JP4303084B2 - 偏光子、偏光子の製造方法、および投射型液晶表示装置 - Google Patents
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そのような状況にあって、投影画像の照度を向上させる有力な手段として、光源に超高圧水銀ランプ等の高輝度ランプを用いるのが一般的となっている。このような高輝度ランプに対しては、レンズ、偏光子等の光学素子の耐熱性を高める必要性があることから、特に、偏光子においては、光透過性材料の基板上に多数の金属細線を固定した金属グリッド型偏光子が開発されている。
しかしながら、基体として有機樹脂を用いた場合には、強い光を長期間に亘って照射した際に、一般的に、有機樹脂が黄色に変色する所謂「黄変」が生じ、偏光子の光透過率が低下するといった現象が生じる。特に、使用する光が短波長光(青色光)において光透過率の低下が著しい。そのために、かかる偏光子を用いた投射型液晶表示装置では、投影画像の照度の低下や色再現性の悪化等といった不都合が生じるという問題があった。
そこで本発明は、以上のような技術的課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、簡易に製造することができるとともに、長期間に亘る光照射を行っても光透過率の低下を抑制することができる偏光子を提供することにある。
ここで、有機樹脂層は、金属層と基板との間に形成すれば、光の透過によって「黄変」が生じる有機樹脂は殆ど存在しないので、光透過率の低下を抑制する効果が大きい。また、有機樹脂層は溝部を有し、金属層はこの溝部に支持されるように構成すれば、光の透過によって「黄変」が生じる有機樹脂の量は少ないので、光透過率の低下は一定の範囲に止めることができる効果がある。
さらに、有機樹脂層は、金属層が形成された領域における厚さが金属層の厚さ以下とすれば、金属層と基板との付着強度を高めることができる。また、金属層をアルミニウム、アルミニウム合金、銀又は銀合金で形成すれば、研磨等による除去が容易となる。
加えて、基板は、有機樹脂層と金属層とが形成された面とは反対側の面に反射防止膜を有することを特徴とすることもできる。
ここで、基体における溝部と溝部との間の領域の一部を除去する基体除去工程をさらに有することを特徴とすることもできる。これによって、光透過率の低下の原因となる「黄変」が生じる有機樹脂は殆ど存在しない偏光子を簡易に製造することができる。
さらに、基体の少なくとも溝部が形成された面側には有機樹脂層が形成され、基体除去工程で酸素プラズマによって溝部と溝部との間の領域の一部を除去すれば、溝部と溝部との間の基体を効率よく除去することができる。
特に、基体は、有機樹脂層が無機物質基板の上に形成された構成とすれば、「黄変」が生じる有機樹脂の量を減らす構成を採ることができる。加えて、無機物質基板は、「黄変」が生じ難いガラスで構成することを特徴とすることもできる。
また、基体は、有機樹脂層の溝部における厚さが溝部の深さ以下であることを特徴とすれば、金属層と基板との付着強度を高めることができる。
[実施の形態1]
図1は、本実施の形態が適用される透過方式の投射型液晶表示装置を説明する図である。図1に示した透過方式の投射型液晶表示装置である3板式液晶プロジェクタ1は、光源である白色光源30、白色光源30から出射される白色光の一様化を図るインテグレータレンズ21,22、白色光をS偏光、P偏光に分離する偏光変換素子10、白色光を波長の異なる光に分離するダイクロイックミラー51,52、一方向の偏光成分のみを通過させる金属グリッド偏光子31,32,33、波長の異なる光をそれぞれ透過する透過型液晶表示素子61,62,63、分離された光を合成するダイクロイックプリズム45、ダイクロイックプリズム45によって合成された光をスクリーン80上に結像させる投影光学系である投射レンズ70を備えている。さらに、光学部品としての、ミラー41,42,43,44、リレーレンズ23,24、コンデンサレンズ25,26,27を有している。また、白色光源30は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプと高輝度ランプからの光を集光するリフレクタ(楕円鏡)とから構成されている。
また、かかる過程では、ダイクロイックミラー51,52により、白色光源30より出射された白色光は赤(R)、緑(G)、青(B)の3原色に分離され、それぞれ対応する透過型液晶表示素子61,62,63に照射される。なお、ここではダイクロイックミラー51は緑青反射赤透過特性を有し、ダイクロイックミラー52は緑反射青透過特性を有している。
なお、リレーレンズ23,24は、透過型液晶表示素子62,63に対して、透過型液晶表示素子61の白色光源30から液晶表示素子面までの光路長が長くなっていることを補うものである。また、コンデンサレンズ25,26,27はそれぞれ透過型液晶表示素子61,62,63を通過した後の光線の広がりを押さえ、投射レンズ70によって効率のよい投射を実現している。
第2の工程では、図3(b)に示したように、溝15が形成された有機樹脂層12の上に、金属膜としてスパッタ法によって120nmの厚さのアルミニウム(Al)層16を被着する。このAl層16を被着した状態では、Al層16表面は、溝15が形成された有機樹脂層12の凹凸に倣った形状を呈している。
なお、有機樹脂層12の上に被着する金属膜は、アルミニウムの他、アルミニウム合金、銀、銀合金等でも形成することができる。かかる金属は硬度が小さいので、次の第3の工程において研磨が容易となる。
第4の工程では、Alが有機樹脂層12の溝15に埋め込まれた金属グリッド構造に対し、酸素プラズマを照射する。そうすると、酸素プラズマに曝されたAlパターン17の間の有機樹脂層12が酸化されて除去され、図3(d)に示したように、Alパターン17の間に存在していた有機樹脂層12はほぼ消失する。ここでは、酸素プラズマを用いることによって、効率よく有機樹脂層12を除去することができる。
このようにして、基板11の表面上に多数の微細な金属グリッド13(Alパターン17)を形成することができる。
Alパターン17相互間の有機樹脂層12を残すことによって、光を長期間に亘って照射した際に、この有機樹脂層12において有機樹脂が黄色に変色する所謂「黄変」を生じる可能性はある。しかしながら、有機樹脂層12は「黄変」を生じ難い無機物質からなる基板11上に薄く形成されただけなので、有機樹脂層12が「黄変」を生じても、有機樹脂層12における有機樹脂の量は少なく、有機樹脂層12における光透過率の低下は一定の範囲に止めることができる。したがって、このように構成することによっても、光透過率の低下を抑制する効果を得ることが可能である。特に、第1の工程において基板11に形成する有機樹脂層12の厚みを極力薄くすることで、光透過率の低下を充分に抑えることができる。
また、本実施の形態の金属グリッド偏光子31,32,33は、特に「黄変」が生し難いガラス等の無機物質の基板11に有機樹脂層12を形成し、有機樹脂層12は金属グリッド13を支持するためにのみ用いられるように構成しているので、金属グリッド偏光子31,32,33の光が透過される領域においては、有機樹脂の量は極めて少ないか、または全く存在させずに構成できる。その結果、光の照射を長期間に亘って受けることによる「黄変」が生じる有機樹脂は殆ど存在しないので、金属グリッド偏光子31,32,33における光透過率の低下を抑制することができる。
そのため、本実施の形態の金属グリッド偏光子31,32,33を3板式液晶プロジェクタ1のような投射型液晶表示装置に適用することによって、長期間に亘る光照射を行っても照度の低下や色再現性の悪化等の発生が抑制された高品質の投影画像を得ることが可能となる。さらには、3板式液晶プロジェクタ1を安価に製造できるという利点もある。
実施の形態1では、透過方式の投射型液晶表示装置である3板式液晶プロジェクタ1について説明した。実施の形態2では、反射方式の投射型液晶表示装置である液晶プロジェクタ2について説明する。尚、実施の形態1と同様な構成については同様な符号を用い、ここではその詳細な説明を省略する。
緑反射赤青透過特性を有するダイクロイックミラー53に入射したRのS偏光、BのS偏光は、ダイクロイックミラー53のダイクロイック面を透過した後、金属グリッド偏光子91を透過しP偏光成分がほぼ完全にカットされ、RのS偏光、BのS偏光となる。なお、この位置に金属グリッド偏光子91を配置する理由は、偏光変換素子90による偏光の整流化が充分ではなく、偏光変換素子90を通過した時点での入射光には一部P偏光が含まれ、画像のコントラストを劣化させるため、金属グリッド偏光子91により偏光を揃えることでより高い画像のコントラストが得られることにある。RのS偏光とBのS偏光とはB光の偏光を回転させる偏光回転素子92に入射し、RのS偏光は変化せず、BのS偏光は偏光が回転してBのP偏光となる。
RのP偏光とBのP偏光とは第2のプリズムに相当する偏光ビームスプリッタ102に入射し、スプリッタ面102aを透過し、RのP偏光およびBのP偏光となる。
ダイクロイックミラー53により反射されたGのS偏光が金属グリッド偏光子95に入射すると、P偏光成分がほぼ完全にカットされ、GのS偏光となり、第3のプリズムに相当する偏光ビームスプリッタ103に入射する。
偏光ビームスプリッタ103に入射したGのS偏光は、スプリッタ面である誘電体多層膜103aにより反射されGのS偏光となり、Gの反射型液晶表示素子66に入射する。ここで明るく表示させる光はGのP偏光として反射され、再び偏光ビームスプリッタ103に入射し、今度はP偏光であるため、スプリッタ面である誘電体多層膜103aを透過する。
GのS偏光は、偏光ビームスプリッタ102に入射し、スプリッタ面102aで反射され、RのP偏光およびBのP偏光と合成される。
そして、RのP偏光、GのS偏光およびBのP偏光は、R光とB光の偏光を回転させる偏光回転素子98に入射し、GのS偏光は変化せず、RのP偏光とBのP偏光とは偏光が回転し、RのS偏光とBのS偏光とになる。したがって、偏光ビームスプリッタ102によって合成された映像光はR、G、B全てS偏光の成分を持ち、投写レンズ70によってスクリーン80に拡大投写される。投写レンズ70から出射する偏光面を全て同一のS偏光とすることにより、偏光スクリーンへの対応や、所定の偏光方向の光の入射が指定されている背面投写型スクリーンへの対応が可能である。
このように、本実施の形態の金属グリッド偏光子91,93,95,96でも、無機物質からなる基板11の表面に有機樹脂層12を被着し、この有機樹脂層12に溝15を形成して、溝15に金属を充填するだけで金属グリッド13を形成することができるので、簡易に金属グリッド偏光子91,93,95,96を製造することができる。このため、量産化が容易で、製造コストを抑えることが可能となる。
また、本実施の形態の金属グリッド偏光子91,93,95,96でも、特に「黄変」が生し難いガラス等の無機物質の基板11に有機樹脂層12を形成し、有機樹脂層12は金属グリッド13を支持するためにのみ用いられるように構成しているので、金属グリッド偏光子91,93,95,96の光が透過される領域においては、有機樹脂の量は極めて少ないか、または全く存在させずに構成できる。その結果、光の照射を長期間に亘って受けることによる「黄変」が生じる有機樹脂は殆ど存在しないので、金属グリッド偏光子91,93,95,96における光透過率の低下を抑制することができる。
Claims (14)
- 基板と、
前記基板の表面に、所定の厚さおよび幅を有するとともに、互いに平行で等間隔に形成された多数の直線状の有機樹脂層と、
前記有機樹脂層に支持され、所定の厚さおよび幅を有するとともに、互いに平行で等間隔に形成された多数の直線状の金属層と、
前記基板の前記有機樹脂層と前記金属層とが形成された面とは反対側の面に形成された反射防止膜と、
を有することを特徴とする偏光子。 - 基板と、
前記基板の表面に形成され、所定の厚さおよび幅を有する多数の直線状の溝部が互いに平行で等間隔に形成された有機樹脂層と、
前記溝部内に、表面が互いに隣り合う当該溝部と当該溝部との間に位置する頂部領域と略同一面を形成するように設けられた金属層と、
を有することを特徴とする偏光子。 - 前記有機樹脂層は、前記金属層が形成された領域における厚さが当該金属層の厚さ以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の偏光子。
- 前記金属層は、アルミニウム、アルミニウム合金、銀又は銀合金で形成されたことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の偏光子。
- 基板上に、所定の深さおよび幅を有する多数の直線状の溝部が互いに平行で等間隔に形成された有機樹脂層を形成する有機樹脂層形成工程と、
形成された前記有機樹脂層の表面上に、当該有機樹脂層の前記溝部を充填するように金属層を形成する金属層形成工程と、
前記溝部に充填された前記金属層以外の前記金属層を除去する金属層除去工程と、
を有することを特徴とする偏光子の製造方法。 - 前記基板上に形成された前記有機樹脂層における前記溝部と溝部との間の領域の一部を除去する有機樹脂層除去工程をさらに有することを特徴とする請求項5に記載の偏光子の製造方法。
- 前記金属層形成工程は、アルミニウム、アルミニウム合金、銀又は銀合金からなる金属層を形成することを特徴とする請求項5又は6に記載の偏光子の製造方法。
- 前記有機樹脂層除去工程は酸素プラズマによって前記溝部と溝部との間の領域の一部を除去することを特徴とする請求項6に記載の偏光子の製造方法。
- 前記基板は、無機物質であることを特徴とする請求項5乃至8のいずれか1項に記載の偏光子の製造方法。
- 前記無機物質は、ガラスであることを特徴とする請求項9に記載の偏光子の製造方法。
- 前記有機樹脂層の前記溝部における厚さが当該溝部の深さ以下であることを特徴とする請求項5乃至10のいずれか1項に記載の偏光子の製造方法。
- 光源と、
前記光源からの光を偏光分離する偏光子と、
前記偏光子により偏光された光を透過または反射する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子を透過または反射した光をスクリーンに投射する投射光学系と、を備え、
前記偏光子は、
基板と、
前記基板の表面に、所定の厚さおよび幅を有するとともに、互いに平行で等間隔に形成された多数の直線状の有機樹脂層と、
前記有機樹脂層に支持され、所定の厚さおよび幅を有するとともに、互いに平行で等間隔に形成された多数の直線状の金属層と、
前記基板の前記有機樹脂層と前記金属層とが形成された面とは反対側の面に形成された反射防止膜と、
を有することを特徴とする投射型液晶表示装置。 - 光源と、
前記光源からの光を偏光分離する偏光子と、
前記偏光子により偏光された光を透過または反射する液晶表示素子と、
前記液晶表示素子を透過または反射した光をスクリーンに投射する投射光学系とを備え、
前記偏光子は、
基板と、
前記基板の表面に形成され、所定の厚さおよび幅を有する多数の直線状の溝部が互いに平行で等間隔に形成された有機樹脂層と、
前記溝部内に、表面が互いに隣合う当該溝部と当該溝部との間に位置する頂部領域と略同一面を形成するように設けられた金属層と、
を有することを特徴とする投射型液晶表示装置。 - 前記偏光子は、前記有機樹脂層が前記金属層と前記基板との間に形成されたことを特徴とする請求項12又は13に記載の投射型液晶表示装置。
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