JP5619586B2

JP5619586B2 - 投影型映像表示機器

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Publication number: JP5619586B2
Application number: JP2010274892A
Authority: JP
Inventors: 田中　裕二; 裕二田中; 大杉山
Original assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Current assignee: Asahi Kasei E Materials Corp
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2010-12-09
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-12-09
Also published as: JP2011141541A

Description

本発明は、投影型映像表示機器に関し、特にワイヤグリッド偏光板を用いた投影型映像表示機器に関する。

スクリーンに投射された映像光の反射光を視認する投影型映像表示機器であるプロジェクターとしては、反射型液晶表示素子を利用した反射型液晶プロジェクターがある。反射型液晶プロジェクターでは偏光を利用するため、光源光を偏光させる必要があり、前記プロジェクターを構成する一光学部材として、従来、誘電体薄膜を積層した偏光ビームスプリッターが用いられていた。

偏光ビームスプリッターは、例えば特許文献１に見られるように、ブリュースター角を利用することによって偏光分離を行っていた。つまり、誘電体積層型の偏光ビームスプリッターの偏光分離特性は、偏光分離層に入光する光の角度に強く依存するため、良好な偏光分離特性を得るには、入光角度を狭い範囲に制限する必要があった。そのため、反射型液晶プロジェクターを構成する投射レンズとしては、Ｆナンバーが大きい、比較的暗いレンズしか使用することができなかった。これは、液晶パネルサイズが小さくても画素開口率を高くできるという、反射型液晶表示素子を利用する利点を損なうものであり、偏光ビームスプリッターの入光角度の制限が、投影型映像表示機器の光学性能に一定の限界を与えていた。

特開昭６１−１４１４０２号公報

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、投影型映像表示機器の光学性能を向上させることを目的とする。

本発明者は、特定構造のワイヤグリッド偏光板が偏光ビームスプリッターとして優れた偏光分離特性と偏光透過特性を発揮し、ワイヤグリッド偏光板への光の入光方向を考慮して光源と反射型液晶表示素子を配置することで、投影型映像表示機器の光学特性が向上できることを見出した。

本発明の投影型映像表示機器の一態様は、光源と、光源から出光した光を反射及び透過することにより偏光分離するワイヤグリッド偏光板と、ワイヤグリッド偏光板に反射された反射光を変調して出光する反射型液晶表示素子とを具備し、反射型液晶表示素子から出光した光のうち、ワイヤグリッド偏光板を透過した光を投影する投影型映像表示機器であって、ワイヤグリッド偏光板は、表面に所定の方向に延在する格子状凸部が設けられた基材と、基材の格子状凸部の一方の側面に偏在するように所定の方向に延在して設けられた導電体とを有し、導電体が形成された基材の表面側が光源及び反射型液晶表示素子と面し、光源から出光した光が導電体が形成された基材の表面側に入光し、反射型液晶表示素子から出光した光が導電体が偏在していない基材の格子状凸部の他方の側面側へ入光するようにワイヤグリッド偏光板が配置されていることを特徴とする。

本発明の投影型映像表示機器の一態様において、格子状凸部の延在方向に垂直な面において、基材の格子状凸部の頂部を通り格子状凸部の立設方向に沿う凸部軸と、導電体の頂部を通り立設方向に沿う導電体軸が異なることが好ましい。本発明の投影型映像表示機器の一態様において、基材の格子状凸部の頂部より導電体の少なくとも一部が上方に存在することが好ましい。

本発明の投影型映像表示機器の一態様において、格子状凸部の延在方向に垂直な面において、導電体が形成される基材の表面が略正弦波状であることが好ましい。

本発明の投影型映像表示機器の一態様において、ワイヤグリッド偏光板は、入光角度３０度から６０度の範囲における平行透過率の角度変化率が９０％以上であることが好ましい。

本発明の投影型映像表示機器の一態様において、ワイヤグリッド偏光板への入光角度範囲が、中心角度±１０度以上であることが好ましい。

本発明の一態様によれば、特定構造を有するワイヤグリッド偏光板を光の入光方向を考慮して偏光ビームスプリッターとすることにより、広範な入光角度において、優れた偏光分離特性と偏光透過特性を発揮し、投影型映像表示機器の光学性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係るワイヤグリッド偏光板を偏光ビームスプリッターとして用いた投影型映像表示機器の概念図である。本発明の実施の形態に係る投影型映像表示機器におけるワイヤグリッド偏光板の位置関係を示した図である。実施例に係るワイヤグリッド偏光板の格子状凹凸形状延在方向に対する垂直面での断面形状を示す図である。４５０ｎｍ光における入射角度による偏光板の角度変化率を示した図である。５５０ｎｍ光における入射角度による偏光板の角度変化率を示した図である。６５０ｎｍ光における入射角度による偏光板の角度変化率を示した図である。実施例に係る投影型映像表示機器におけるワイヤグリッド偏光板の位置関係を示した図である。

本発明について、以下具体的に説明する。

（投影型映像表示機器）
図１は、投影型映像表示機器である反射型液晶プロジェクターの概念図であり、図１を参照して、本発明の投影型映像表示機器について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る反射型液晶プロジェクターは、ＬＥＤなどの光源２１と、偏光ビームスプリッターであるワイヤグリッド偏光板２２と、光源光に映像情報を付加する反射型液晶表示素子２３とを備えて構成される。必要に応じて、映像光を拡大投影する投射レンズ２４を備えることができる。

光源２１から出射した光源光は、偏光ビームスプリッターであるワイヤグリッド偏光板２２に入光する。ワイヤグリッド偏光板２２で偏光分離され反射した偏光は、反射型液晶表示素子２３に入光して変調され、出光する。反射型液晶表示素子２３を出光した出射光は、ワイヤグリッド偏光板２２を透過し、投射レンズ２４で拡大された後、スクリーンに投影される。

本実施の形態で示す投影型映像表示機器（反射型液晶プロジェクター）では、ワイヤグリッド偏光板２２が特定構造を有し、且つ光源２１からの光と反射型液晶表示素子２３からの光の入光方向を考慮してワイヤグリッド偏光板２２を配置する。以下にワイヤグリッド偏光板２２の構造と配置について具体的に説明する。

ワイヤグリッド偏光板２２は、格子状凸部を有する基材と、基材の格子状凸部の一方の側面に偏在するように導電体を設けた構造とすることができる。具体的には、図２に示すように、所定の方向に延在するように所定の間隔をおいて並設した格子状凸部を具備する基材２６と、基材２６の格子状凸部の一方の側面に偏在するように所定の方向に延在して設けられた導電体２５でワイヤグリッド偏光板２２が構成される。

また、投影型映像表示機器において、光源２１、ワイヤグリッド偏光板２２及び反射型液晶表示素子２３を図２に示す位置関係で備えることが重要である。具体的には、ワイヤグリッド偏光板２２の導電体２５側（導電体２５が形成された基材２６の表面側）が光源２１及び反射型液晶表示素子２３と面し、反射型液晶表示素子２３を出光した光（映像光）が、ワイヤグリッド偏光板２２の導電体２５が偏在していない基材２６の格子状凸部の側面（基材２６の格子状凸部の他方の側面）側に入光するように設置する。この場合、光源２１から出光した光が基材２６の格子状凸部の一方の側面（導電体２５が形成された側面）側に入光するようにワイヤグリッド偏光板２２を配置すればよい。なお、ワイヤグリッド偏光板２２は固有の透過軸方向を有するため、投影型映像表示機器に前記ワイヤグリッド偏光板２２を配置する際に、前記透過軸方向を任意に選択することが可能である。中でも、光源２１の出光部位、ワイヤグリッド偏光板２２の入光部位および反射型液晶表示素子２３の入光部位がなす平面とワイヤグリッド偏光板２２の格子状凸部の延在方向は直交することが好ましい。このように配置することで、フレネルの式に従い、ワイヤグリッド偏光板２２の導電体で反射する反射光量を高くすることができる。また、前記ワイヤグリッド偏光板２２を透過する透過光量を高くすることができる。

ワイヤグリッド偏光板２２に入光する光源光の入光角度は、投影型映像表示機器を構成する部材の配置の観点から、前記偏光板の垂直方向を０度とした場合、４５度となるように光源２１とワイヤグリッド偏光板２２を配置することが好ましい。

図２に示すように、特定構造を有するワイヤグリッド偏光板２２を光の入光方向を考慮して設置することにより、ワイヤグリッド偏光板２２が広範な入光角度で優れた偏光分離特性を発揮することができる。これは、ワイヤグリッド偏光板の格子状凹凸形状の延在方向に対する垂直面での断面形状において、導電体が格子状凸部の一方の側面に偏在する構造により、導電体の見かけ上の高さ（厚み）が光の入光角度に対して変化するためである。光の入光角度に応じて、前記導電体の高さ（厚み）が高く（厚く）なる方向から光を入光させることにより、平行透過率と偏光特性を相対的に高くすることができる。これにより、ワイヤグリッド偏光板２２において、広範な入光角度で光源光の反射率を向上すると共に、映像情報が付加された映像光の透過率を向上させることができるため、明るい映像表示が可能となり、投影型映像表示機器の光学性能を向上できる。なお、ここでは、前記映像光が可視光であり、投影型映像表示機器の偏光ビームスプリッターとして前記ワイヤグリッド偏光板を用いる場合の好適な配置を述べているが、例えば、近赤外光を偏光分離する偏光ビームスプリッターとして前記ワイヤグリッド偏光板を用いる場合も、同様の技術的思想を用いて平行透過率と偏光特性を高めることが好ましい。

また、広範な入光角度で優れた偏光分離特性を発揮するワイヤグリッド偏光板２２を用いることで、投射レンズのＦナンバーが小さい、明るいレンズを使用した反射型液晶プロジェクターの設計が可能となる。具体的には、ワイヤグリッド偏光板２２は、入光角度４５度±１５度、つまり３０度から６０度において、所望する波長の光の平行透過率の角度変化率が９０％以上であることが好ましい。なお、反射型液晶プロジェクターで用いられる光の波長域は可視光域である。特に、４２０ｎｍから６８０ｎｍの光が用いられることが多い。つまり、青色波長域（４２０ｎｍから５００ｎｍ）、緑色波長域（５００ｎｍから５９０ｎｍ）および赤色波長域（５９０ｎｍから６８０ｎｍ）のうち、少なくともその１波長において、前記平行透過率の角度変化率が９０％以上であることが好ましいこととなる。また、入光角度範囲が中心角度±１０以上であることが好ましい。なお入射角度範囲とは、入光する光の強度が最も高い入光角度における光の強度を１００とした際に、強度が５０以上である角度範囲をいう。

なお、図１に示した反射型液晶プロジェクターにおいて、また、光源２１とワイヤグリッド偏光板２２の間に、ワイヤグリッド偏光板２２と直交関係となる配置で偏光板を備えてもよい。この場合、偏光板としては、光源光の利用率向上と装置内部の高温化を防止できるワイヤグリッド偏光板を用いることが好ましい。その他、偏光変換素子、位相差板などの光学補償機能を有した光学部材や、ワイヤグリッド偏光板２２と投射レンズ２４の間に偏光板を備えることができる。

以下に、本実施の形態で示す投影型映像表示機器（反射型液晶プロジェクター）に適用可能な部材等について説明する。

（光源）
用いる光源に制限は無い。投影型映像表示機器サイズの小型化が可能となるＬＥＤを用いることも可能である。

（ワイヤグリッド偏光板）
ワイヤグリッド偏光板２２は、格子状凹凸形状を有する基材と導電体で設けることができる。具体的には、上述したように、所定の方向に延在する格子状凸部を具備する基材２６と、基材２６の格子状凸部の一方の側面に偏在して設けられた導電体２５で設けることができる。

また、ワイヤグリッド偏光板２２は、基材２６の格子状凸部の延在方向と垂直な面において、基材２６の格子状凸部の頂部を通り格子状凸部の立設方向に沿う凸部軸３１と、導電体２５の頂部を通り立設方向に沿う導電体軸３２が異なる（重畳しない）ように設けることが好ましい。また、基材２６の凸部の頂部より導電体２５の少なくとも一部が上方に存在することが好ましい。

ワイヤグリッド偏光板２２が上記のような形状をとることで、入光角度の中心を４５度とした広範な範囲で優れた偏光透過特性を発揮できる。

（格子状凹凸形状を有する基材）
基材２６の形状は、格子状凸部の延在方向に対して、垂直な面内において、放物線のようになだらかに曲率が変わる略正弦波状とすることが好ましい。ここで、略正弦波状とは、凹部と凸部の繰り返しからなる曲線部を持つことを意味する。なお、曲線部は湾曲した曲線であればよく、例えば、凸部にくびれがある形状も正弦波状に含める。前記樹脂基材の格子状凸部及びその側面の少なくとも一部を誘電体層が覆いやすくする観点から、前記形状の端部又は頂部、谷は緩やかな曲率をもって湾曲していることが好ましい。また、樹脂基材と誘電体層との間の密着強度を高くする観点から、前記断面形状は略正弦波状であることが好ましい。さらに、反射型液晶表示素子２３から出光した光の導光路を確保し、光学特性を高めるという視点から、略正弦波状とすることが好ましい。また、基材２６は、目的とする波長領域において実質的に透明であればよい。なお、所定の方向に延在するとは、格子状凸部が実質的に延在していればよく、格子状凸部が厳密に平行に延在している必要はない。

基材２６としては、例えば、ガラスなどの無機材料や樹脂材料を用いることができるが、中でも樹脂材料を用いた基板が、ロールプロセスが可能になる、ワイヤグリッド偏光板にフレキシブル性（屈曲性）を持たすことができる、等のメリットがあるため好ましい。基材２６に用いることができる樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂などの非晶性熱可塑性樹脂や、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂などの結晶性熱可塑性樹脂や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などの紫外線（ＵＶ）硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、ＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、ガラスなどの無機基板、上記熱可塑性樹脂、トリアセテート樹脂とを組み合わせたり、単独で用いて基材２６を構成させたりすることもできる。また、基材２６と導電体２５の密着性を向上させるための薄膜を、基材２６の表面に備えても構わない。

基材２６の格子状凸部の凸部高さ/凸部半値幅の値は、１．０〜１０程度であることが好ましく、得られる光学性能と、凸部形状の作りやすさ、転写のしやすさを考慮すると１．５〜５であることがより好ましい。また、格子状凸部の半値幅は、ピッチの０．１倍〜０．６倍であることが好ましく、０．１５倍〜０．４倍であることがより好ましい。

格子状凸部を有した基材２６を備える場合、その製造方法は特に限定されない。例えば、本出願人の出願の特許第４１４７２４７号公報に記載の方法を挙げることができる。特許第４１４７２４７号公報によれば、干渉露光法を用いて作製したピッチ２３０ｎｍから２５０ｎｍの格子状凸部がつくる凹凸形状を有する金属スタンパを用いて、凹凸形状を熱可塑性樹脂に熱転写し、凹凸形状を付与した熱可塑性樹脂を格子の長手方向と平行な方向に、延伸倍率が４倍から６倍の自由端一軸延伸加工を施す。その結果、前記熱可塑性樹脂に転写された凹凸形状のピッチが縮小され、ピッチが１２０ｎｍ以下の微細凹凸形状を有する樹脂基材（延伸済み）が得られる。続いて、得られた微細凹凸形状を有する樹脂基材（延伸済み）から、電解メッキ法などを用いて微細凹凸形状を有する金属スタンパを作製する。この金属スタンパにより、基材の表面にその微細凹凸形状を転写、形成することで、ピッチが１２０ｎｍ以下の格子状凸部を有する樹脂基材を得ることが可能となる。

（導電体）
導電体２５は、基材２６の格子状凸部の一方向側の側面に接し、上部が基材２６の凸部頂部より上方に伸びるように設けられた構造を有している。導電体２５を、格子状凸部の頂部より上方に伸びるよう設けることで、偏光特性が向上し、光の損失を減らすことができる。導電体２５は、所定の方向に延在する基材２６の格子状凸部と略平行に所定の間隔（周期）をとって直線状に形成されるが、この直線状の導電体２５の周期が可視光の波長よりも小さい場合、ワイヤグリッド偏光板は、導電体２５に対して平行に振動する偏光成分を反射し、垂直な偏光成分は透過する偏光素子となる。導電体２５としては、アルミニウム、銀、銅、白金、金またはこれらの各金属を主成分とする合金を使用することができ、斜めスパッタリング法や斜め蒸着法により形成することができる。特に、アルミニウムもしくは銀を用いて導電体２５を形成することにより、可視域光の吸収損失を小さくすることができるため、好ましい。

基材２６の格子状凸部の延在方向に対して垂直な面内における凹部底部から凸部頂部までの高さのうち、頂部から９０％までの任意の高さにおいて、導電体の幅をａ、格子状凸部の幅をｂとしたときに、０．３≦ａ／ｂであることが光学対称性、偏光透過率などの光学性能、ワイヤグリッド偏光板の構造強度の観点から好ましく、さらに、０．４≦ａ／ｂ≦３．０であることがより好ましい。ここで、導電体２５の幅ａ、格子状凸部の幅ｂの値は、平均的な数字であり、実際には基材２６の格子状凹凸形状の延在方向に対して垂直な面内で断面形状をＳＥＭ（電界放出型走査型電子顕微鏡）やＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察し、任意の一断面のとなりあう３本の平均値から求める。

また、導電体２５の底部は、格子状凸部における凹部の底部に接着していることが好ましく、いいかえると、格子状凸部の延在方向に対して垂直な面内において、導電体２５の底部から頂部までの高さＨ３が格子状凸部の底部（凹部の底部）から導電体２５の頂部までの高さＨ１とほぼ等しくなることが好ましい。さらに、基材２６の凹部位置の水平方向においては、０．２≦ａ／ｂ≦１．０であることが光学性能や構造強度の観点から好ましく、０．２≦ａ／ｂ≦０．９であることがより好ましい。

また、格子状凸部の延在方向に対して垂直な面内における基材２６の凹部の底部から凸部の頂部までの高さＨ２は、光学性能の観点から凹部の底部から導電体２５の頂部までの高さＨ１の０．３倍〜０．８倍であることが好ましい。

格子状凸部の延在方向に対して垂直な面内における凹部の底部よりも上方の基材凸部断面積Ｓは、同じ面内で導電体断面積Ｌよりも小さいことが、光学性能の観点から好ましく、Ｌ／Ｓは１〜８であることがより好ましく、１．５〜６であることがさらに好ましい。

一般にワイヤグリッド偏光板は、導電体２５のピッチＰが小さくなるほど幅広い帯域で良好な偏光特性を示す。導電体２５が空気（屈折率１．０）と接する場合、ピッチＰは、対象とする光の波長の１／４〜１／３であれば実用的に十分な性能を示す。このため、可視光域の光を偏光分離する場合、ピッチＰは１５０ｎｍ以下が好ましい。

導電体２５の製造方法には特に限定は無いが、製造コストや生産性の観点から真空下における斜め蒸着法が好ましい。斜め蒸着法とは、格子状凹凸形状の延在方向と垂直に交わる平面内において、蒸着源が基材の法線に対して入射角度αを持ちながら金属を蒸着、積層させていく方法である。入射角度αは、格子状凸部と作製する導電体の断面形状から好ましい範囲が決まり、一般には入射角度αは５°〜４０°が好ましく、より好ましくは１０°〜３０°である。さらに、蒸着中に積層した金属の射影効果を考慮しながら、入射角度αを徐々に減少または増加させることは、導電体２５の高さなど断面形状を制御する上で好適である。

なお、このような製法から格子状凸部と導電体２５の延在方向は等しくなる。導電体２５の形状を達成するための金属蒸着量は、格子状凸部の形状によって決まるが、一般には、平均蒸着厚みは５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。ここでいう平均厚みとは、平滑ガラス基板上にガラス面に垂直方向から物質を蒸着させたと仮定した時の蒸着物の厚みのことを指し、金属蒸着量の目安として使用する。

（誘電体）
基材を構成する材料と導電体との密着性向上のため、両者の間に両者と密着性が高い誘電体材料を好適に用いることができる。例えば、二酸化珪素などの珪素（Ｓｉ）の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体またはその複合物（誘電体単体に他の元素、単体または化合物が混じった誘電体）や、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニア（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、バリウム（Ｂａ）、インジウム（Ｉｎ）、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、セリウム（Ｃｅ）、銅（Ｃｕ）などの金属の酸化物、窒化物、ハロゲン化物、炭化物の単体またはそれらの複合物を用いることができる。誘電体材料は、透過偏光性能を得ようとする波長領域において実質的に透明であればよい。誘電体材料の積層方法には特に限定は無く、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着法を好適に用いることができる。

（基板）
格子状の凸部構造を有する基材を保持するものとして、基板を用いることができる。基板としては、ガラスなどの無機材料や樹脂材料を用いることができるが、投影型映像表示機器の軽量化や耐衝撃性の向上が可能で、様々な光学部材と組み合わせが容易となる平板状の樹脂材料を用いることが好ましい。基板の厚みは、偏光ビームスプリッターに要求される光学特性を考慮すると、薄い方が好ましい。２ｍｍ以下の厚みであることが好ましく、さらに好ましくは１ｍｍ以下である。

樹脂材料としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、シクロオレフィン樹脂（ＣＯＰ）、架橋ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、芳香族ポリエステル樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリアミド樹脂、トリアセチルセルロース樹脂（ＴＡＣ）等や、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系などのＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂が挙げられる。また、ＵＶ硬化性樹脂や熱硬化性樹脂と、ガラスなどの無機基板、熱可塑性樹脂等を組み合わせたり、単独で用いたりしてもよい。基板面内の波長５５０ｎｍにおける位相差値は３０ｎｍ以下であることが偏光分離特性の観点から好ましいため、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）樹脂、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）などの樹脂材料を用いることが好ましい。また、樹脂基材の遅層軸方向は、ワイヤグリッド延在方向と略平行ないし略直交となるよう配置されることが、偏光分離特性の観点から好ましい。

また、投影型映像表示機器の偏光ビームスプリッターとしては、広範な入光角度範囲における透過率変化を小さくすることが好ましい。例えば、基板の基材と接する面と逆側の基板表面の屈折率を１．４５以上から２．５０以下の間で調整することによって、透過率変化を小さくすることが可能である。また、基材と接する面と基板の間に屈折率の異なる誘電体を積層することで偏光分離特性を向上させることもできる。また、基材と接する面と逆側の基板表面に反射防止層や微小な凹凸構造、例えばモスアイ構造などを付加することによって透過率を向上させることも可能である。

（エッチング工程）
光学特性の観点から、必要に応じ基材２６の凹部の底部に積層する金属を、エッチングにより除去する。エッチング方法は、基材や誘電体層に悪影響を及ぼさず、必要量の金属が除去できる方法であれば特に限定は無いが、生産性や装置コストの観点から酸やアルカリの水溶液に浸漬させる方法が好ましい。

（反射型液晶表示素子）
反射型液晶表示素子に特に制限はなく、液晶分子が垂直に配向したもの、強誘電液晶を用いたもの等を用いることができる。

（投射レンズ）
投射レンズとしては、投影型映像表示機器の光学設計に即したレンズであれば、特に限定は無く、樹脂からなるレンズであっても、ガラスからなるレンズであっても問題は無い。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することができる。例えば、ワイヤグリッド偏光板の導電体を樹脂等で包埋し、平板上のフィルム等を貼り合わせることで、前記ワイヤグリッド偏光板への傾斜入光時における透過光の角度依存性を向上させることも可能である。また、上記実施の形態における材質、数量などについては一例であり、適宜変更することができる。その他、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。

次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例により本発明を詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施例により何ら限定されるものではない。

（ワイヤグリッド偏光板の作製）
まず、本実施例で用いたワイヤグリッド偏光板の作製方法について以下に説明する。

（ＵＶ硬化性樹脂を用いた格子状凹凸形状転写フィルムの作製）
格子状凹凸形状転写フィルムの作製には、２種類のＮｉ製金型（以下、「金型Ａ」、「金型Ｂ」とする。）を用いた。金型Ａはピッチ幅１４０ｎｍの格子状凹凸形状を有し、格子の延在する方向に垂直な断面における凹凸形状が略正弦波状であった。金型Ｂはピッチ幅１４０ｎｍの格子状凹凸形状を有し、格子の延在する方向に垂直な断面における凹凸形状が略矩形状であった。基板は、厚み８０μｍのトリアセチルセルロース系樹脂からなるＴＡＣフィルム（ＴＤ８０ＵＬ−Ｈ：富士写真フィルム社製）とし、前記ＴＡＣフィルムの波長５５０ｎｍにおける面内位相差値は３．２ｎｍで、遅相軸はＭＤ方向と略一致し、表面の屈折率は１．４９であった。前記ＴＡＣフィルムにアクリル系ＵＶ硬化性樹脂（屈折率１．５２）を約３μｍ塗布し、塗布面を下に、ＴＡＣフィルムのＭＤ方向と金型Ａまたは金型Ｂの格子状凹凸形状の延在方向のなす角度が略直交となるよう、ＴＡＣフィルム上に金型Ａまたは金型Ｂを重畳した。ＴＡＣフィルム側から中心波長３６５ｎｍのＵＶランプを用いて紫外線を１０００ｍＪ／ｃｍ^２照射し、金型Ａまたは金型Ｂの格子状凹凸形状を転写した。ＴＡＣフィルムを金型から剥離し、縦３００ｍｍ、横２００ｍｍの格子状凹凸形状を転写した。続いて、格子状凹凸形状転写表面に、スパッタリング法により誘電体層として二酸化珪素を成膜した。スパッタリング装置条件は、Ａｒガス圧力０．２Ｐａ、スパッタリングパワー７７０Ｗ／ｃｍ^２、被覆速度０．１ｎｍ／ｓとし、転写フィルム上の誘電体厚みが平膜換算で３ｎｍとなるように成膜することで、金型Ａの格子状凹凸形状が転写された転写フィルムＡと金型Ｂの格子状凹凸形状が転写された転写フィルムＢとを得た。

（真空蒸着法を用いた導電体の蒸着）
次に転写フィルムＡおよび転写フィルムＢの格子状凹凸形状転写表面に、真空蒸着によりアルミニウム（Ａｌ）を成膜した。Ａｌの蒸着条件は、常温下、真空度２．０×１０^−３Ｐａ、蒸着速度４０ｎｍ／ｓとした。Ａｌの厚みを測定するため、表面が平滑なガラス基板を転写フィルムＡまたは転写フィルムＢと同時に装置に挿入し、平滑ガラス基板上のＡｌ厚みをＡｌ平均厚みとした。基板のフィルム幅方向（ＴＤ方向）と垂直に交わる平面内において、格子状の凹凸形状を有した基材の法線に対して蒸着角を２０度とし、Ａｌ平均厚みが１２０ｎｍとなるよう、転写フィルムＡおよび転写フィルムＢにＡｌを蒸着した。なお、ここでいう平均厚みとは、平滑ガラス基板上にガラス面に垂直方向から物質を蒸着させたと仮定した時の蒸着物の厚みのことを指し、蒸着量の目安として使用している。

（不要Ａｌの除去）
次に不要Ａｌの除去を目的として、Ａｌを蒸着した転写フィルムＡおよび転写フィルムＢを０．１重量％水酸化ナトリウム水溶液に室温下で６０秒間浸漬させた。その後すぐに水洗いし、乾燥させた。これを、それぞれワイヤグリッド偏光板Ａおよびワイヤグリッド偏光板Ｂとする。なお、ワイヤグリッド偏光板Ａおよびワイヤグリッド偏光板Ｂのワイヤグリッド延在方向は、基板のＭＤ方向に対して略直交であった。また、ワイヤグリッド偏光板Ａおよびワイヤグリッド偏光板Ｂの、ワイヤグリッド延在方向と垂直な断面をＳＥＭで確認したところ、ワイヤグリッド延在方向と垂直な断面における基材凸部の一方の側面に導電体が偏在し、導電体の頂部を通り立設方向に沿う導電体軸と、凸部構造の頂部を通り凸部の立設方向に沿う凸部軸が重畳しておらず、基材凸部の頂部より導電体の一部が上方に存在していた。また、ワイヤグリッド偏光板Ａの凹凸形状は略正弦波状であり、ワイヤグリッド偏光板Ｂは略矩形状であった。得られたワイヤグリッド偏光板Ａの格子状凹凸形状の延在方向に対する垂直面での断面形状を示すＳＥＭ画像を図３に示す。

（比較例）
特定構造を有するワイヤグリッド偏光板に対する比較例として、Ｍｏｘｔｅｋ社製ＰｒｏＦｌｕｘを用いた。ＰｒｏＦｌｕｘのワイヤグリッド延在方向と垂直な断面をＳＥＭで確認したところ、凹凸形状を有した基材は存在しなかった。

＜光学特性の測定＞
変角分光光度計（型番ＧＳＰ−２、村上色彩技術研究所社製）により、ワイヤグリッド偏光板Ａについて、測定波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける変角平行透過率測定を行った。また、Ｍｏｘｔｅｋ社製ＰｒｏＦｌｕｘを比較例として、同様の変角平行透過率測定を行った。前記変角分光光度計は、受光部に検光子を備えており、測定サンプル台は、一軸方向に動作する。変角平行透過率測定は、光源と受光部の位置は変化させずに、測定サンプルを載せた測定サンプル台を動作させ、測定サンプルへの入光角度が２０度から７０度の範囲で変化するようにし、実施した。なお、測定サンプル台の動作回転軸と実施例および比較例の偏光板の透過軸方向は略直交とし、実施例に関しては、ワイヤグリッド延在方向に垂直な切断面における基材凸部の導電体偏在側と逆側から測定光を入光させるようにした。

得られた測定結果より、入光角度範囲２０度から７０度の平行透過率ＴＰ_{（λ、θ）}の最大値ＭａｘＴＰ_（λ）を１００％とし、各入光角度における平行透過率の比率（角度変化率）ΔＴＰ_{（λ、θ）}を算出した。算出式は以下の通りである。
ΔＴＰ_{（λ、θ）}＝（ＴＰ_{（λ、θ）}／ＭａｘＴｐ_（λ））×１００
角度変化率ΔＴＰ_{（λ、θ）}は、入光角度変化に伴う平行透過率の透過特性変化を示し、広範な入光角度範囲における該比率の変動が小さい場合、広範な入光角度で優れた偏光透過特性を示す。

実施例および比較例の、測定波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける角度変化率を、図４〜６、表１〜３に結果を示す。

測定波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける実施例の平行透過率の角度変化率は、比較例に比較し、広範な入光角度範囲における前記比率の変動が小さかった。従って、広範な入光角度で優れた偏光透過特性を示すことが確認できた。

また、実施例および比較例の偏光板を偏光ビームスプリッターとして、入光角度の中心角度が４５度となるように用いる場合、実施例では、入光角度４５度±１５度での平行透過率の角度変化率は９０％以上となり、そして入光角度４５度付近の角度変化率は１００％に近しく、前記角度を中心に平行透過率の変化は緩やかとなる。つまり、実施例は投影型映像表示機器の偏光ビームスプリッターとして、好適な特性を有していることとなる。

ワイヤグリッド偏光板は、一般的に、広範な入光角度に渡って優れた偏光分離特性を示すが、それに加え、特定構造を有する実施例は広範な入光角度に渡って優れた偏光透過特性を示した。

＜ワイヤグリッド偏光板の配置＞
次に、ワイヤグリッド偏光板Ａおよびワイヤグリッド偏光板Ｂを投影形映像表示機器の偏光ビームスプリッターとして用い、ワイヤグリッド偏光板に対する光源及び反射型液晶表示素子との位置関係を変化させた場合の光学特性について測定した。

＜配置例１＞
偏光ビームスプリッターとして、実施例で作製したワイヤグリッド偏光板Ａまたはワイヤグリッド偏光板Ｂを用い、反射型液晶表示素子とＬＥＤ光源と投射レンズを備えた投影型映像表示機器を作製した。偏光ビームスプリッターであるワイヤグリッド偏光板Ａまたはワイヤグリッド偏光板Ｂは、ワイヤグリッド構造面が光源および反射型液晶表示素子と面するようにし、光源光の入光方向に対して４５度に傾斜配置するように配置した。また、反射型液晶表示素子を出光した光が、ワイヤグリッド延在方向に対して垂直に切断した際に観察できる前記偏光ビームスプリッターのワイヤグリッド構造の導電体偏在側と逆側から入光するようにした（図７（Ａ）参照）。

＜配置例２＞
配置例１と同様の光学部材を備え、偏光ビームスプリッターである各ワイヤグリッド偏光板のワイヤグリッド構造面が、光源および反射型液晶表示素子と面するように配置した投影型映像表示機器（反射型液晶プロジェクター）を作製した。ただし、反射型液晶表示素子を出光した光の入光方向に関しては、ワイヤグリッド延在方向に対して垂直に切断した際に観察できる前記偏光ビームスプリッターのワイヤグリッド構造の導電体偏在側から入光するようにした（図７（Ｂ）参照）。

＜配置例３＞
配置例１と同様の光学部材を備えた投影型映像表示機器を作製した。ただし、偏光ビームスプリッターである各ワイヤグリッド偏光板のワイヤグリッド構造面が、光源および反射型液晶表示素子と面しないように配置した。反射型液晶表示素子を出光した光の入光方向に関しては、ワイヤグリッド延在方向に対して垂直に切断した際に観察できる前記偏光ビームスプリッターのワイヤグリッド構造の導電体偏在側から前記偏光ビームスプリッターを透過する光が出光するような配置とした（図７（Ｃ）参照）。

＜配置例４＞
配置例１と同様の光学部材を備えた投影型映像表示機器を作製した。ただし、偏光ビームスプリッターである各ワイヤグリッド偏光板のワイヤグリッド構造面が、光源および反射型液晶表示素子と面しないように配置した。また、反射型液晶表示素子を出光した光の入光方向に関しては、ワイヤグリッド延在方向に対して垂直に切断した際に観察できる前記偏光ビームスプリッターのワイヤグリッド構造の導電体偏在側と逆側から前記偏光ビームスプリッターを透過する光が出光するような配置とした（図７（Ｄ）参照）。

＜輝度評価＞
配置例１から配置例４がスクリーン上に表示する映像の輝度を測定した。投影型映像表示機器がスクリーン上に白画面表示するよう、画像表示設定を行い、スクリーンを反射する前記映像の輝度を、コニカミノルタ社製分光放射輝度計ＣＳ−２０００で測定した。測定箇所は、スクリーン上に表示された映像領域の中心とした。また投影型映像表示機器とスクリーンの位置関係および分光放射輝度計とスクリーンの位置関係は、輝度測定に最適な条件を設定し、配置例１から配置例４の輝度測定中は条件を変更しないようにした。

ワイヤグリッド偏光板Ａを偏光ビームスプリッターとした投影型映像表示機器の輝度を測定結果として、配置例１がスクリーン上に表示する映像の輝度を１００％とした配置例２から配置例４が表示する映像の輝度の比率を表４に示す。また、各配置例がスクリーン上に表示する映像の輝度値（単位：ｃｄ／ｍ^２）を表５に示す。

表４から明らかなように、ワイヤグリッド偏光板Ａ、ワイヤグリッド偏光板Ｂともに、配置例１のように配置した投影型映像表示機器がスクリーン上に表示する映像の輝度が最も高かった。これは、ワイヤグリッド偏光板Ａおよびワイヤグリッド偏光板Ｂの導電体は格子状凸部の一方の側面に偏在するため、前記ワイヤグリッド偏光板の偏光透過率は光の入光方向で異なることとなり、配置例１および配置例４は、配置例２および配置例３に比較し、反射型液晶表示素子を出光した光の偏光透過率が高くなるためである。また、光源光が基板面側から入光し偏光反射する場合、界面反射の影響で、配置例１および配置例２に比較し、配置例３および配置例４の偏光反射率は低くなる。したがって、特定構造を有するワイヤグリッド偏光板は、配置例１のように設けることが最適となる。

また、ワイヤグリッド偏光板Ａとワイヤグリッド偏光板Ｂで比較すると、格子状凸部の延在方向に垂直な面において、前記導電体が形成される前記基材の表面が略正弦波状であるワイヤグリッド偏光板Ａの方が、高い輝度値を示した。これは、前記基材の形状によって蒸着法で作製された前記導電体の形状が異なり、前記基材を略正弦波状とした場合、前導電体の形状が相対的に傾斜するためである。したがって、ワイヤグリッド偏光板Ａを、配置例１のように設けることが最適となる。

本発明の投影型映像表示機器は、光学機器として、好適に用いられる。

２１光源
２２ワイヤグリッド偏光板
２３反射型液晶表示素子
２４投射レンズ
２５導電体
２６基材
３１凸部軸
３２導電体軸

Claims

光源と、前記光源から出光した光を反射及び透過することにより偏光分離するワイヤグリッド偏光板と、前記ワイヤグリッド偏光板に反射された反射光を変調して出光する反射型液晶表示素子とを具備し、前記反射型液晶表示素子から出光した光のうち、前記ワイヤグリッド偏光板を透過した光を投影する投影型映像表示機器であって、
前記ワイヤグリッド偏光板は、表面に所定の方向に延在する格子状凸部が設けられた基材と、前記基材の格子状凸部の一方の側面に偏在するように前記所定の方向に延在して設けられた導電体とを有し、
前記導電体が形成された前記基材の表面側が前記光源及び前記反射型液晶表示素子と面し、前記光源から出光した光が前記導電体が形成された前記基材の表面側に入光し、前記反射型液晶表示素子から出光した光が前記導電体が偏在していない前記基材の格子状凸部の他方の側面側へ入光するように前記ワイヤグリッド偏光板が配置されていることを特徴とする投影型映像表示機器。
前記格子状凸部の延在方向に垂直な面において、前記基材の格子状凸部の頂部を通り前記格子状凸部の立設方向に沿う凸部軸と、前記導電体の頂部を通り前記立設方向に沿う導電体軸が異なることを特徴とする請求項１に記載の投影型映像表示機器。
前記基材の格子状凸部の頂部より前記導電体の少なくとも一部が上方に存在することを特徴とする請求項２に記載の投影型映像表示機器。
前記格子状凸部の延在方向に垂直な面において、前記導電体が形成される前記基材の表面が略正弦波状であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の投影型映像表示機器。
前記ワイヤグリッド偏光板は、入光角度３０度から６０度の範囲における平行透過率の角度変化率が９０％以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の投影型映像表示機器。
前記ワイヤグリッド偏光板への入光角度範囲が、中心角度±１０度以上であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の投影型映像表示機器。