JP4285032B2 - 偏光ビーム変換素子及びその製造方法、液晶表示装置 - Google Patents
偏光ビーム変換素子及びその製造方法、液晶表示装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4285032B2 JP4285032B2 JP2003065502A JP2003065502A JP4285032B2 JP 4285032 B2 JP4285032 B2 JP 4285032B2 JP 2003065502 A JP2003065502 A JP 2003065502A JP 2003065502 A JP2003065502 A JP 2003065502A JP 4285032 B2 JP4285032 B2 JP 4285032B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- transmitting
- slope
- conversion element
- inclined portions
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、無偏光光を特定の偏光状態に揃えて出射させる偏光ビーム変換素子及びその製造方法、液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
液晶パネルディスプレイ等の液晶表示装置においては、バックライトの光を、偏光板を介して液晶パネルに照射し、電界印加の有無による液晶の配向状態の相違により透過光をオン・オフして表示を行っている。係る液晶パネルでは、偏光板を透過した特定の偏光方向の光のみを利用するため、バックライトの光のうち表示に利用できるのは50%以下となっている。したがって、表示画面の輝度向上のためには、バックライトの高出力化が不可欠であり、消費電力の増大を招いている。
【0003】
そこで、バックライト光の利用効率を改善するため、バックライト光の偏光を変換し、その大部分を利用することが検討されており、液晶パネル用のシート状偏光素子が開示されている(例えば特許文献1〜3参照。)。
これらのシート状偏光素子を使用すれば、バックライトからの非偏光光を特定の偏光方向を有する直線偏光に変換することができ、その結果、光源の利用効率を飛躍的に高めることができ、低消費電力化、あるいは高輝度化が達成されるものと期待される。
【0004】
現在、広く実用に供されている板状の偏光ビーム変換素子の構造としては、図8に示すように、高透明で高屈折率あるいは低屈折率のガラスよりなる光透過性基材30で偏光分離膜3を斜めに挟んで板状に成形し、偏光分離膜3を一定のピッチで配列し、この偏光分離膜3のピッチに応じて、すなわち一の偏光分離膜3に対応して遮光部5及び1/2波長板6配置して形成したものが代表的である。かかる構造の板状偏光素子に対し、1/2波長板6の配置位置に対応して遮光部5の間のいわばスリットから光を導入すると、例えば実線Pで示すP偏光波は偏光分離膜3を透過して、1/2波長板6でS偏光波に変換される。一方の破線Sで示すS偏光波は、偏光分離膜3で反射され、1/2波長板6の無い領域からS偏光波のまま導出される。
【0005】
ところで、上記構造を有する板状偏光ビーム変換素子は、平面状の多数のガラス板表面に偏光分離膜を蒸着法やスパッタ法によって形成した後、これらのガラス板を重ね合わせて接着し、接着面に対して所定の角度(例えば45度)となるように多層接着したガラス板を切断(スライス)し、さらにスライスした両面を鏡面研磨することにより作製される。この鏡面研磨の後、偏光分離膜のピッチに対応して1つおきの位置に1/2波長板を貼り付けることによって製造される。
【0006】
しかしながら、このようなプロセスを経て作製される板状偏光ビーム変換素子は、多くの工程を経て作製されるため、製造コストの増大を招いている。上記製造プロセスにおいて必要な工程を例示すると、例えば、ガラス鏡面研磨、洗浄、偏光分離膜形成、接着剤塗布、積層固定、接着剤を硬化するための加熱、斜めスライスのための治具固定、ワイヤーソーによるスライス、治具からの分離・洗浄、両面荒研磨、鏡面研磨、形状成形のための砥石加工切断等である。加えて、上記プロセスによった場合、大面積の偏光素子を作製することは著しく困難である。
【0007】
偏光分離変換を目的とする偏光ビーム変換素子の構造としては、上述の斜めに偏光分離膜が設けられる積層部材より成る例のほか、斜めに偏光分離膜と反射膜とを形成した積層部材より構成した例も報告されている(例えば特許文献4及び5参照。)。
この例では、遮光部を設けることなく誘電体多層膜により反射膜と偏光分離膜とを形成していることから、光利用効率の偏光ビーム変換素子を得ている。しかしながら、この場合も同様に成膜したガラス基材を張り合わせ、接着剤硬化温度加熱、斜めスライス等の製造工程を有することから、同様に大面積の偏光ビーム変換素子を作製することは難しい。
【0008】
【特許文献1】
特開平11−84129号公報
【特許文献2】
特開平11−202108号公報
【特許文献3】
特開平9−265010号公報
【特許文献4】
特開平10−39136号公報
【特許文献5】
特開平10−90520号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
一方、本出願人は、特願2001−213291号出願において、光入射面に対する偏光分離膜の成す角度、即ちいわゆる光の入射角度が45度よりも大きく90度よりも小さな任意の角度に設定できる偏光分離変換素子を提案した。この構成の一例を図9に示す。
【0010】
図9において、1及び2は厚さの異なる第1及び第2の光透過性基材で、これらの間に、斜めに偏光分離膜3が挟まれた構造をとるものであるが、この偏光分離膜3を基材1及び2の間において所定の幅をもっていわば部分的に成膜される構成とし、また第1及び第2の光透過性基材1及び2の厚さ、偏光分離膜3の入射角度を適切に選定することによって、45度以外の角度をもって入射される光を適切に偏光分離する構成としたものである。
【0011】
これについて説明すると、偏光分離膜3に入射される光のうち例えばS偏光波がこの偏光分離膜3で反射される場合、このS偏光波は対向する他の偏光分離膜3で再度反射された後は、偏光分離膜3が成膜されていない間隙を透過して出射され、1/2波長板6を介して外部に出射される構成とし、一方偏光分離膜3を透過するP偏光波は、1/2波長板6の間を通って外部に出射される構成としている。
このような構成とすることによって、偏光分離変換素子において、45度以外の角度をもって入射される場合においても確実にP偏光波とS偏光波とを分離することを可能としている。
【0012】
また一方本出願人は、特願2002−237050号において、偏光分離膜の積層数を低減化し得る偏光ビームスプリッタを提案した。
通常の偏光ビームスプリッタの分離膜は、入射光の基準波長をλ0としたときに、λ0/4の光学的膜厚(屈折率×厚さ)を有する低屈折率層をL、λ0/4の光学的厚さを有する高屈折率層をHとするときに、高屈折率層Hと低屈折率層Lとの積層構造をm回繰り返した構造(これを(HL)mとする)を採る。
しかしながらこのような従来構成の分離膜構造の場合は、所望の特性を満たすためには、この積層数mを30以上とする必要があり、しかも各層の材料構成、膜厚調整などが複雑であり、偏光ビームスプリッタのコスト高を招来する一因となっている。
【0013】
これに対し、上記出願において提案した構成では、λ0/4の光学的膜厚を有する高屈折率層Hと、これとは2倍の光学的膜厚、すなわちλ0/2の光学的膜厚を有する低屈折率層2Lとを積層した積層膜をm回繰り返した構成とする基本構造(H2L)m、またはこの基本構造の上に高屈折率層Hを追加した(H2L)mH、もしくはこの基本構造の下側に低屈折率層2Lを追加した2L(H2L)mのいずれかの構成とすることによって、基本構造を繰り返し積層する回数mを3〜7程度と低減化しても所望の光学的特性を得ることができた。このような構成とすることによって、偏光分離膜の成膜工程数の低減化、ひいては製造工程の簡略化、コストの低減化を図るという効果を得ている。
このような構成とする場合は、特に光透過性基材の材料として、比較的高屈折率の1.75〜1.8程度とするときには偏光分離膜への入射角度を45度として最適な偏光分離特性が得られるが、比較的安価な通常の光学ガラス(例えば屈折率1.52近傍)を用いて作製すると、高い偏光分離特性が得られる最適な偏光分離膜への入射角度は約56度程度となることがわかっている。
【0014】
本発明は、上述したように、積層回数を低減化できて生産性において有利な構造であり、且つ優れた偏光分離特性を実現する偏光分離膜を、比較的安価な光透過性基材を適用して作製することができ、またその製造にあたって単純な工程でまた大面積の製造が可能な偏光ビーム変換素子及びその製造方法を提供し、製造コストを抑制し、生産性の向上をはかり、この偏光ビーム変換素子を用いた液晶表示装置の光の利用効率の向上、小型薄型化、コストの低減化を図ることを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上述の問題を解決するために、本発明による偏光ビーム変換素子は、第1及び第2の光透過性基材の主面上に、略直角三角形状の断面形状を有する傾斜部を、その斜面が同一方向に向くように所定の間隔をもって並置配列して、これら斜面に偏光分離膜を形成し、斜面の光透過性基材側に、主面に対し略垂直に切り立つ基部を設け、第1及び第2の光透過性基材を、光透過性樹脂を介して、各傾斜部の斜面の背部の垂直面を近接させて各斜面が相対向するように重ね合わせて構成し、第1又は第2の光透過性基材の裏面には、傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板をそれぞれ設ける構成とする。
【0017】
また本発明による偏光ビーム変換素子は、第1及び第2の光透過性基材の主面上に、略二等辺三角形状の断面形状を有する傾斜部を所定の間隔をもって並置配列して、これら斜面に偏光分離膜を形成し、斜面の光透過性基材側に、主面に対し略垂直に切り立つ基部を設け、第1及び第2の光透過性基材を、光透過性樹脂を介して、各斜面が相対向するように重ね合わせて構成し、第1又は第2の光透過性基材の裏面には、傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板をそれぞれ設ける構成とする。
【0019】
このように、本発明による偏光ビーム変換素子は、断面略直角三角形もしくは二等辺三角形の傾斜部を設けた第1及び第2の光透過性基材を重ね合わせた簡単な構成とするものであるが、後段の実施の形態において詳細に説明するように、入射面に対し45度を超える90度以下の任意の角度をもって偏光分離膜を設ける構成とすることができる。
したがって、光透過性基材、偏光分離膜、光透過性樹脂等の材料の選定の自由度を高めることができ、コストの低減化を図ることができる。
【0020】
また本発明による各偏光ビーム変換素子は、2枚の光透過性基材を光透過性樹脂を介して被着するという簡単な構成であることから、数枚以上の透明基板を重ね合わせる積層接着やスライス、平面研磨、鏡面研磨といった機械加工プロセスを使わずに作製することが可能であり、煩雑なプロセスが不要であるために製造コストが大幅に抑えられる。また、大面積化も容易である。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した偏光ビーム変換素子及びその製造方法と、液晶表示装置について、図面を参照しながら詳細に説明するが、本発明は以下の各例に限定されるものではなく、種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【0022】
(1)第1の実施の形態
先ず第1の実施の形態について、偏光ビーム変換素子及びその製造方法の一例について説明する。
図1は、本発明を適用した偏光ビーム変換素子の第1の実施の形態による構成例を示すものである。1及び2は光学ガラス等の第1及び第2の光透過性基材であり、その各主面1A及び2Aには、図2に各光透過性基材1及び2の断面構成を示すように、略直角三角形状の断面形状を有する傾斜部を、その斜面10及び20が同一方向に向くように所定の間隔をもって並置配列する。またこれら斜面10及び20の光透過性基材1及び2側に、主面に対し略垂直に切り立つ基部11及び21を設ける。
【0023】
そして、斜面10及び20に偏光分離膜3を形成し、第1及び第2の光透過性基材1及び2を、光透過性樹脂4を介して、各傾斜部の斜面10及び20の背部の垂直面12及び22を近接させて各主面1A及び2Aが対向し、また各斜面10及び20がそれぞれ相対向するように重ね合わせて構成する。
【0024】
更に、第1又は第2の光透過性基材の裏面1B及び2Bには、傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板をそれぞれ設ける構成とする。図示の例においては、第2の光透過性基材2の裏面2B上に、各斜面20に対応する位置に、すなわち各斜面20を裏面2Bに投影した位置に重なるように、Al膜等より成る遮光部5を形成し、また、第1の光透過性基材1の裏面1B上に、各斜面10に対応する位置に、すなわち各斜面10を裏面1Bに投影した位置に重なるように、誘電体多層膜等より成る1/2波長板6を形成する構成とする。
【0025】
なお図示しないが、上述の構成による偏光ビーム変換素子の光入射側の面に、例えばレンズアレイを形成することによって、効率よく入射光を遮光部5の間に集光させることができ、またこの偏光ビーム変換素子を組み込む光学装置の構成の簡易化、小型化を図ることができる。
【0026】
上記第1及び第2の光透過性基材1及び2の材料としては、例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、アートン等の透明度の高い樹脂や、TiO2、SiO2等の無機物微細粉を充填したアクリル系紫外線硬化樹脂や、シリコーンレジンの混合材等からなり、金型等を用いることによって上記斜面10及び20、基部11及び21を有する形状に容易に成形することが可能である。
またあるいは、砥石やバイトで直接光透過性基材を削りだして作製することもできる。
なお、光透過性基材1、2及び光透過性樹脂4の屈折率は概ね同一の値に揃える事が望ましい。
【0027】
斜面10及び20上には、偏光分離膜3が形成されているが、この偏光分離膜3は、直交する直線偏光の一方のみを透過し、他方を反射するという機能を有するものである。偏光分離膜3は、一般的には、入射光の基準波長をλ0とするとき、λ0/4とほぼ等しい光学的膜厚をそれぞれ有する高屈折率層H及び低屈折率層Lを用いて、HLの繰り返し構造(HL)m(ただし、mは4以上の整数)からなる基本構造膜、または(0.5HL0.5H)m(mはm回のべき乗の意味)で示される構造である多層膜からなる。かかる偏光分離膜2を形成することにより、広い波長範囲に亘り十分な偏光分離特性を実現することが可能になる。
【0028】
また偏光分離膜の構成の他の例としては、上述の特願2002−237050号において記載したように、入射光に対して所定の屈折率を有する光学的に透明な高い屈折率層Hと、この高屈折率層Hより低い屈折率の光学的に透明な低屈折率層Lとからなる基本構造膜H2Lを含み、この基本構造膜の繰り返し構造である(H2L)m、(H2L)mH、あるいは2L(H2L)m(ただし、mは3〜7の整数)のいずれかの構造を有する多層膜を挙げることができる。この多層膜においても、入射光の基準波長をλ0としたときに、高屈折率層H及び低屈折率層Lがいずれもλ0/4とほぼ等しい光学的膜厚となるように設定することにより、偏光分離膜として良好に機能する。
【0029】
これら低屈折率層の材料としては、例えばSiO2(n=2.44)、MgF2(n=1.38)、LiF(n=1.4)、AlF3(n=1.4)、Na3AlF6(n=1.33)などを用いることができる。
【0030】
また、高屈折率層の材料としては、例えばTiO2、NbO5(n=2.3)、Ta2O5(n=2.3)、ZrO2(n=2.05)、ITO(n=1.95〜2.1)、ZnO(n=1.9)、CeO2(n=1.95)、SnO2(n=1.95)、Al2O3(n=1.63)、La2O3(n=1.95)、Y2O3(n=1.87)などを用いることができる。
【0031】
このような偏光分離膜3の成膜方法としては、スパッタリングなどを用いることができる。この成膜時には、傾斜部の間の平坦面に適切なマスクを施して成膜されないようにする。なお、背面の垂直面12又は22は光が通過しない部分なので面さえ形成されていればよい。
【0032】
上記偏光分離膜3が形成された第1及び第2の光透過性基材1及び2の間は、その斜面10及び20の間の溝に光透過性樹脂4が埋め込まれている。この光透過性樹脂4には、例えば紫外線硬化型のアクリル系透明樹脂やシリコーン樹脂の混合材が用いられ、上述の第1及び第2の光透過性基材1及び2と同様、TiO2、SiO2等の微細粉が分散されていてもよい。
【0033】
一方、上記遮光部5及び1/2波長板6は、それぞれ、各基材1又は2の斜面10又は20に対応する位置に形成する。このピッチは、斜面10及び20とほぼ同一であり、その幅は、斜面10及び20の光透過性基材1及び2の裏面1B及び2Bに投影される幅とほぼ同じとする。
【0034】
ここで、遮光部5としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上にAlやAgのスパッタ膜を形成し、その上にTiO2とSiO2からなる増反射膜を形成したフィルム等を用いることができる。
また1/2波長板6は、例えばポリプロピレンやポリカーボネートを延伸処理することにより作製したフィルムを積層した複合フィルムを用いることができる。
1/2波長板6の他の例としては、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、ポリサルフォン、ポリアクリレート等を用いた延伸フィルム、さらにはそれらの積層複合フィルム等を挙げることができる。
【0035】
次に、上記の構造を有する偏光ビーム変換素子の機能について説明する。上記偏光ビーム変換素子においては、第2の光透過性基材2の裏面2B側から投射された入射光は、図1に示すように、遮光部5の間のスリットに入射される。
そして、偏光分離膜3においてたとえばS偏光波のみが反射される構成とする場合は、入射光のうちP偏光波は、遮光部5の間から入射され、第1の光透過性基材1側の斜面10上の偏光分離膜3を透過して、この下に設けられた1/2波長板6を通過して、S偏光波に変換される。
【0036】
一方、入射光のうちS偏光波は、遮光部5の間から入射した後第1の光透過性基材1の斜面10上の偏光分離膜3によって反射され、この斜面10と相対向する第2の光透過性基材2の斜面20上の偏光分離膜3によって再度反射されて、入射角度に沿う方向に、偏光方向が維持されたまま、すなわちS偏光波のまま出射される。
【0037】
また本発明による偏光ビーム変換素子は、上述の構成において、傾斜部の斜面の高さをt1、基部の高さをt2、この基部の幅をw1とし、偏光分離膜への最適入射角度をxとしたときに、
t1=w1×tanx ・・・(1)
t2=w1×tan(2x−90°) ・・・(2)
として構成する。
【0038】
このように、斜面の高さ及び基部の高さ、基部の幅を選定することによって、入射光を確実に効率よく取り出すことができる。これを図3の説明図を参照して説明する。図3において、図1と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。また、その理解を容易にするために偏光分離膜3は省略して示す。
図3において、破線cは入射光の最適入射方向、破線vは偏光分離膜3の形成される斜面10に直交する方向、破線dは斜面10の延長方向を示す。最適入射角度xは破線v及びcの成す角度となる。よって、斜面10(または同様に斜面20)の高さt1は、上記式(1)によって表される。
【0039】
光の入射方向と斜面10との成す角度をaとすると、最適入射角で入射された光は、斜面10から角度aで反射され、相対向する斜面20において再度反射されて、偏光方向を変換することなく出射される。
図3において破線sの補助線を引いて示す角度bは
b=90°−2a
である。基部11の高さt2は、t2=tanb、またa=90°−xであるので、基部11(または同様に基部21)の高さt2は、上記式(2)によって表される。
【0040】
このような構成とすることによって、最適入射角xとして、45°<x<90°の任意のxとして、確実に偏光方向を一方向に変換できる偏光ビーム変換素子を提供することができる。この場合、光透過性基材1及び2として、一般的な安価な材料として得られる屈折率1.52程度の光学ガラスを用いることができるため、コストの低減化を図ることができることとなる。
【0041】
(2)第2の実施の形態
次に、第2の実施の形態について、偏光ビーム変換素子及びその製造方法の一例について説明する。
図4は、第2の実施の形態による構成例を示すものである。図4において、図1と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この場合、第1及び第2の光透過性基材の各主面1A及び2Aには、図5に各光透過性基材1及び2の断面構成を示すように、略二等辺三角形状の断面形状を有する傾斜部を、所定の間隔をもって並置配列する。またその斜面10A及び10B、20A及び及び20Bの光透過性基材1及び2側に、主面に対し略垂直に切り立つ基部11及び21を設ける。
【0042】
そして、斜面10A及び10B、20A及び20Bに偏光分離膜3を形成し、第1及び第2の光透過性基材1及び2を、光透過性樹脂4を介して、各主面1A及び2Aが対向し、また各斜面10A及び20A、10B及び20Bがそれぞれ相対向するように重ね合わせて構成する。
【0043】
更に、第1又は第2の光透過性基材の裏面1B及び2Bには、傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板をそれぞれ設ける構成とする。図示の例においては、第2の光透過性基材2の裏面2B上に、各傾斜部に対応する位置に、すなわち各斜面20A及び20Bによる二等辺三角形を裏面2Bに投影した位置に重なるように、Al膜等より成る遮光部5を形成する。
また、第1の光透過性基材1の裏面1B上に、各傾斜部に対応する位置に、すなわち各斜面10A及び10Bによる二等辺三角形を裏面1Bに投影した位置に重なるように、誘電体多層膜等より成る1/2波長板6を形成する構成とする。
【0044】
なお図示しないが、この例においても、偏光ビーム変換素子の光入射側の面にレンズアレイを形成することによって、効率よく入射光を遮光部5の間に集光させることができ、またこの偏光ビーム変換素子を組み込む光学装置の構成の簡易化、小型化を図ることができる。
【0045】
上記第1及び第2の光透過性基材1及び2の材料としては、上述の第1の実施の形態において説明した材料と同様の材料を用いることができる。この場合においても、金型等を用いることによって上記形状に容易に成形することが可能である。またあるいは、砥石やバイトで直接光透過性基材を削りだして作製することもできる。
【0046】
斜面10A及び10B、20A及び20B上には、偏光分離膜3が形成されているが、この偏光分離膜3の構成及び材料も、上述の第1の実施の形態において説明した例と同様の材料構成をとることができる。
すなわち、上述の特願2002−237050号において記載された例と同様の多層膜とすることができる。
【0047】
このような偏光分離膜3の成膜方法としては、スパッタリングなどを用いることができる。この成膜時に、傾斜部の間の平坦面に適切なマスクを施して成膜されないようにすることも同様である。
【0048】
上記偏光分離膜3が形成された第1及び第2の光透過性基材1及び2の間は、その斜面10及び20の間の溝に光透過性樹脂4が埋め込まれている。この光透過性樹脂4も、第1の実施の形態において説明した例と同様の材料を用いることができる。
【0049】
一方、上記遮光部5及び1/2波長板6は、それぞれ、各基材1又は2の傾斜部に対応する位置に形成する。このピッチは、傾斜部の基部11及び21のピッチとほぼ同一であり、その幅は、傾斜部の光透過性基材1及び2の裏面1B及び2Bに投影される幅とほぼ同じとする。
遮光部5及び1/2波長板6についても、上述の第1の実施の形態において説明した例と同様の材料を用いることができる。
【0050】
次に、上記の構造を有する偏光ビーム変換素子の機能について説明する。上記偏光ビーム変換素子においては、第2の光透過性基材2の裏面2B側から投射された入射光は、図4に示すように、遮光部5の間のスリットに集光される。そして、偏光分離膜3において例えばS偏光波のみが反射される構成とする場合は、入射光のうちP偏光波は、遮光部5の間から入射され、第1の光透過性基材1側の斜面10A又は10B上の偏光分離膜3を透過して、この下に設けられた1/2波長板6を通過して、S偏光波に変換される。
【0051】
一方、入射光のうちS偏光波は、遮光部5の間から入射した後第1の光透過性基材1の斜面10A又は10B上の偏光分離膜3によって反射され、この斜面10Aと相対向する第2の光透過性基材2の斜面20Aまたは斜面10Bと相対向する斜面20B上の偏光分離膜3によって再度反射されて、入射角度に沿う方向に、偏光方向が維持されたまま、すなわちS偏光波のまま出射される。
【0052】
この偏光ビーム変換素子においては、傾斜部の斜面の高さをt1、基部の高さをt2、この基部の幅をw2とし、偏光分離膜への最適入射角度をxとしたときに、
t1=w2/2×tanx ・・・(3)
t2=w2/2×tan(2x−90°) ・・・(4)
として構成する。
【0053】
このように、斜面の高さ及び基部の高さ、基部の幅を選定することによって、入射光を確実に効率よく取り出すことができる。これを図6の説明図を参照して説明する。図6において、図4と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。またこの場合も、その理解を容易にするために偏光分離膜3は省略して示す。
【0054】
図6において、破線cは入射光の最適入射方向、破線vは偏光分離膜3の形成される斜面10に直交する方向、破線dは斜面10Bの延長方向を示す。最適入射角度xは破線v及びcの成す角度となる。よって、斜面10A及び10B(または同様に斜面20A及び20B)の高さt1は、上記式(3)によって表される。
【0055】
光の入射方向と斜面10Bとの成す角度をaとすると、最適入射角で入射された光は、斜面10から角度aで反射され、相対向する斜面20において再度反射されて、偏光方向を変換することなく出射される。傾斜部の頂角は2aとなる。
図6において破線sの補助線を引いて示す角度bは
b=90°−2a
である。基部11の高さt2は、t2=tanb、またa=90°−xであるので、基部11(または同様に基部21)の高さt2は、上記式(4)によって表される。
【0056】
このような構成とすることによって、最適入射角xとして、45°<x<90°の任意のxとして、確実に偏光方向を一方向に変換できる偏光ビーム変換素子を提供することができる。この場合、光透過性基材1及び2として、一般的な安価な材料として得られる屈折率1.52程度の光学ガラスを用いることができるため、コストの低減化を図ることができることとなる。
【0057】
更にこの場合は、選定された傾斜角度xに対し、斜面の高さt1を比較的低くすることができるため、偏光ビーム変換素子の薄型化、小型化を図ることが可能となる。
【0058】
また、上述の各実施の形態ともに、2枚の光透過性基材を貼り合わせるという簡単な方法での製造が可能であるため、従来に比して生産性の向上を図り、またコストの低減化を図ることができる。更に、大面積化も容易となる。
【0059】
(3)第3の実施の形態
次に、上述の各実施の形態において説明した偏光ビーム変換素子を用いた液晶表示装置の一例について説明する。
【0060】
この例においては、プロジェクタ型液晶表示装置に適用した場合を示すが、本発明はこの例に限定されることなく、その他各種のパネル型等の液晶表示装置において偏光ビーム変換素子を用いる場合に適用し得ることはいうまでもない。
図7は、プロジェクタ型液晶表示装置の概略構成を示す図である。51は光源、52及び53はインテグレータレンズ、54は上述の第1又は第2の実施の形態による偏光ビーム変換素子、55、60、62及び66は集光用のレンズ、56、59、64及び66は全反射型のミラーである。57は、例えば青色光を透過し緑色光及び赤色光を反射するダイクロイックミラー、58は緑色光を反射し赤色光を透過するダイクロイックミラーで、これらにより赤、青及び緑色光を分離する。
各色B、G及びRに対応する液晶板61、63及び67は、それぞれクロスプリズム68の入射面に対向する位置に配置される。69は投写レンズを示す。
【0061】
このような構成における各色光の入出射態様について説明する。光源51からの白色光は、インテグレータレンズ52及び53で効率よく集光し、偏光ビーム変換素子54で例えばP偏光波をS偏光波に(又はS偏光波をP偏光波に)変換することにより、S偏光波(又はP偏光波)に揃えて取り出し、レンズ55を経てミラー56で反射し、ダイクロイックミラー57に入射させる。
青色光は、ダイクロイックミラー57を透過した後、ミラー59で反射され、レンズ60を介して青色光用の液晶板61に入射される。
同様に、ダイクロイックミラー57により反射された光のうち緑色光は、ダイクロイックミラー58により反射され、レンズ62を介して緑色光用の液晶板63に入射される。
ダイクロイックミラー58を透過した赤色光は、ミラー64及び65、更にレンズ66を介して赤色光用の液晶板67に入射される。
【0062】
そして、各色に対応する液晶板61、63及び67に図示しないが所定の変調回路から表示信号に対応する光変調信号を入力して光変調を行って、クロスプリズム68で合成され、投写レンズ69によりスクリーンに拡大投写される。
【0063】
このように、液晶表示装置において、偏光ビーム変換素子を用いて白色光の偏光方向をそろえることによって、従来S偏光波又はP偏光波のうち一方のみを使用し、他方の偏光波はいわば熱として捨てられてきたものであるが、上述したように光源からの光の偏光成分をそろえることによって、利用効率を格段に高めることができるものである。
【0064】
上述の例においては、本発明による偏光ビーム変換素子を液晶プロジェクタ装置に適用した場合について説明したが、本発明はこの例に限定されること無く、その他種々及び偏光ビーム変換素子を用いる液晶表示装置に適用することができることはいうまでもない。
【0065】
また、その他本発明による偏光ビーム変換素子は、液晶表示装置に限定されることなく、各種の無偏光光を直線偏光の光に変換する変換素子を用いる光学装置に適用することが可能である。
【0066】
【発明の効果】
上述したように、本発明の偏光ビーム変換素子によれば、2枚の光透過性基材を重ね合わせるのみという簡単な構成で提供することができ、このため数枚以上の多数の光透過性基材を積層接着し、斜め切り出しを行うという従来の煩雑な製造プロセスが不要となり、製造工程の簡易化を図り、生産性の向上、コストの低減化を図ることができる。また大面積化が容易となる。
【0067】
また本発明においては、偏光分離膜の最適入射角を45°<x<90°の任意の角度に設定できるため、上述したように積層回数を低減化した偏光分離膜構造を採用でき、材料の選択の自由度を高め、コストの低減化を図ることができる。
【0068】
特に、上述の式(1)及び(2)、または式(3)及び式(4)で示すように傾斜部の幅、斜面及び基部の高さを選定することによって、偏光ビーム変換素子内の反射角度を調整し、利用効率を高め、特性の向上を図ることができる。
【0069】
また、本発明による偏光ビーム変換素子の製造方法によれば、上述したように2枚の光透過性基材を貼り合わせるという従来に比して簡単な製造工程を採ることから、製造の簡易化、生産性の向上、コストの低減化を図ることができる。
【0070】
更にまた、本発明による偏光ビーム変換素子を用いて液晶表示装置を構成することによって、小型で薄型、また材料の選定の自由度が高く、生産性に優れ、安価な液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】偏光ビーム変換素子の一例の概略構成図である。
【図2】偏光ビーム変換素子の一例の要部の断面構成を示す図である。
【図3】偏光ビーム変換素子の一例の光入射態様の説明図である。
【図4】偏光ビーム変換素子の一例の概略構成図である。
【図5】偏光ビーム変換素子の一例の要部の断面構成を示す図である。
【図6】偏光ビーム変換素子の一例の光入射態様の説明図である。
【図7】液晶表示装置の一例の概略構成図である。
【図8】従来の偏光ビーム変換素子の一例の概略構成図である。
【図9】偏光ビーム変換素子の一例の概略構成図である。
【符号の説明】
1 第1の光透過性基材、1A 主面、1B 裏面、2 第2の光透過性基材、2A 主面、2B 裏面、3 偏光分離膜、4 光透過性樹脂、5 遮光部、61/2波長板、10 斜面、10A 斜面、10B 斜面、11 基部、12垂直面、20 斜面、20A 斜面、20B 斜面、21 基部、22 垂直面
Claims (6)
- 第1及び第2の光透過性基材の主面上に、略直角三角形状の断面形状を有する傾斜部が、その斜面が同一方向に向くように所定の間隔をもって並置配列され、
上記斜面に偏光分離膜が形成され、
上記斜面の上記光透過性基材側に、上記主面に対し略垂直に切り立つ基部が設けられて成り、
上記第1及び第2の光透過性基材が、光透過性樹脂を介して、上記傾斜部の上記斜面の背部の垂直面を近接させて上記各斜面が相対向するように重ね合わされて成り、
上記第1又は第2の光透過性基材の裏面には、上記傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板がそれぞれ設けられて成ることを特徴とする偏光ビーム変換素子。 - 第1及び第2の光透過性基材の主面上に、略二等辺三角形状の断面形状を有する傾斜部が所定の間隔をもって並置配列され、
上記斜面に偏光分離膜が形成され、
上記斜面の上記光透過性基材側に、上記主面に対し略垂直に切り立つ基部が設けられて成り、
上記第1及び第2の光透過性基材が、光透過性樹脂を介して、上記各斜面が相対向するように重ね合わされて成り、
上記第1又は第2の光透過性基材の裏面には、上記傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板がそれぞれ設けられて成ることを特徴とする偏光ビーム変換素子。 - 少なくとも第1及び第2の光透過性基材の主面上に、略直角三角形状の断面形状を有する傾斜部を、その斜面を同一方向に向くように所定の間隔をもって並置配列して形成する工程と、
上記斜面に偏光分離膜を形成する工程と、
上記斜面の上記光透過性基材側に、上記主面に対し略垂直に切り立つ基部を設ける工程と、
上記第1及び第2の光透過性基材を、光透過性樹脂を介して、上記傾斜部の上記斜面の背部の垂直面を近接させて上記各主面が対向するように重ね合わせて積層する工程と、
上記第1及び第2の光透過性基材の裏面上の、上記傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板をそれぞれ形成する工程を有することを特徴とする偏光ビーム変換素子の製造方法。 - 少なくとも第1及び第2の光透過性基材の主面上に、略二等辺三角形状の断面形状を有する傾斜部を所定の間隔をもって並置配列して形成する工程と、
上記斜面に偏光分離膜を形成する工程と、
上記斜面の上記光透過性基材側に、上記主面に対し略垂直に切り立つ基部を設ける工程と、
上記第1及び第2の上記光透過性基材を、光透過性樹脂を介して、上記各主面が対向するように重ね合わせて積層する工程と、
上記第1及び第2の光透過性基材の裏面上の、上記傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板をそれぞれ形成する工程を有することを特徴とする偏光ビーム変換素子の製造方法。 - 少なくとも光源と、偏光ビーム変換素子及び液晶板とを有する液晶表示装置であって、
上記偏光ビーム変換素子は、
第1及び第2の光透過性基材の主面上に、略直角三角形状の断面形状を有する傾斜部が、その斜面が同一方向に向くように所定の間隔をもって並置配列され、
上記斜面に偏光分離膜が形成され、
上記斜面の上記光透過性基材側に、上記主面に対し略垂直に切り立つ基部が設けられて成り、
上記第1及び第2の光透過性基材が、光透過性樹脂を介して、上記傾斜部の上記斜面の背部の垂直面を近接させて上記各斜面が相対向するように重ね合わされて成り、
上記第1又は第2の光透過性基材の裏面には、上記傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板がそれぞれ設けられて成ることを特徴とする液晶表示装置。 - 少なくとも光源と、偏光ビーム変換素子及び液晶板とを有する液晶表示装置であって、
上記偏光ビーム変換素子は、
第1及び第2の光透過性基材の主面上に、略二等辺三角形状の断面形状を有する傾斜部が所定の間隔をもって並置配列され、
上記斜面に偏光分離膜が形成され、
上記斜面の上記光透過性基材側に、上記主面に対し略垂直に切り立つ基部が設けられて成り、
上記第1及び第2の光透過性基材が、光透過性樹脂を介して、上記各斜面が相対向するように重ね合わされて成り、
上記第1又は第2の光透過性基材の裏面には、上記傾斜部に対応する位置に遮光部又は1/2波長板がそれぞれ設けられて成ることを特徴とする液晶表示装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003065502A JP4285032B2 (ja) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | 偏光ビーム変換素子及びその製造方法、液晶表示装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003065502A JP4285032B2 (ja) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | 偏光ビーム変換素子及びその製造方法、液晶表示装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004272106A JP2004272106A (ja) | 2004-09-30 |
JP4285032B2 true JP4285032B2 (ja) | 2009-06-24 |
Family
ID=33126506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003065502A Expired - Fee Related JP4285032B2 (ja) | 2003-03-11 | 2003-03-11 | 偏光ビーム変換素子及びその製造方法、液晶表示装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4285032B2 (ja) |
-
2003
- 2003-03-11 JP JP2003065502A patent/JP4285032B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004272106A (ja) | 2004-09-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5096520A (en) | Method for producing high efficiency polarizing filters | |
US7995275B2 (en) | Polarization conversion element, polarization conversion optical system and image projecting apparatus | |
JP2000321434A (ja) | 偏光分離装置及びその製造方法並びに投写型表示装置 | |
US9151960B2 (en) | Polarization conversion element, polarization conversion unit, projection apparatus, and method for manufacturing polarization conversion element having a thin ultraviolet light curing adhesive layer | |
EP1939655B1 (en) | Polarization beam splitter and polarization conversion element | |
KR100609060B1 (ko) | 광투사형 디스플레이장치의 편광변환소자 | |
EP2128666B1 (en) | Optical element and optical apparatus | |
JP4080198B2 (ja) | 偏光変換素子及びその製造方法 | |
JP4285032B2 (ja) | 偏光ビーム変換素子及びその製造方法、液晶表示装置 | |
JP4080265B2 (ja) | 偏光変換素子及びその製造方法 | |
TWM264502U (en) | Polarized light split device, polarized light transfer device and projection type display | |
JPH07281024A (ja) | 偏光ビームスプリッタ | |
JP4436752B2 (ja) | 光源装置および液晶表示装置 | |
JP4191125B2 (ja) | 偏光変換素子及びその製造方法 | |
JP2003337224A (ja) | 偏光ビーム変換素子及びその製造方法と液晶表示装置 | |
JP2008116898A (ja) | 光学フィルタ、投射型表示装置及び光学フィルタの製造方法 | |
JP2004272105A (ja) | 偏光ビーム変換素子及びその製造方法、液晶表示装置 | |
JP2005037745A (ja) | 偏光ビーム変換素子及びその製造方法と液晶表示装置 | |
JP2003014932A (ja) | 偏光ビームスプリッタ、および偏光ビームスプリッタの作成方法 | |
JP2004151177A (ja) | 表示装置 | |
JP7322873B2 (ja) | 偏光変換素子及び画像表示装置 | |
JP2012133269A (ja) | 波長板、偏光変換素子、偏光変換ユニット及び投写装置 | |
JP3399449B2 (ja) | 偏光変換素子の製造方法 | |
JPH11142624A (ja) | 光学ブロックと光学ブロックを有する光学系を備える表示装置及び光学ブロックの製造方法 | |
JP2004070299A (ja) | 偏光変換素子およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050826 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080725 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080805 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20081202 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090129 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20090213 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090303 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090316 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120403 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120403 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120403 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130403 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |