反射膜を形成したガラスを複数、交互に接着剤で固定したのち、４５度でカットし、表面を研磨して作製される。そして偏光ビームスプリッタの光出射面に偏光方向を９０度回転させる位相差フィルムを貼りつけることにより偏光方向の揃った偏光成分を利用することができる。

しかしながら従来では上記のように、複数のガラス部品の接着やカット研磨工程が必要になり、その加工法及び完成品強度から素子厚を薄くすることが困難であった。また従来の構成では安価に素子を形成することができなかった。

また上記のように、Ｌｃｏｓを使う小型画像投影装置には偏光ビームスプリッタが用いられるが、偏光ビームスプリッタの光の入射方向に対する反射面は４５°に配置される。したがって偏光ビームスプリッタの高さを低くしようとしても、反射面を４５°に傾ける制約により薄型化（低背化）できないのが実状であった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、従来に比べて薄型化を実現でき、また従来に比べて簡単な製造方法で且つ安価に製造できる偏光分離素子及びその製造方法、さらに偏光分離素子を用いた偏光ビームスプリッタ、ならびに偏光変換素子を提供するものである。

本発明者は、従来のように複数のガラス部品の積層及びカット等を行うことで素子形成を行うのではなく、透明樹脂基材の一面にプリズム面の形成及び偏光分離膜の配置をすることで、薄型化を実現でき、また製造コストを低減できる発明に至った。具体的に本発明は以下のように示される。

本発明における偏光分離素子は、透明樹脂基材と、前記透明樹脂基材の少なくとも一面に、前記透明樹脂基材と一体に設けられた複数のプリズム面と、各プリズム面に設けられた偏光分離膜と、を有することを特徴とする。このように本発明によれば、透明樹脂基材の一面に複数のプリズム面を一体化して形成し、偏光分離膜を各プリズム面に設けた構成により、薄型化（低背化）を実現することができる。また従来に比べて強度を高くでき、且つ製造コストの低減を実現できる。

また本発明では、各プリズム面はＸＹ平面に対して斜めに傾く傾斜面で形成されており、各プリズム面の間に前記ＸＹ平面に対して垂直に延びる垂直面が形成され、前記プリズム面と前記垂直面とが交互に連続して形成されており、前記偏光分離膜は前記垂直面に設けられていないことを特徴とする。このようにプリズム面のみに偏光分離膜を配置することで適切に偏光成分を分離することができる。

また本発明では、前記プリズム面を構成する傾斜面は、前記ＸＹ平面に対して４５°、あるいは４５°よりも小さい傾斜角度を有することを特徴とする。

また本発明では、前記前記プリズム面は透明樹脂層で埋められていることを特徴とする。このとき各層間での屈折率差が小さくなるように調整することができる。またプリズム面に配置された偏光分離膜を透明樹脂層により適切に保護することができる。

また本発明では、前記偏光分離膜は、ワイヤグリッド偏光子で形成されることを特徴とする。あるいは、前記偏光分離膜は、多層複屈折ポリマーで形成されることを特徴とする。

本発明における偏光ビームスプリッタは、上記のいずれかに記載された偏光分離素子と、第１のプリズム材と、第２のプリズム材と、を有し、前記第１のプリズム材にはＸＹ平面に対して斜めに傾く第１の傾斜面が設けられ、前記第２のプリズム材にはＸＹ平面に対して斜めに傾く第２の傾斜面が設けられ、前記偏光分離素子は、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面との間に挟持されて斜めに傾いた状態で保持され、この状態で前記プリズム面の傾斜角度は、ＸＹ平面に対して４５°傾けられていることを特徴とする。これにより従来に比べて偏光ビームスプリッタの薄型化を図ることができる。また薄型化によっても強度を保つことができる。さらに、従来に比べて製造コストを抑えることができる。

また本発明では、入射光を発する光源を備え、前記入射光は拡散性を有することを特徴とする。本発明では、拡散性（指向性）を有する光を発するＬＥＤ等を光源として用いることができ、小型プロジェクタ用の偏光ビームスプリッタ等に好ましく適用できる。

また本発明における偏光変換素子は、上記のいずれかに記載された偏光分離素子と、前記偏光分離素子の光出射面側に配置され、前記偏光分離膜を透過した第１の偏光成分、あるいは前記偏光分離膜で反射した第２の偏光成分のいずれか一方の偏光成分の向きを９０°回転させる位相差板と、を有することを特徴とする。本発明によれば、従来に比べて偏光変換素子の薄型化を図ることができる。また薄型化によっても強度を保つことができる。さらに、従来に比べて製造コストを抑えることができる。

また本発明では、前記偏光分離素子の前記光出射面側は透明樹脂層で覆われており、前記透明樹脂層の光出射面に前記位相差板が設けられていることを特徴とする。このとき各層間での屈折率差が小さくなるように調整することができ、各層間の界面反射を減少でき、光の透過効率を改善できる。またプリズム面に配置された偏光分離膜を透明樹脂層により適切に保護することができる。

また本発明では、前記偏光分離素子の前記一面は、前記プリズム面が第１の方向に傾く第１のプリズム面と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に傾き前記第１のプリズム面に対して略線対称形状とされた第２のプリズム面とを有しており、前記第１のプリズム面から連続する前記第２のプリズム面にかけての対向位置に前記位相差板が配置されていることを特徴とする。プリズムピッチを２倍にできるため、位相差板の幅寸法も広くでき、位相差板を適切に配置することができる。

また本発明では、前記偏光分離素子の前記プリズム面は、ＸＹ平面に対して４５°傾けられていることを特徴とする。

また本発明における偏光分離素子の製造方法は、透明樹脂基材の一面に透明樹脂基材に一体化された複数のプリズム面を形成し、偏光分離膜を前記プリズム面のエッジ部にて切断して、前記偏光分離膜を各プリズム面に配置することを特徴とする。

また本発明における偏光分離素子の製造方法は、透明樹脂基材と、表面に複数の傾斜面が設けられた金型と、前記透明樹脂基材と前記傾斜面との間に配置されたフィルム状の偏光分離膜と、を有し、加熱プレスにより前記透明樹脂基材を変形させて前記透明樹脂基材の一面に前記傾斜面と対面し前記透明樹脂基材に一体化された複数のプリズム面を形成し、このとき、前記加熱プレスにより前記偏光分離膜を前記傾斜面のエッジ部にて切断して、前記偏光分離膜を各プリズム面に配置することを特徴とする。本発明によれば従来に比べて偏光分離素子の製造方法を簡素化でき、製造コストの低減を図ることができる。上記のように本発明では、金型に設けられた傾斜面のエッジ部を利用し、加熱プレスにより偏光分離膜をエッジ部にて切断することで、適切に、切断された偏光分離膜を各プリズム面にのみ配置することが可能になる。

また本発明では、前記透明樹脂基材のガラス転移温度Ｔｇ_Ｐは、前記偏光分離膜のガラス転移温度Ｔｇ_Ｆよりも低く、加熱プレス時の加熱温度を、ガラス転移温度Ｔｇ_Ｐと、ガラス転移温度Ｔｇ_Ｆの間の温度に設定することを特徴とする。これにより加熱プレス時に、透明樹脂基材の流動性を上げて、透明樹脂基材の一面に適切に複数のプリズム面を形成することができるとともに、偏光分離膜を金型の傾斜面のエッジ部にて適切に切断することができる。

本発明の偏光分離素子によれば、透明樹脂基材の一面に複数のプリズム面を一体化して形成し、偏光分離膜を各プリズム面に設けた構成により、薄型化（低背化）を実現することができる。また従来に比べて強度を高くでき、且つ製造コストの低減を実現できる。

また本発明によれば、従来に比べて偏光分離素子の製造方法を簡素化でき、製造コストの低減を図ることができる。

また本発明の偏光分離素子を用いた偏光ビームスプリッタ、及び偏光変換素子の薄型化（低背化）を実現でき、さらに従来に比べて強度を高く保つことができ、且つ製造コストの低減を図ることができる。

本実施の形態に係る偏光分離素子の構成を示す断面図である。 図２Ａは、本実施の形態に係る偏光分離膜として用いられるワイヤグリッド偏光子の断面図であり、図２Ｂは、本実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の平面模式図である。 図３Ａは、本実施の形態及び従来に係る偏光ビームスプリッタの模式図であり、図３Ｂは、本実施の形態に係る偏光ビームスプリッタの部分拡大断面図である。 図４Ａは、本実施の形態に係る偏光変換素子の部分断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの変形例である。 本実施の形態に係る偏光分離素子を用いた別の応用例を示す断面図である。 本実施の形態に係る偏光分離素子の製造方法を説明するための部分断面図である。 本実施の形態に係る偏光分離素子の製造方法を説明するための部分断面図である。 図３に示す本実施の形態の偏光ビームスプリッタに拡散性（指向性）を有する入射光を入射したときと、平行光を入射したときに光出射面から出射された光の放射照度分布を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態（以下、本実施の形態という）について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施の形態に係る偏光分離素子の構成を示す断面図である。

図１に示すように、偏光分離素子１は、透明樹脂基材２と、透明樹脂基材２の一面（図１では上面）２ａに透明樹脂基材と一体に設けられた複数のプリズム面３と、各プリズム面３に設けられた偏光分離膜４と、を有して構成される。

透明樹脂基材２は、所定厚にて形成された板状、あるいは薄いシート状であり、透明樹脂基材２を可撓性フィルムとして形成することもできる。板状、シート状、フィルム状を具体的な厚み寸法により区別するものでなく、例えば、板状とは基本的に可撓性を有しないもの、フィルム状とは可撓性を有するもの、シート状とは板状よりも厚みが薄く、可撓性の有無を問わないものとして定義される。

透明樹脂基材２は、透明な樹脂であることが必要である。本明細書において「透明」とは、例えば全光線透過率が８０％以上、好ましくは９０％以上である。

透明樹脂基材２の厚みＨ１は、４０μｍ〜３０００μｍ程度であり、プリズム面３の高さ（深さ）Ｈ２より大きいことが好ましい。ここで厚みＨ１とは、透明樹脂基材２の下面（一面（上面）２ａと反対側の面を指す）２ｂからプリズム面３の頂点（縁部）４ａまでの厚みを指す。またプリズム面３の高さ（深さ）Ｈ２は、プリズムの角度（θ）とピッチによって決まる。なお高さとは互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向のうち、Ｘ方向及びＹ方向からなる面を水平面としたときのＺ方向への長さ寸法を指す。

図１に示すように、透明樹脂基材２の厚みＨ１からプリズム面３の高さＨ２を引いた厚み寸法（Ｈ１−Ｈ２）は、Ｈ１の１０％以上であることが好適である。すなわち透明樹脂基材２の体積収縮量を補う高さが必要である。またＨ１−Ｈ２が薄いと、後述する製造方法を用いてプリズム面３にのみ高精度に偏光分離膜４を配置できない。またＨ１−Ｈ２が厚くなると、偏光分離素子１の薄型化（低背化）を実現できないので、Ｈ１−Ｈ２は、偏光分離膜４をプリズム面３にのみ適切に配置できる厚みを確保しつつ従来よりも薄型となるように調整される。

本実施の形態では、透明樹脂基材２の材質を限定するものでなく上記のように透明でしかも複屈折を生じない樹脂であればよい。例えば、透明樹脂基材２としてポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等を用いることができる。

図１に示すように透明樹脂基材２の一面２ａに複数のプリズム面３が形成されている。「一面」とは透明樹脂基材２の厚み方向にて対向する面の一方を指す。プリズム面３は一面２ａの全域に形成されていてもよいし、一部に形成されていてもよい。例えば一面２ａの縁を除く全域にプリズム面３が形成されている。各プリズム面３は図１に示すＹ方向に延びて形成されている。

図１に示すように偏光分離素子１を構成する透明樹脂基材２の下面２ｂはＸＹ平面と平行な面で形成されており、プリズム面３は、ＸＹ平面に対して斜めに傾く傾斜面で形成されている。プリズム面３のＸＹ平面に対する傾斜角度はθで示される。

図１に示す偏光分離素子１には、複数のプリズム面３が設けられ、斜めに傾く各プリズム面３間にＸＹ平面に対して垂直に延びる（Ｚ方向に延びる）垂直面５が形成されている。そしてプリズム面３と垂直面５とが交互に連続して形成されている。垂直面５は正確に垂直方向でなくてもよく、垂直方向（Ｚ方向）に対して±１０°程度（好ましくは±５°程度）の傾きを有していてもよい。

図１に示すプリズム面３の傾斜角度θは、４５°とされているが、４５°に限定されるものではない。本実施の形態では、傾斜角度θを４５°よりも小さい値に設定することができる。傾斜角度θは使用用途等によって種々変更できる。本実施の形態では、所望の入射角、反射角に応じプリズム面３の傾斜角度θを自由に設計可能である。

また図１ではプリズム面３は、その断面形状が直線形状で形成されているが、曲面とされてもよい。

図１に示すように、各プリズム面３に設けられた偏光分離膜４は、垂直面５には設けられていない。したがって垂直面５では透明樹脂基材２が露出している。

偏光分離膜４について説明する。偏光分離膜４は、入射光の所定の直線偏光成分を透過し、これと直交する直線偏光成分を反射する機能を持つものである。偏光分離膜４は、このような機能を有していれば材質等の制限は無く、例えば、多層複屈折ポリマーの積層体からなるフィルムや、ワイヤグリッドタイプの反射偏光フィルム等を用いることができる。多層複屈折ポリマーの積層体からなる偏光フィルムには、３Ｍ社製の多層複屈折フィルムＡＰＦ，ＤＢＥＦ等を用いることができる。また、ワイヤグリッドタイプの反射偏光フィルムには、旭化成イーマテリアルズ（株）製のワイヤグリット偏光子（ワイヤグリッド偏光フィルム）等がある。

図２Ａは、本実施の形態に係る偏光分離膜４として用いられるワイヤグリッド偏光フィルムの断面図である。

ワイヤグリッド偏光フィルム２０は、保持基材（ベースフィルム）２１と、保持基材２１の表面２１ａに設けられた樹脂基材２２と、を有して構成されている。

図２Ａに示すように、樹脂基材２２の表面２２ａには複数の格子状凸部２３が設けられている。すなわち樹脂基材２２には、格子状凸部２３が一体的に形成されている。

保持基材２１は、樹脂基材２２の裏面側に配置されて、ワイヤグリッド偏光フィルム２０の可撓性を維持しながらワイヤグリッド偏光フィルム２０の強度を向上させている。

保持基材２１は、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムやポリカーボネートフィルム、ＣＯＰ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＳ、ＰＥ、アクリル、ポリイミド系の高透過性のフィルムであることが好ましい。樹脂基材２２は、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィンポリマー樹脂、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。

図２Ａに示すように、各格子状凸部２３の表面の少なくとも一部に誘電体層２６を介して金属層（金属ワイヤ）２７が形成されている。誘電体層２６は形成されていなくてもよい。かかる場合、金属層２７が直接、格子状凸部２３の表面に形成される。

誘電体層２６を構成する誘電体は、可視領域で実質的に透明であればよい。樹脂基材２２を構成する材料及び金属層２７を構成する金属との間の密着性が高い誘電体材料を好適に用いることができる。例えば、珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はその複合体（誘電体単体に他の元素、単体又は化合物が混ざった誘電体）や、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バリウム（Ｂａ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体又はそれらの複合物を用いることができる。

金属層（金属ワイヤ）２７を構成する金属は、可視光領域で光の反射率が高く、誘電体層２６を構成する材料との密着性の高いものであることが好ましい。例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）又はそれらの合金で構成されていることが好ましい。コストの観点から、アルミニウム又はその合金で構成されることがさらに好ましい。

図２Ａに示すように、保持基材２１と樹脂基材２２との接着性の向上や屈折率の調整を目的とした接着層や粘着層の接合層２９を介していてもよい。例えば、保持基材２１と樹脂基材２２との間に、シリカ、アルミナなどの誘電体層が薄い膜厚で形成されていても良いし、保持基材２１の表面２１ａをコロナ放電処理、大気圧プラズマ処理、真空プラズマ処理、紫外線処理することで官能基の付与や微細な凹凸形状を付与するなどの変性層であっても良い。

ワイヤグリッド偏光フィルム２０の厚みを特に限定するものでないが、例えば２０μｍ〜２００μｍ程度である。

図２Ｂは、本実施の形態に係るワイヤグリッド偏光子の平面模式図である。図２Ｂに図示された複数の横線は、図２Ａに示す金属層（金属ワイヤ）２７の延出方向を示している。金属層２７の延出方向に対し直交する方向が偏光透過軸２０ａの方向である。偏光透過軸２０ａはＰ偏光成分を透過させる透過軸であってもＳ偏光成分を透過させる透過軸であっても構わない。図１に示す各偏光分離膜４の偏光透過軸２０ａは全て同一方向に向けられている。

ワイヤグリッド偏光フィルム２０は、プリズム面３に接着層や粘着層の接合層（図示しない）を介して接合されている。接合層の厚みは数十μｍ程度である。このとき、ワイヤグリッド偏光フィルム２０の保持基材（ベースフィルム）２１をプリズム面３に対面させて接合してもよいし、ワイヤグリッド偏光フィルム２０の金属層２７側をプリズム面３に対面させて接合することもできる。

図１では、例えば透明樹脂基材２の下面２ｂを光入射面とする。図示しない光源から非偏光の光Ｌ１が透明樹脂基材２の下面２ｂから入射されると、直線偏光成分のうち例えばＳ偏光成分Ｌ２はプリズム面３に設けられた偏光分離膜４を透過し、一方、Ｓ偏光成分Ｌ２に対して直交するＰ偏光成分Ｌ３はプリズム面３に設けられた偏光分離膜４にて反射する。反射したＰ偏光成分Ｌ３は、垂直面５を透過し、隣のプリズム面３（図１には３´を符号を付した）に到達する。そしてプリズム面３´に設けられた偏光分離膜４にてＰ偏光成分Ｌ３は反射され、Ｓ偏光成分Ｌ２とともにプリズム面３、３´から外方に出射される。図１に示す偏光分離素子１によりＳ偏光成分Ｌ２とＰ偏光成分Ｌ３とを適切に分離することができる。図１では、プリズム面３を透過する偏光成分をＳ偏光成分、プリズム面３を反射する偏光成分をＰ偏光成分としたが逆となるように偏光透過軸２０ａを調整してもよい。

図１に示す偏光分離素子１は、透明樹脂基材２の一面２ａに複数のプリズム面３を一体で形成し、さらに各プリズム面３にワイヤグリッド偏光フィルム２０等の偏光分離膜４を配置した構成である。従来では、ガラス部品を複数積層しさらにカットした構成であり、加工性や耐久性等により薄型化にも限界があったが、本実施の形態によれば、偏光分離素子１を透明樹脂基材２の厚みＨ１程度に形成でき、したがって従来よりも偏光分離素子１の薄型化（低背化）を図ることができる。

また本実施の形態では、偏光分離素子１を、透明樹脂基材２をベースとして形成することで、強度及び耐久性を向上させることができる。

さらに従来のようにガラス部品を複数積層しさらにカットする従来の製法に比べて、製造工程を簡略化でき製造コストの低減を図ることが可能である。

また本実施の形態では図１に示すように、透明樹脂基材２の一面２ａに、複数のプリズム面３と複数の垂直面５とが交互に連続して形成されており、複数の偏光分離膜４は各プリズム面３にのみ形成され、垂直面５には形成されていない。これにより、多重反射を抑制し、Ｓ偏光成分Ｌ２とＰ偏光成分Ｌ３とを適切に分離することができる。

また本実施の形態では、使用用途等に応じて各プリズム面３の傾斜角度θを自由に設計変更することができる。

また図１に図示した通り、プリズム面３上は透明樹脂層１０で埋められていることが好ましい。これによりプリズム面３と垂直面５の間が適切に透明樹脂層１０で埋められ、空気層が介在しない。このとき透明樹脂層１０の屈折率を透明樹脂基材２の屈折率に近づけることで、各層間での屈折率差を小さくできる。屈折率差（最大屈折率−最小屈折率）は、波長５５０ｎｍの可視光に対して０．１より小さいことが好ましく、０．０５より小さいことがより好ましい。屈折率差を小さくすることで各層間の界面反射が減少し、光の透過効率を改善することができる。

またプリズム面３上を透明樹脂層１０で埋めることで、偏光分離膜４を透明樹脂層により保護することが可能である。

図１に示す偏光分離素子１は、複数のプリズム面３が規則的に配列（ａｒｒａｙ）された形態であり、これにより様々な使用用途に適用でき、また偏光分離素子１の平面広さに係らず、薄型化を維持しながら略全域に偏光分離機能を持たせることができる。

図３Ａは、本実施の形態及び従来に係る偏光ビームスプリッタの模式図であり、図３Ｂは、本実施の形態に係る偏光ビームスプリッタの部分拡大断面図である。なお図３Ａに示す点線は従来の偏光ビームスプリッタを示しているので、まず以下では本実施の形態である実線部分の偏光ビームスプリッタについて説明する。

図３Ａに示すように、本実施の形態における偏光ビームスプリッタ３０は、本実施の形態の偏光分離素子１が、第１のプリズム材３１と第２のプリズム材３２との間に挟持された構造とされている。

図３Ａに示す第１のプリズム材３１及び第２のプリズム材３２の材質を特に限定するものでなく、例えば、光学シリコンガラス、光学プラスチック、石英等であり、また図１に示す偏光分離素子１を構成する透明樹脂基材２と同様の材質とすることができる。

図３Ａに示すように、第１のプリズム材３１の上面３１ａ及び第２のプリズム材３２の下面３２ａは夫々、ＸＹ平面と平行な面である。また第１のプリズム材３１及び第２のプリズム材３２には夫々、垂直方向（Ｚ方向）に延びる側面３１ｂ、３２ｂが設けられている。そして、第１のプリズム材３１の上面３１ａの端部と側面３１ｂの端部とを結んだ方向にＸＹ平面に対して斜めに傾く第１の傾斜面３１ｃが形成されている。また、第２のプリズム材３２の下面３２ａの端部と側面３２ｂの端部とを結んだ方向にＸＹ平面に対して斜めに傾く第２の傾斜面３２ｃが形成されている。第１の傾斜面３１ｃ及び第２の傾斜面３２ｃの断面形状は直線形状であり、第１の傾斜面３１ｃ及び第２の傾斜面３２ｃは共にＸＹ平面に対して同じ傾斜角度θ２を有している。

図３Ａにて丸で囲った部分の部分拡大断面図が図３Ｂである。図３Ｂに示す偏光分離素子１は、図１に示す偏光分離素子１を上下反転させたうえで、第１の傾斜面３１ｃと第２の傾斜面３２ｃ間に挟持した配置とされる。また図３Ｂに示す偏光分離素子１を構成するプリズム面３の傾斜角度θ１（偏光分離素子１単体をＸＹ平面上に配置したときの傾き）は、図１に示す偏光分離素子１を構成するプリズム面３の傾斜角度θよりも小さくされている。

例えば、図３Ｂに示す偏光分離素子１の各プリズム面３の傾斜角度θ１は１５°である。また図３Ａに示す第１の傾斜面３１ｃ及び第２の傾斜面３２ｃの傾斜角度θ２は３０°である。したがって図３Ｂに示すように、第１のプリズム材３１と第２のプリズム材３２との間に偏光分離素子１を挟持した状態におけるプリズム面３の傾斜角度θ３はＸＹ平面に対して４５°となっている。

またピッチＰは、例えば約２ｍｍであり、プリズム面３の高さ（深さ）Ｈ２は約０．５７ｍｍである。また偏光分離素子１の総厚は約０．１ｍｍである。

図３Ｂに示すように、偏光分離素子１のプリズム面３側は透明樹脂層６により封止されている。なお透明樹脂層６は、第２のプリズム材３２と偏光分離素子１との間を接合する接合層（粘着層、接着層）としても機能している。透明樹脂層６としては透明で複屈折を生じなければ特に材質を限定するものでない。透明樹脂層６としては、透明樹脂基材２及びプリズム材３１、３２と屈折率が近い材質が好ましく適用される。各層の屈折率差（最大屈折率−最小屈折率）は、波長５５０ｎｍの可視光に対して０．１より小さいことが好ましく、０．０５より小さいことがより好ましい。

図３Ａに示すように第２のプリズム材３２の側面３２ｂには光源３４が設けられている。あるいは光源３４に代えて導光板であってもよい。図３Ａに示す偏光ビームスプリッタ３０は、例えば小型プロジェクタ用であり、光源３４としては、例えば拡散性（指向性）の光を発するＬＥＤ（発光ダイオード）が好ましく適用される。あるいは有機ＥＬなどを光源３４とすることもできる。符号３４を導光板とした場合も、導光板近辺に配置される光源をＬＥＤや有機ＥＬ等の発光素子とすることができる。

また図３Ａには図示していないが、光源３４と第２のプリズム材３２との間には光源光を所定の偏光とするためのプレ偏光板が配置されている。

また上記した透明樹脂層６を、光源３４と第２のプリズム材３２との間等に介在させて空気を介さずに光を偏光分離素子１へ送る構成とすることができる。

図３Ｂに示すように、第１のプリズム材３１と偏光分離素子１との間にはクリーンアップ偏光板７が介在している。なお図示しないが、クリーンアップ偏光板７と偏光分離素子１との間、及びクリーンアップ偏光板７と第１のプリズム材３１との間には透明な接合層（粘着層、接着層）が介在して互いに接合されている。

クリーンアップ偏光板７を偏光分離素子１と第１のプリズム材３１との間でなく、図３Ａに示すように第１のプリズム材３１の上面３１ａに配置してもよい。あるいは図示しないレンズ等にクリーンアップ偏光板を配置することもできる。クリーンアップ偏光板７の配置により光出射面側での消光比を高めることができる。また偏光分離素子１の偏光分離膜４とクリーンアップ偏光板（光吸収偏光板）７が積層された構造であっても良い。なおこのとき偏光分離膜４はプリズム面にクリーンアップ偏光板７を介して積層することが好ましい。

図３Ａに示す点線は従来の偏光ビームスプリッタ３５の構成を示している。図３Ａに示すように偏光分離面３６はＸＹ平面に対して４５°の傾きを有している。光源から入射光Ｌ４が偏光ビームスプリッタ３５に入射される。例えば、入射光Ｌ４は、偏光分離面３６で反射する偏光成分とされている。したがって入射光Ｌ４が偏光分離面３６に到達すると、偏光分離面３６では入射光Ｌ４を反射する。図３Ａに示すように光源からの入射光Ｌ４の光軸はＸ方向と平行な方向であり、偏光分離面３６で反射してＺ方向と平行な方向への光軸を有する光となる。

一方、図３Ａの実線で示す本実施の形態の偏光ビームスプリッタ３０においても、光源３４からの入射光Ｌ５が偏光分離素子１に到達すると、偏光ビームスプリッタ３０内に組み込まれた偏光分離素子１を構成するプリズム面３のＸＹ平面に対する傾斜角度θ３は４５°であるためＸ方向と平行な方向から侵入した入射光Ｌ５は図３Ｂに示すように偏光分離膜４を備えるプリズム面３で反射し、その反射光はＺ方向に平行な光軸を持つ光とされる。

このように本実施の形態の偏光ビームスプリッタ３０でも従来の偏光ビームスプリッタ３５でもビームスプリッタ内を通る光路を同じにできる。

図３Ａに示すように、本実施の形態の偏光ビームスプリッタ３０と従来の偏光ビームスプリッタ３５の横方向（Ｘ方向と平行な方向）の長さ寸法を同じとすると、本実施の形態では、プリズム材３１、３２の傾斜面３１ｃ、３２ｃの傾斜角度θ２を例えば３０°にできるから、４５°の傾きを有する従来の偏光ビームスプリッタ３５のＺ方向の高さ寸法を１とすれば、本実施の形態の偏光ビームスプリッタ３０の高さ寸法Ｈ３を約１／√３に小さくすることができる。

本実施の形態では、図１で示したように偏光分離素子１の透明樹脂基材２の一面２ａに斜めに傾く複数のプリズム面３を設けている。このため図３Ｂのように偏光分離素子１をプリズム材３１、３２間に挟持したときのプリズム面３のＸＹ平面に対する傾斜角度θ３を４５°に設定するには、（偏光分離素子１単体をＸＹ平面に設置したときのプリズム面３の傾斜角度θ１）＋（プリズム材３１、３２の傾斜面３１ｃ、３２ｃの傾斜角度θ２）＝４５°とすればよい。したがって、プリズム材３１、３２の傾斜面３１ｃ、３２ｃの傾斜角度θ２は、４５°−θ１となる。このように本実施の形態ではプリズム材３１、３２の傾斜角度θ２を４５°よりも小さく設定できるため、偏光ビームスプリッタ３０の横方向（光源３４から偏光分離素子１に到達するまでの入射光の光軸方向）の長さをそのままに薄型化（低背化）を図ることが可能になる。

なお、傾斜角度θ１を大きくすれば、その分、プリズム材３１、３２の傾斜角度θ２を小さくでき、その結果、より一層、偏光ビームスプリッタ３０の薄型化（低背化）を実現することができるが、プリズム材３１、３２をあまり薄くすると、光源３４からの入射光Ｌ５を、拡散性（指向性）を有する光としたときに、光漏れ等が生じやすくなるので、ある程度、プリズム材３１、３２は厚みを有していることが好ましい。プリズム材３１、３２の傾斜角度θ２は、１０°〜３０°程度とし、傾斜角度θ１と合わせた傾斜角度θ３が約４５°となるように調整することが好ましい。

本実施形態では偏光ビームスプリッタ３０に入射される光（入射光Ｌ５）はＬＥＤ等から発せられる光のように拡散性（指向性）を持つ光とすることが好適である。図３Ｂに示す領域Ａは入射光Ｌ５が平行光であると陰になって光が抜けてしまうが、入射光Ｌ５が拡散性（指向性）を有すると領域Ａの光抜けを無くすことができる。換言すれば、本実施の形態の偏光ビームスプリッタ３０を用いることで、光源３４に拡散性（指向性）を有する光を発するＬＥＤ等を用いることが可能になる。

図８は、図３に示す本実施の形態の偏光ビームスプリッタに拡散性（指向性）を有する入射光を入射したときと、平行光を入射したときに光出射面から出射された光の放射照度分布を示す模式図である。

図８Ａは、拡散性（指向性）を有する入射光を入射したときに光射出面から出射された光の放射照度分布であり、図８Ｂは、平行光を入射したときに光出射面から出射された光の放射照度分布である。図８Ａでの光の広がり角は１０°（片側５°ずつ）であった。

図８Ｂのように平行光の場合は、放射照度の高い領域が複数に分割された状態（ルーパー化）となることがわかった。一方、図８Ａのように拡散性を有する入射光とした場合、所定以上の放射照度分布を広い領域にわたってルーパー化せずに得られることがわかった。

図４Ａは、本実施の形態に係る偏光変換素子の部分断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの変形例である。

図４Ａに示す偏光変換素子４０は、図１に示す偏光分離素子１と偏光分離素子１の光出射側に配置された位相差板４１とを有して構成される。

図４Ａに示す偏光分離素子１は、図１の偏光分離素子１を上下反転させたものである。図４Ａでは、偏光分離素子１のＸＹ平面に対するプリズム面３の傾斜角度θは、図１と同様に４５°に設定されている。

図４Ａに示す偏光変換素子４０に用いられる偏光分離素子１は複数のプリズム面３が配列されたアレイ状にされている。

図４に示すように偏光分離素子１のプリズム面３が設けられている側と反対面側にレンズアレイ４２が配置されている。レンズアレイ４２と偏光分離素子１との間は透明な接合層（粘着層、接着層）４３により接合されている。

図４に示すように、レンズアレイ４２のピッチＰ１は、偏光分離素子１のプリズムピッチＰ２の２倍に設定されている。

図４Ａに示すように、プリズム面３側には、透明カバーフィルム４４が配置されており、透明カバーフィルム４４とプリズム面３との間は透明封止樹脂４５により埋められている。透明カバーフィルム４４と透明封止樹脂４５とを合わせて「透明樹脂層」を構成する。各層の屈折率は近接していることが好ましく、各層の屈折率差（最大屈折率−最小屈折率）は、波長５５０ｎｍの可視光に対して０．１より小さいことが好ましく、０．０５より小さいことがより好ましい。

透明カバーフィルム４４及び透明封止樹脂４５は透明で複屈折のない材質であれば特に材質を限定するものではない。

図４Ａに示すように透明カバーフィルム４４の外面４４ａは平坦面であり、この平坦面に位相差板（位相差フィルム）４１をプリズムピッチＰ２の間隔を空けながら配置することができる。

図４Ａの偏光変換素子４０では、レンズアレイ４２側から入射光Ｌ６が偏光分離素子１に向けて入射される。入射光Ｌ６の直線偏光成分のうち例えばＰ偏光成分Ｌ７は、プリズム面３に設けられた偏光分離膜４で反射され、一方、Ｐ偏光成分Ｌ７に対して直交するＳ偏光成分Ｌ８はプリズム面３に設けられた偏光分離膜４を透過する。

図４Ａに示すようにプリズム面３で反射したＰ偏光成分Ｌ７は垂直面５を透過し、隣のプリズム面３´（図４Ａに３´の符号を付した）に到達するとそこで反射されて透明封止樹脂４５及び透明カバーフィルム４４を透過し、位相差板４１の間を抜けて外部に出射される。図４Ａに示す透明カバーフィルム４４の外面４４ａが光出射面であり、光出射面からＰ偏光成分Ｌ７が出射される。

一方、Ｓ偏光成分Ｌ８は、透明封止樹脂４５及び透明カバーフィルム４４を透過して位相差板４１に到達すると、位相差板４１では偏光方向の向きが９０°回転させられる。すなわちＳ偏光成分Ｌ８は位相差板４１によりＰ偏光成分Ｌ９に変換されて、光出射面から出射される。

このように図４Ａに示す偏光変換素子４０により入射光Ｌ６をＰ偏光成分に変換して出射することができる。なお図２Ｂに示す偏光透過軸２０ａの方向を変えることで、入射光Ｌ６をＳ偏光成分に変換して出射することもできる。

図４Ａに示す偏光変換素子４０では、図１に示す偏光分離素子１を用いることで、偏光変換素子４０の薄型化（低背化）を図ることができる。また偏光変換素子４０の薄型化によっても強度（耐久性）を高く保つことができる。すなわち従来のようにガラス部品を積層しカットする構成では、割れやすく、またせん断応力によって破壊が生じやすいが、本実施の形態の偏光変換素子４０の構成ではそのような問題が生じない。また、本実施の形態の偏光変換素子４０によれば従来に比べて製造コストの低減を図ることができる。

また図４Ａに示すように、偏光分離素子１の光出射面側は透明封止樹脂４５を介して透明カバーフィルム４４で覆われている。このため偏光変換素子４０内では光入射面から光出射面までに空気層は存在せず、各層の屈折率差が小さくなるように各層の材質等を調整することで、精度よく光出射面から所定の偏光成分を出射することができる。またプリズム面３に配置された偏光分離膜４を透明封止樹脂４５及び透明カバーフィルム４４により適切に保護することができる。さらに位相差板４１を透明カバーフィルム４４の平坦面に簡単且つ適切に形成することが可能である。

図４Ｂに示す変形例では、偏光分離素子１の一面に、プリズム面が第１の方向（図示右上方向）に向く第１のプリズム面８と、プリズム面３が第１の方向とは異なる第２の方向（図示左上方向）に向きＺ方向を対称軸Ｂとして第１のプリズム面８に対する線対称形状とされた第２のプリズム面９とを有している。

図４Ｂに示す偏光変換素子を構成するプリズム面側の形状は、２つの第１のプリズム面８と２つの第２のプリズム面９とを合わせた所定の範囲をユニットＵとして、このユニットＵを繰り返し形成した形状とされている。

図４Ｂに示すように、偏光分離素子１のプリズム面側には図４Ａと同様に透明封止樹脂４５を介して透明カバーフィルム４４が配置されており、透明カバーフィルム４４の外面４４ａに位相差板（位相差フィルム）４６が配置されている。

図４Ｂに示すように、位相差板４６は、第１のプリズム面８から連続する第２のプリズム面９にかけての対向位置に配置されている。

図４Ｂに示す構成では、プリズムピッチＰ３を図４ＡのプリズムピッチＰ２の２倍にすることができる。したがって図４Ｂに設けられる位相差板４６の幅寸法も図４Ａに設けられる位相差板４１の幅寸法の２倍に大きくすることができる。そして位相差板４６はプリズムピッチＰ３の間隔を空けながら配置されている。したがって図４Ｂの構成とすれば図４Ａの構成に比べて位相差板４６の幅寸法を大きくすることができ、偏光変換素子の小型化に対しても位相差板４６を所定位置に高精度に配置することができる。

また本実施の形態の偏光分離素子を、画像投影装置に適用することもできる。例えば画像投影装置は、本実施の形態の偏光分離素子と、偏光分離素子に向けて画像光を出射する画像表示部と、を有し、画像光が偏光分離膜で反射されて画像光が使用者側に到達されることを特徴とする。これによれば、従来に比べて画像投影装置の薄型化を図ることができる。また薄型化によっても強度を保つことができる。さらに、従来に比べて製造コストを抑えることができる。

また本実施の形態では、前記画像投影装置にはさらに光吸収体が配置されていることを特徴とする。これにより、画像表示部以外からの光の全反射を抑制し、所定の明るさを有するクリアな画像表示を実現できる。

図５は、本実施の形態に係る偏光分離素子を用いた別の応用例を示す断面図である。図５に示す偏光分離素子１は、プリズム面３に光吸収偏光板７０を介してワイヤグリッド偏
光フィルムなどの偏光分離膜４が配置されている。

符号７１は、紫外線硬化接着剤等の透明樹脂層であり、符号７２は、アクリル樹脂等の透明カバーフィルムである。

図５に示すように外光Ｌ１１を光吸収偏光板７０にて吸収することができる。また例えば画像投影光Ｌ１２を偏光分離膜４で反射させて使用者の眼側に所定の偏光成分からなる画像投影光を送ることができる。一方、偏光分離膜４を透過した別の偏光成分は、光吸収偏光板７０にて吸収することができる。

図６は、本実施の形態に係る偏光分離素子の製造方法を説明するための部分断面図である。

図６Ａに示すように、透明樹脂基材２の一面２ａにフィルム状の偏光分離膜４を、透明な接合層（粘着層、接着層）を介して貼り合わせる。フィルム状の偏光分離膜４としては図２に示すワイヤグリッド偏光フィルム２０や多層複屈折ポリマーであることが好ましい。

図６Ａに示すように、表面に複数の傾斜面６０が垂直面６１を介して連続して形成された金型６２を用意する。傾斜面６０のＸＹ平面に対する傾斜角度θ６は自由に設定される。例えば傾斜角度θ６を４５°に設定することができ、あるいは傾斜角度θ６を４５°よりも小さい角度に設定することができる。金型６２は例えばＮｉで形成されている。

傾斜面６０は透明樹脂基材２に転写されるプリズム面を構成するため、傾斜角度θ６や傾斜面６０の高さ（深さ）Ｈ４、ピッチＰ４を使用用途等に応じて適宜変更することができる。

透明樹脂基材２は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）等である。透明樹脂基材２のガラス転移温度Ｔｇ_Ｐは、偏光分離膜４のガラス転移温度Ｔｇ_Ｆよりも低い。ここで偏光分離膜４のガラス転移温度Ｔｇ_Ｆとは、図２Ａに示す保持基材（ベースフィルム）２１のガラス転移温度として定義される。

図６Ａに示すように、透明樹脂基材２の偏光分離膜４が設けられた一面２ａ側を金型６２の傾斜面６０が設けられた側と対向させる。そして加熱プレスを行う。

このとき、加熱プレスの温度は、ガラス転移温度Ｔｇ_Ｐとガラス転移温度Ｔｇ_Ｆとの間の温度に設定される。例えば、透明樹脂基材２は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）で形成され、ガラス転移温度Ｔｇ_Ｐは、８０℃であり、保持基材２１は、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルムで形成され、ガラス転移温度Ｔｇ_Ｆは、１４０℃である。そして加熱プレス時の温度は１００℃に設定される。

加熱プレスにより、透明樹脂基材２の一面２ａに設けられた偏光分離膜４が金型６２の傾斜面６０のエッジ部６０ａ（傾斜面６０と垂直面６１との縁部）にて切断されつつ、透明樹脂基材２が金型６２の傾斜面６０と垂直面６１との間の空間に侵入する（流動する）。

図６Ｂは、加熱プレス後の状態を示している。図６Ｂに示すように、透明樹脂基材２の一面２ａには、金型６２の傾斜面６０及び垂直面６１が転写されてプリズム面３及び垂直面５が透明樹脂基材２に一体化して形成されている。

さらに上記したように加熱プレスにより、偏光分離膜４が金型６２の傾斜面６０のエッジ部６０ａにて切断されて、図６Ｂに示すように、偏光分離膜４をプリズム面３にのみ配置できる。すなわち、偏光分離膜４は垂直面５に設けられていない。

上記したように本実施の形態では、透明樹脂基材２及び偏光分離膜４のガラス転移温度と、加熱プレス時の温度とを適切に調整することで、加熱プレス時に透明樹脂基材２の流動性を高めることができ、透明樹脂基材２の一面２ａに適切にプリズム面３を形成することができるとともに、偏光分離膜４を金型６２のエッジ部６０ａにて適切に切断し、透明樹脂基材２のプリズム面３にのみ適切に配置することができる。

そして金型６２を除去すると、プリズム面３が透明樹脂基材２に一体化され、プリズム面３にワイヤグリッド偏光フィルム２０等の偏光分離膜４が配置された偏光分離素子１を得ることができる。その後、必要に応じて、プリズム面３側に透明樹脂層等を形成したり、クリーンアップ偏光子等を設ける。

透明樹脂基材２を薄くすれば、その分、偏光分離素子の薄型化を促進できる。ただし透明樹脂基材２をあまり薄くしすぎると、加熱プレス時に、偏光分離膜４を金型６２のエッジ部６０ａにて切断できるだけの十分な加圧力が加わりにくく、あるいは偏光分離膜４を切断できても、透明樹脂基材２の一面２ａに高精度なプリズム面３及び垂直面５が形成されにくいために、プリズム面３のみに精度よく偏光分離膜４を配置することができないことがある。したがって図１にて説明したように、透明樹脂基材２の厚みＨ１からプリズム面３の高さＨ２を引いた厚み寸法（Ｈ１−Ｈ２）が、Ｈ１の１０％以上となるように厚み調整を行うことが好適である。

以上のように本実施の形態によれば、従来に比べて偏光分離素子１の製造方法を簡素化でき、製造コストの低減を図ることができる。すなわち本実施の形態では、従来のように複数のガラス部品の積層さらにはカットといった工程が必要でない。特に従来では、カットする際に、偏光分離膜が所定方向への傾斜角度となるように高精度なカッティングを必要とし、またガラス部品であるからカッティングの際に割れないよう制御することが必要とされる。これに対して本実施の形態では、金型６２を作製すれば、この金型６２に偏光分離膜４が貼り合わせられた透明樹脂基材２を金型６２に向けて加熱プレスすれば、簡単に偏光分離素子１を製造することができ、また製造コストを低減できる。

また本実施の形態では、金型６２に形成された傾斜面６０のエッジ部６０ａを利用することで、加熱プレス時に偏光分離膜４を適切に切断でき、切断された偏光分離膜４をプリズム面３にのみ適切に配置することが可能になる。

偏光分離膜の貼り合せは、加熱プレスには限定されず、種々の加工方法を用いることができる。例えば基材加熱真空圧空において、あらかじめ成形されたプリズム体に直接接合することもできる。

例えば、図７に示すように、真空圧空成形において、透明樹脂基材２のプリズム面３側に、ワイヤグリッド偏光フィルム等の偏光分離膜４を配置し、このとき偏光分離膜４の裏面には粘着層７３を設ける。そして、プリズム面３に偏光分離膜４を直接、接合することで各プリズム面３のエッジ部で偏光分離膜４を切断し各プリズム面３に切断された偏光分離膜４を接合することが可能である。

なお上記では、透明樹脂基材２の一面２ａにのみプリズム面３を形成したが、使用用途によっては透明樹脂基材２の両面など、二面以上にプリズム面３を設けることも可能である。

上記では、本実施の形態の偏光分離素子１を、偏光ビームスプリッタ、偏光交換素子、及び画像投影装置に適用したが、これらに限定されるものでなく、他の用途に使用することも可能である。

本発明の偏光分離素子は、偏光変換素子、偏光ビームスプリッタ、及び画像投影装置に適用することができる。特に光源がＬＥＤ等のように所定の拡散性（指向性）を有する光に対して好適に使用することができる。

１ 偏光分離素子
２ 透明樹脂基材
３ プリズム面
４ 偏光分離膜
５、６１ 垂直面
６、１０、７１ 透明樹脂層
７ クリーンアップ偏光板
８ 第１のプリズム面
９ 第２のプリズム面
２０ ワイヤグリッド偏光フィルム
２０ａ 偏光透過軸
２１ 保持基材
２２ 樹脂基材
２３ 格子状凸部
２７ 金属層
３０ 偏光ビームスプリッタ
３１ 第１のプリズム材
３２ 第２のプリズム材
３１ｃ、３２ｃ 傾斜面
３４ 光源
４０ 偏光変換素子
４１、４６ 位相差板
４２ レンズアレイ
４４、７２ 透明カバーフィルム
４５ 透明封止樹脂
６０ 傾斜面
６０ａ エッジ部
６２ 金型
７０ 光吸収偏光板

Claims (15)

1. 透明樹脂基材と、前記透明樹脂基材の少なくとも一面に、前記透明樹脂基材と一体に設けられた複数のプリズム面と、各プリズム面に設けられた偏光分離膜と、を有することを特徴とする偏光分離素子。
2. 各プリズム面はＸＹ平面に対して斜めに傾く傾斜面で形成されており、各プリズム面の間に前記ＸＹ平面に対して垂直に延びる垂直面が形成され、前記プリズム面と前記垂直面とが交互に連続して形成されており、前記偏光分離膜は前記垂直面に設けられていないことを特徴とする請求項１に記載の偏光分離素子。
3. 前記プリズム面は、前記ＸＹ平面に対して４５°、あるいは４５°よりも小さい傾斜角度を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の偏光分離素子。
4. 前記前記プリズム面は透明樹脂層で埋められていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の偏光分離素子。
5. 前記偏光分離膜は、ワイヤグリッド偏光子で形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の偏光分離素子。
6. 前記偏光分離膜は、多層複屈折ポリマーで形成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の偏光分離素子。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載された偏光分離素子と、第１のプリズム材と、第２のプリズム材と、を有し、
   前記第１のプリズム材にはＸＹ平面に対して斜めに傾く第１の傾斜面が設けられ、前記第２のプリズム材にはＸＹ平面に対して斜めに傾く第２の傾斜面が設けられ、前記偏光分離素子は、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面との間に挟持されて斜めに傾いた状態で保持され、この状態で前記プリズム面の傾斜角度は、ＸＹ平面に対して４５°傾けられていることを特徴とする偏光ビームスプリッタ。
8. 入射光を発する光源を備え、前記入射光は拡散性を有することを特徴とする請求項７に記載の偏光ビームスプリッタ。
9. 請求項１ないし６のいずれかに記載された偏光分離素子と、前記偏光分離素子の光出射面側に配置され、前記偏光分離膜を透過した第１の偏光成分、あるいは前記偏光分離膜で反射した第２の偏光成分のいずれか一方の偏光成分の向きを９０°回転させる位相差板と、を有することを特徴とする偏光変換素子。
10. 前記偏光分離素子の前記光出射面側は透明樹脂層で覆われており、前記透明樹脂層の光出射面に前記位相差板が設けられていることを特徴とする請求項９に記載の偏光変換素子。
11. 前記偏光分離素子の前記一面は、前記プリズム面が第１の方向に傾く第１のプリズム面と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に傾き前記第１のプリズム面に対して略線対称形状とされた第２のプリズム面とを有しており、前記第１のプリズム面から連続する前記第２のプリズム面にかけての対向位置に前記位相差板が配置されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の偏光変換素子。
12. 前記偏光分離素子の前記プリズム面は、ＸＹ平面に対して４５°傾けられていることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の偏光変換素子。
13. 透明樹脂基材の一面に透明樹脂基材に一体化された複数のプリズム面を形成し、偏光分離膜を前記プリズム面のエッジ部にて切断して、前記偏光分離膜を各プリズム面に配置することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
14. 透明樹脂基材と、表面に複数の傾斜面が設けられた金型と、前記透明樹脂基材と前記傾斜面との間に配置されたフィルム状の偏光分離膜と、を有し、
    加熱プレスにより前記透明樹脂基材を変形させて前記透明樹脂基材の一面に前記傾斜面と対面し前記透明樹脂基材に一体化された複数のプリズム面を形成し、このとき、前記加熱プレスにより前記偏光分離膜を前記傾斜面のエッジ部にて切断して、前記偏光分離膜を各プリズム面に配置することを特徴とする偏光分離素子の製造方法。
15. 前記透明樹脂基材のガラス転移温度Ｔｇ_Ｐは、前記偏光分離膜のガラス転移温度Ｔｇ_Ｆよりも低く、加熱プレス時の加熱温度を、ガラス転移温度Ｔｇ_Ｐと、ガラス転移温度Ｔｇ_Ｆの間の温度に設定することを特徴とする請求項１４に記載の偏光分離素子の製造方法。
    

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