JP3671643B2

JP3671643B2 - Polarization separation element and method for manufacturing the same, polarization conversion element, and projection display device

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Publication number: JP3671643B2
Application number: JP00985998A
Authority: JP
Inventors: 章隆矢島; 富芳牛山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1998-01-21
Filing date: 1998-01-21
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: JPH11211915A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光分離素子およびその製造方法、並びに偏光変換素子およびこれを備えた投写型表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ランダムな偏光光束を、偏光方向の揃ったほぼ１種類の直線偏光として出射可能な偏光変換素子としては、特開平７−２９４９０６号公報に記載されたものが知られている。図１４（Ａ）および（Ｂ）には、その偏光変換素子の斜視図および断面図を示してある。この偏光変換素子１Ａは、偏光分離膜１３を有する偏光ビームスプリッタ２１０と、反射膜１４を有するプリズム２２０とを交互に貼り合わせた偏光ビームスプリッタアレイ（偏光分離素子）２００を備えている。また、偏光ビームスプリッタアレイ２００の光出射面に選択的に形成されたλ／２位相差板２３０を備えている。
【０００３】
偏光ビームスプリッタ２１０は、２つの直角プリズム２１１、２１２と、これらの直角プリズム２１１、２１２の斜面である境界面に形成された偏光分離膜１３とを有している。この偏光ビームスプリッタ２１０を製造する際には、一方の直角プリズム２１２の斜面に偏光分離膜１３を形成した後、光学接着剤２４０で接着する。
【０００４】
プリズム２２０は、２つの直角プリズム２２１、２２２と、これらの直角プリズム２２１、２２２の斜面である境界面に形成された反射膜１４とを有している。このプリズム２２０を製造する際には、一方の直角プリズム２２１に反射膜１４を形成した後、光学接着剤２４０で接着する。
【０００５】
この構成の偏光変換素子１Ａにおいて、光入射面に入射したＳ偏光成分およびＰ偏光成分を含む入射光は、まず、偏光分離膜１３によってＳ偏光およびＰ偏光に分離される。Ｐ偏光は、偏光分離膜１３をそのまま透過してプリズム２１１から出射される。一方、Ｓ偏光は、偏光分離膜１３によってほぼ直角に反射され、反射膜１４によってさらに直角に反射される。その後、λ／２位相差板２３０によってＰ偏光に変換された後に出射される。従って、この偏光変換素子１Ａに入射したランダムな偏光方向を有する光束は、すべてＰ偏光光束に変換されて出射される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、偏光変換素子１Ａの偏光ビームスプリッタアレイ（偏光分離素子）２００においてはその表裏や上下左右を判別できない。偏光ビームスプリッタアレイ２００を図１４（Ｂ）に示したように配置すれば、先に説明したように、ランダムな偏光光束をすべてＰ偏光光束に変換して偏光変換素子１Ａから出射させることができる。これに対して、図１５に示すように、偏光ビームスプリッタアレイ２００が表裏逆に配置されると、ランダムな偏光光束は反射膜１４によって直角に反射された後に、偏光分離膜１３に入射するようになる。この場合、偏光ビームスプリッタアレイ２００の最端部分では偏光分離膜１３によって分離された一方の偏光光束（図示の例ではＰ偏光光束）は外側に漏れ出てしまい、その偏光光束が無駄となる。この結果、光の利用効率が低下する。
【０００７】
また、偏光変換素子１Ａでは、それぞれの直角プリズム２１１、２１２、２２１、２２が光学接着剤で貼り合わされている。従って、Ｓ偏光やＰ偏光は、偏光変換素子１Ａに入射されてから出射されるまでの間に、プリズムの境界に形成されている接着層２４０を通過することになる。図１４（Ｂ）に示したように偏光ビームスプリッター２００が正しい姿勢で配置されていると、偏光変換素子１Ａに入射したランダムな偏光光束のうち、Ｐ偏光光束は接着層２４０を１回通過するのみである。これに対して、図１５に示したように偏光ビームスプリッタアレイ２００が表裏逆に配置されていると、Ｐ偏光光束（図１５において破線で囲う領域Ｒの接着層２４０に入射するＰ偏光光束）は接着層２４０を３回通過する。
【０００８】
接着層２４０は光をある程度吸収するので、接着層２４０を通過するたびに光の強度が低下する。従って、偏光ビームスプリッタアレイ２００を表裏逆に配置すると、接着層２４０での光吸収によっても光の利用効率が低下することになる。
【０００９】
上記の点に鑑みて、本発明の課題は、表裏および上下左右を容易に判別できる構成の偏光分離素子およびその製造方法を提供することにある。また、その偏光変換素子およびそれを備えた投写型表示装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明では、断面が略平行四辺形の複数個の透光性部材を接着することにより構成され、光入射面と、当該光入射面に平行な光出射面とを有し、前記透光性部材との間には、偏光分離膜と反射膜とが交互に形成されている偏光分離素子において、前記透光性部材の配列方向における一方の端に色付き部材を接着するようにしている。
【００１１】
本発明の偏光分離素子は、色付き部材によって視覚的にその表裏や上下左右を判別できるので、λ／２位相差板等の選択位相差板に対して適切な状態に配置できる。従って、図１５に示したような光束の一部を無駄にしてしまう事態を回避でき、光の利用効率の低下を防ぐことができる。また、光束が透光性部材間の接着層を通過する回数を抑制でき、接着層での光吸収によって光量が減少する程度も少なくできる。従って、この点からの光の利用効率の低下を防ぐことができる。
【００１２】
前記色付き部材と当該色付き部材が接着されている前記透光性部材との間に前記反射膜を形成するようにすれば、色付き部材に光束が導かれないようになるので、色付き部材を偏光変換に利用しなくても良い。このため、色付き部材に導かれた光を無駄にすることがなくなり、光の利用効率が低下してしまうのを回避できる。
【００１３】
このような本発明の偏光分離素子は、その光出射面側に選択位相差板を配置することにより、投写型表示装置等に用いられる偏光変換素子として使用することが可能である。
【００１４】
本発明の偏光分離素子は、以下のようにして製造できる。すなわち、本発明の偏光分離素子の製造方法においては、
（ａ）平行な第１および第２の表面を有する第１の透光性板材の前記第１の表面上に偏光分離膜を形成する工程と、
（ｂ）前記第１の透光性板材の前記第２の表面上に反射膜を形成する工程と、
（ｃ）前記偏光分離膜および反射膜が形成された前記第１の透光性板材と、２つの平行な表面を有する色付き板材とを接合する工程と、
（ｄ）前記色付き部材に接合された前記第１の透光性板材に対して、２つの平行な表面を有する第２の透光性板材および第１の透光性板材を交互に接合する工程と、
（ｅ）交互に接合された前記第１の透光性板材、前記第２の透光性板材、および前記色付き板材を、前記第１の表面および第２の表面に対して所定の角度で切断して平行な光入射面と光出射面とを有する偏光変換装置ブロックを生成する工程と、
を有することを特徴としている。
【００１５】
このような製造方法によれば、本発明の偏光分離素子を容易に形成することができ、光の利用効率の高い偏光分離素子を容易に製造できる。
【００１６】
本発明の製造方法において、
（ｆ）前記偏光変換装置ブロックの前記光入射面と前記光出射面とを研磨する工程を設けておくことが好ましい。このような工程を設ければ、偏光分離素子となる偏光変換装置ブロックの光入射面および光出射面を精度良く形成できる。
【００１７】
また、本発明の製造方法において、前記工程（ｄ）に、前記色付き板材、複数の前記第１の透光性板材、および複数の前記第２の透光性板材とを光硬化性接着層を介して積層し、光照射により接合する工程を設けておくことが好ましい。このようにすれば、貼り合わされた板材に光を照射することによって光硬化性接着層を硬化させることができるので、偏光分離素子の製造が容易である。
【００１８】
また、前記工程（ｄ）に、
（１）前記色付き板材と、１枚の前記第１の透光性板材との間に光硬化性接着層を介して重ね合わせることによって積層体を形成する工程と、
（２）前記積層体に光を照射することによって前記光硬化性接着層を硬化させる工程と、
（３）前記積層体に、前記光硬化性接着層を介して前記第２の透光性板材と前記第１の透光性板材とを交互に重ねてゆき、この際、１枚の部材を重ねる度に前記積層体に光を照射することによって前記光硬化性接着層を硬化させる工程と、
を設けた場合には、１枚の透光性部材を重ねる度に接着剤を硬化させるので、各透光性部材同士の位置関係を精度良く設定することができる。
【００１９】
さらに、前記工程（ｄ）に、
（１）前記色付き板材と、１枚の前記第１の透光性板材との間に光硬化性接着層を介して重ね合わせることによって積層体を形成する工程と、
（２）前記工程（１）で得られた積層体に光を照射することによって前記光硬化性接着層を硬化させる工程と、
（３）１枚の前記第１の透光性板材と、１枚の前記第２の透光性板材との間に光硬化性接着層を介して重ね合わせることによって積層体を形成する工程と、
（４）前記工程（３）で得られた積層体に光を照射することによって前記光硬化性接着層を硬化させる工程と、
（５）前記工程（２）で得られた積層体に対して前記工程（４）で得られた複数の積層体を、前記光硬化性接着層を介して交互に重ねてゆき、この際、１つの積層体を重ねる度に光を照射することによって前記光硬化性接着層を硬化させる工程と、
を設けた場合には、１つの積層体を重ねる度に接着剤を硬化させるので、隣接する透光性部材同士の位置関係を精度良く設定することができる。
【００２０】
光硬化性接着層を硬化させるための光の照射は、前記透光性部材の表面と平行でない方向から行うことが好ましい。このようにすれば、光が接着層に効率良く照射されるので、接着層の硬化時間を短縮することができ、偏光分離素子の製造のスループットを向上させることができる。
【００２１】
このようにして製造された本発明の偏光分離素子は、前述したように選択位相差板と共に用いることにより偏光変換素子として用いることができ、投写型表示装置に組み込むことが可能である。すなわち、光源と、この光源から出射された光の偏光方向を揃える上記偏光変換素子と、この偏光変換素子からの出射光を変調する変調手段と、当該変調手段によって変調された光束を投写面上に拡大当社する投写手段とを有する投写型表示装置である。
【００２２】
このような投写型表示装置によれば、光の利用効率の高い本発明の偏光分離素子を備えた偏光変換素子を使用しているので、投写面上に拡大投写される映像の明るさを高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（偏光変換素子）
以下に図面を参照して本発明を適用した偏光分離素子、並びに偏光変換素子を説明する。図１（Ａ）および（Ｂ）には、それぞれ偏光変換素子の斜視図および断面図を示してある。本例の偏光変換素子１は、ランダムな偏光光束を１種類の偏光方向の光に揃えて出射する作用を有する直方体形状の素子であり、偏光分離素子としての平板状の偏光分離ユニットアレイ１０と、この偏光分離ユニットアレイ１０の光出射面１０ｂに貼り合わされた選択位相差板２０とを有している。
【００２４】
偏光分離ユニットアレイ１０は、断面がほぼ平行四辺形の柱状の複数の第１の透光性部材１１および第２の透光性部材１２を有し、これらの透光性部材１１、１２が交互に接合されて形成されている。また、複数の第１および第２の透光性部材１１、１２のうち、透光性部材１１、１２の配列方向の一方の端に位置する第１の透光性部材１１ａに接合された色付き部材１６を有している。この偏光分離ユニットアレイ１０においては、一方の基板表面が光入射面１０ａとされ、他方の基板表面が光出射面１０ｂとされており、光入射面１０ａと光出射面１０ｂとは平行になっている。
【００２５】
本例の偏光変換素子１では、第１透光性部材１１、第２の透光性部材１２、および色付き部材１６が接着層１５を介して相互に接合され、偏光分離ユニットアレイ１０が全体として断面が長方形となるように加工されている。すなわち、本例では、両端に位置する部材、すなわち、第２の透光性部材１２ａと色付き部材１６は、そのほぼ半分の部分（図１（Ａ）において想像線で表す部分）１６ｂ、１２ｂが切断され、第２の透光性部材１２ａと色付き部材１６ａは、断面が直角三角形の柱状体とされている。
【００２６】
偏光分離ユニットアレイ１０には、光入射面１０ａに対して傾斜していると共に所定の間隔で透光性部材１１、１２の配列方向に平行な方向に配列されている相互に平行な複数の透光性部材接着面１１１、１１２、１２１、１２２が形成されている。
【００２７】
第１および第２の透光性部材１１、１２は、磨き板ガラスやフロートガラス等の板ガラスで形成されている。第１の透光性部材１１は、光入射面および光出射面に対して所定の角度をなす相互に平行な透光性部材接着面１１１、１１２のうち、一方の透光性部材接着面１１１に偏光分離膜１３が形成されている。また、他方の透光性部材接着面１１２には反射膜１４が形成されている。一方、第２の透光性部材１２の光入射面および光出射面に対して所定の角度をなす相互に平行な２つの透光性部材接着面１２１、１２２には、いずれの膜も形成されていない。なお、第１および第２の透光性部材１１、１２をガラス以外の透光性の材料から形成しても良いのは勿論である。
【００２８】
偏光分離膜１３は、Ｓ偏光とＰ偏光のいずれか一方を選択的に透過させ、他方を選択的に反射する性質の膜である。通常は、このような性質を有する誘電体多層膜を積層することによって偏光分離膜が形成される。本例では、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射する性質の偏光分離膜１３を形成してある。
【００２９】
反射膜１４は、誘電体多層膜を積層することによって形成される。勿論、反射膜１４を構成する誘電体多層膜は、偏光分離膜１３を構成するものとは異なる組成および構成を有している。反射膜１３としては、偏光分離膜１４で反射された直線偏光成分（Ｓ偏光またはＰ偏光）のみを選択的に反射し、他の直線偏光成分は反射しないような誘電体多層膜で構成されたものが好ましい。
【００３０】
また、反射膜１４は、アルミニウムを蒸着することによって形成するようにしても良い。誘電体多層膜で反射膜１４を形成した場合には、特定の直線偏光成分（例えばＳ偏光）を約９８％程度の反射率で反射することができる。一方、アルミニウム膜では、反射率は高々９２％程度である。従って、誘電体多層膜で反射膜１４を形成するようにすれば、偏光分離ユニットアレイ１０から出射される光量を高めることができる。さらに、誘電体多層膜は、アルミニウム膜よりも光の吸収が少ないので、発熱も少ないという利点もある。なお、特定の直線偏光成分の反射率を向上させるには、反射膜１４を構成する誘電体多層膜（通常は２種類の膜が交互に積層された構造である）を構成するそれぞれの膜の厚さ、あるいは膜の材料を最適化すれば良い。
【００３１】
選択位相差板２０は、λ／２位相差板２１と透明板２２が交互に配置された平板形状をしており、上記のλ／２位相差板２１は第１の透光性部材１１の光出射面に位置し、上記の透明板２２が第２の透光性部材１２の光出射面に位置している。なお、λ／２位相差板２１および透明板２２を備えた選択位相差板２０を使用する代わりに、λ／２位相差板２１のみを選択的に第１の透光性部材１１の光出射面に貼り合わせるようにしても良い。
【００３２】
この構成の偏光変換素子１において、偏光分離ユニットアレイ１０に入射したＳ偏光成分およびＰ偏光成分を含む入射光は、まず、偏光分離膜１３によってＳ偏光およびＰ偏光に分離される。Ｐ偏光は、偏光分離膜１３をそのまま透過して選択位相差板２０の透明板２２に入射する。透明板２２に入射したＰ偏光は、当該透明板２２を透過して出射される。一方、Ｓ偏光は、偏光分離膜１３によってほぼ垂直に反射され、反射膜１４によってさらに反射されて選択位相差板２０のλ／２位相差板２１に入射する。λ／２位相差板２１に入射したＳ偏光は、λ／２位相差板２１の偏光変換作用によって偏光方向が９０°変換されてＰ偏光としてλ／２位相差板２１から出射される。従って、偏光変換装置１からは１種類の直線偏光性分（Ｐ偏光）が出射される。
【００３３】
なお、λ／２位相差板２１が第２の透光性部材１２の光出射面に位置し、透明板２２が第１の透光性部材１１の光出射面に位置するようにすれば、偏光変換装置１からＳ偏光のみを選択的に出射させることができる。
【００３４】
ここで、本例の偏光変換素子１においては、透光性部材１１、１２の配列方向の一方の端に位置する第１の透光性部材１１ａに色付き部材１６を接合してある。この透光性部材１６は、青色のフロートガラスで形成されている。従って、この色付き部材１６によって偏光分離ユニットアレイ１０の表裏や上下左右を視覚的に容易に判別できる。このため、図１５を参照に説明したような光束の一部を無駄にしてしまう事態を回避でき、偏光変換素子１における光の利用効率の低下を防ぐことができる。
【００３５】
次に、偏光分離膜１３が第１の透光性部材１１の斜面１１１に形成されている場合と、偏光分離膜１３が第２の透光性部材１２の斜面１２２に形成されている場合との光の利用効率の違いを図２（Ａ）および（Ｂ）に基づき説明する。図２（Ａ）には、偏光分離膜１３が第１の透光性部材１１の透光性部材接着面１１１に形成されている場合の例を示し、図２（Ｂ）には、偏光分離膜１３が第２の透光性部材１２の透光性部材接着面１２２に形成されている場合の例を示してある。
【００３６】
図２（Ａ）に示す例では、偏光分離膜１３を通過するＰ偏光は、偏光分離ユニットアレイ１０の光入射面１０ａから光出射面１０ｂまでの間に接着層１５を１回通過する。これは、図２（Ｂ）に示す例でも同様である。
【００３７】
これに対して、図２（Ａ）に示す例では、偏光分離膜１３で反射されるＳ偏光は、偏光分離ユニットアレイ１０の光入射面１０ａから光出射面１０ｂまでの間に接着層１５を１回も通過しない。一方、図２（Ｂ）に示す例では、Ｓ偏光は、偏光分離ユニットアレイ１０の光入射面１０ａから光出射面までの間に接着層１５を２回通過する。
【００３８】
接着層１５は、ほぼ透明な性質を有しているが、若干光を吸収する性質を有している。従って、接着剤装置１５を通過する度に、光量は減少する。また、接着層１５を通過する際には、偏光方向が若干変わる可能性もある。
【００３９】
本例の偏光変換素子１においては、偏光分離膜１３および反射膜１４を共に第１の透光性部材１１の透光性部材接着面１１１および１１２に形成することにより、Ｓ偏光が接着層１５を通る回数を少なくしてあるので、接着層１５における光吸収に起因した光利用効率の低下も防ぐことができる。また、偏光方向がずれてしまう可能性も極めて低い。
【００４０】
また、本例の偏光変換素子１においては、色付き部材１６と当該色付き部材１６が接着された第１の透光性部材１１ａの透光性部材接着面１１２に反射膜１４が形成されている。このため、色付き部材１６が偏光変換に利用されることはないので、色付き部材１６に直線偏光が入射して、その直線偏光を無駄にしてしまうことを回避でき、この点からも、光の利用効率の低下を防ぐことができる。
【００４１】
（偏光変換素子の製造方法）
図３および図４には偏光変換素子１の主要な製造プロセスを示してある。図３（Ａ）に示すように、まず、それぞれ板状の複数の第１の透光性板材１１Ａおよび第２の透光性板材１２Ａと、板状の１枚の色付き板材１６Ａを用意する。第１の透光性板材１１Ａの２つの表面（透光性部材接着面１１１、１１２とされる面）のうち、一方の表面（透光性部材接着面１１１とされる面）に偏光分離膜１３を形成する。また、他方の表面（透光性部材接着面１１２とされる面）に反射膜１４を形成する。但し、第２の透光性板材１２Ａの表面にはいずれの膜も形成しない。
【００４２】
次に、図３（Ｂ）に示すように、色付き板材１６Ａの表面１６１に、反射膜１４が重なるように第１の透光性板材１１Ａを接着剤を用いて貼り合わす。その後、第１および第２の透光性板材１１Ａ、１２Ａを接着剤を用いて交互に貼り合わす。この結果、接着層１５が偏光分離膜１３と第２の透光性板材１２Ａとの間、および反射膜１４と第２の透光性板材１２Ａとの間にそれぞれ形成される。
【００４３】
なお、図３および図４では、図示の便宜上、各板材１１Ａ、１２Ａ、１６Ａおよび接着層１５の厚さを誇張して示してある。また、貼り合わされる透光性板材１１Ａ、１２Ａの枚数についても省略されている。さらに、図示の例では色付き板材１６Ａに対して第１および第２の透光性板材１１Ａ、１２Ａが積層されているが、この代わりに、色付き部材１６Ａを最も上に重ね合わせるようにしても良い。
【００４４】
貼り合わせた透光性板材１１Ａ、１２Ａ、１６Ａの表面にほぼ垂直な方向から紫外線を照射することによって、接着層１５を硬化させる。図示の例では、偏光分離膜１３と反射膜１４は、それぞれ誘電体多層膜で形成されている。紫外線は誘電体多層膜を通過するので、図４（Ａ）に示すように、第１および第２の透光性板材１１Ａ、１２Ａの表面にほぼ垂直な方向から紫外線を照射することによって、複数の接着層１５を同時に硬化させることができる。
【００４５】
一方、反射膜１４をアルミニウムの蒸着で形成した場合には、紫外線がアルミニウム膜で反射されてしまう。従って、この場合には、図４（Ａ）に破線で示すように、紫外線を第１および第２の透光性板材１１Ａ、１２Ａの表面にほぼ平行な方向から照射する。この時、紫外線を入射する側と反対側の部分では、紫外線による接着層１５の照射効率が低下する。従って、接着層１５が硬化するまでに比較的長い時間が必要となる。一方、反射膜１４を誘電体多層膜で形成するようにすれば、第１および第２の透光性板材１１Ａ、１２Ａの表面に平行でない方向から紫外線を照射できるので、比較的短時間で効率良く接着層１５を硬化させることができる。
【００４６】
次に、図４（Ｂ）に示すように、互いに接着された透光性板材１１Ａ、１２Ａ、および色付き板材１６Ａを、その表面と所定の角度θをなす切断面（図中、破線で示す）でほぼ平行に切断することによって、偏光変換装置ブロックが切り出される。θの値は、約４５度とすることが好ましい。
【００４７】
次に、こうして切り出された偏光変換装置ブロックの表面（切断面）を研磨する。そして、偏光分離ユニットアレイ１０が全体として断面がほぼ長方形となるように加工する。すなわち、本例では、両端に位置する第２の透光性部材１２ａおよび色付き部材１６の端部１２ｂおよび１６ｂ（図１（Ａ）参照）を切り落とす。このようにして前述した偏光分離ユニットアレイ１０が得られる。
【００４８】
その後、この偏光分離ユニットアレイ１０の光出射面１０ｂに、λ／２位相差板２１および透光板２２が交互に形成された選択位相差板２０を貼り付けることにより、偏光変換素子１が得られる。このとき色付き部材１６が設けられているので、偏光分離ユニットアレイ１０の表裏を容易に認識でき、選択位相差板２０を当該偏光分離ユニットアレイ１０の光出射面１０ｂに確実に貼り合わせることができる。
【００４９】
（偏光変換素子の別の製造方法）
図５ないし図１０は、偏光変換素子の別の製造方法を示す説明図である。この例では、図５に示すように水平台４０２と、水平台４０２の上に立設された垂直壁４０４とを有する組立治具４００を用いる。
【００５０】
この製造方法においても、上記の製造方法と同様に、色付き板材１６Ａ、第１の透光性板材１１Ａ（偏光分離膜１３および反射膜１４が形成された板ガラス）と、第２の透光性板材１２Ａ（偏光分離膜１３および反射膜１４が形成されていない板ガラス）とが準備される。なお、本例では、厚い色付き板材１６Ａを準備する。
【００５１】
図５の状態にするには、まず、色付き板材１６Ａを水平台４０２の上に載置して、その表面に光硬化性接着剤を塗布する。そして、その上に第１の透光性板材１１Ａを重ねる。こうして、接着層１５を介して重ねた色付き板材１６Ａと第１の透光性板材１１Ａとを摺り合わせるようにしながら、接着層１５に含まれる気泡を追い出し、かつ、接着層１５の厚さを均一にする。この状態では、色付き板材１６Ａと第１の透光性板材１１Ａとは、表面張力により互いに吸着した状態になる。
【００５２】
そして、図５に示すように、色付き板材１６Ａと第１の透光性板材１１Ａの側面を、垂直壁４０４に当接させる。また、この時、当接する側面と垂直な側面では、色付き板材１６Ａと第１の透光性板材１１Ａとを、所定のズレ量ΔＨだけずらしている。図６では、第１の透光性板材１１Ａの上方から紫外線（図中「ＵＶ」と記す）を照射して接着剤を硬化させる。こうして接着された板材を「第１の積層体」と呼ぶ。
【００５３】
なお、紫外線は、透光性板材１１の表面と平行でない方向から照射することが好ましい。このようにすれば、接着層１５を紫外線で効率良く照射することができ、接着剤の硬化時間を短縮することができる。この結果、偏光変換素子の製造のスループットを向上させることができる。
【００５４】
次に、図７に示すように、第１の積層体の上面に接着剤を塗布し、第２の透光性板材１２Ａを重ねる。この時、接着層１５を介して重ねた第１および第２の透光性板材１１Ａ、１２Ａを摺り合わせるようにしながら、接着層１５に含まれる気泡を追い出し、かつ、接着層１５の厚さを均一にする。また、第１の透光性板材１１Ａと第２の透光性板材１２Ａを、所定のズレ量ΔＨだけずらしている。図８では、第２の透光性板材１２Ａの上方から紫外線を照射して接着剤を硬化させる。こうして、第２の積層体が得られる。
【００５５】
その後は、同様にして、接着層１５を介して第１の透光性板材１１Ａ、または第２の透光性板材１２Ａを積層する度に、紫外線を照射することによって、その接着層１５を硬化させ、図９に示す積層体が得られる。
【００５６】
図１０は、こうして得られた積層体を切断する様子を示している。積層体は、図１０において、垂直壁４０４に当接していた側面を下にした状態で、切断台４１０の上に載置される。そして、平行な切断線ａ、ｂに沿って切断される。この後、切断面を平坦に研磨することによって偏光分離ユニットアレイ１０と同様な素子が得られる。
【００５７】
このような製造方法では、接着層１５を介して１枚の透光性板材を積層する度に紫外線を照射することによって、その接着層を硬化させるようにしたので、透光性部材同士の位置関係を精度良く決定することができる。また、紫外線の照射では、一層の接着層のみを硬化させればよいので、硬化を確実に行うことができるという利点もある。
【００５８】
なお、この製造方法において、１枚の第１の透光性板材１１Ａと、１枚の第２の透光性板材１２Ａとを貼り合わせることによって得られる積層体（「単位積層体」と呼ぶ）を予め複数作成しておき、これらの単位積層体を順次積層するようにしてもよい。すなわち、接着層を介して１つの単位積層体を積層し、接着層の気泡を追い出し、その後、紫外線を照射して接着層を硬化させるようにしても良い。このような方法によっても、上記とほぼ同様な効果が得られる。
【００５９】
また、第１および第２の透光性板材１１Ａ、１２Ａの厚さの精度は、それぞれの表面を研磨する際に管理することができる。また、接着層１５の厚さは、接着剤の塗布量や、気泡の追い出しの際の圧力を部材表面にわたって均一にすることにより、均一にすることが可能である。
【００６０】
さらに、色付き板材１６Ａをその他の透光性板材１１Ａ、１２Ａと異なる厚さとする代わりに、透光性板材１１Ａ、１２Ａと同じ厚さの色付き板材１６Ａを用いても良い。また、色付き板材１６Ａを下に配置する代わりに、上に配置するようにしても勿論良い。
【００６１】
（偏光照明装置）
次に、上記に説明した偏光変換素子１を有する偏光照明装置を説明する。図１１にはその照明装置の要部を平面的に見た概略構成を示してある。なお、便宜上、互いに直交する３つの方向をＸ、Ｙ、Ｚとし、Ｚを光の進行方向とする。
【００６２】
図１１に示すように、偏光照明装置３０は、Ｓ偏光光束およびＰ偏光光束を含むランダムな偏光光束を一方向に出射する光源部３１と、この光源部３１から出射されたランダムな偏光光束をほぼ１種類の偏光光束に変換する偏光変換部３２とを有している。
【００６３】
光源部３１は、光源ランプ３１１と、放物面リフレクター３１２から概略構成されており、光源ランプ３１１から放射された光は、放物面リフレクター３１２によって一方向に反射され、ほぼ平行な光束となって偏光変換部３２に入射される。ここで、光源部３１の光源光軸Ｒがシステム光軸Ｌに対して一定の距離ＤだけＸ方向に平行シフトした状態となるように、光源部３１は配置されている。このように光源光軸Ｒをシフトさせる理由については後述する。
【００６４】
偏光変換部３２は、光源部３１からのランダムな偏光光束をほぼ揃った一種類の直線偏光に変換して照明領域４０を照明する。この偏光変換部３２は、第１の光学要素３３と、第２の光学要素３４から構成されている。
【００６５】
図１２は、第１の光学要素３３の外観を示す斜視図である。図１２に示すように、第１の光学要素３３は、ＸＹ平面における断面が矩形状の複数の光束分割レンズ３３１をマトリクス状に配列して構成されている。
【００６６】
光源光軸Ｒ（図１１）は第１の光学要素３３の中心に来るように配置されている。第１の光学要素３３に入射した光は、光束分割レンズ３３１により複数の中間光束３３２に分割され、同時に光束分割レンズ３３１の集光作用により、システム光軸Ｌと垂直な平面内（図１１ではＸＹ平面）の中間光束が収束する位置に光束分割レンズの数と同数の集光像を形成する。
【００６７】
尚、光束分割レンズ３３１のＸＹ平面上における断面形状は照明領域４０の形状と相似形をなすように設定される。本例では、ＸＹ平面上でＸ方向に長い長方形の照明領域４０を想定しているため、光束分割レンズ３３１のＸＹ平面上における断面形状も長方形である。
【００６８】
第２の光学要素３４は、集光レンズアレイ３５と、偏光分離ユニットアレイ１０および選択位相差板２０からなる本発明を適用した偏光変換素子１と、結合レンズ３６とから大略構成される複合体であり、第１の光学要素３３による集光像が形成される位置の近傍の、システム光軸Ｌに対して垂直な平面内（図１１ではＸＹ平面）に配置される。
【００６９】
尚、第１の光学要素３３に入射する光束の平行性が極めて良い場合には、第２の光学要素から集光レンズアレイ３５を省略した構成としても良い。
【００７０】
集光レンズアレイ３５は、第１の光学要素３３とほぼ同様な構成となっている。即ち、集光レンズアレイ３５は、第１の光学要素３３を構成する光束分割レンズ３３１と同数の集光レンズ３５１をマトリクス状に配列したものであり、それぞれの中間光束を偏光変換装置１の偏光分離ユニットアレイ１０の特定の場所に集光しながら導く機能を有している。
【００７１】
従って、第１の光学要素３３により形成された中間光束３３２の特性に合わせて、また、偏光分離ユニットアレイ１０に入射する光はその主光線の傾きがシステム光軸Ｌと平行であることが理想的である点を考慮して、各集光レンズのレンズ特性は各々最適化されることが望ましい。但し、一般的には、光学系の低コスト化及び設計の容易さを考慮して、第１の光学要素３３と全く同じものを集光レンズアレイ３５として用いるか、或いは、光束分割レンズ３３１とＸＹ平面での形状が相似形である集光レンズを用いて構成した集光レンズアレイを用いてもよいことから、本例の場合には、第１の光学要素３３を集光レンズアレイ３５として用いている。
【００７２】
尚、集光レンズアレイ３５は偏光分離ユニットアレイ１０から離れた位置（第１の光学要素３３に近い側）に配置してもよい。
【００７３】
光源部３１から出射されたランダムな偏光方向を有するほぼ平行な光束は、第１の光学要素３３に入射すると、それぞれの光束分割レンズ３３１によって中間光束３３２に分割される。中間光束３３２は、光束分割レンズ３３１と集光レンズ３５１の集光作用によって、システム光軸Ｌと垂直な平面内（図１１ではＸＹ平面）で収束する。中間光束３３２が収束する位置には、光束分割レンズ３３１の数と同数の光源像が形成される。なお、光源像が形成される位置は、偏光分離ユニットアレイ１０内の偏光分離膜１３の近傍である。
【００７４】
ここで、光源光軸Ｒがシステム光軸Ｌからずれているのは、光源像を偏光分離膜１３の位置で結像させるためである。このずれ量Ｄは、偏光分離膜１３のＸ方向の幅Ｗｐ（図１１）の１／２に設定されている。前述したように、光源部３１と、第１の光学要素３１と、集光レンズアレイ３５の中心は、光源光軸Ｒと一致しており、システム光軸ＬからＤ＝Ｗｐ／２だけずれている。一方、図１１から理解できるように、中間光束３３２を分離する偏光分離膜１３の中心も、システム光軸ＬからＷｐ／２だけずれている。従って、光源光軸Ｒを、システム光軸ＬからＷｐ／２だけずらせることによって、偏光分離膜１３のほぼ中央において光源ランプ３１１の光源像を結像させることができる。
【００７５】
偏光分離ユニットアレイ１０に入射された光束は、前述した偏光変換素子１の偏光分離ユニットアレイ１０によってＳ偏光光束とＰ偏光光束に分離される。この分離されたＳ偏光光束とＰ偏光光束のうち、Ｐ偏光光束は選択位相差板２０の透明板２２を透過して結合レンズ３６に導かれる。一方、Ｓ偏光光束は、選択位相差板２０のλ／２位相差板２１を通過してＰ偏光光束に変換されて結合レンズ３６に導かれる。すなわち、偏光変換素子１を通過した各中間光束３３２はすべてＰ偏光光束に変換される。
【００７６】
この変換されたＰ偏光光束は結合レンズ３６によって照明領域４０に重畳される。この結果、照明領域４０は、多数の光束分割レンズ３３１で分割された多数の光束で照明されるので、照明領域４０の全体をむらなく照明することができる。
【００７７】
以上のように、図１１に示す偏光照明装置３０は、ランダムな偏光方向を有する光束を特定の偏光方向の光束（Ｓ偏光またはＰ偏光）に変換する偏光発生部としての機能と、このような多数の偏光光束で照明領域４０をむらなく照明する機能とを有している。この偏光照明装置３０は、前述した偏光変換装置１を使用しているので、従来よりも光の利用効率が高いという利点を有している。
【００７８】
（投写型表示装置）
図１３は、図１１に示す偏光照明装置３０を備えた投写型表示装置５０の要部を示す概略構成図であり、ＸＺ平面における構成を示している。この投写型表示装置５０は、前述した偏光照明装置３０と、この偏光照明装置３０から出射された光束を３色の色光に分離する色分離光学系６０と、それぞれの色光を表示情報に基づいて変調し表示画像を形成する３枚の透過型の液晶装置７０Ｒ、Ｇ、Ｂと、３色の色光を合成しカラー画像を形成するダイクロイックプリズム８０と、そのカラー画像を投写表示する投写光学系９０と、各色光束のうち青色光束Ｂに対応する液晶装置７０Ｂに導く導光系１００とから大略構成されている。
【００７９】
色分離光学系６０は、青緑反射ダイクロイックミラー６１と、緑反射ダイクロイックミラー６２と、反射ミラー６３から構成される。偏光照明装置３０から出射された光束Ｗは、まず、青緑反射ダイクロイックミラー６１において、そこに含まれている青色光束Ｂおよび緑色光束Ｇがほぼ直角に反射され、緑反射ダイクロイックミラー６２の側に向かう。
【００８０】
赤色光束Ｒは青緑反射ダイクロイックミラー６１を透過して、後方の反射ミラー６３でほぼ直角に反射されて、液晶装置７０Ｒに達する。青緑反射ダイクロイックミラー６１において反射された青色、緑色光束Ｂ、Ｇは、緑反射ダイクロイックミラー６２において、緑色光束Ｇのみが直角に反射されて、液晶装置７０Ｇに達する。緑反射ダイクロイックミラー６２を透過した青色光束Ｂは、導光系１００の側に向かう。
【００８１】
色分離光学系６０から出射された赤色、緑色光束Ｒ、Ｇは液晶装置７０Ｒ、７０Ｇ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、これらの液晶装置は、不図示の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。このような駆動手段は公知の手段をそのまま使用することができる。一方、青色光束Ｂは、導光系１００を介して対応する液晶装置７０Ｂ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。本例の液晶装置としては、例えば、ポリシリコンＴＦＴをスイッチング素子として備えたものを採用できる。なお、３枚の液晶装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂは、図１１における照明領域４０に相当する。
【００８２】
導光系１００は、集光レンズ１０１と、入射側反射ミラー１０２と、出射側反射ミラー１０３と、これらの反射ミラーの間に配置した中間レンズ１０４と、液晶装置７０Ｂの手前側に配置した集光レンズ１０５とから構成される。各色光束の光路の長さ、すなわち、光源８０から各液晶パネルまでの距離は青色光束Ｂが最も長くなり、したがって、この光束の光量損失が最も多くなる。しかし、導光系１００を介在させることにより、光量損失を抑制できる。
【００８３】
各液晶装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂを通って変調された各色光束Ｒ、Ｇ、Ｂは、ダイクロイックプリズム８０に入射して再合成される。ダイクロイックプリズム８０は、４つの直角プリズムの接合面に沿って赤光を反射する誘電体多層膜および青光を反射する誘電体多層膜がＸ字状に形成されたものである。これらの誘電体多層膜によって３つの色光が合成されて、カラー映像を表す光が形成される。このダイクロイックプリズム８０によって合成されたカラー画像は、投写光学系９０によって所定の位置にあるスクリーン１１０の表面に拡大投写される。
【００８４】
この投写型表示装置５０では、光変調手段として、特定の偏光方向の光束（Ｓ偏光またはＰ偏光）を変調するタイプの液晶装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂが用いられている。これらの液晶装置には入射側と反射側にそれぞれ偏光板（図示せず）が貼り付けられているのが普通である。従って、ランダムな偏光方向を有する光束で液晶装置を照射すると、その光束のうちの約半分は、液晶装置の偏光板で吸収されて熱に変わってしまう。この結果、光の利用効率が低く、また、偏光板が発熱するという問題が生じる。しかし、図１３に示す投写型表示装置５０では、偏光照明装置３０によって、液晶装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂを通過する特定の偏光方向の光束を生成しているので、液晶装置の偏光板における光の吸収や発熱の問題が大幅に改善されている。また、この投写型表示装置５０は、本発明を適用した偏光変換素子１を使用しているので、投写型表示装置８０全体の光の利用効率が、これによって高められているという利点もある。
【００８５】
なお、偏光変換素子１の偏光分離ユニットアレイ１０の反射膜１４は、液晶装置７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂの変調対象となる特定の偏光成分（例えばＳ偏光）のみを選択的に反射する性質を有する誘電体多層膜で形成することが好ましい。こうすれば、液晶パネル７０Ｒ、７０Ｇ、７０Ｂにおける光の吸収や発熱の問題をさらに改善することができる。この結果、投写型表示装置８０全体としての光の利用効率をさらに高めることができる。
【００８６】
以上のように、本発明の偏光変換素子１を用いることによって、投写型表示装置における光の利用効率を従来に比べて高めることができる。従って、スクリーン１１０上に投写される映像をより明るくすることができる。
【００８７】
（その他の実施の形態）
なお、この発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えば、前述した偏光変換素子１は、図１３に示す投写型表示装置に限らず、白黒画像を投写する投写型表示装置にも適用することができる。この場合には、図１３の装置において、液晶装置が１枚で済み、また、光束を３色に分離する色分離光学系６０と、３色の光束を合成するダイクロイックプリズム８０とを省略できる。
【００８８】
また、前述した投写型表示装置は投写面を観察する側から投写を行う前面投写型表示装置であるが、本発明の偏光変換装置１は投写面を観察する側とは反対の方向から投写を行う背面投写型表示装置にも適用可能である。
【００８９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の偏光分離素子では、相互に接着された複数個の透光性部材のうち、それらの配列方向における一方の端の透光性部材に色付き部材を接着するようにしている。従って、色付き部材によって表裏や上下左右を容易に識別できるので、偏光分離素子を適切な状態に配置できる。このため、光束の一部が外側に漏れ出ることによって光の利用効率が低下するのを防止できる。また、光束が透光性部材間に介在する接着層を通過する回数が増加するのを防いで、接着層での光吸収による光の利用効率の低下も防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明を適用した偏光変換装置の斜視図、（Ｂ）はその偏光変換装置の断面図である。
【図２】偏光分離膜が形成される透光性部材接着面に違いによって生じる光の利用効率の変化を説明するための図である。
【図３】図１に示す偏光変換装置を製造する主要な工程を示す工程断面図である。
【図４】図１に示す偏光変換装置を製造する主要な工程を示す工程断面図である。
【図５】図３および図４とは異なる偏光変換装置の製造方法を示す説明図である。
【図６】図３および図４とは異なる偏光変換装置の製造方法を示す説明図である。
【図７】図３および図４とは異なる偏光変換装置の製造方法を示す説明図である。
【図８】図３および図４とは異なる偏光変換装置の製造方法を示す説明図である。
【図９】図３および図４とは異なる偏光変換装置の製造方法を示す説明図である。
【図１０】図３および図４とは異なる偏光変換装置の製造方法を示す説明図である。
【図１１】図１に示す偏光変換装置を備えた偏光照明装置の概略構成図である。
【図１２】第１の光学要素の外観を示す斜視図である。
【図１３】図１１に示す偏光照明装置を備えた投写型表示装置の概略構成図である。
【図１４】従来の偏光変換装置を示す図である。
【図１５】図１４に示す偏光変換装置の偏光ビームスプリッターアレイが表裏逆に配置されている場合の光の利用効率の低下を説明するための図である。
【符号の説明】
１偏光変換素子
１０偏光分離ユニットアレイ（偏光分離素子）
１１第１の透光性部材
１１Ａ第１の透光性板材
１２第２の透光性部材
１２Ａ第２の透光性板材
１５接着層
１６色付き部材
１６Ａ色付き板材
２０選択位相差板
２１ λ／２位相差板
２２透明板
３０偏光照明装置
３１光源部
３２偏光変換部
３３第１の光学要素
３４第２の光学要素
３５集光レンズアレイ
３６結合レンズ
４０照明領域
５０投写型表示装置
６０色分離光学系
７０Ｒ、Ｇ、Ｂ液晶装置
８０ダイクロイックプリズム
９０投写光学系
１００導光系
１１０投写面
１１１、１１２、１２１、１２２透光性部材接着面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization separation element, a method for manufacturing the same, a polarization conversion element, and a projection display apparatus including the polarization conversion element.
[0002]
[Prior art]
As a polarization conversion element capable of emitting a random polarized light beam as almost one type of linearly polarized light having a uniform polarization direction, one described in JP-A-7-294906 is known. 14A and 14B are a perspective view and a sectional view of the polarization conversion element. The polarization conversion element 1A includes a polarization beam splitter array (polarization separation element) 200 in which a polarization beam splitter 210 having a polarization separation film 13 and a prism 220 having a reflection film 14 are alternately bonded. Further, a λ / 2 phase difference plate 230 that is selectively formed on the light exit surface of the polarization beam splitter array 200 is provided.
[0003]
The polarization beam splitter 210 includes two right-angle prisms 211 and 212 and a polarization separation film 13 formed on a boundary surface that is an inclined surface of the right-angle prisms 211 and 212. When manufacturing the polarization beam splitter 210, the polarization separation film 13 is formed on the slope of one of the right-angle prisms 212, and then bonded with an optical adhesive 240.
[0004]
The prism 220 includes two right-angle prisms 221 and 222 and the reflection film 14 formed on the boundary surface that is the inclined surface of the right-angle prisms 221 and 222. When manufacturing the prism 220, the reflective film 14 is formed on one of the right-angle prisms 221, and then bonded with the optical adhesive 240.
[0005]
In the polarization conversion element 1 </ b> A having this configuration, incident light including an S-polarized component and a P-polarized component incident on the light incident surface is first separated into S-polarized light and P-polarized light by the polarization separation film 13. P-polarized light passes through the polarization separation film 13 as it is and is emitted from the prism 211. On the other hand, the S-polarized light is reflected substantially at a right angle by the polarization separation film 13 and further reflected by the reflection film 14 at a right angle. Thereafter, the light is converted into P-polarized light by the λ / 2 phase difference plate 230 and then emitted. Therefore, all the light beams having random polarization directions incident on the polarization conversion element 1A are converted into P-polarized light beams and emitted.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the polarization beam splitter array (polarization separation element) 200 of the polarization conversion element 1A, it is impossible to distinguish the front and back, the top, bottom, left and right. If the polarizing beam splitter array 200 is arranged as shown in FIG. 14B, all the random polarized light beams can be converted into P-polarized light beams and emitted from the polarization conversion element 1A as described above. . On the other hand, as shown in FIG. 15, when the polarization beam splitter array 200 is arranged upside down, the random polarized light beam is reflected by the reflection film 14 at a right angle and then enters the polarization separation film 13. become. In this case, one polarized light beam (P-polarized light beam in the illustrated example) separated by the polarization separation film 13 leaks outside at the extreme end of the polarization beam splitter array 200, and the polarized light beam is wasted. As a result, the light use efficiency decreases.
[0007]
In the polarization conversion element 1A, the right-angle prisms 211, 212, 221, and 22 are bonded together with an optical adhesive. Accordingly, the S-polarized light and the P-polarized light pass through the adhesive layer 240 formed at the boundary of the prism, after being incident on the polarization conversion element 1A and before being emitted. As shown in FIG. 14B, when the polarization beam splitter 200 is arranged in the correct posture, among the randomly polarized light beams incident on the polarization conversion element 1A, the P-polarized light beam passes through the adhesive layer 240 once. Only. On the other hand, when the polarization beam splitter array 200 is arranged upside down as shown in FIG. 15, a P-polarized light beam (P-polarized light beam incident on the adhesive layer 240 in the region R surrounded by a broken line in FIG. 15). Passes through the adhesive layer 240 three times.
[0008]
Since the adhesive layer 240 absorbs light to some extent, the intensity of light decreases every time it passes through the adhesive layer 240. Therefore, if the polarizing beam splitter array 200 is disposed upside down, the light utilization efficiency is lowered even by light absorption by the adhesive layer 240.
[0009]
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a polarization separation element having a configuration capable of easily discriminating front and back, upper, lower, left and right, and a method for manufacturing the same. Another object of the present invention is to provide a polarization conversion element and a projection display device including the polarization conversion element.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention is configured by adhering a plurality of translucent members having a substantially parallelogram in cross section, a light incident surface, and a light emitting surface parallel to the light incident surface. In the polarization separation element in which polarization separation films and reflection films are alternately formed between the light transmission members, a colored member is provided at one end in the arrangement direction of the light transmission members. I try to bond them.
[0011]
The polarized light separating element of the present invention can be visually discriminated from the front, back, top, bottom, left and right by a colored member, and therefore can be arranged in an appropriate state with respect to a selected retardation plate such as a λ / 2 retardation plate. Therefore, it is possible to avoid a situation where a part of the light flux as shown in FIG. 15 is wasted, and it is possible to prevent a decrease in light use efficiency. Moreover, the frequency | count that a light beam passes through the contact bonding layer between translucent members can be suppressed, and the extent to which a light quantity reduces by the light absorption in a contact bonding layer can also be decreased. Accordingly, it is possible to prevent a decrease in light utilization efficiency from this point.
[0012]
If the reflective film is formed between the colored member and the translucent member to which the colored member is bonded, the light beam is not guided to the colored member. You do not have to use it. For this reason, the light guided to the colored member is not wasted, and the use efficiency of light can be avoided from decreasing.
[0013]
Such a polarization separation element of the present invention can be used as a polarization conversion element used in a projection display device or the like by disposing a selective phase difference plate on the light exit surface side.
[0014]
The polarization separation element of the present invention can be manufactured as follows. That is, in the method for manufacturing a polarization separation element of the present invention,
(A) forming a polarization separation film on the first surface of the first light-transmitting plate member having parallel first and second surfaces;
(B) forming a reflective film on the second surface of the first translucent plate,
(C) joining the first translucent plate material on which the polarization separation film and the reflective film are formed, and a colored plate material having two parallel surfaces;
(D) A step of alternately joining the second light-transmitting plate material and the first light-transmitting plate material having two parallel surfaces to the first light-transmitting plate material bonded to the colored member. When,
(E) Cutting the first light-transmitting plate material, the second light-transmitting plate material, and the colored plate material that are alternately bonded at a predetermined angle with respect to the first surface and the second surface. Producing a polarization converter block having a parallel light incident surface and a light exit surface;
It is characterized by having.
[0015]
According to such a manufacturing method, the polarization separation element of the present invention can be easily formed, and a polarization separation element with high light utilization efficiency can be easily manufactured.
[0016]
In the production method of the present invention,
(F) It is preferable to provide a step of polishing the light incident surface and the light emitting surface of the polarization conversion device block. If such a process is provided, the light incident surface and the light exit surface of the polarization conversion device block serving as the polarization separation element can be formed with high accuracy.
[0017]
Moreover, in the manufacturing method of this invention, a photocurable adhesive layer is used for the said process (d) to combine the said colored board | plate material, several said 1st translucent board | plate material, and several said 2nd translucent board | plate material. It is preferable to provide the process of laminating | stacking and joining by light irradiation. If it does in this way, since a photocurable adhesive layer can be hardened by irradiating light to the bonded board | plate material, manufacture of a polarization splitting element is easy.
[0018]
In the step (d),
(1) A step of forming a laminate by superimposing the colored plate material and one sheet of the first translucent plate material via a photocurable adhesive layer;
(2) curing the photocurable adhesive layer by irradiating the laminate with light;
(3) The second translucent plate material and the first translucent plate material are alternately stacked on the laminate through the photocurable adhesive layer, and at this time, one member is attached. Curing the photocurable adhesive layer by irradiating the laminate with light each time it is stacked;
Since the adhesive is cured every time a single translucent member is stacked, the positional relationship between the translucent members can be set with high accuracy.
[0019]
Further, in the step (d),
(1) A step of forming a laminate by superimposing the colored plate material and one sheet of the first translucent plate material via a photocurable adhesive layer;
(2) a step of curing the photocurable adhesive layer by irradiating the laminate obtained in the step (1) with light;
(3) A step of forming a laminate by superimposing one sheet of the first light-transmitting plate material and one sheet of the second light-transmitting plate material via a photocurable adhesive layer; ,
(4) a step of curing the photocurable adhesive layer by irradiating the laminate obtained in the step (3) with light;
(5) The plurality of laminates obtained in the step (4) are alternately stacked on the laminate obtained in the step (2) via the photocurable adhesive layer, Curing the photocurable adhesive layer by irradiating light each time one laminate is stacked; and
Since the adhesive is cured every time one laminated body is stacked, the positional relationship between adjacent translucent members can be set with high accuracy.
[0020]
The light irradiation for curing the photocurable adhesive layer is preferably performed from a direction that is not parallel to the surface of the translucent member. In this way, since the light is efficiently applied to the adhesive layer, the curing time of the adhesive layer can be shortened, and the throughput of manufacturing the polarization separation element can be improved.
[0021]
The polarization separation element of the present invention thus manufactured can be used as a polarization conversion element when used together with the selective phase difference plate as described above, and can be incorporated in a projection display device. That is, the light source, the polarization conversion element that aligns the polarization direction of the light emitted from the light source, the modulation means that modulates the light emitted from the polarization conversion element, and the light beam modulated by the modulation means on the projection surface This is a projection type display device having projection means of our company.
[0022]
According to such a projection display device, since the polarization conversion element including the polarization separation element of the present invention with high light utilization efficiency is used, the brightness of the image enlarged and projected on the projection surface is increased. be able to.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Polarization conversion element)
A polarization separation element and a polarization conversion element to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. 1A and 1B show a perspective view and a cross-sectional view of the polarization conversion element, respectively. The polarization conversion element 1 of this example is a rectangular parallelepiped element having an action of emitting a random polarized light beam in alignment with light of one kind of polarization direction, and a plate-like polarization separation unit array 10 as a polarization separation element; And a selective phase difference plate 20 bonded to the light exit surface 10b of the polarization separation unit array 10.
[0024]
The polarization separation unit array 10 includes a plurality of first light-transmissive members 11 and second light-transmissive members 12 having a substantially parallelogram-shaped cross section, and the light-transmissive members 11 and 12 are alternately arranged. It is joined and formed. Further, among the plurality of first and second translucent members 11 and 12, the colored member joined to the first translucent member 11 a located at one end in the arrangement direction of the translucent members 11 and 12. A member 16 is provided. In this polarization separation unit array 10, one substrate surface is a light incident surface 10a, and the other substrate surface is a light exit surface 10b. The light entrance surface 10a and the light exit surface 10b are parallel to each other. Yes.
[0025]
In the polarization conversion element 1 of the present example, the first light transmissive member 11, the second light transmissive member 12, and the colored member 16 are bonded to each other via the adhesive layer 15, and the polarization separation unit array 10 as a whole. The cross section is processed to be rectangular. That is, in this example, the members located at both ends, that is, the second translucent member 12a and the colored member 16, are substantially half of the portions (portions represented by imaginary lines in FIG. 1A) 16b, 12b. The cut | disconnected 2nd translucent member 12a and the colored member 16a are made into the columnar body whose cross section is a right triangle.
[0026]
The polarization separation unit array 10 includes a plurality of mutually transparent light beams that are inclined with respect to the light incident surface 10a and arranged in a direction parallel to the arrangement direction of the translucent members 11 and 12 at a predetermined interval. Optical member adhesion surfaces 111, 112, 121, and 122 are formed.
[0027]
The 1st and 2nd translucent members 11 and 12 are formed with plate glass, such as polished plate glass and float glass. The first translucent member 11 includes one translucent member bonding surface 111 of the translucent member bonding surfaces 111 and 112 that are parallel to each other and form a predetermined angle with respect to the light incident surface and the light emitting surface. In addition, a polarization separation film 13 is formed. A reflective film 14 is formed on the other light transmissive member bonding surface 112. On the other hand, any film is formed on the two translucent member bonding surfaces 121 and 122 that are parallel to each other and form a predetermined angle with respect to the light incident surface and the light exit surface of the second light transmissive member 12. Not. Needless to say, the first and second translucent members 11 and 12 may be formed of a translucent material other than glass.
[0028]
The polarization separation film 13 is a film having a property of selectively transmitting one of S-polarized light and P-polarized light and selectively reflecting the other. Usually, a polarization separation film is formed by laminating dielectric multilayer films having such properties. In this example, a polarization separation film 13 having a property of transmitting P-polarized light and reflecting S-polarized light is formed.
[0029]
The reflective film 14 is formed by laminating dielectric multilayer films. Of course, the dielectric multilayer film constituting the reflective film 14 has a composition and configuration different from those constituting the polarization separation film 13. The reflective film 13 is composed of a dielectric multilayer film that selectively reflects only the linearly polarized light component (S-polarized light or P-polarized light) reflected by the polarization separation film 14 and does not reflect other linearly polarized light components. Those are preferred.
[0030]
The reflective film 14 may be formed by evaporating aluminum. When the reflective film 14 is formed of a dielectric multilayer film, a specific linearly polarized light component (for example, S-polarized light) can be reflected with a reflectivity of about 98%. On the other hand, the reflectivity of the aluminum film is at most about 92%. Therefore, if the reflective film 14 is formed of a dielectric multilayer film, the amount of light emitted from the polarization separation unit array 10 can be increased. Furthermore, the dielectric multilayer film has an advantage that it generates less heat because it absorbs less light than the aluminum film. In order to improve the reflectance of a specific linearly polarized light component, each of the films constituting the dielectric multilayer film (usually a structure in which two kinds of films are alternately laminated) constituting the reflective film 14 is used. The thickness or film material may be optimized.
[0031]
The selective phase difference plate 20 has a flat plate shape in which λ / 2 phase difference plates 21 and transparent plates 22 are alternately arranged, and the λ / 2 phase difference plate 21 is the first light transmitting member 11. Located on the light exit surface, the transparent plate 22 is located on the light exit surface of the second translucent member 12. In addition, instead of using the selective phase difference plate 20 including the λ / 2 phase difference plate 21 and the transparent plate 22, only the λ / 2 phase difference plate 21 is selectively emitted from the first light transmissive member 11. You may make it stick together on a surface.
[0032]
In the polarization conversion element 1 having this configuration, incident light including the S-polarized component and the P-polarized component incident on the polarization separation unit array 10 is first separated into S-polarized light and P-polarized light by the polarization separation film 13. P-polarized light passes through the polarization separation film 13 as it is and enters the transparent plate 22 of the selective retardation plate 20. The P-polarized light incident on the transparent plate 22 is transmitted through the transparent plate 22 and emitted. On the other hand, the S-polarized light is reflected substantially perpendicularly by the polarization separation film 13, further reflected by the reflection film 14, and enters the λ / 2 phase difference plate 21 of the selective phase difference plate 20. The S-polarized light incident on the λ / 2 phase difference plate 21 is converted by the polarization conversion action of the λ / 2 phase difference plate 21 by 90 °, and is emitted from the λ / 2 phase difference plate 21 as P polarization. Therefore, one type of linearly polarized light component (P-polarized light) is emitted from the polarization conversion device 1.
[0033]
If the λ / 2 phase difference plate 21 is positioned on the light output surface of the second light transmissive member 12 and the transparent plate 22 is positioned on the light output surface of the first light transmissive member 11, Only S-polarized light can be selectively emitted from the polarization conversion device 1.
[0034]
Here, in the polarization conversion element 1 of the present example, the colored member 16 is bonded to the first light transmissive member 11 a located at one end in the arrangement direction of the light transmissive members 11 and 12. The translucent member 16 is made of blue float glass. Therefore, the colored member 16 can easily visually discriminate the front, back, top, bottom, left and right of the polarization separation unit array 10. For this reason, it is possible to avoid a situation where a part of the light flux as described with reference to FIG. 15 is wasted, and it is possible to prevent a decrease in light use efficiency in the polarization conversion element 1.
[0035]
Next, when the polarization separation film 13 is formed on the slope 111 of the first light transmissive member 11 and when the polarization separation film 13 is formed on the slope 122 of the second light transmissive member 12. Differences in light use efficiency will be described with reference to FIGS. 2A shows an example in which the polarization separation film 13 is formed on the light transmissive member bonding surface 111 of the first light transmissive member 11, and FIG. 2B shows a polarization separation film. An example in which the film 13 is formed on the translucent member bonding surface 122 of the second translucent member 12 is shown.
[0036]
In the example shown in FIG. 2A, the P-polarized light that passes through the polarization separation film 13 passes through the adhesive layer 15 once between the light incident surface 10 a and the light exit surface 10 b of the polarization separation unit array 10. The same applies to the example shown in FIG.
[0037]
On the other hand, in the example shown in FIG. 2A, the S-polarized light reflected by the polarization separation film 13 forms the adhesive layer 15 between the light incident surface 10a and the light exit surface 10b of the polarization separation unit array 10. Never pass. On the other hand, in the example shown in FIG. 2B, the S-polarized light passes through the adhesive layer 15 twice between the light incident surface 10a and the light emitting surface of the polarization separation unit array 10.
[0038]
The adhesive layer 15 has a substantially transparent property, but has a property of absorbing light slightly. Accordingly, the amount of light decreases each time it passes through the adhesive device 15. Further, when passing through the adhesive layer 15, the polarization direction may change slightly.
[0039]
In the polarization conversion element 1 of this example, both the polarization separation film 13 and the reflection film 14 are formed on the light transmissive member bonding surfaces 111 and 112 of the first light transmissive member 11, so that the S polarized light is bonded to the adhesive layer 15. Since the number of times of passing through is reduced, it is possible to prevent a decrease in light utilization efficiency due to light absorption in the adhesive layer 15. In addition, the possibility that the polarization direction is shifted is extremely low.
[0040]
Further, in the polarization conversion element 1 of the present example, the reflective film 14 is formed on the light transmitting member bonding surface 112 of the first light transmitting member 11a to which the colored member 16 and the colored member 16 are bonded. For this reason, since the colored member 16 is not used for polarization conversion, it can be avoided that linearly polarized light is incident on the colored member 16 and the linearly polarized light is wasted. A decrease in efficiency can be prevented.
[0041]
(Method for manufacturing polarization conversion element)
3 and 4 show a main manufacturing process of the polarization conversion element 1. As shown in FIG. 3A, first, a plurality of first translucent plates 11A and second translucent plates 12A each having a plate shape, and one plate-shaped colored plate material 16A are prepared. Of the two surfaces of the first light transmissive plate 11A (the surfaces defined as the translucent member adhesion surfaces 111 and 112), the polarization separation film is provided on one surface (the surface defined as the translucent member adhesion surface 111). 13 is formed. Further, the reflective film 14 is formed on the other surface (the surface to be the translucent member bonding surface 112). However, no film is formed on the surface of the second translucent plate 12A.
[0042]
Next, as shown in FIG. 3B, the first translucent plate material 11A is bonded to the surface 161 of the colored plate material 16A using an adhesive so that the reflective film 14 overlaps. Then, the 1st and 2nd translucent board | plate materials 11A and 12A are bonded together alternately using an adhesive agent. As a result, the adhesive layer 15 is formed between the polarization separation film 13 and the second light transmissive plate member 12A, and between the reflective film 14 and the second light transmissive plate member 12A.
[0043]
3 and 4, the thicknesses of the plate members 11A, 12A, and 16A and the adhesive layer 15 are exaggerated for convenience of illustration. Further, the number of translucent plates 11A and 12A to be bonded is also omitted. Further, in the illustrated example, the first and second light-transmitting plate materials 11A and 12A are laminated on the colored plate material 16A, but instead, the colored member 16A may be superposed on top. .
[0044]
The adhesive layer 15 is cured by irradiating ultraviolet rays from a direction substantially perpendicular to the surfaces of the bonded translucent plates 11A, 12A, and 16A. In the illustrated example, the polarization separation film 13 and the reflection film 14 are each formed of a dielectric multilayer film. Since the ultraviolet rays pass through the dielectric multilayer film, as shown in FIG. 4 (A), a plurality of ultraviolet rays are irradiated by irradiating the ultraviolet rays from a direction substantially perpendicular to the surfaces of the first and second translucent plates 11A and 12A. The adhesive layer 15 can be simultaneously cured.
[0045]
On the other hand, when the reflective film 14 is formed by vapor deposition of aluminum, ultraviolet rays are reflected by the aluminum film. Therefore, in this case, as indicated by a broken line in FIG. 4A, the ultraviolet rays are irradiated from the directions substantially parallel to the surfaces of the first and second light-transmitting plate members 11A and 12A. At this time, the irradiation efficiency of the adhesive layer 15 by the ultraviolet rays decreases at the portion opposite to the side on which the ultraviolet rays are incident. Accordingly, a relatively long time is required until the adhesive layer 15 is cured. On the other hand, if the reflective film 14 is formed of a dielectric multilayer film, it is possible to irradiate ultraviolet rays from a direction that is not parallel to the surfaces of the first and second translucent plates 11A and 12A, so that the efficiency can be improved in a relatively short time. The adhesive layer 15 can be cured well.
[0046]
Next, as shown in FIG. 4B, the translucent plates 11A and 12A and the colored plate 16A bonded to each other are cut along a predetermined angle θ with the surface (indicated by a broken line in the figure). The polarization converter block is cut out by cutting substantially parallel to each other. The value of θ is preferably about 45 degrees.
[0047]
Next, the surface (cut surface) of the polarization conversion device block thus cut out is polished. Then, the polarization separation unit array 10 is processed so that the cross section becomes substantially rectangular as a whole. In other words, in this example, the second light transmitting member 12a and the end portions 12b and 16b (see FIG. 1A) of the colored member 16 located at both ends are cut off. In this way, the polarization separation unit array 10 described above is obtained.
[0048]
Thereafter, the selective phase difference plate 20 in which the λ / 2 phase difference plates 21 and the light transmission plates 22 are alternately formed is attached to the light exit surface 10b of the polarization separation unit array 10, whereby the polarization conversion element 1 is obtained. It is done. At this time, since the colored member 16 is provided, the front and back of the polarization separation unit array 10 can be easily recognized, and the selected phase difference plate 20 can be reliably bonded to the light emitting surface 10b of the polarization separation unit array 10. .
[0049]
(Another manufacturing method of polarization conversion element)
5 to 10 are explanatory views showing another method of manufacturing the polarization conversion element. In this example, as shown in FIG. 5, an assembly jig 400 having a horizontal table 402 and a vertical wall 404 standing on the horizontal table 402 is used.
[0050]
Also in this manufacturing method, similar to the above manufacturing method, the colored plate material 16A, the first light transmissive plate material 11A (the plate glass on which the polarization separation film 13 and the reflective film 14 are formed), and the second light transmissive plate material. 12A (plate glass on which the polarization separation film 13 and the reflection film 14 are not formed) is prepared. In this example, a thick colored plate 16A is prepared.
[0051]
In order to obtain the state shown in FIG. 5, first, the colored plate material 16 </ b> A is placed on the horizontal table 402, and a photocurable adhesive is applied to the surface thereof. And the 1st translucent board | plate material 11A is accumulated on it. In this way, the colored plate material 16A and the first translucent plate material 11A stacked via the adhesive layer 15 are rubbed together while air bubbles contained in the adhesive layer 15 are driven out, and the thickness of the adhesive layer 15 is uniform. To. In this state, the colored plate material 16A and the first translucent plate material 11A are in a state of being adsorbed to each other by surface tension.
[0052]
Then, as shown in FIG. 5, the side surfaces of the colored plate material 16 </ b> A and the first translucent plate material 11 </ b> A are brought into contact with the vertical wall 404. At this time, the colored plate material 16A and the first translucent plate material 11A are shifted by a predetermined shift amount ΔH on the side surface perpendicular to the abutting side surface. In FIG. 6, the adhesive is cured by irradiating ultraviolet rays (denoted as “UV” in the drawing) from above the first light-transmitting plate 11A. The plate material bonded in this way is referred to as a “first laminate”.
[0053]
In addition, it is preferable to irradiate ultraviolet rays from a direction that is not parallel to the surface of the translucent plate 11. In this way, the adhesive layer 15 can be efficiently irradiated with ultraviolet rays, and the curing time of the adhesive can be shortened. As a result, the manufacturing throughput of the polarization conversion element can be improved.
[0054]
Next, as shown in FIG. 7, an adhesive is applied to the upper surface of the first laminate, and the second light-transmitting plate 12A is overlaid. At this time, the first and second translucent plates 11A and 12A stacked via the adhesive layer 15 are rubbed together, and air bubbles contained in the adhesive layer 15 are expelled, and the thickness of the adhesive layer 15 is reduced. Make uniform. Further, the first translucent plate material 11A and the second translucent plate material 12A are shifted by a predetermined deviation amount ΔH. In FIG. 8, the adhesive is cured by irradiating ultraviolet rays from above the second light-transmissive plate member 12A. In this way, a 2nd laminated body is obtained.
[0055]
Thereafter, in the same manner, the adhesive layer 15 is cured by irradiating ultraviolet rays each time the first light-transmissive plate member 11A or the second light-transmissive plate member 12A is laminated via the adhesive layer 15. Thus, the laminate shown in FIG. 9 is obtained.
[0056]
FIG. 10 shows a state in which the laminate thus obtained is cut. In FIG. 10, the stacked body is placed on the cutting table 410 with the side surface that is in contact with the vertical wall 404 facing down. And it cut | disconnects along the parallel cutting lines a and b. Thereafter, by polishing the cut surface flatly, an element similar to the polarization separation unit array 10 can be obtained.
[0057]
In such a manufacturing method, the adhesive layer is cured by irradiating ultraviolet rays each time a single translucent plate is laminated via the adhesive layer 15, so that the positions of the translucent members are The relationship can be determined with high accuracy. Further, in the irradiation with ultraviolet rays, only one adhesive layer needs to be cured, so that there is an advantage that the curing can be surely performed.
[0058]
In addition, in this manufacturing method, a laminated body (referred to as “unit laminated body”) obtained by bonding one first translucent plate member 11A and one second translucent plate member 12A. May be prepared in advance, and these unit laminates may be sequentially laminated. That is, one unit laminated body may be laminated through the adhesive layer, the bubbles in the adhesive layer may be expelled, and then the adhesive layer may be cured by irradiation with ultraviolet rays. Even by such a method, substantially the same effect as described above can be obtained.
[0059]
Moreover, the accuracy of the thickness of the first and second light-transmitting plate members 11A and 12A can be managed when the respective surfaces are polished. Further, the thickness of the adhesive layer 15 can be made uniform by making the application amount of the adhesive and the pressure at the time of expelling the bubbles uniform over the member surface.
[0060]
Furthermore, instead of making the colored plate material 16A have a different thickness from the other light transmissive plate materials 11A and 12A, a colored plate material 16A having the same thickness as the light transmissive plate materials 11A and 12A may be used. Of course, the colored plate member 16A may be arranged on the upper side instead of the lower side.
[0061]
(Polarized illumination device)
Next, a polarization illumination device having the polarization conversion element 1 described above will be described. FIG. 11 shows a schematic configuration of the main part of the illumination device as viewed in plan. For convenience, three directions orthogonal to each other are X, Y, and Z, and Z is a light traveling direction.
[0062]
As shown in FIG. 11, the polarization illumination device 30 includes a light source unit 31 that emits a random polarized light beam including an S-polarized light beam and a P-polarized light beam in one direction, and a random polarized light beam emitted from the light source unit 31. And a polarization conversion unit 32 that converts the light into almost one kind of polarized light flux.
[0063]
The light source unit 31 is roughly composed of a light source lamp 311 and a parabolic reflector 312, and light emitted from the light source lamp 311 is reflected in one direction by the parabolic reflector 312 and becomes a substantially parallel light beam. Then, the light is incident on the polarization converter 32. Here, the light source unit 31 is arranged so that the light source optical axis R of the light source unit 31 is shifted in parallel in the X direction by a certain distance D with respect to the system optical axis L. The reason for shifting the light source optical axis R in this way will be described later.
[0064]
The polarization conversion unit 32 illuminates the illumination region 40 by converting random polarized light beams from the light source unit 31 into one type of linearly polarized light that is substantially uniform. The polarization conversion unit 32 includes a first optical element 33 and a second optical element 34.
[0065]
FIG. 12 is a perspective view showing an appearance of the first optical element 33. As shown in FIG. 12, the first optical element 33 is configured by arranging a plurality of light beam splitting lenses 331 having a rectangular cross section in the XY plane in a matrix.
[0066]
The light source optical axis R (FIG. 11) is arranged so as to come to the center of the first optical element 33. The light incident on the first optical element 33 is divided into a plurality of intermediate light beams 332 by the light beam splitting lens 331, and at the same time, in a plane perpendicular to the system optical axis L by the light collecting action of the light beam splitting lens 331 (in FIG. Condensed images of the same number as the number of light beam splitting lenses are formed at positions where the intermediate light beam on the (XY plane) converges.
[0067]
The cross-sectional shape of the light beam splitting lens 331 on the XY plane is set to be similar to the shape of the illumination area 40. In this example, since the rectangular illumination area 40 that is long in the X direction on the XY plane is assumed, the cross-sectional shape of the light beam splitting lens 331 on the XY plane is also rectangular.
[0068]
The second optical element 34 is a complex that is roughly composed of a condensing lens array 35, a polarization conversion element 1 to which the present invention is applied, comprising a polarization separation unit array 10 and a selective phase difference plate 20, and a coupling lens 36. And arranged in a plane perpendicular to the system optical axis L (XY plane in FIG. 11) in the vicinity of the position where the condensed image by the first optical element 33 is formed.
[0069]
If the parallelism of the light beam incident on the first optical element 33 is extremely good, the condensing lens array 35 may be omitted from the second optical element.
[0070]
The condenser lens array 35 has substantially the same configuration as that of the first optical element 33. That is, the condensing lens array 35 is configured by arranging the same number of condensing lenses 351 as the light beam splitting lenses 331 constituting the first optical element 33 in a matrix, and each intermediate light beam is polarized by the polarization conversion device 1. It has a function of guiding the light to a specific location of the separation unit array 10 while focusing.
[0071]
Therefore, it is ideal that the light incident on the polarization separation unit array 10 has the principal ray tilt parallel to the system optical axis L in accordance with the characteristics of the intermediate light beam 332 formed by the first optical element 33. It is desirable that the lens characteristics of each condensing lens be optimized in consideration of the point that is appropriate. However, in general, in consideration of cost reduction of the optical system and ease of design, the same optical element 33 as the first optical element 33 is used as the condenser lens array 35, or the light beam splitting lens 331 is used. Since a condensing lens array configured using condensing lenses having a similar shape on the XY plane may be used, in this example, the first optical element 33 is used as the condensing lens array 35. Used.
[0072]
The condensing lens array 35 may be disposed at a position away from the polarization separation unit array 10 (side closer to the first optical element 33).
[0073]
When a substantially parallel light beam having a random polarization direction emitted from the light source unit 31 is incident on the first optical element 33, it is split into an intermediate light beam 332 by each light beam splitting lens 331. The intermediate light beam 332 is converged in a plane perpendicular to the system optical axis L (XY plane in FIG. 11) by the condensing action of the light beam splitting lens 331 and the condensing lens 351. At the position where the intermediate light beam 332 converges, the same number of light source images as the number of light beam splitting lenses 331 are formed. The position where the light source image is formed is in the vicinity of the polarization separation film 13 in the polarization separation unit array 10.
[0074]
Here, the reason why the light source optical axis R is shifted from the system optical axis L is to form a light source image at the position of the polarization separation film 13. This shift amount D is set to ½ of the width Wp (FIG. 11) in the X direction of the polarization separation film 13. As described above, the centers of the light source unit 31, the first optical element 31, and the condenser lens array 35 coincide with the light source optical axis R, and are shifted from the system optical axis L by D = Wp / 2. Yes. On the other hand, as can be understood from FIG. 11, the center of the polarization separation film 13 for separating the intermediate light beam 332 is also shifted from the system optical axis L by Wp / 2. Therefore, by shifting the light source optical axis R from the system optical axis L by Wp / 2, the light source image of the light source lamp 311 can be formed at substantially the center of the polarization separation film 13.
[0075]
The light beam incident on the polarization separation unit array 10 is separated into an S-polarized light beam and a P-polarized light beam by the polarization separation unit array 10 of the polarization conversion element 1 described above. Of the separated S-polarized light flux and P-polarized light flux, the P-polarized light flux passes through the transparent plate 22 of the selective phase difference plate 20 and is guided to the coupling lens 36. On the other hand, the S-polarized light beam passes through the λ / 2 phase difference plate 21 of the selective phase difference plate 20, is converted to a P-polarized light beam, and is guided to the coupling lens 36. That is, all the intermediate light beams 332 that have passed through the polarization conversion element 1 are converted into P-polarized light beams.
[0076]
The converted P-polarized light beam is superimposed on the illumination area 40 by the coupling lens 36. As a result, the illumination area 40 is illuminated with a large number of light beams divided by the large number of light beam splitting lenses 331, so that the entire illumination area 40 can be illuminated uniformly.
[0077]
As described above, the polarization illumination device 30 shown in FIG. 11 functions as a polarization generating unit that converts a light beam having a random polarization direction into a light beam having a specific polarization direction (S-polarized light or P-polarized light). It has a function of illuminating the illumination area 40 evenly with a large number of polarized light beams. Since the polarized light illumination device 30 uses the polarization conversion device 1 described above, it has an advantage that the light utilization efficiency is higher than that of the prior art.
[0078]
(Projection display)
FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating a main part of the projection display device 50 including the polarization illumination device 30 illustrated in FIG. 11, and illustrates a configuration in the XZ plane. The projection display device 50 includes the polarization illumination device 30 described above, a color separation optical system 60 that separates a light beam emitted from the polarization illumination device 30 into three color lights, and each color light based on display information. Three transmissive liquid crystal devices 70R, G, and B that modulate and form a display image, a dichroic prism 80 that combines three color lights to form a color image, and a projection optical system 90 that projects and displays the color image And a light guide system 100 that leads to the liquid crystal device 70B corresponding to the blue light beam B among the color light beams.
[0079]
The color separation optical system 60 includes a blue-green reflecting dichroic mirror 61, a green reflecting dichroic mirror 62, and a reflecting mirror 63. The light beam W emitted from the polarization illumination device 30 is first reflected by the blue-green reflecting dichroic mirror 61 so that the blue light beam B and the green light beam G contained therein are reflected substantially at right angles, and is directed to the green reflecting dichroic mirror 62 side. Head.
[0080]
The red light beam R passes through the blue-green reflecting dichroic mirror 61, is reflected at a substantially right angle by the rear reflecting mirror 63, and reaches the liquid crystal device 70R. The blue and green light beams B and G reflected by the blue-green reflecting dichroic mirror 61 are reflected by the green reflecting dichroic mirror 62 only at a right angle and reach the liquid crystal device 70G. The blue light beam B transmitted through the green reflecting dichroic mirror 62 is directed to the light guide system 100 side.
[0081]
The red and green light beams R and G emitted from the color separation optical system 60 are incident on the liquid crystal devices 70R and 70G and modulated, and image information corresponding to each color light is added. That is, these liquid crystal devices are subjected to switching control according to image information by a driving unit (not shown), and thereby each color light passing therethrough is modulated. As such driving means, known means can be used as they are. On the other hand, the blue light beam B is guided to the corresponding liquid crystal device 70B through the light guide system 100, where it is similarly modulated according to the image information. As the liquid crystal device of this example, for example, a device provided with a polysilicon TFT as a switching element can be adopted. The three liquid crystal devices 70R, 70G, and 70B correspond to the illumination area 40 in FIG.
[0082]
The light guide system 100 includes a condenser lens 101, an incident-side reflection mirror 102, an emission-side reflection mirror 103, an intermediate lens 104 disposed between these reflection mirrors, and a collector disposed on the front side of the liquid crystal device 70B. And an optical lens 105. The length of the optical path of each color light beam, that is, the distance from the light source 80 to each liquid crystal panel, is the longest for the blue light beam B, and therefore the light amount loss of this light beam is the largest. However, the light loss can be suppressed by interposing the light guide system 100.
[0083]
The color light beams R, G, B modulated through the liquid crystal devices 70R, 70G, 70B are incident on the dichroic prism 80 and recombined. In the dichroic prism 80, a dielectric multilayer film that reflects red light and a dielectric multilayer film that reflects blue light are formed in an X shape along the joint surfaces of four right-angle prisms. These dielectric multilayer films combine the three color lights to form light representing a color image. The color image synthesized by the dichroic prism 80 is enlarged and projected onto the surface of the screen 110 at a predetermined position by the projection optical system 90.
[0084]
In the projection display device 50, liquid crystal devices 70R, 70G, and 70B of a type that modulates a light beam having a specific polarization direction (S-polarized light or P-polarized light) are used as light modulating means. In these liquid crystal devices, polarizing plates (not shown) are usually attached to the incident side and the reflection side, respectively. Therefore, when the liquid crystal device is irradiated with a light beam having a random polarization direction, about half of the light beam is absorbed by the polarizing plate of the liquid crystal device and changed to heat. As a result, there are problems that the light use efficiency is low and the polarizing plate generates heat. However, in the projection display device 50 shown in FIG. 13, the polarization illumination device 30 generates a light beam having a specific polarization direction that passes through the liquid crystal devices 70R, 70G, and 70B. Absorption and heat generation problems are greatly improved. In addition, since the projection display device 50 uses the polarization conversion element 1 to which the present invention is applied, there is also an advantage that the light use efficiency of the projection display device 80 as a whole is enhanced.
[0085]
The reflective film 14 of the polarization separation unit array 10 of the polarization conversion element 1 is a dielectric having a property of selectively reflecting only a specific polarization component (for example, S-polarized light) that is a modulation target of the liquid crystal devices 70R, 70G, and 70B. It is preferable to form a multilayer film. In this way, the problem of light absorption and heat generation in the liquid crystal panels 70R, 70G, and 70B can be further improved. As a result, the light use efficiency of the projection display device 80 as a whole can be further increased.
[0086]
As described above, by using the polarization conversion element 1 of the present invention, it is possible to increase the light use efficiency in the projection display device as compared with the conventional case. Therefore, the image projected on the screen 110 can be brightened.
[0087]
(Other embodiments)
In addition, this invention is not restricted to said embodiment, In the range which does not deviate from the summary, it can implement in a various aspect. For example, the polarization conversion element 1 described above can be applied not only to the projection display device shown in FIG. 13 but also to a projection display device that projects a monochrome image. In this case, in the apparatus of FIG. 13, only one liquid crystal device is required, and the color separation optical system 60 that separates the light beams into three colors and the dichroic prism 80 that combines the light beams of the three colors can be omitted.
[0088]
The above-described projection display device is a front projection display device that performs projection from the side on which the projection surface is observed, but the polarization conversion device 1 of the present invention projects from the opposite direction to the side on which the projection surface is observed. The present invention can also be applied to a rear projection display device that performs the same.
[0089]
【The invention's effect】
As described above, in the polarization separation element of the present invention, a colored member is adhered to a translucent member at one end in the arrangement direction among a plurality of translucent members adhered to each other. ing. Therefore, since the colored member can easily identify the front, back, top, bottom, left, and right, the polarization separation element can be arranged in an appropriate state. For this reason, it can prevent that the utilization efficiency of light falls by a part of light beam leaking outside. Further, it is possible to prevent an increase in the number of times the light beam passes through the adhesive layer interposed between the translucent members, and it is possible to prevent a decrease in light use efficiency due to light absorption in the adhesive layer.
[Brief description of the drawings]
1A is a perspective view of a polarization conversion device to which the present invention is applied, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the polarization conversion device.
FIG. 2 is a diagram for explaining a change in light use efficiency caused by a difference in a light-transmitting member bonding surface on which a polarization separation film is formed.
3 is a process cross-sectional view showing the main processes for manufacturing the polarization conversion device shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is a process cross-sectional view illustrating main processes for manufacturing the polarization conversion device shown in FIG. 1;
5 is an explanatory view showing a method of manufacturing a polarization conversion device different from those in FIGS. 3 and 4. FIG.
6 is an explanatory view showing a method of manufacturing a polarization conversion device different from those in FIGS. 3 and 4. FIG.
7 is an explanatory view showing a method for manufacturing a polarization conversion device different from those in FIGS. 3 and 4. FIG.
8 is an explanatory view showing a method of manufacturing a polarization conversion device different from those in FIGS. 3 and 4. FIG.
9 is an explanatory view showing a method for manufacturing a polarization conversion device different from those in FIGS. 3 and 4. FIG.
10 is an explanatory view showing a method of manufacturing a polarization conversion device different from those in FIGS. 3 and 4. FIG.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of a polarization illumination device including the polarization conversion device shown in FIG.
FIG. 12 is a perspective view showing an appearance of a first optical element.
13 is a schematic configuration diagram of a projection display device including the polarization illumination device shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram showing a conventional polarization conversion device.
15 is a diagram for explaining a decrease in light use efficiency when the polarization beam splitter array of the polarization conversion device shown in FIG. 14 is arranged upside down. FIG.
[Explanation of symbols]
1 Polarization conversion element
10 Polarization separation unit array (polarization separation element)
11 1st translucent member
11A 1st translucent board | plate material
12 Second translucent member
12A 2nd translucent board | plate material
15 Adhesive layer
16 colored parts
16A colored board
20 Selection phase difference plate
21 λ / 2 retardation plate
22 Transparent plate
30 Polarized illumination device
31 Light source
32 Polarization converter
33 First optical element
34 Second optical element
35 Condensing lens array
36 coupling lens
40 Illumination area
50 Projection display
60 color separation optical system
70R, G, B liquid crystal device
80 Dichroic Prism
90 Projection optics
100 Light guide system
110 Projection plane
111, 112, 121, 122 Translucent member adhesion surface

Claims

A cross section is formed by adhering a plurality of translucent members having a substantially parallelogram, and has a light incident surface and a light exit surface parallel to the light incident surface, In the polarization separation element in which the polarization separation film and the reflection film are alternately formed,
A polarized light separating element, wherein a colored member is bonded to one end in the arrangement direction of the translucent members.

2. The polarization separation element according to claim 1, wherein the reflective film is formed between the colored member and the translucent member to which the colored member is bonded.

3. A polarization conversion element comprising: the polarization separation element according to claim 1; and a selective retardation plate disposed on the light exit surface side of the polarization separation element.

A method of manufacturing a polarization separation element,
(A) forming a polarization separation film on the first surface of the first light-transmitting plate member having parallel first and second surfaces;
(B) forming a reflective film on the second surface of the first translucent plate,
(C) joining the first translucent plate material on which the polarization separation film and the reflective film are formed, and a colored plate material having two parallel surfaces;
(D) Step of alternately joining the second light-transmitting plate material and the first light-transmitting plate material having two parallel surfaces to the first light-transmitting plate material bonded to the colored plate material. When,
(E) cutting the first light-transmissive plate member, the second light-transmissive plate member, and the colored plate member, which are alternately bonded, at a predetermined angle with respect to the first surface and the second surface; Generating a polarization conversion device block having a parallel light incident surface and a light exit surface;
The manufacturing method of the polarization splitting element characterized by having.

In claim 4,
(F) A method of manufacturing a polarization separation element, comprising a step of polishing the light incident surface and the light emitting surface of the polarization conversion device block.

In claim 4 or 5,
In the step (d), the colored plate material, the plurality of first light transmissive plate materials, and the plurality of second light transmissive plate materials are laminated through a photocurable adhesive layer, and bonded by light irradiation. The manufacturing method of the polarization splitting element characterized by including the process to do.

In claim 4 or 5,
The step (d)
(1) A step of forming a laminate by superimposing the colored plate material and one sheet of the first translucent plate material via a photocurable adhesive layer;
(2) curing the photocurable adhesive layer by irradiating the laminate with light;
(3) The second light-transmitting plate material and the first light-transmitting plate material are alternately stacked on the laminate through the photo-curable adhesive layer. Curing the photocurable adhesive layer by irradiating the laminate with light each time the plate material is stacked;
A method of manufacturing a polarization separation element, comprising:

In claim 4 or 5,
The step (d)
(1) A step of forming a laminate by superimposing the colored plate material and one sheet of the first translucent plate material via a photocurable adhesive layer;
(2) a step of curing the photocurable adhesive layer by irradiating the laminate obtained in the step (1) with light;
(3) a step of forming a laminate by superimposing one sheet of the first light-transmitting plate material and one sheet of the second light-transmitting plate material via a photocurable adhesive layer;
(4) a step of curing the photocurable adhesive layer by irradiating the laminate obtained in the step (3) with light;
(5) A plurality of laminates obtained in the step (4) are alternately stacked on the laminate obtained in the step (2) via a photocurable adhesive layer. Curing the photocurable adhesive layer by irradiating light each time one laminate is stacked; and
A method of manufacturing a polarization separation element, comprising:

9. The method of manufacturing a polarization separation element according to claim 4, wherein the light irradiation is performed from a direction that is not parallel to the first and second surfaces.

The polarization conversion element according to claim 3, wherein the polarization direction of the light emitted from the light source, the modulation means for modulating the light emitted from the polarization conversion element, and the light flux modulated by the modulation means are changed. A projection display device comprising projection means for enlarging and projecting on a projection surface.