JP5895880B2 - 光学素子、投射型画像表示装置および原盤 - Google Patents

Description

本技術は、光学素子、それを備える投射型画像表示装置およびそれを作製するための原盤に関する。詳しくは、液晶パネルなどの位相差補償に用いられる光学素子、それを備える投射型画像表示装置およびそれを作製するための原盤に関する。

画像をスクリーンに拡大投影することにより大画面を実現するプロジェクタ装置（投射型画像表示装置）は、幅広い分野で活用されている。近年では、光源からの出射光を液晶表示装置で光変調してスクリーンに投影する、いわゆる液晶プロジェクタ装置が特に普及している。液晶表示装置は、液晶パネルに用いられる液晶分子の種類に対応した表示モードで画像を表示する。

例えば、負の誘電異方性を有する液晶分子を、液晶パネルを構成する一対の基板間に垂直配光するように封入したＶＡ（Vertically Aligned）モードの液晶表示装置が広く知られている。ＶＡモードの液晶表示装置では、電界無印加時に液晶分子が基板の主面に対してほぼ垂直に配向するため、光は液晶層をその偏光面をほとんど変化させることなく通過する。従って、基板の上下に偏光板を設置することにより、電界無印加時において良好な黒色表示が可能である。このＶＡモードの液晶表示装置は、ＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶表示装置に比べて、高いコントラストを実現できるという利点を有している。

ＶＡモードの液晶表示装置では、電界印加時に液晶分子を傾斜配向させて複屈折性を得るようにしている。そのため、電界無印加時において液晶分子を、あらかじめ微小な傾斜角度（プレチルト角）を持たせて配向させている。このように、電界無印加時において液晶分子が基板の主面に対し完全に垂直ではなく、小さく傾いた配向をもつため、液晶パネルに残留位相差が生じる。従って、垂直方向からの入射光の偏光面が微小ながら回転してしまい、その結果、偏光板からの光漏れが生じてコントラストが低下する。

そこで、液晶パネルの残留位相差を補償し高コントラストを得るべく、面内方向の位相差量が微小である位相差補償板を用いる技術が提案されている。その位相差補償板の位相差量は、使用される液晶パネルにより異なるが、３０ｎｍ以下の微小位相差量が望ましいとされている。このような微小位相差量を有する位相差補償板としては、従来以外のものが提案されている。

特許文献１：屈折率の異なる複数の層が規則的な順序で積層された光学多層膜と、高分子フィルムとの組み合わせ体からなる位相差補償板が提案されている。
特許文献２：位相差補償板の表面に反射防止膜を設け、位相補償板に反射防止機能を付与することが提案されている。

特開２００８−７０６６６号公報 特開２００７−１１２８０号公報

したがって、本技術の目的は、位相補償と反射防止との両方の機能を有する光学素子、それを備える投射型画像表示装置およびそれを作製するための原盤を提供することにある。

上述の課題を解決するために、第１の技術は、
第１方向に延設された複数の構造体を表面に備え、
複数の構造体は、第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで配列されており、
構造体の幅が、第１方向において周期的に変動し、
構造体のピッチｔｐに対する、第１方向において周期的に変動する構造体の幅のうちの最大幅ｗ _max の平均割合Ｒ _w/tp は、０．４以上０．８以下の範囲内である光学素子である。

第２の技術は、
光源と、液晶パネルと、光学素子とを備え、
光学素子は、
第１方向に延設された複数の構造体を表面に備え、
複数の構造体は、第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで配列されており、
構造体の幅が、第１方向において周期的に変動し、
構造体のピッチｔｐに対する、第１方向において周期的に変動する構造体の幅のうちの最大幅ｗ _max の平均割合Ｒ _w/tp は、０．４以上０．８以下の範囲内である投射型画像表示装置である。

第３の技術は、
第１方向に延設された複数の溝を表面に備え、
複数の溝は、第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで配列されており、
溝の幅が、第１方向において周期的に変動し、
溝のピッチｔｐに対する、第１方向において周期的に変動する溝の幅のうちの最大幅ｗ _max の平均割合Ｒ _w/tp は、０．４以上０．８以下の範囲内である原盤である。

第１および第２の技術では、第１方向に延設された複数の構造体を、第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで配列させているので、光学素子に位相補償機能を付与することができる。また、第１方向に延設された複数の構造体の幅を周期的に変動させているので、光学素子に反射防止機能を付与することができる。

第３の技術では、第１方向に延設された複数の溝を、第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで原盤の表面に配列させている。したがって、第１方向に延設されると共に、第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで配列された構造体を転写により成形することができる。

以上説明したように、本技術によれば、位相補償と反射防止との両方の機能を有する光学素子を提供できる。

図１は、本技術の第１の実施形態に係る光学素子の外観の一例を示す平面図である。 図２Ａは、図１に示した光学素子の表面の一部を拡大して表す平面図である。図２Ｂは、図２ＡのIIＢ−IIＢ線に沿った断面図である。図２Ｃは、図２ＡのIIＣ−IIＣ線に沿った断面図である。 図３は、本技術の第１の実施形態に係るロール原盤の外観の一例を示す斜視図である。 図４Ａは、図３に示したロール原盤の表面の一部を拡大して表す平面図である。図２Ｂは、図２ＡのIＶＢ−IＶＢ線に沿った断面図である。図２Ｃは、図２ＡのIＶＣ−IＶＣ線に沿った断面図である。 図５は、ロール原盤露光装置の構成の一例を示す概略図である。 図６Ａ〜図６Ｃは、本技術の第１の実施形態に係る光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図７Ａ〜図７Ｄは、本技術の第１の実施形態に係る光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。 図８は、本技術の第２の実施形態に係る投射型画像表示装置の構成の一例を示す概略図である。 図９は、本技術の第２の実施形態に係る投射型画像表示装置の他の構成例を示す概略図である。 図１０は、図８および図９に示した液晶表示装置の構成の一例を示す断面図である。 図１１Ａは、実施例１〜５の光学フィルムのリタデーションを示す図である。図１１Ｂは、実施例４の光学フィルムの反射スペクトルを示す図である。

本技術の実施形態について図面を参照しながら以下の順序で説明する。
１．第１の実施形態（光学素子の例）
２．第２の実施形態（投射型画像表示装置の例）

＜１．第１の実施形態＞
［光学素子の構成］
図１は、本技術の第１の実施形態に係る光学素子の外観の一例を示す平面図である。光学素子１は、位相補償と反射防止との両方の機能を有する光学素子である。光学素子１は、矩形状の表面を有する基体２と、この表面に設けられた複数の構造体３とを備える。なお、基体２の表面は矩形状に限定されるものではなく、必要に応じて矩形状以外の形状を採用するようにしてもよい。本明細書では、光学素子１の表面の面内において直交する２方向をそれぞれＸ軸方向（第１方向）、Ｙ軸方向（第２方向）と称し、その表面（ＸＹ平面）に垂直な方向をＺ軸方向（第３方向）と称する。

光学素子１は、複屈折を有している。より具体的には、光学素子１は、Ｘ軸方向の屈折率ｎ_XとＹ軸方向の屈折率ｎ_yとが異なっている。屈折率ｎ_X、ｎ_yは、ｎ_X＞ｎ_yの関係を満たしている。したがって、光学素子１の遅相軸の方向はＸ軸方向と一致し、進相軸の方向はＹ軸方向と一致する。

光学素子１の面内リタデーションＲｅは、好ましくは３度以上８度以下、より好ましくは５度以上８度以下の範囲内である。面内リタデーションＲｅが３度以上であると、光学素子１をプロジェクタ装置などの位相補償素子として使用して好適なものとすることができる。一方、面内リタデーションＲｅが８度以下であると、良好な形状で位相補償素子が作製できる。

（基体）
基体２は、例えば、透明性を有し、且つ、光学等方性を有する。基体２の材料としては、例えば、樹脂材料などの有機材料、ガラスなどの無機材料を用いることができ、耐光性や良好な光学等方性の観点からすると、ガラスなどの無機材料を用いることが好ましい。ガラスとしては、例えば、ソーダガラス、無アルカリガラスまたは石英ガラスなどが挙げられる。樹脂材料としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、アモルファスポリオレフィン、シクロオレフィンポリマー（商品名：アートン、ゼオノア）、シクロオレフィンコポリマー、トリアセチルセルロースまたはエポキシ樹脂などのプラスチック材料が挙げられる。

基体２として樹脂材料を用いる場合、基体表面の表面エネルギー、塗布性、すべり性、平面性などをより改善するために、表面処理として下塗り層を設けるようにしてもよい。この下塗り層の材料としては、例えば、オルガノアルコキシメタル化合物、ポリエステル、アクリル変性ポリエステル、ポリウレタンなどが挙げられる。また、下塗り層を設けるのと同様の効果を得るために、基体２の表面に対してコロナ放電、ＵＶ照射処理などの表面処理を行うようにしてもよい。

基体２の形状としては、例えば、フィルム状、板状、ブロック状を挙げることができるが、特にこれらの形状に限定されるものではない。ここで、フィルム状にはシート状が含まれるものと定義する。基体２の厚さは、例えば２５μｍ〜５００μｍ程度である。基体２がプラスチックフィルムである場合には、基体２の成形方法としては、例えば、樹脂材料をフィルム状に吐出した後に伸延する方法、または樹脂材料を溶剤に希釈した後にフィルム状に成膜して乾燥する方法などが挙げられる。基体２が、光学素子１の適用対象となる部材や機器などの構成要素であってもよい。

（構造体）
図２Ａは、図１に示した光学素子の表面の一部を拡大して表す平面図である。図２Ｂは、図２ＡのIIＢ−IIＢ線に沿った断面図である。図２Ｃは、図２ＡのIIＣ−IIＣ線に沿った断面図である。なお、図２Ｂおよび図２Ｃでは、光学素子１の一方の表面に複数の構造体３が設けられた例が示されているが、光学素子１の両方の表面に複数の構造体３が設けられるようにしてもよい。

複数の構造体３は、基体２の表面に対して凸状を有している。複数の構造体３は、光学素子１の表面に対して垂直な方向（Ｚ軸方向）の側から見ると、ストライプ状を有している。より具体的には、複数の構造体３は、Ｘ軸方向（第１方向）に延設された細長い形状を有している。この延設方向が光学素子１の遅相軸の方向となる。そして、この延設された構造体３は、延設方向であるＸ軸方向（第１方向）とは直交するＹ軸方向（第２方向）にサブ波長のピッチｔｐで周期的に配列されている。この配列方向が光学素子１の進相軸の方向となる。このような複数の構造体３の構成により、光学素子１に位相補償機能を付与することができる。

ここで、サブ波長とは、反射の低減を目的とする光と同程度またはそれ以下の波長のことをいう。反射の低減を目的とする光の波長帯域は、例えば、紫外光の波長帯域、可視光の波長帯域または赤外光の波長帯域である。ここで、紫外光の波長帯域とは１０ｎｍ〜３６０ｎｍの波長帯域、可視光の波長帯域とは３６０ｎｍ〜８３０ｎｍの波長帯域、赤外光の波長帯域とは８３０ｎｍ〜１ｍｍの波長帯域をいう。

構造体３の配列方向（Ｙ軸方向）に対する構造体３の幅ｗは、周期的に増加および減少を繰り返して変動している。これにより、光学素子１に反射防止機能を付与することができる。ここで、構造体３の幅ｗとは、構造体３の高さの半値幅（半値全幅(ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum)）のことをいう。隣接する２つの構造体３のうち一方の構造体３の幅ｗが最も広くなる位置で、他方の構造体３の幅ｗが最も狭くなることが好ましい。これにより、隣接する２つの構造体３のうち一方の構造体３の側面Ｓａの凹部に、他方の構造体３の側面Ｓａの凸部が入り込んだ構成となるので、構造体３の幅ｗが変動しつつ、隣接する２つの構造体３の間の空間が広がりを抑制できる。したがって、構造体３の充填率が高まり、反射防止特性が向上する。

より具体的には、構造体３の両側面Ｓａは、構造体３の幅方向（Ｙ軸方向）に周期的に振動する波面である。隣接する波面の一方の振幅ａ_xが最大となる位置で、他方の振幅ａ_xが最小となる。すなわち、隣接する波面の周期Ｔは、位相が１８０°ずれている。ここで、波面の振幅ａ_xは、構造体３の配列方向（Ｙ軸方向）に対する振幅である。構造体３の両側面Ｓａは、例えば、光学素子１の表面（ＸＹ平面）に対して垂直または傾斜しており、反射防止特性の向上の観点からすると、傾斜していることが好ましい。

構造体３のピッチｔｐに対する構造体３の最大幅ｗ_maxの平均割合Ｒ_w/tpは、好ましくは０．４以上０．８以下、より好ましくは０．５を超え０．８以下、さらに好ましくは０．５を超え０．７以下の範囲内である。平均割合Ｒ_w/tpが０．４以上であると、優れた反射防止特性を得ることができる。平均割合Ｒ_w/tpが０．８以下であると、プロジェクタ装置などの位相補償素子として好適なリタデーションを光学素子１に付与することができる。なお、平均割合Ｒ_w/tpが０．５を超える場合には、隣接する２つの構造体３のうち一方の構造体３の幅ｗが最も広くなる位置で、他方の構造体３の幅ｗが最も狭くなることが好ましい。このような構成を採用することで、平均割合Ｒ_w/tpが０．５を超える場合であっても、隣接する２つの構造体３を重なり合わせることなく、構造体３の充填率を向上することができるからである。ここで、構造体３の最大幅ｗ_maxは、構造体３の幅ｗの最大値を意味する。

構造体３のピッチｔｐに対する構造体３の最大幅ｗ_maxの平均割合Ｒ_w/tpは、以下のようにして求められる。まず、光学素子１の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いてTop ViewおよびCross Section Viewで撮影する。次に、撮影したＳＥＭ写真から無作為に構造体を選び出し、その構造体の最大幅ｗ_maxおよびピッチｔｐを測定する（図２Ａ、図２Ｃ参照）。次に、これらの撮影および測定の手順を繰り返して、合計１０個の構造体についての最大幅ｗ_maxおよびピッチｔｐを得る。次に、合計１０個の構造体それぞれについて割合（ｗ_max／ｔｐ）を求めたのち、それらの割合（ｗ_max／ｔｐ）を単純に平均（算術平均）して、平均割合Ｒ_w/tpを求める。

構造体３の高さｈは、構造体３の延設方向（Ｘ軸方向）に対して一定であるか、もしくは変動しており、反射防止特性の向上の観点からすると、変動していることが好ましい。なお、図２Ｂでは、構造体３の高さｈは、構造体３の延設方向（Ｘ軸方向）に対して変動する例が示されている。構造体３の幅ｗと高さｈとの変動周期は、反射防止特性の向上の観点からすると、同期していることが好ましい。この場合、構造体３の高さｈが最大になる位置で構造体３の幅ｗが最大となり、構造体３の高さｈが最小になる位置で構造体３の幅ｗが最小となる。

構造体３の上面Ｓｂは、平面または波面であり、反射防止特性の向上の観点からすると、波面であることが好ましい。なお、図２Ｂでは、構造体３の上面Ｓｂが波面である例が示されている。構造体３の上面Ｓｂが波面である場合、その波面は、構造体３の高さ方向（Ｚ軸方向）に振幅ａ_zで周期的に振動する波面である。上面Ｓｂの波面と両側面Ｓａの波面との振動周期は、反射防止特性の向上の観点からすると、同期していることが好ましい。この場合、上面Ｓｂの波面の振幅ａ_zが最大になる位置で両側面Ｓａの波面の振幅ａ_xが最大となり、上面Ｓｂの波面の振幅ａ_zが最小になる位置で両側面Ｓａの波面の振幅ａ_xが最小となる。

構造体３は、例えば、構造体３の延設方向（Ｘ軸方向）と高さ方向（Ｚ軸方向）とを含むＸＺ平面に対して面対象な形状を有している。したがって、構造体３を配列方向（Ｙ軸方向）と高さ方向（Ｚ軸方向）とを含むＹＺ平面で構造体３を切断したときの断面（ＹＺ断面）の形状は、例えば、図２Ｃに示すように、Ｚ軸に対して線対称な形状を有している。このような断面形状としては、例えば、頂部の傾きが緩やかであり、中央部から底部に傾きが徐々に急峻となる曲線形状、中央部の傾きが底部および頂部より急峻となる曲線形状、略多角形状または不定形状などが挙げられるが、これらの形状に限定されるものではない。曲線形状としては、例えば、略Ｕ字状、略放物線状、略部分円形状または略部分楕円形状などが挙げられるが、これらの形状に限定されるものではない。ここで、略放物線状、略部分円形状、略部分楕円形状、および略多角形状には、数学的に厳密に定義されるそれらの形状、およびそれらの形状に多少の変形や歪みなどが付与されたものも含まれる。部分円形状とは、円形状の一部の形状であり、例えば半円形状である。部分楕円形状とは、楕円形状の一部の形状であり、例えば半楕円形状である。多角形状としては、例えば、三角形状（Ｖ字状）、四角形状（例えば台形状など）、五角形状などが挙げられ、これらの形状の頂部に曲率Ｒなどが付与されていてもよい。

構造体３は、例えば、透明性を有している。構造体３は、例えば、エネルギー線硬化性樹脂組成物、熱硬化性樹脂組成物および熱可塑性樹脂組成物からなる群より選ばれる少なくとも１種を含んでいる。構造体３は、必要に応じて、重合開始剤、光安定剤、紫外線吸収剤、触媒、帯電防止剤、滑剤、レベリング剤、消泡剤、重合促進剤、酸化防止剤、難燃剤、赤外線吸収剤、界面活性剤、表面改質剤、チキソトロピー剤、可塑剤などの添加剤をさらに含んでいてもよい。

（中間層）
光学素子１は、必要に応じて基体２と構造体３との間に中間層４をさらに備えるようにしてもよい。中間層４は、構造体３の底部側に構造体３と一体成形される層であり、構造体３と同様の材料により構成されている。

［ロール原盤の構成］
図３は、本技術の第１の実施形態に係るロール原盤の外観の一例を示す斜視図である。
図４Ａは、図３に示したロール原盤の表面の一部を拡大して表す平面図である。図４Ｂは、図４ＡのIＶＢ−IＶＢ線に沿った断面図である。図２Ｃは、図２ＡのIＶＣ−IＶＣ線に沿った断面図である。

ロール原盤１１は、上述した構成を有する光学素子１を作製するための原盤である。ロール原盤１１は、例えば、円柱状または円筒状の形状を有し、その円柱面または円筒面が光学素子１の表面に構造体３を形成するための成形面Ｓとされる。この成形面Ｓには、例えば、成形面Ｓに対して凹状を有する複数の溝１２が設けられている。

ロール原盤１１の成形面Ｓに設けられた複数の溝１２と、上述の基体２の表面に設けられた複数の構造体３とは、反転した凹凸関係にある。ロール原盤１１の材料としては、例えばガラスを用いることができるが、この材料に特に限定されるものではない。

複数の溝１２は、ロール原盤１１の成形面Ｓに対して垂直な方向（ロール原盤１１の径方向Ｒ）の側から見ると、ストライプ状を有している。より具体的には、複数の溝１２は、成形面Ｓの円周方向Ｔ（第１方向）に延設された細長い形状を有している。そして、この延設された溝１２は、延設方向である円周方向Ｔ（第１方向）とは直交するロール原盤１１の軸方向Ｚ（第２方向）にサブ波長のピッチｔｐで周期的に配列されている。

溝１２の配列方向（軸方向Ｚ）に対する溝１２の幅ｗは、周期的に増加および減少を繰り返して変動している。ここで、溝１２の幅ｗとは、溝１２の深さの半値幅（半値全幅(ＦＷＨＭ：Full Width at Half Maximum)）のことをいう。隣接する２つの溝１２のうち一方の溝１２の幅ｗが最も広くなる位置で、他方の溝１２の幅ｗが最も狭くなることが好ましい。これにより、隣接する２つの溝１２のうち一方の溝１２の側面Ｓａの凹部に、他方の溝１２の側面Ｓａの凸部が入り込んだ構成となるので、溝１２の幅ｗが変動しつつ、隣接する２つの溝１２の間の空間が広がりを抑制できる。したがって、溝１２の充填率が高まる。

より具体的には、溝１２の両側面Ｓａは、溝１２の幅方向（軸方向Ｚ）に周期的に振動する波面である。隣接する波面の一方の振幅ａ_Dが最大となる位置で、他方の振幅ａ_Dが最小となる。すなわち、隣接する波面の周期Ｔは、位相が１８０°ずれている。ここで、波面の振幅ａ_Dは、溝１２の配列方向（軸方向Ｚ）に対する振幅である。溝１２の両側面Ｓａは、例えば、ロール原盤１１の成形面に対して垂直または傾斜しており、光学素子１の反射防止特性の向上の観点からすると、傾斜していることが好ましい。

溝１２のピッチｔｐに対する溝１２の最大幅ｗ_maxの平均割合Ｒ_w/tpは、好ましくは０．４以上０．８以下、より好ましくは０．５を超え０．８以下、さらに好ましくは０．５を超え０．７以下の範囲内である。平均割合Ｒ_w/tpが０．４以上であると、優れた光学素子１の反射防止特性を得ることができる。平均割合Ｒ_w/tpが０．８以下であると、プロジェクタ装置などの位相補償素子として好適なリタデーションを光学素子１に付与することができる。なお、平均割合Ｒ_w/tpが０．５を超える場合には、隣接する２つの溝１２のうち一方の溝１２の幅ｗが最も広くなる位置で、他方の溝１２の幅ｗが最も狭くなることが好ましい。このような構成を採用することで、平均割合Ｒ_w/tpが０．５を超える場合であっても、隣接する２つの溝１２を重なり合わせることなく、溝１２の充填率を向上することができるからである。ここで、溝１２の最大幅ｗ_maxは、溝１２の幅ｗの最大値を意味する。

溝１２のピッチｔｐに対する溝１２の最大幅ｗ_maxの平均割合Ｒ_w/tpは、構造体３のピッチｔｐに対する構造体３の最大幅ｗ_maxの平均割合Ｒ_w/tpと同様の方法により求められる。

溝１２の深さｈは、溝１２の延設方向（円周方向Ｔ）に対して一定であるか、もしくは変動しており、光学素子１の反射防止特性を向上する観点からすると、変動していることが好ましい。なお、図４Ｂでは、溝１２の深さｄは、溝１２の延設方向（円周方向Ｔ）に対して変動する例が示されている。溝１２の幅ｗと深さｄとの変動周期は、光学素子１の反射防止特性を向上する観点からすると、同期していることが好ましい。この場合、溝１２の深さｄが最大になる位置で溝１２の幅ｗが最大となり、溝１２の深さｄが最小になる位置で溝１２の幅ｗが最小となる。

溝１２の底面Ｓｂは、平面または波面であり、光学素子１の反射防止特性を向上する観点からすると、波面であることが好ましい。なお、図４Ｂでは、溝１２の底面Ｓｂが波面である例が示されている。溝１２の底面Ｓｂが波面である場合、その波面は、溝１２の深さ方向（径方向Ｒ）に振幅ａ_Rで周期的に振動する波面である。底面Ｓｂの波面と両側面Ｓａの波面との振動周期は、反射防止特性の向上の観点からすると、同期していることが好ましい。この場合、底面Ｓｂの波面の振幅ａ_Rが最大になる位置で両側面Ｓａの波面の振幅ａ_Dが最大となり、底面Ｓｂの波面の振幅ａ_Rが最小になる位置で両側面Ｓａの波面の振幅ａ_Dが最小となる。

溝１２は、例えば、円周方向Ｔと径方向Ｒとを含む平面（ＴＲ平面）に対して面対象な形状を有している。したがって、軸方向Ｚと径方向Ｒとを含む平面（ＺＲ平面）で溝１２を切断したときの断面（ＺＲ断面）の形状は、例えば、図４Ｃに示すように、径方向Ｒに平行な軸に対して線対称な形状を有している。その具体的な断面形状としては、上述の構造体の断面形状と同様の形状が例示される。

［露光装置の構成］
図５は、ロール原盤を作製するためのロール原盤露光装置の構成の一例を示す概略図である。このロール原盤露光装置は、光ディスクの原盤露光装置をベースとして構成されている。

レーザー光源２１は、記録媒体としてのロール原盤１１の表面に着膜されたレジスト層を露光するための光源であり、例えば波長λ＝２６６ｎｍの記録用のレーザー光１４を発振するものである。レーザー光源２１から出射されたレーザー光１４は、平行ビームのまま直進し、電気光学素子（ＥＯＭ：Electro Optical Modulator）２２へ入射する。電気光学素子２２を透過したレーザー光１４は、ミラー２３で反射され、変調光学系２５に導かれる。

ミラー２３は、偏光ビームスプリッタで構成されており、一方の偏光成分を反射し他方の偏光成分を透過する機能をもつ。ミラー２３を透過した偏光成分はフォトダイオード２４で受光され、その受光信号に基づいて電気光学素子２２が制御されてレーザー光１４の位相変調が行われる。

変調光学系２５において、レーザー光１４は、集光レンズ２６により、ガラス（ＳｉＯ₂）などからなる音響光学素子（ＡＯＭ：Acousto-Optic Modulator）２７に集光される。レーザー光１４は、音響光学素子２７により強度変調され発散した後、レンズ２８によって平行ビーム化される。変調光学系２５から出射されたレーザー光１４は、ミラー３２によって反射され、移動光学テーブル３３上に水平かつ平行に導かれる。

移動光学テーブル３３は、ビームエキスパンダ３４、および対物レンズ３５を備えている。移動光学テーブル３３に導かれたレーザー光１４は、ビームエキスパンダ３４により所望のビーム形状に整形された後、対物レンズ３５を介して、ロール原盤１１上のレジスト層へ照射される。ロール原盤１１は、スピンドルモータ３６に接続されたターンテーブル３７の上に載置されている。そして、ロール原盤１１を回転させると共に、レーザー光１４をロール原盤１１の軸方向Ｚに移動させながら、レジスト層へレーザー光１４を照射することにより、レジスト層の露光工程が行われる。レーザー光１４の移動は、移動光学テーブル３３の矢印Ｒ方向への移動によって行われる。

ロール原盤露光装置は、上述したロール原盤１１の溝１２の形状パターンに対応する潜像をレジスト層に形成するための制御機構３１を備えている。制御機構３１は、フォマッター２９とドライバ３０とを備える。フォマッター２９は、極性反転部を備え、この極性反転部が、レジスト層に対するレーザー光１４の照射タイミングを制御する。ドライバ３０は、極性反転部の出力を受けて、音響光学素子２７を制御する。

このロール原盤露光装置では、潜像の形状パターンが空間的にリンクするように１トラック毎に極性反転フォマッター信号と回転コントロラーを同期させて信号を発生し、音響光学素子２７により強度変調している。角速度一定（ＣＡＶ）で適切な回転数と適切な変調周波数と適切な送りピッチでパターニングすることにより、潜像の形状パターンを記録することができる。

［光学素子の製造方法］
図６Ａ〜図７Ｄは、本技術の第１の実施形態に係る光学素子の製造方法の一例を説明するための工程図である。

（レジスト成膜工程）
まず、図６Ａに示すように、円柱状または円筒状のロール原盤１１を準備する。このロール原盤１１は、例えばガラス原盤である。次に、図６Ｂに示すように、ロール原盤１１の表面にレジスト層１３を形成する。レジスト層１３の材料としては、例えば、有機系レジストおよび無機系レジストのいずれを用いてもよい。有機系レジストとしては、例えば、ノボラック系レジストまたは化学増幅型レジストなどを用いることができる。また、無機系レジストとしては、例えば、金属化合物を用いることができる。

（露光工程）
次に、図６Ｃに示すように、ロール原盤１１の表面に形成されたレジスト層１３に、レーザー光（露光ビーム）１４を照射する。具体的には、図５に示したロール原盤露光装置のターンテーブル３７上にロール原盤１１を載置し、ロール原盤１１を回転させると共に、レーザー光（露光ビーム）１４をレジスト層１３に照射する。このとき、レーザー光１４をロール原盤１１の軸方向（高さ方向）Ｚに移動させながら、レーザー光１４を照射することで、レジスト層１３を全面にわたって露光する。これにより、レーザー光１４の軌跡に応じた潜像１５が、レジスト層１３の全面にわたって形成される。潜像１５は、例えば、ロール原盤１１が有する複数の溝１２の形状に対応した形状を有している。

（現像工程）
次に、例えば、ロール原盤１１を回転させながら、レジスト層１３上に現像液を滴下して、レジスト層１３を現像処理する。これにより、図７Ａに示すように、レジスト層１３に複数の開口部１６が形成される。レジスト層１３をポジ型のレジストにより形成した場合には、レーザー光１４で露光した露光部は、非露光部と比較して現像液に対する溶解速度が増すので、図７Ａに示すように、潜像（露光部）１５に応じたパターンがレジスト層１３に形成される。

（エッチング工程）
次に、ロール原盤１１の表面に形成されたレジスト層１３のパターン（レジストパターン）をマスクとして、ロール原盤１１の円柱面または円筒面をエッチング処理する。これにより、図７Ｂに示すように、例えば、ロール原盤１１の円柱面または円筒面にその円周方向に延在された複数の溝１２が形成される。すなわち、ロール原盤１１の成形面Ｓが形成される。エッチングとしては、例えば、ドライエッチングまたはウエットエッチングを用いることができる。エッチング処理とアッシング処理とを交互に行うことにより、例えば略Ｕ字状または略放物線状などの断面（ＺＲ断面）を有する溝１２を形成するようにしてもよい。以上により、目的とするロール原盤１１が得られる。

（光学素子作製工程）
次に、図７Ｃに示すように、ロール原盤１１を回転させながら、ロール原盤１１の成形面Ｓと、帯状の基体２の表面に塗布された転写材料１７とを密着させると共に、紫外線などのエネルギー線をエネルギー線源１８から転写材料１７に照射して転写材料１７を硬化させる。次に、ロール原盤１１の回転を維持しつつ、硬化した転写材料１７と一体となった基体２をロール原盤１１の成形面Ｓから剥離する。これにより、図７Ｄに示すように、複数の構造体３が帯状の基体２の表面に順次形成されて、帯状の光学素子１が得られる。この際、必要に応じて構造体３と基体２との間に中間層４を形成するようにしてもよい。

エネルギー線源１８としては、転写材料１７を硬化可能なエネルギー線を放出可能なものであればよく、特に限定されるものではない。エネルギー線としては、例えば、電子線、紫外線、赤外線、レーザー光線、可視光線、電離放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線など）、マイクロ波または高周波などが挙げられる。

転写材料１７としては、エネルギー線硬化性樹脂組成物を用いることが好ましい。エネルギー線硬化性樹脂組成物としては、紫外線硬化性樹脂組成物を用いることが好ましい。エネルギー線硬化性樹脂組成物が、必要に応じてフィラーや機能性添加剤などを含んでいてもよい。

紫外線硬化性樹脂組成物は、例えばアクリレートおよび開始剤を含んでいる。紫外線硬化性樹脂組成物は、例えば、単官能モノマー、二官能モノマー、多官能モノマーなどを含み、具体的には、以下に示す材料を単独または、複数混合したものである。

単官能モノマーとしては、例えば、カルボン酸類（アクリル酸）、ヒドロキシ類（２−ヒドロキシエチルアクリレート、２−ヒドロキシプロピルアクリレート、４−ヒドロキシブチルアクリレート）、アルキル、脂環類（イソブチルアクリレート、ｔ−ブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、イソボニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート）、その他機能性モノマー（２−メトキシエチルアクリレート、メトキシエチレンクリコールアクリレート、２−エトキシエチルアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、ベンジルアクリレート、エチルカルビトールアクリレート、フェノキシエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ-ジメチルアミノエチルアクリレート、Ｎ，Ｎ-ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、２−（パーフルオロオクチル）エチル アクリレート、３−パーフルオロヘキシル−２−ヒドロキシプロピルアクリレート、３−パーフルオロオクチルー２−ヒドロキシプロピル アクリレート、２−（パーフルオロデシル）エチル アクリレート、２−（パーフルオロー３−メチルブチル）エチル アクリレート）、２，４，６−トリブロモフェノールアクリレート、２，４，６−トリブロモフェノールメタクリレート、２−（２，４，６−トリブロモフェノキシ）エチルアクリレート）、２−エチルヘキシルアクリレートなどを挙げることができる。

二官能モノマーとしては、例えば、トリ（プロピレングリコール）ジアクリレート、トリメチロールプロパン ジアリルエーテル、ウレタンアクリレートなどを挙げることができる。

多官能モノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ及びヘキサアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレートなどを挙げることができる。

開始剤としては、例えば、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、１−ヒドロキシ−シクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパン−１−オンなどを挙げることができる。

フィラーとしては、例えば、無機微粒子および有機微粒子のいずれも用いることができる。無機微粒子としては、例えば、金属酸化物を含む微粒子を挙げることができる。金属酸化物としては、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）および酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）などからなる群より選ばれる１種以上を用いることができる。

機能性添加剤としては、例えば、レベリング剤、表面調整剤、消泡剤などを挙げることができる。基体２の材料としては、例えば、メチルメタクリレート（共）重合体、ポリカーボネート、スチレン（共）重合体、メチルメタクリレート−スチレン共重合体、セルロースジアセテート、セルローストリアセテート、セルロースアセテートブチレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリスルフォン、ポリプロピレン、ポリメチルペンテン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアセタール、ポリエーテルケトン、ポリウレタン、ガラスなどが挙げられる。

基体２の成形方法は特に限定されるものではなく、射出成形法、押し出し成形法およびキャスト成形法のいずれの方法を用いてもよい。必要に応じて、コロナ処理などの表面処理を基体表面に施すようにしてもよい。

ロール原盤１１の離型性向上の観点からすると、ロール原盤１１の表面にシリコーン系離型剤またはフッ素系離型剤などの離型剤を塗布する、もしくは転写材料１７にフッ素系添加材またはシリコーン系添加材などの添加剤を添加することが好ましい。

（切り出し工程）
次に、必要に応じて、帯状の光学素子１から、矩形状を有する複数の光学素子１を切り出す。この際、帯状の光学素子１の長手方向に対する切り出しの角度を選択することで、光学素子１の遅相軸および進相軸の方向を選択することができる。
以上により、目的とする光学素子１が得られる。

［効果］
第１の実施形態に係る光学素子１では、基体２の表面には複数の構造体３が設けられている。これらの複数の構造体３は、Ｘ軸方向（第１方向）に延設されると共に、延設方向であるＸ軸方向（第１方向）とは直交するＹ軸方向（第２方向）にサブ波長のピッチｔｐで周期的に配列されているので、光学素子１に位相補償機能を付与することができる。また、Ｘ軸方向（第１方向）に延設された複数の構造体３の幅が周期的に変動しているので、光学素子１に反射防止機能を付与することができる。したがって、位相補償と反射防止との両方の機能を有する光学素子１を提供できる。

［変形例］
（第１の変形例）
上述の第１の実施形態では、基体２と構造体３とが別成形されている例について説明したが、基体２と構造体３とが一体成形されるようにしてもよい。この場合、基体２と構造体３とは、同一のエネルギー線硬化性樹脂組成物、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂などにより構成される。

（第２の変形例）
上述の第１の実施形態では、転写材料１７としてエネルギー線硬化性樹脂を用いて光学素子１を形成する例について説明したが、転写材料１７として熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を用いて光学素子１を作製するようにしてもよい。

転写材料１７として熱硬化性樹脂を用いる場合には、例えば光学素子１を以下のようにして作製することができる。まず、ロール原盤１１を回転させながら、ロール原盤１１の成形面Ｓを、帯状の基体２の表面に塗布された転写材料１７に押しつけ、ロール原盤１１により熱硬化性樹脂を硬化温度まで加熱し、硬化させる。次に、ロール原盤１１の回転を維持しつつ、硬化した転写材料１７と一体となった基体２をロール原盤１１の成形面Ｓから剥離する。

転写材料１７として熱可塑性樹脂を用いる場合には、例えば光学素子１を以下のようにして作製することができる。まず、ロール原盤１１を回転させながら、ロール原盤１１の成形面Ｓを、転写材料１７からなる帯状の基体２に押しつけ、例えば基体２をそのガラス転移点付近またはそれ以上に加熱する。次に、ロール原盤１１の回転を維持しつつ、硬化した転写材料１７と一体となった基体２をロール原盤１１の成形面Ｓから剥離する。

なお、上述のようにして光学素子１を作製する場合、ロール原盤１１としては、例えば、その内部にヒータなどの熱源を備え、ロール原盤１１の成形面Ｓに密着した熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を加熱可能に構成されたものが用いられる。

（第３の変形例）
上述の第１の実施形態では、基体２として光学等方性を有するものを用いる場合を例として説明したが、基体２として複屈折を有するものを用いてもよい。この場合、面内リタデーションを大きくする観点からすると、基体２の遅相軸の方向と構造体３の延設方向（Ｘ軸方向）とが平行であることが好ましい。複屈折を有する基体２としては、例えば、従来公知の位相差フィルムなどを用いることができる。この位相差フィルムは、位相差安定性、面内光軸方向安定性、高透過率および密着性などを有することが好ましい。また、高耐熱性、低吸水性および低光弾性係数などの特性を有することが更に好ましい。これらの特性を満たすフィルムとして、例えばノルボルネン系フィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）フィルム、セルローストリアセテートフィルム、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）フィルムなどが挙げられる。構造体３を基体２の表面に形成して光学素子１を得たのち、光学素子１を構造体３（Ｘ軸方向）の延設方向に延伸して、リタデーションを調整するようにしてもよい。

＜２．第２の実施形態＞
［投射型画像表示装置の構成］
図８は、本技術の第２の実施形態に係る投射型画像表示装置の構成の一例を示す概略図である。投射型画像表示装置１１５Ａは、赤、緑および青の各色用の液晶ライトバルブを３枚用いてカラー画像表示を行う、いわゆる３板方式液晶プロジェクタ装置である。図８に示すように、この投射型画像表示装置１１５Ａは、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂと、光源１０２と、ダイクロイックミラー１０３、１０４と、全反射ミラー１０５と、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂと、合成プリズム１０８と、投射レンズ１０９とを備えている。

光源１０２は、カラー画像表示に必要とされる青色光ＬＢ、緑色光ＬＧおよび赤色光ＬＲを含んだ光源光（白色光）Ｌを発するものであり、例えばハロゲンランプ、メタルハライドランプまたはキセノンランプなどを備える。

ダイクロイックミラー１０３は、光源光Ｌを青色光ＬＢとその他の色光ＬＲＧとに分離する機能を有している。ダイクロイックミラー１０４は、ダイクロイックミラー１０３を通過した光ＬＲＧを赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離する機能を有している。全反射ミラー１０５は、ダイクロイックミラー１０３によって分離された青色光ＬＢを偏光ビームスプリッタ１０６Ｂに向けて反射する。

偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂは、それぞれ、赤色光ＬＲ、緑色光ＬＧおよび青色光ＬＢの光路に沿って設けられたプリズム型の偏光分離素子である。これらの偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂは、それぞれ、偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂを有し、この偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂにおいて、入射した各色光を互いに直交する２つの偏光成分に分離する機能を有している。偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂは、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を反射し、他方の偏光成分（例えばＰ偏光成分）は透過するようになっている。

液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂには、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂの偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂによって分離された所定の偏光成分（例えばＳ偏光成分）の色光が入射される。液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、画像信号に基づいて与えられた駆動電圧に応じて駆動され、入射光を変調させると共に、その変調された光を偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂに向けて反射する機能を有している。

偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂと液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂの各液晶パネル１１１との間には、１／４波長板１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂと光学素子１とがそれぞれ配置されている。１／４波長板１１３Ｒ、１１３Ｇ、１１３Ｂは、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂの有する入射光の角度依存性に起因するコントラストの低下を補正する機能を有する。光学素子１は、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂを構成する液晶パネルの残留位相差を補償する機能を有する。

合成プリズム１０８は、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂから出射され、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂを通過した所定の偏光成分（例えばＰ偏光成分）の色光を合成する機能を有している。投射レンズ１０９は、合成プリズム１０８から出射された合成光をスクリーン１１０に向けて投射する機能を有している。

［投射型画像表示装置の動作］
次に、以上のように構成された投射型画像表示装置１１５Ａの動作について説明する。
まず、光源１０２から出射された白色光Ｌは、ダイクロイックミラー１０３の機能によって青色光ＬＢとその他の色光（赤色光および緑色光）ＬＲＧとに分離される。このうち青色光ＬＢは、全反射ミラー１０５の機能によって、偏光ビームスプリッタ１０６Ｂに向けて反射される。

一方、その他の色光（赤色光および緑色光）ＬＲＧは、ダイクロイックミラー１０４の機能によって、さらに赤色光ＬＲと緑色光ＬＧとに分離される。分離された赤色光ＬＲおよび緑色光ＬＧは、それぞれ、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇに入射される。

偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂは、入射した各色光を偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂにおいて互いに直交する２つの偏光成分に分離する。このとき、偏光分離面１０７Ｒ、１０７Ｇ、１０７Ｂは、一方の偏光成分（例えばＳ偏光成分）を液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂに向けて反射する。液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、画像信号に基づいて与えられた駆動電圧に応じて駆動され、入射した所定の偏光成分の色光を画素単位で変調させる。

液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、変調した各色光を偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂに向けて反射する。偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂは、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂからの反射光（変調光）のうち、所定の偏光成分（例えばＰ偏光成分）のみを透過させ、合成プリズム１０８に向けて出射する。

合成プリズム１０８は、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂを通過した所定の偏光成分の色光を合成し、投射レンズ１０９に向けて出射する。投射レンズ１０９は、合成プリズム１０８から出射された合成光を、スクリーン１１０に向けて投射する。これにより、スクリーン１１０に、液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂによって変調された光に応じた映像が投影され、所望の映像表示がなされる。

［変形例］
図９は、本技術の第２の実施形態に係る投射型画像表示装置の他の構成例を示す概略図である。投射型画像表示装置１１５Ｂは、偏光分離素子として、図８に示したプリズム型の偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂに代えて、ワイヤーグリッド偏光子１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂを備えている。なお、図８に示した投射型画像表示装置と対応する部分には同一の符号を付している。

ワイヤーグリッド偏光子１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂは、プリズム型の偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂに比べて入射光の角度依存性が小さく耐熱性にも優れるため、１／４波長板が不要であり、光量の大きな光源１０２を使用する投射型画像表示装置１１５Ｂ用の偏光分離素子として好適に用いることができる。この投射型画像表示装置１１５Ｂにおいても、図８に示した投射型画像表示装置１１５Ａと同様な作用でスクリーン（図示略）上に画像を表示する。

この投射型画像表示装置１１５Ｂは、全反射ミラー１１７およびリレーレンズ１１８Ｒ、１１８Ｇ、１１８Ｂをさらに備えている。全反射ミラー１１７は、ダイクロイックミラー１０３により分離された光ＬＲＧをダイクロイックミラー１−４に向けて反射する。リレーレンズ１１８Ｒは、ダイクロイックミラー１０４からワイヤーグリッド偏光子１１６Ｒの光路間に設けられる。リレーレンズ１１８Ｇは、ダイクロイックミラー１０４からワイヤーグリッド偏光子１１６Ｇの光路間に設けられる。リレーレンズ１１８Ｂは、全反射ミラー１０５からワイヤーグリッド偏光子１１６Ｂの光路間に設けられる。

図９では光源１０２の一構成例を示している。この光源１０２は、光源光Ｌを発生するランプユニット１２５と、光源光Ｌの輝度を均一化する一対のマイクロレンズアレイ１２６、１２７と、光源光Ｌの偏光方向を一方向の偏光波に変換するＰＳ変換素子１２８と、光源光Ｌの照射位置を調整する位置調整用レンズ１２９とを備える。

ワイヤーグリッド偏光子１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂは、ガラスなどの透明基板上に、ピッチ、幅および高さが入射光の波長より小さい複数の金属細線を格子状に形成したものである。このような構成を有するワイヤーグリッド偏光子１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂは、金属細線と平行する偏光成分を反射し、金属細線と直交する偏光成分を透過させることで所定の偏光特性を出現させる。ワイヤーグリッド偏光子１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂは、入射光に対して垂直に配置される場合は偏光子として機能する。一方、図９に示すように入射光に対して非垂直に配置される場合には、偏光ビームスプリッタとして機能する。また、このワイヤーグリッド偏光子１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂを偏光ビームスプリッタとして用いた場合、液晶表示装置に偏光板が不要となる。

［液晶表示装置］
図１０は、図８および図９に示した液晶表示装置の構成の一例を示す断面図である。図１０に示すように、この液晶表示装置１０１Ｒ、１０１Ｇ、１０１Ｂは、ライトバルブである液晶パネル１１１と、液晶パネル１１１の表面に設けられた光学素子１とを備える。光学素子１は、液晶パネル１１１の表面のうち偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂまたはワイヤーグリッド偏光子１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂに対向配置される側の面に設けられる。

液晶パネル１１１は、例えば、電圧無印加状態で液晶分子が垂直配向された反射型垂直配向液晶表示素子であって、互いに対向配置された対向基板１２０および画素電極基板１３０と、これらの対向基板１２０および画素電極基板１３０の間に液晶を封入してなる液晶層１１２とを備える。液晶層１１２を構成する液晶としては、負の誘電異方性を有する液晶、例えば、負の誘電異方性を有するネマティック液晶が用いられている。

対向基板１２０は、透明基材１２１上に、透明電極１２２、配向膜１２３が順次積層されて構成される。透明基材１２１は、例えばソーダガラス、無アルカリガラスまたは石英ガラスなどからなるガラス基板である。透明電極１２２は、例えば酸化すず（ＳｎＯ₂）と酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）との固溶体であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明な導電性酸化物材料からなる。この透明電極１２２は、全画素領域で共通の電位（例えば接地電位）とされている。

配向膜１２３は、例えばポリイミド系の有機化合物からなる。この配向膜１２３の液晶層１１２側となる表面には、液晶層１１２を構成する液晶分子を所定方向に配向させるために、ラビング処理が施されている。

画素電極基板１３０は、支持基板１３１上に、反射電極層１３３、配向膜１３４を順次積層して構成される。支持基板１３１は、例えばシリコン基板であり、この支持基板１３１上には、例えばＣ−ＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型のスイッチング素子１３２が設けられている。反射電極層１３３は、複数の反射型の画素電極を備える。この画素電極には、上述のスイッチング素子１３２によって、駆動電圧が印加されるようになっている。

画素電極を構成する材料としては、可視光で高い反射率を有するものが好ましく、例えばアルミニウムが用いられる。配向膜１３４は、対向基板１２０の配向膜１２３と同様に、例えばポリイミド系の有機化合物からなり、この配向膜１３４の液晶層１１２側となる表面には、液晶層１１２を構成する液晶分子を所定方向に配向させるために、ラビング処理が施されている。

［光学素子］
光学素子１は、偏光ビームスプリッタ１０６Ｒ、１０６Ｇ、１０６Ｂまたはワイヤーグリッド偏光子１１６Ｒ、１１６Ｇ、１１６Ｂと液晶パネル１１１の前面との間にそれぞれ設けられている（図８、図９）。液晶パネル１１１に垂直な軸を回転軸として光学素子１を回転させ、液晶パネル１１１の遅相軸に対する各光学素子１の遅相軸の回転角度を適宜設定することで、コントラストの調整を行うことが可能である。光学素子１としては、上述の第１の実施形態に係る光学素子１が用いられる。

光学素子１は、液晶分子のプレチルトによる位相差を補償する機能を有する。光学素子１は、面内に微小な位相差を有し、かつ、負の垂直方向位相差を有する位相差素子である。

光学素子１は、入射光（例えば赤色光、緑色光、青色光）の反射を防止する機能をさらに有する。この入射光に対する光学素子１の反射率を１％以下とすることが好ましい。反射率を１％以下とすることにより、反射光によるコントラストの低下を抑えることができる。

なお、投射型画像表示装置１１５Ａ、１１５Ｂが、光学素子１に代えて位相差補償器を備えるようにしてもよい。この位相差補償器としては、例えば、上述の特許文献１、２に開示されたものを用いることができる。この場合、位相差補償器が備える位相差補償板に代えて、第１の実施形態に係る光学素子１が用いられる。

［効果］
第２の実施形態に係る投射型画像表示装置１１５Ａ、１１５Ｂでは、液晶パネル１１１の表面に、位相補償と反射防止との両方の機能を有する光学素子１を備えている。したがって、優れたコントラストを実現でき、かつ、光源１０２から出射された光源光Ｌの利用効率を高めることができる。

以下、実施例により本技術を具体的に説明するが、本技術はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

本実施例において、構造体の平均幅Ｗ_max、平均ピッチＴｐおよび平均割合Ｒ_w/tp（＝Σ（ｗ_max／ｔｐ）／ｎ：但し、ｎは、ｗ_maxおよびｔｐを測定した構造体の個数）は以下のようにして求めた。
まず、光学フィルムの表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）を用いてTop ViewおよびCross Section Viewで撮影した。次に、撮影したＳＥＭ写真から無作為に構造体を選び出し、その構造体の最大幅ｗ_maxおよびピッチｔｐを測定した（図２Ａ、図２Ｃ参照）。次に、これらの撮影および測定の手順を繰り返して、合計１０個の構造体についての最大幅ｗ_maxおよびピッチｔｐを得た。次に、それらの最大幅ｗ_maxおよびピッチｔｐをそれぞれ単純に平均（算術平均）して、構造体の平均幅Ｗ_maxおよび平均ピッチＴｐを求めた。次に、合計１０個の構造体それぞれについて割合（ｗ_max／ｔｐ）を求めたのち、それらの割合（ｗ_max／ｔｐ）を単純に平均（算術平均）して、平均割合Ｒ_w/tpを求めた。

（実施例１）
（サンプル２−１）
まず、外径１２６ｍｍのガラスロール原盤を準備し、このガラスロール原盤の円柱面に以下のようにしてレジスト層を着膜した。すなわち、シンナーでフォトレジストを１／１０に希釈し、この希釈レジストをディッピング法によりガラスロール原盤の円柱面上に厚さ７０ｎｍ程度に塗布することにより、レジスト層を着膜した。次に、記録媒体としてのガラスロール原盤を、図５に示したロール原盤露光装置に搬送し、レジスト層を露光することにより、潜像をレジスト層にパターニングした。

次に、ガラスロール原盤上のレジスト層に現像処理を施して、露光した部分のレジスト層を溶解させて現像を行った。具体的には、図示しない現像機のターンテーブル上に未現像のガラスロール原盤を載置し、ターンテーブルごと回転させつつガラスロール原盤の円柱面に現像液を滴下してその円柱面上のレジスト層を現像した。これにより、レジスト層に開口パターンを有するガラスロール原盤が得られた。

次に、ロールエッチング装置を用い、ＣＨＦ₃ガス雰囲気中でのプラズマエッチングを行った。これにより、ガラスロール原盤の円柱面において、レジスト層から露出している部分のみエッチングが進行し、その他の領域はレジスト層がマスクとなりエッチングはされず、複数の溝がガラスロール原盤の円柱面に形成された。これらの複数の溝は、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、ガラスロール原盤の円柱面の円周方向に延設されたストライプ状を有していた。また、それらの溝の幅は周期的に変動すると共に、隣接する２つの溝のうち一方の溝幅が最も広くなる位置で、他方の溝幅が最も狭くなる構成を有していた。なお、エッチング量（溝深さ）は、エッチング時間によって調整した。最後に、Ｏ₂アッシングにより完全にレジスト層を除去した。

次に、上記ガラスロール原盤を用いて、ＵＶインプリントにより複数の構造体を帯状のＴＡＣ（トリアセチルセルロース）シート上に作製した。具体的には、ガラスロール原盤を回転させながら、ガラスロール原盤の成形面と、帯状のＴＡＣシートの表面に塗布された紫外線硬化樹脂とを密着させ、その密着させた部分に紫外線を照射し硬化させながら、ガラスロール原盤からＴＡＣシートを剥離した。これにより、複数の構造体が帯状のＴＡＣシート表面に順次形成された。これらの構造体は、図２Ａ〜図２Ｃに示すように、ＴＡＣシート表面の一方向（長手方向）に延設されたストライプ状を有していた。また、それらの構造体の幅は周期的に変動すると共に、隣接する２つの構造体のうち一方の構造体幅が最も広くなる位置で、他方の構造体幅が最も狭くなる構成を有していた。この構造体の最大幅Ｗ_max、平均ピッチＴｐおよび平均割合Ｒ_w/tpは以下に示す値であった。
平均最大幅Ｗ_max：６９ｎｍ
平均ピッチＴｐ：１７３ｎｍ
平均割合Ｒ_w/tp：０．４
以上により、目的とする光学フィルムが得られた。

（実施例２）
次に、露光工程およびエッチング工程の条件を調整することにより、以下に示す平均最大幅Ｗ_max、平均ピッチＴｐおよび平均割合Ｒ_w/tpを有する複数の構造体をＴＡＣシート表面に形成する以外は実施例１と同様にして光学フィルムを得た。
平均最大幅Ｗ_max：８７ｎｍ
平均ピッチＴｐ：１７３ｎｍ
平均割合Ｒ_w/tp：０．５

（実施例３）
次に、露光工程およびエッチング工程の条件を調整することにより、以下に示す平均最大幅Ｗ_max、平均ピッチＴｐおよび平均割合Ｒ_w/tpを有する複数の構造体をＴＡＣシート表面に形成する以外は実施例１と同様にして光学フィルムを得た。
平均最大幅Ｗ_max：１２１ｎｍ
平均ピッチＴｐ：１７３ｎｍ
平均割合Ｒ_w/tp：０．７

（実施例４）
次に、露光工程およびエッチング工程の条件を調整することにより、以下に示す平均最大幅Ｗ_max、平均ピッチＴｐおよび平均割合Ｒ_w/tpを有する複数の構造体をＴＡＣシート表面に形成する以外は実施例１と同様にして光学フィルムを得た。
平均最大幅Ｗ_max：１３８ｎｍ
平均ピッチＴｐ：１７３ｎｍ
平均割合Ｒ_w/tp：０．８

（実施例５）
次に、露光工程およびエッチング工程の条件を調整することにより、以下に示す平均最大幅Ｗ_max、平均ピッチＴｐおよび平均割合Ｒ_w/tpを有する複数の構造体をＴＡＣシート表面に形成する以外は実施例１と同様にして光学フィルムを得た。
平均最大幅Ｗ_max：１５６ｎｍ
平均ピッチＴｐ：１７３ｎｍ
平均割合Ｒ_w/tp：０．９

（比較例１）
次に、上記実施例１〜５と同様に露光工程およびエッチング工程の条件を調整することにより、以下に示す構造体形状にて複数の構造体をＴＡＣシート表面に形成する以外は実施例１と同様にして光学フィルムを得た。
構造体径：２５０ｎｍ
配置：六方格子
ピッチＴｐ：２１６ｎｍ
構造体形状：放物面形状

（リタデーションの評価）
上述のようにして得られた実施例１〜５の光学フィルムのリタデーションを、方法としてはセナルモン法を用い、クロスニコル間に光学フィルムをセットし、セナルモンコンペンセータを挿入して、サンプルが明るくなる位置と暗くなる位置の角度より求めた。

（反射スペクトルの評価）
上述のようにして得られた実施例１〜５の光学フィルムの反射スペクトルを以下のようにして評価した。まず、複数の構造体が形成された光学フィルムの裏面にブラックテープを貼り合わせた。次に、ブラックテープが貼り合わされた側とは反対側となる表面から光を入射して、光学フィルムの反射スペクトル（波長帯域３５０ｎｍ〜８００ｎｍ）を、日本分光社製の評価装置（Ｖ−５５０）を用いて測定した。

（評価結果）
図１１Ａは、実施例１〜５の光学フィルムのリタデーションの評価結果を示す。図１１Ｂは、実施例４の光学フィルムの反射スペクトルの評価結果を示す。ここでは、反射スペクトルの評価結果として、特に優れた反射スペクトルが得られた実施例４の評価結果を代表して図示する。

上記リタデーションの評価結果から以下のことがわかった。
平均割合Ｒ_w/tpが０．４≦Ｒ_w/tp≦０．５の範囲内では、リタ−デーションが約０．７の高い値に維持される。
平均割合Ｒ_w/tpが０．５＜Ｒ_w/tp≦０．９の範囲内では、リタ−デーションが低下する傾向にある。しかし、この範囲内でも、リタ−デーションの低下の割合に変化があり、０．７＜Ｒ_w/tp≦０．９の範囲では、０．５＜Ｒ_w/tp≦０．７の範囲に比してリタ−デーションの低下の割合が大きくなる傾向にある。
平均割合Ｒ_w/tpを０．４≦Ｒ_w/tp≦０．８の範囲内にすると、リタデーションを３°以上とすることができる。平均割合Ｒ_w/tpを０．４≦Ｒ_w/tp≦０．７の範囲内にすると、リタデーションを５°以上とすることができる。光学フィルムをプロジェクタ装置などの位相補償素子として使用することを考慮すると、光学フィルムのリタデーションを３°以上とすることが好ましく、５°以上とすることがより好ましい。
また、比較例１の構造では、リタデーションの値はほとんど０であることが確認された。

上記反射スペクトルの評価結果から以下のことがわかった。
平均割合Ｒ_w/tpが増加するに従って、反射率防止特性が向上する。平均割合Ｒ_w/tpが０．５を超えると、特に優れた反射率防止特性が得られる。これは、隣接する２つの構造体のうち一方の構造体幅が最も広くなる位置で、他方の構造体幅が最も狭くなる構成を採用することで、充填率が向上したためと推測される。
平均割合Ｒ_w/tpが０．５を超える実施例４では、図１１Ｂに示すように、波長帯域３５０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内において、反射率が１％以下に抑えられている。

以上により、プロジェクタ装置に適用して好適な位相補償機能と、優れた反射防止機能とを得るためには、平均割合Ｒ_w/tpは、好ましくは０．４以上０．８以下、より好ましくは０．５以上０．８以下、さらに好ましくは０．５以上０．７以下の範囲内である。

以上、本技術の実施形態について具体的に説明したが、本技術は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本技術の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

例えば、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

また、上述の実施形態の構成、方法、工程、形状、材料および数値などは、本技術の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることが可能である。

また、本技術は以下の構成を採用することもできる。
（１）
第１方向に延設された複数の構造体を表面に備え、
上記複数の構造体は、上記第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで配列されており、
上記構造体の幅が周期的に変動している光学素子。
（２）
隣接する上記構造体のうち一方の構造体の幅が最も広くなる位置で、他方の構造体の幅が最も狭くなる（１）に記載の光学素子。
（３）
上記構造体のピッチｔｐに対する上記構造体の最大幅ｗ_maxの平均割合Ｒ_w/tpは、０．４以上０．８以下の範囲内である（１）から（２）のいずれかに記載の光学素子。
（４）
上記構造体の高さは、周期的に変動し、
上記構造体の幅と高さとの変動周期が同期している（１）から（３）のいずれかに記載の光学素子。
（５）
面内リタデーションが、３度以上８度以下である（１）から（４）のいずれかに記載に光学素子。
（６）
複屈折を有する基体を含み、
上記基体の遅相軸の方向と上記第１の方向とが平行である（１）から（５）のいずれかに記載の光学素子。
（７）
（１）から（６）のいずれかに記載の光学素子を備える投射型画像表示装置。
（８）
（１）から（６）のいずれかに記載の光学素子を備える液晶表示装置。
（９）
第１方向に延設された複数の溝を表面に備え、
上記複数の溝は、上記第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで配列されており、
上記溝の幅が周期的に変動している原盤。
（１０）
隣接する上記溝のうち一方の溝の幅が最も広くなる位置で、他方の溝の幅が最も狭くなる（９）に記載の原盤。
（１１）
上記溝のピッチｔｐに対する上記溝の最大幅ｗ_maxの平均割合Ｒ_w/tpは、０．４以上０．８以下の範囲内である（９）から（１０）のいずれかに記載の原盤。
（１２）
上記溝の深さは、周期的に変動し、
上記溝の幅と深さとの変動周期が同期している（９）から（１１）のいずれかに記載の原盤。
（１３）
上記表面は円柱面または円筒面であり、
上記第１方向が上記円柱面または円筒面の円周方向である（９）から（１２）に記載の原盤。

１ 光学素子
２ 基体
３ 構造体
４ 中間層
１１ ロール原盤
１２ 溝
１３ レジスト層
１４ レーザー光
１５ 潜像
１６ 開口部
１７ 転写材料
１８ エネルギー線源
１１５Ａ、１１５Ｂ 投射型画像表示装置

Claims (9)

1. 第１方向に延設された複数の構造体を表面に備え、
   上記複数の構造体は、上記第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで配列されており、
   上記構造体の幅が、上記第１方向において周期的に変動し、
   上記構造体のピッチｔｐに対する、上記第１方向において周期的に変動する上記構造体の幅のうちの最大幅ｗ _max の平均割合Ｒ _w/tp は、０．４以上０．８以下の範囲内である光学素子。
2. 隣接する上記構造体のうち一方の構造体の幅が最も広くなる位置で、他方の構造体の幅が最も狭くなる請求項１に記載の光学素子。
3. 上記複数の構造体は、ストライプ状を有している請求項１または２に記載の光学素子。
4. 上記構造体の高さは、周期的に変動し、
   上記構造体の幅と高さとの変動周期が同期している請求項１から３のいずれかに記載の光学素子。
5. 面内リタデーションが、３度以上８度以下である請求項１から４のいずれかに記載に光学素子。
6. 複屈折を有する基体を含み、
   上記基体の遅相軸の方向と上記第１の方向とが平行である請求項１から５のいずれかに記載の光学素子。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の光学素子を備える投射型画像表示装置。
8. 第１方向に延設された複数の溝を表面に備え、
   上記複数の溝は、上記第１方向とは直交する第２方向にサブ波長のピッチで配列されており、
   上記溝の幅が、上記第１方向において周期的に変動し、
   上記溝のピッチｔｐに対する、上記第１方向において周期的に変動する上記溝の幅のうちの最大幅ｗ _max の平均割合Ｒ _w/tp は、０．４以上０．８以下の範囲内である原盤。
9. 上記表面は円柱面または円筒面であり、
   上記第１方向が上記円柱面または円筒面の円周方向である請求項８に記載の原盤。

Images