JP5833320B2 - 偏光照明装置及び投影型映像表示機器 - Google Patents

Description

本発明は、偏光照明装置及び当該偏光照明装置を具備する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偏光照明装置に関する。

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や、透過型液晶表示素子を利用した透過型液晶プロジェクターといった液晶表示素子を用いた投影型映像表示機器は、偏光を利用し、映像表示を行なっている。一般的に、光源が発する光の偏光度は低く、偏光を利用した投影型映像表示機器の偏光照明装置には、光源光を高偏光度の偏光とするため、偏光板が用いられている。この偏光板として吸収型偏光板を用いた場合、非透過光は吸収されてしまうため、前記偏光板を透過する光量は小さく、光源が発する光の利用効率は低くなり、偏光照明装置は暗いものであった。

光源光の利用効率が高い、小型の偏光照明装置としては、例えば特許文献１が提案されている。つまり、反射型偏光板を偏光照明装置の偏光板として用い、前記反射型偏光板を透過できない反射光をリサイクルできるシステムを作ることで、前記反射型偏光板を透過する光量を大きくし、光源光の利用効率を高め、明るい偏光照明を提供するものであるが、更なる明るさの向上が求められていた。

特表２００７−５１６４５２号公報

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、偏光照明装置の明るさを向上させることを目的の一とする。

本発明者は、反射型偏光板であるワイヤグリッド偏光板において、透過しない光の反射率（偏光反射率）は、ワイヤグリッド構造が存在する導電体面に光が入射した場合と、そうでない面（基材面）に入射した場合で異なり、導電体面に入射した場合の光源光の利用効率が向上することを見出した。そこで、その知見を活かし、投影型映像表示機器内の偏光照明装置におけるワイヤグリッド偏光板の配置を工夫することで、偏光照明装置の明るさを向上できることを見出した。

本発明の偏光照明装置の一態様は、光源と、光源から出射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からの反射光を反射してワイヤグリッド偏光板に再入射させるように配置された反射材とを具備し、ワイヤグリッド偏光板は、基材と、基材表面の所定方向に延在して設けられた導電体（金属ワイヤ）とを有し、基材は所定方向に延在する格子状凸部を表面に有し、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り、導電体が基材の格子状凸部の一方の側面に偏析して設けられ、且つ、導電体が格子状凸部の頂部から凹部の底面にかけての側面全面に存在すると共に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構成であって、光源から出射した光と反射材で反射された光は、基材表面のうち導電体が形成された導電体面に入射することを特徴としている。

本発明の偏光照明装置の一態様において、格子状凸部の延在方向に垂直な面において、前記基材の表面が概略矩形状であることが好ましい。

本発明の偏光照明装置の一態様において、ワイヤグリッド偏光板に入射する光の偏光度が５０％以下であることが好ましい。

本発明の偏光照明装置の一態様において、ワイヤグリッド偏光板と反射材との間に変向材を具備し、ワイヤグリッド偏光板の偏光軸と変向材の遅相軸が、非平行且つ非直交であることが好ましい。

本発明の反射型液晶表示装置の一態様は、上述した偏光照明装置と、偏光照明装置から出射した光を反射ないし透過する偏光ビームスプリッターと、前記偏光ビームスプリッターを反射ないし透過した光を変調および反射する反射型液晶表示素子とを有することを特徴としている。

本発明の反射型液晶表示装置の一態様において、偏光ビームスプリッターがワイヤグリッド偏光板で形成され、偏光ビームスプリッターを構成するワイヤグリッド偏光板が、基材と基材表面の所定方向に延在して設けられた導電体を有し、前記偏光照明装置のワイヤグリッド偏光板と直交ニコルの関係となるよう配置され、偏光照明装置から出射した光と反射型液晶表示素子で反射された光は、前記導電体が形成された導電体面に入射することが好ましい。

本発明の透過型液晶表示装置の一態様は、上述した偏光照明装置と、偏光照明装置から出射した光を透過する透過型液晶表示素子と、透過型液晶表示素子を透過した光を吸収及び透過することにより偏光分離する検光子とを有することを特徴としている。

基材表面に導電体を有するワイヤグリッド偏光板を具備する偏光照明装置内において、導電体が形成された基材表面に光を入射させる構成とすることにより、偏光照明装置の明るさを向上させることができる。

本実施の形態に係る偏光照明装置の一例を示す図である。 本実施の形態に係る偏光照明装置の使用形態の一例を示す図である。

本発明について、以下具体的に説明する。

＜偏光照明装置＞
本実施の形態で示す偏光照明装置１００は、光源１０１と、光源１０１から出射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１０２と、光源１０１から出射した光及びワイヤグリッド偏光板１０２が反射した反射光を反射してワイヤグリッド偏光板１０２に入射するように配置された反射材１０３とを具備している（図１参照）。また、ワイヤグリッド偏光板１０２は、基材１１１と当該基材１１１表面の所定方向に延在して設けられた導電体１１２（金属ワイヤ）から構成され、光源１０１から出射した光と反射材１０３で反射された光が、基材１１１表面のうち導電体１１２が形成された導電体面に入射する構成となっている。

本実施の形態で示す偏光照明装置１００は、導電体１１２が設けられる基材１１１表面（導電体面）に、光源１０１から出射した光と反射材１０３で反射された光が入射する構成であることを特徴の一つとしており、この構成を有していれば、サイドライト型（図１（Ａ）参照）又は直下型（図１（Ｂ）参照）のいずれの構成としてもよい。

図１（Ａ）のサイドライト型では、光源１０１から出射した光を導光板に入射させて導光板内を伝搬させ、ワイヤグリッド偏光板１０２を介して所定の偏光を有する光を取り出す構成とすることができる。なお、反射材１０３又は反射材１０３が配置する側の導光板の表面に散乱パターン等を設けることにより、光の取り出し効率を向上することができる。図１（Ａ）、（Ｂ）において、偏光照明装置１００の使用用途に応じて、反射材１０３とワイヤグリッド偏光板１０２の間に、拡散シート、プリズムシート等の変向材や、位相差板等を適宜設けることができる。

図１（Ｃ）に示すように、光源１０１と、ワイヤグリッド偏光板１０２と、反射材１０３を有する偏光照明装置１００において、導電体１１２が設けられた基材１１１表面側に、光源１０１から出射した光と反射材１０３で反射された光が入射する構成とすることにより、偏光照明装置１００の明るさを向上させることができる。

ワイヤグリッド偏光板１０２は、基材１１１の凹凸構造と、前記凹凸構造の凸部の一方の側面に偏析する導電体１１２からなるワイヤグリッド構造を、基材１１１の一方の表面に有する（図１（Ｃ）参照）。導電体１１２が空気（屈折率１．０）と接し、基材１１１以外の接着材や粘着材等といった物質で包埋されていない場合、ワイヤグリッド構造の基材面側の構成要素は、樹脂等の基材１１１を構成する物質と、導電体１１２となる。また、ワイヤグリッド構造の基材面側の逆側（表面側）は、基材１１１凸部の頂部より上方に導電体１１２の少なくとも一部が存在するという構造のため、ワイヤグリッド構造の表面側の構成要素は導電体のみとなる。つまり、基材面側と表面側では、ワイヤグリッド構造の構成要素が異なることとなる。なお、図１では、基材１１１表面において格子状凸部が延在する方向に垂直な面（以下、「断面視」と記す）を示している。

また、ワイヤグリッド偏光板１０２の断面視において、表面が概略矩形状である基材１１１に後述する斜め蒸着法で導電体１１２を形成した場合、基材１１１凹部の導電体１１２の幅（基材１１１表面と平行な方向の導電体１１２の幅）に比較し、基材１１１凸部の頂部より上方に位置する導電体１１２の幅は大きくなる。このため、基材１１１凹部の導電体１１２の存在比に比較して、基材１１１凸部の頂部より上方の導電体１１２の存在比は大きくなる。

したがって、本発明のワイヤグリッド偏光板のワイヤグリッド構造は、基材面側と表面側で異なった有効屈折率を有することとなり、基材面側と表面側で異なった偏光反射特性を示す。これにより、ワイヤグリッド偏光板１０２のワイヤグリッド構造の基材面側に光を入射させた場合、表面側（導電体面）に光を入射させた場合と比較して、低偏光反射率となってしまうため、偏光照明装置１００の明るさを向上させる割合が低下してしまう。一方、図１に示すように、ワイヤグリッド偏光板１０２のワイヤグリッド構造の表面側（導電体面）側に光を入射させた場合には、偏光照明装置１００の明るさを向上させることができる。

なお、断面視において、表面が概略矩形状である基材に後述する斜め蒸着法で導電体を形成したワイヤグリッド偏光板１０２の導電体１１２を、基材１１１と概略同様の屈折率を有した接着材あるいは粘着材といった物質で包埋した場合、導電体１１２が空気（屈折率１．０）と接する場合と同様に、接着材あるいは粘着材といった物質で包埋した側に光が入射した際の偏光反射率は、その逆側（基材面側）に光が入射した際の偏光反射率よりも、大きくなる。

以下に、本実施の形態で示す偏光照明装置１００に適用可能な材料等について説明する。

（光源）
偏光照明装置１００に適用可能な光源１０１としては特に制限されず、例えば、蛍光ランプ、ナトリウムランプ、ＬＥＤ、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子等を用いることができる。偏光照明装置１００を小型化するという観点から、光源１０１としてＬＥＤを適用することが好ましい。なお、先述の光源が発する光は、一般的に、偏光度が５０％以下であり、光源が発する光の偏光度は、次のようにして求めることができる。

光源と分光放射計等の測定装置の間に、所定の波長で偏光度９９％以上の平板状の偏光板を光源が発する光に対して垂直、且つ偏向軸が特定方向となるように置き、分光放射輝度Ｔａを測定する。続いて、前記偏光板の偏向軸を特定方向に対して９０度回転させ、分光放射輝度Ｔｂを測定する。光源が発する光の所定の波長λにおける偏光度Ｐ（λ）は、所定の波長λにおけるＴａおよびＴｂから、以下の式で算出でき、百分率で示される。
Ｐ（λ）＝[｜Ｔａ−Ｔｂ｜／（Ｔａ＋Ｔｂ）]×１００

（ワイヤグリッド偏光板）
ワイヤグリッド偏光板１０２としては、光源１０１を出射した光を偏光分離し、反射材１０３に向けて光を反射することが可能であれば、その形状に制限はなく、平板状であっても湾曲していても構わない。また、ワイヤグリッド偏光板の導電体が形成された導電体面と逆側の面に、偏光反射性を抑制する機能を付加することや、吸収型偏光板を貼合すること、微細な凹凸構造や誘電体を積層することによる反射防止機能の付加、拡散性を有する機能層の付加等が可能である。

ワイヤグリッド偏光板１０２は、少なくとも基材１１１と導電体１１２で構成される。例えば、所定方向に延在して一定の間隔をおいて並設された格子状凸部を表面に有する基材１１１と、基材１１１の格子状凸部の一方の側面側に偏析するように所定方向に延在して設けられた導電体１１２でワイヤグリッド偏光板１０２とすることができる（図１（Ｃ）参照）。

また、ワイヤグリッド偏光板１０２は、断面視において、基材１１１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１１４と、導電体１１２の頂部を通り立設方向に沿う導電体軸１１３が異なる（重畳しない）構成であることが好ましい。これにより、導電体と基材の接触面積を増やすことができるため、導電体の剥離を防止でき、また、高さが高い導電体を形成し易くなるため、ワイヤグリッド偏光板の偏光分離特性を向上できるという効果を奏する。

また、ワイヤグリッド偏光板１０２は、断面視において、基材１１１の格子状凸部の頂部より導電体１１２の少なくとも一部が上方に存在する構成であることが好ましい。格子状凸部の頂部より上方の導電体１１２の側面は、鉛直方向に対して傾斜せず、概略平行である形状が好ましく、断面視における導電体１１２の頂部の形状は鉛直方向に凸の該略曲面形状あるいは概略平坦状であることが好ましい。また、導電体１１２を、基材１１１の格子状凸部の頂部より上方に伸びるよう設けることで、偏光分離特性が向上し、光の損失を減らすことができる。また、格子状凸部の頂部より上方の導電体１１２が鉛直方向に伸びるよう設けることで、偏光分離特性、具体的には、偏光反射率と平行透過率を向上できる。

また、ワイヤグリッド偏光板１０２は、断面視において、導電体１１２が形成される基材１１１の表面が概略矩形状であることが好ましい。これにより、鉛直方向に高い導電体を形成し易くなる。特に、後述する斜め蒸着法と等方性エッチングを用いてアルミニウムの導電体１１２を形成した場合、蒸着時のアルミニウム成長方向等から、導電体１１２の頂部の形状は、基材１１１の凸部の頂部の形状の相似形となり易く、基材凸部の頂部より上方の導電体の側面を鉛直方向に対して概略平行にできるため、鉛直方向に高い導電体の形成がより容易なものとなり、偏光分離特性、具体的には、透過光の偏光度と偏光反射率を向上させることができる。

（基材）
基材１１１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。中でも樹脂材料を用いて基材１１１を形成することが、ロールプロセスが可能になる、ワイヤグリッド偏光板１０２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１１１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）硬化型樹脂や熱硬化型樹脂が挙げられる。また、ＵＶ硬化型樹脂や熱硬化型樹脂と、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１１１を構成させたりすることもできる。また、基材１１１と導電体１１２の密着性を向上させるための薄膜を、基材１１１の表面に備えても構わない。

また、基材１１１として、導電体１１２が形成される表面に格子状凹凸構造が設けられた基材を用いることができる。また、上述したように、基材１１１の断面視において、凹凸構造は概略矩形状であることが好ましい。また、基材１１１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、格子状凸部がそれぞれ実質的に延在していればよく、格子状凸部の各が厳密に平行に延在している必要はない。

表面に格子状凸部を有する基材１１１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格子を有する金属スタンパを用いて、凹凸格子を熱可塑性樹脂に熱転写し、凹凸格子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格子のピッチが縮小され、ピッチが１２０ｎｍ以下の微細凹凸格子を有する樹脂基材（延伸済み）が得られる。続いて、得られた微細凹凸格子を有する樹脂基材（延伸済み）から、電解メッキ法などを用いて微細凹凸格子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格子を転写、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１１２は、基材１１１の表面のうち、光源１０１から出射した光と反射材１０３で反射された光が入射する表面側に設けられている。上述したように、表面に格子状凸部が形成された基材１１１上に導電体１１２を設ける場合には、格子状凸部の一方向側の側面に接し、上部が基材１１１の格子状凸部頂部より上方に伸びるように設けることが好ましい。

導電体１１２は、所定の方向に延在する基材１１１の格子状凸部と概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１１２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１０２は、導電体１１２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１１２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１１２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。

一般にワイヤグリッド偏光板１０２は、導電体１１２のピッチが小さくなるほど幅広い帯域で良好な偏光特性を示すが、ピッチは、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、可視光用に使用する場合、ピッチは１５０ｎｍ以下が好ましい。

導電体１１２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、基材１１１の断面視において、蒸着源が基材１１１表面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１１２の高さなど断面形状を制御する上で好適である。

なお、このような製法を用いた場合、基材１１１の格子状凸部と導電体１１２の延在方向は等しくなる。導電体１１２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。

また、光学特性の観点から、不要な導電体はエッチングにより除去することが好ましい。エッチング方法は、基材１１１等に悪影響を及ぼさず、導電体部分が選択的に除去できる方法であれば特に限定は無いが、生産性の観点および導電体１１２の形状制御の観点から、等方性エッチングが好ましく、例えば、アルカリ性の水溶液に浸漬させるエッチング方法が好ましい。

（基板）
格子状の凹凸構造を有する基材１１１を保持するものとして、基板を用いることも可能である。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、偏光照明装置を軽量化でき、ロールプロセスによるワイヤグリッド偏光板の製造が可能となる平板状の樹脂材料を用いることが好ましい。

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硬化型樹脂や熱硬化型樹脂が挙げられる。また、ＵＶ硬化型樹脂や熱硬化型樹脂と、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。偏光照明装置から出射する光は、高い偏光度であることが求められるため、波長５５０ｎｍにおける位相差値を３０ｎｍ以下とすることが好ましい。このような特性を有する基板としては、トリアセチルセルロース樹脂（ＴＡＣ）、シクロオレフィンポリマー樹脂（ＣＯＰ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリメタクリル酸メチル樹脂（ＰＭＭＡ）などがあり、これらの樹脂材料を用いることが好ましい。

（反射材）
反射材１０３としては、光源１０１の出射光及びワイヤグリッド偏光板１０２の反射光を良効率で反射して、ワイヤグリッド偏光板１０２に入射させる材料、形状であることが好ましい。例えば、反射材１０３として、樹脂フィルムにアルミニウムや銀をコーティングしたシートや、硫酸バリウム等を含んだ白色のシート、複数の屈折率の異なる薄膜を積層したシート等を用いることができる。また、反射材１０３の形状に制限はなく、平板状、凹凸を有した平板状、一定の曲率を有した球形であっても構わない。同様に、反射材１０３の表面を粗面とする、あるいは複屈折性の材料で被覆する、あるいは複屈折性を示す構造とするといったことも可能である。

（変向材）
本実施の形態で示すワイヤグリッド偏光板１０２において、ワイヤグリッド偏光板１０２と反射材１０３との間に変向材を設けてもよい。変向材とは、所望する波長の光を透過する光学材料であり、前記光学材料に入射する光の方向を変化させて出射する光学材料を意味し、拡散シートやプリズム構造を有したシート、光学レンズ、導光板等がこれに該当する。変向材としては、軽量であり破損し難い樹脂からなることが好ましく、ワイヤグリッド偏光板１０２の偏光軸と当該変向材の遅相軸は、平行ないし直交しない（非平行且つ非直交）構成とすることが好ましい。これにより、変向材によりワイヤグリッド偏光板１０２を反射した光の偏光状態を変化させ、ワイヤグリッド偏光板１０２を反射した光の進行方向を制御することができる。その結果、偏光照明装置１００の更なる輝度向上が可能となる。

（誘電体）
本実施の形態で示すワイヤグリッド偏光板１０２において、基材１１１を構成する材料と導電体１１２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。

＜偏光照明装置の使用形態＞
本実施の形態で示す偏光照明装置１００は、照明装置や、偏光光源を必要とする投影型映像表示機器等の各種光学機器に適用することが可能である。以下に、偏光照明装置１００の適用例の一例として、反射型液晶表示装置と透過型液晶表示装置に用いる場合について説明する。なお、以下の説明では、偏光照明装置１００としてサイドライト型を用いる場合を示すが、直下型を用いてもよい。

（反射型液晶表示装置）
図２（Ａ）に、上述した偏光照明装置１００を適用した反射型液晶表示装置の一例を示す。図２（Ａ）に示す反射型液晶表示装置は、偏光照明装置１００と、偏光照明装置１００から出射した光を反射する偏光ビームスプリッター１２１と、偏光ビームスプリッター１２１で反射された光が入射する反射型液晶表示素子１２２とを有しているが、これ以外に、光学補償のための位相差板等を必要に応じて用いることができる他、偏光照明装置１００と偏光ビームスプリッター１２１の間に迷光防止等のための吸収型偏光板を備えることも可能である。

偏光ビームスプリッター１２１は、偏光照明装置１００から出射した光を反射ないし透過して、反射型液晶表示素子１２２に入射させることが可能となる位置に設けられる。反射型液晶表示素子１２２は、偏光ビームスプリッター１２１を反射ないし透過した光を変調および反射し、前記反射光が偏光ビームスプリッター１２１を透過ないし反射するように配置されている。

偏光ビームスプリッター１２１としては、ワイヤグリッド偏光板を用いることができる。例えば、構成する基材および基板を樹脂としたワイヤグリッド偏光板を用いることで、偏光ビームスプリッター１２１を湾曲させて設けることも可能である。また、ワイヤグリッド偏光板を三角柱状のプリズム間に備えたものや、複数の相互に異なる屈折率を有した誘電体薄膜を積層した積層体によるもの、前記誘電体薄膜を積層した積層体を三角柱状のプリズム間に備えたもの、複数の相互に異なる複屈折率を有した薄膜を積層した積層体、前記複屈折率を有した薄膜を積層した積層体を三角柱状のプリズム間に備えたもの等を、偏光ビームスプリッターとして用いることができる。三角柱状のプリズムを用いた偏光ビームスプリッターは、接着材や粘着材等を用いることによって、偏光照明装置１００のワイヤグリッド偏光板１０２と光学的接続が可能であり、これにより、前記三角柱状プリズム表面等の反射防止機能の付加を不要にできるといった効果を奏する。

また、偏光ビームスプリッター１２１として、基板上に凹凸構造を有する基材と導電体から構成されるワイヤグリッド偏光板を用いる場合には、偏光照明装置のワイヤグリッド偏光板の偏光軸と偏光ビームスプリッター１２１のワイヤグリッド偏光板の偏光軸を直交ニコルの関係とし、偏光照明装置１００から出射した光と反射型液晶表示素子１２２で反射された光が導電体面に入射するよう、配置することが好ましい。

一般的に、偏光ビームスプリッターの偏光分離面は、入射する光に対して傾斜した配置とされる。偏光ビームスプリッターに複屈折性の基板あるいは基材を用いたワイヤグリッド偏光板を用い、その基板面に光を入射させると、面内の位相差だけでなく、厚み方向の位相差の影響を受けることとなる。したがって、偏光照明装置が発する偏光度の高い光を適切に利用し、高品位な映像を表示する反射型液晶表示装置を作製するためには、偏光照明装置が発する光を偏光ビームスプリッター１２１のワイヤグリッド偏光板の導電体面に入射することが好ましい。

（透過型液晶表示装置）
図２（Ｂ）に、上述した偏光照明装置１００を適用した透過型液晶表示装置の一例を示す。図２（Ｂ）に示す透過型液晶表示装置は、偏光照明装置１００と、偏光照明装置１００から出射した光を透過する透過型液晶表示素子１２３と、透過型液晶表示素子１２３を透過した光を吸収及び透過することにより偏光分離する検光子１２４とを有している。

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。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。

まず、実施例中の測定値の測定方法について説明する。
＜平行透過率の測定＞
平行透過率は、日本分光株式会社製ＶＡＰ−７０７０を用いて測定した。前記測定装置は光源近傍に偏光子を備え、鉛直方向から測定光が測定サンプルに入射するものとし、ワイヤグリッド偏光板の平行透過率を測定する際は、導電体面側から測定光が入射するようにワイヤグリッド偏光板を配置した。

＜直交反射率の測定＞
直交反射率は、日立ハイテクノロジー社製Ｕ−４１００を用いて測定した。前記測定装置は光源近傍に偏光子を備えている。測定する偏光板は、前記偏光子の偏光軸と直交ニコルの関係となるようにし、入射角度４５度でＳ波を前記偏光板に入射させ、その正反射を測定し、この測定結果を直交反射率とした。ワイヤグリッド偏光板の直交反射率を測定する際は、導電体面側から入射するようにワイヤグリッド偏光板を配置した。

＜面内位相差値の測定＞
面内位相差値の測定機器として、平行ニコル法を利用した偏光解析装置である王子計測機器製ＫＯＢＲＡ−ＷＲを用いた。測定光の波長を５５０ｎｍとし、入射角度が０度の場合の位相差値を面内位相差値とした。

＜屈折率の測定方法＞
屈折率の測定は、メトリコン社製レーザー屈折計モデル２０１０を用いて、測定対象のサンプルを２４時間、２５度の恒温室で養生した後、屈折率を測定した。同装置による波長５３２ｎｍ、６３２．８ｎｍ及び８２４ｎｍの屈折率の測定結果からコーシーの分散式を利用して屈折率の波長分散図を求め、波長５８９ｎｍの屈折率を求めた。なお、硬化型樹脂につては、硬化型樹脂を硬化させた後、屈折率測定を行った。

（参考例１、２）
（ワイヤグリッド偏光板の作製）
次に、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硬化型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、Ｎｉ製金型（以下、「金型Ａ」および「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、断面視における凹凸形状は概略矩形状であった。金型Ｂはピッチ幅１４０ｎｍの格子状凹凸形状を有し、断面視における凹凸形状は概略正弦波状であった。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フィルムの面内位相差値は３．５ｎｍで、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硬化型樹脂（屈折率１．５２）を約３μｍ塗布し、塗布面を下に、ＴＡＣフィルム上に金型Ａあるいは金型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あるいは金型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、格子状凹凸形状が転写された転写フィルムＡおよび転写フィルムＢ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あるいは転写フィルム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。基材の凹凸構造の延在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８０秒間浸漬させた。その後すぐに水洗いし、フィルムを乾燥させた。ＳＥＭ（電界放出型走査型電子顕微鏡）による断面視により、両サンプルともに基材凸部の一方側面に導電体が偏析し、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することを確認した。また、転写フィルムＡの凹凸構造は概略矩形状であり、基材凸部の頂部より上方の導電体の側面は、鉛直方向に対して概略平行であったが、転写フィルムＢの凹凸構造は概略正弦波状であり、基材凸部の頂部より上方の導電体の側面は、鉛直方向に対して傾斜していて、その形状は三角形に似た尖鋭形状であった。以上により作製された転写フィルムＡをワイヤグリッド偏光板Ａ、転写フィルムＢをワイヤグリッド偏光板Ｂとする。ワイヤグリッド偏光板Ａ（参考例１）の波長５５０ｎｍにおける平行透過率は８６．２％であり、直交反射率は８８．９％であった。ワイヤグリッド偏光板Ｂ（参考例２）の波長５５０ｎｍにおける平行透過率は８６．１％であり、直交反射率は８１．５％であった。

（参考例３）
（ヨウ素系吸収型偏光板）
ワイヤグリッド偏光板に対する比較例として、ヨウ素系吸収型偏光板を用いた。前記吸収型偏光板は、２枚の厚み８０μｍのＴＡＣフィルム間にヨウ素を含んだポリビニルアルコール層を有しており、波長５５０ｎｍにおける平行透過率は８５．８％で、直交反射率は１０％以下であった。

（参考例４）
（導電体面を粘着材で包埋したワイヤグリッド偏光板の作製）
上記参考例のワイヤグリッド偏光板Ａの導電体面に、粘着材（ＲＡ−６００：スミロン社製）を備えたＴＡＣフィルム（ＴＤ８０ＵＬ−Ｈ：富士写真フィルム社製）を貼合し、ワイヤグリッド偏光板Ａの導電体を粘着材で包埋した。以上のようにして作製されたワイヤグリッド偏光板を、ワイヤグリッド偏光板Ｃとする。なお粘着材の屈折率は１．４７であった。

＜偏光照明装置の輝度測定＞
次に、上記参考例１、２、４で作製したワイヤグリッド偏光板Ａ、ワイヤグリッド偏光板Ｂ、ワイヤグリッド偏光板Ｃあるいは参考例３の吸収型偏光板を、投影型映像表示機器の偏光照明装置の偏光板とし、投影型映像表示機器の表示する映像光の輝度測定を行った。偏光照明装置は白色ＬＥＤ光源を用いたサイドライト型とし、表面が租面であるシート状の反射材と拡散シートの間に導光板があって、拡散シートの光の出射側上に前記偏光板を備えている。白色ＬＥＤ光源の発する光の波長５５０ｎｍの偏光度は５０％未満であり、拡散シートおよび導光板の遅相軸は偏光板の偏光軸と非平行、且つ非直交とした。投影型映像表示機器は、前記偏光照明装置と偏光ビームスプリッターと反射型液晶表示素子と投影レンズからなる反射型液晶プロジェクターを用いることとした。前記偏光ビームスプリッターはワイヤグリッド偏光板を用い、偏光照明装置の偏光板の偏光軸と直交ニコルの関係とし、偏光照明装置が発する光が前記偏光ビームスプリッターのワイヤグリッド偏光板の導電体面に入射するようにした。反射型液晶プロジェクターの偏光照明装置の偏光板は、以下配置例のように変更したが、それ以外の変更は行っていないため、反射型液晶プロジェクターの輝度測定結果は、偏光照明装置の明るさを意味する。

（実施例１）
偏光照明装置の偏光板をワイヤグリッド偏光板Ａとし、前記偏光板の導電体面側が光源側となるように配置して、反射型液晶プロジェクターを作製した。

（比較例１）
偏光照明装置の偏光板をワイヤグリッド偏光板Ａとし、前記偏光板の基板面側が光源側となるように配置して、反射型液晶プロジェクターを作製した。

（実施例２）
偏光照明装置の偏光板をワイヤグリッド偏光板Ｂとし、前記偏光板の導電体面側が光源側となるように配置して、反射型液晶プロジェクターを作製した。

（比較例２）
偏光照明装置の偏光板をヨウ素系吸収型偏光板とし、反射型液晶プロジェクターを作製した。

（実施例３）
偏光照明装置の偏光板をワイヤグリッド偏光板Ｃとした。断面視におけるワイヤグリッド偏光板Ｃの主たる層構成は順に、ＴＡＣ、ＵＶ硬化型樹脂、導電体（Ａｌ）、粘着材、ＴＡＣであり、前記偏光板の粘着材側が光源側となるように配置して、反射型液晶プロジェクターを作製した。

（比較例３）
偏光照明装置の偏光板をワイヤグリッド偏光板Ｃとし、前記偏光板のＵＶ硬化型樹脂側が光源側となるように配置して、反射型液晶プロジェクターを作製した。

＜輝度評価１＞
実施例１、２、比較例１、２が発する映像光の輝度評価として、明度を示すＹ値の測定を行った。反射型液晶プロジェクターの投影レンズの鉛直方向上にトプコン社製分光放射計ＳＲ−３を設置し、前記反射型液晶プロジェクターが白画面表示するよう画像表示設定を行い、前記映像のＹ値を前記輝度計で測定した。

測定した結果は、比較例２が発する映像光のＹ値を１として、実施例１、２比較例１、２が発する映像光の輝度の比率を、輝度比として表１に示す。

表１から明らかなように、実施例１、実施例２、及び比較例１の投影型映像表示機器が発する映像光の輝度は、比較例２よりも高くなった。実施例１、実施例２、比較例１および比較例２の偏光板の波長５５０ｎｍにおける平行透過率がほぼ同様であることを考慮すると、配置例１から配置例３は、透過できない反射光をリサイクルして、偏光照明装置の明るさを向上させたことになる。また、比較例１に比較して、実施例１の輝度比は大きい。これは、光源から出射した光をワイヤグリッド偏光板の導電体面に入射させたため、偏光反射率を高くでき、偏光照明装置を一層明るいものとすることができた結果である。実施例２は、実施例１と同様に、光源から出射した光をワイヤグリッド偏光板の導電体面に入射させているが、導電体の頂部が尖鋭形状であることから低偏光反射率を示すため、偏光照明装置の明るさを向上させる割合が低下してしまった。以上から、実施例１が最適な構成、配置となる。

＜輝度評価２＞
実施例３と比較例３が発する映像光の輝度評価として、明度を示すＹ値の測定を行った。反射型液晶プロジェクターの投影レンズの鉛直方向上にトプコン社製分光放射計ＳＲ−３を設置し、前記反射型液晶プロジェクターが白画面表示するよう画像表示設定を行い、前記映像のＹ値を前記輝度計で測定した。測定した結果は、比較例３が発する映像光のＹ値を１として、実施例３が発する映像光の輝度の比率を、輝度比として表２に示す。

表２が示すように、実施例３の投影型映像表示機器が発する映像光は、比較例３の場合よりも明るいものであった。実施例３と比較例３の偏光板は同じワイヤグリッド偏光板Ｃであり、単に偏光板の表裏（粘着材側、ＵＶ硬化型樹脂側）を変えて配置しただけである。ワイヤグリッド偏光板Ｃの表裏で偏光透過特性に大きな差異は無く、先述の評価結果は、前記ワイヤグリッド偏光板Ｃの表裏で偏光反射特性が異なることを示している。断面視におけるワイヤグリッド偏光板Ｃの主たる層構成は、ＴＡＣ、ＵＶ硬化型樹脂（屈折率１．５２）、導電体（Ａｌ）、粘着材（屈折率１．４７）、ＴＡＣであり、偏光反射特性に強く影響を与えるような、ワイヤグリッド偏光板Ｃの層構成の表裏差は無い。しかし、ワイヤグリッド偏光板Ｃは、斜め蒸着法で概略矩形状の基材の表面に導電体を形成したものであるため、粘着材側とＵＶ硬化型樹脂側の導電体の形状は異なる。これが偏光反射率に影響し、偏光照明装置の明るさに差異を生じさせた。以上から、実施例３が好ましい配置となる。

本発明の偏光照明装置は、照明装置や、液晶表示装置の光源装置として、好適に用いられる。

１００ 偏光照明装置
１０１ 光源
１０２ ワイヤグリッド偏光板
１０３ 反射材
１１１ 基材
１１２ 導電体
１１３ 導電体軸
１１４ 凸部軸
１２１ 偏光ビームスプリッター
１２２ 反射型液晶表示素子
１２３ 透過型液晶表示素子
１２４ 検光子

Claims (7)

1. 光源と、前記光源から出射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からの反射光を反射して前記ワイヤグリッド偏光板に再入射させるように配置された反射材とを具備する偏光照明装置であって、
   前記ワイヤグリッド偏光板は、基材と、前記基材表面の所定方向に延在して設けられた導電体とを有し、前記基材は所定方向に延在する格子状凸部を表面に有し、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り、前記導電体が前記基材の格子状凸部の一方の側面に偏析して設けられ、且つ、前記導電体が前記格子状凸部の頂部から凹部の底面にかけての側面全面に存在すると共に前記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構成であって、前記光源から出射した光と前記反射材で反射された光は、前記基材表面のうち前記導電体が形成された導電体面に入射することを特徴とする偏光照明装置。
2. 前記格子状凸部の延在方向に垂直な面において、前記基材の表面が概略矩形状であることを特徴とする請求項１に記載の偏光照明装置。
3. 前記ワイヤグリッド偏光板に入射する光の偏光度が５０％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の偏光照明装置。
4. 前記ワイヤグリッド偏光板と前記反射材との間に変向材を具備し、前記ワイヤグリッド偏光板の偏光軸と前記変向材の遅相軸が、非平行且つ非直交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偏光照明装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の偏光照明装置と、
   前記偏光照明装置から出射した光を反射ないし透過する偏光ビームスプリッターと、
   前記偏光ビームスプリッターを反射ないし透過した光を変調および反射する反射型液晶表示素子とを有することを特徴とする反射型液晶表示装置。
6. 前記偏光ビームスプリッターがワイヤグリッド偏光板で形成され、
   前記偏光ビームスプリッターを構成するワイヤグリッド偏光板が、基材と前記基材表面の所定方向に延在して設けられた導電体を有し、前記偏光照明装置のワイヤグリッド偏光板と直交ニコルの関係となるよう配置され、前記偏光照明装置から出射した光と前記反射型液晶表示素子で反射された光は、前記導電体が形成された導電体面に入射することを特徴とする請求項５に記載の反射型液晶表示装置。
7. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の偏光照明装置と、
   前記偏光照明装置から出射した光を透過する透過型液晶表示素子と、
   前記透過型液晶表示素子を透過した光を吸収及び透過することにより偏光分離する検光子とを有することを特徴とする透過型液晶表示装置。

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