KR100453119B1 - 편광 변환 소자, 편광 변환 소자 제조 방법 및 투사형 표시 장치 - Google Patents

편광 변환 소자, 편광 변환 소자 제조 방법 및 투사형 표시 장치 Download PDF

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Abstract

제조 효율이 높은 편광 변환 소자를 실현한다.
본 발명의 편광 변환 소자는 소정의 방향에 따라서 배열된 복수의 투광체와 상기 복수의 투광체의 사이에 교대로 배치된 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막을 구비하고 있다. 편광 분리막은 편광 분리막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 약 40% 이상인 것을 특징으로 한다. 또한, 반사막은 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 약 40% 이상이도록 하여도 좋다.

Description

편광 변환 소자, 편광 변환 소자 제조 방법 및 투사형 표시 장치{Polarization conversion element and projector, and method of producing the polarization conversion element}
본 발명은 입사된 비편광인 광을 소정의 편광 광속으로 변환하기 위한 편광 변환 소자 및 그 제조방법, 및 이러한 편광 변환 소자를 구비한 투사형 표시장치에 관한 것이다.
투사형 표시장치에는, 화상신호에 따라서 광을 변조하기 위해서, 라이트 밸브라고 불리는 광변조 소자가 사용된다. 라이트 밸브로서는, 투과형 액정 패널이나 반사형 액정 패널 등과 같이, 한 종류의 직선 편광 광만을 이용하는 타입의 것이 사용되는 것이 많다. 이와 같이, 한 종류의 직선 편광 광을 이용하는 투사형 표시장치에 있어서는, 광원으로부터 사출된 비편광인 광을, 한 종류의 직선 편광 광(예를 들면, s 편광 광이나 p 편광 광)으로 하기 위한 편광 변환 소자가 설치되어 있다.
종래의 편광 변환 소자의 예로서는, 출원인에 의해서 개시된 일본 특개평10-90520호 공보나 일본 특개평10-177151호 공보에 기재된 것을 예로 들 수 있다.
종래의 편광 변환 소자는, 예를 들면, 편광 분리막 및 반사막이 형성된 투광성 판재와, 아무 것도 형성되어 있지 않는 투광성 판재를 접착제에 의해 교대로 접합한 복합 판재로부터, 편광 변환 소자를 구성하는 편광 빔 스플리터 어레이를 절단하는 것에 의해서 제작하고 있다.
복수의 투광성 판재를 접합하는 공정은, 통상, 자외선 경화형의 광학 접착제에 의한 접합과 광학 접착제의 경화를 반복하는 것에 의해서 행해지고 있기 때문에, 비교적 많은 시간을 요하고 있다. 편광 변환 소자의 제조의 고효율화를 도모하기 위해서, 이 접합 공정의 고효율화가 요구되고 있었다.
본 발명은 종래 기술에 있어서의 상술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 편광 변환 소자의 제조의 고효율화가 가능한 기술을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 편광 변환 소자(320)의 일 예를 도시하는 설명도.
도 2는 편광 분리 소자(330)의 제조예를 도시하는 설명도.
도 3은 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)의 접합에 대하여 도시하는 설명도.
도 4는 편광 분리 소자(330)의 다른 제조예를 도시하는 설명도.
도 5는 편광 분리막(331)의 부분을 확대하여 도시하는 단면도.
도 6은 도 5의 편광 분리막(331)의 각 층의 막 두께를 도시하는 설명도.
도 7은 도 6의 구성을 갖는 편광 분리막(331)의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 8은 반사막(332)의 각 층의 막 두께를 도시하는 설명도.
도 9는 도 8의 구성을 갖는 반사막(332)을 사용한 경우의 s 편광 광의 반사 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 10은 파장 300 내지 400nm의 범위(자외영역)에 있어서의 편광 분리막(331)의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 11은 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서의 반사막(332)의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 12는 종래의 편광 변환 소자에 사용되고 있는 편광 분리막이나 반사막의 비교예의 구성을 도시하는 설명도.
도 13은 비교예의 편광 분리막의 파장 400 내지 700nm의 범위에 있어서의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 14는 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 15는 비교예의 반사막의 파장 400 내지 700nm의 범위에 있어서의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 16은 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 17은 반사막(332)의 다른 구성을 도시하는 설명도.
도 18은 도 17의 구성을 갖는 반사막(332A)을 사용한 경우의 s 편광 광의 반사 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 19는 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서의 반사막(332A)의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프.
도 20은 본 발명의 편광 변환 소자를 구비한 투사형 표시장치의 주요부를 도시하는 개략 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
50: 편광 조명 장치 60: 광원부
70: 편광 발생 장치 200: 제 1 광학 요소
201: 소 렌즈 300: 광학소자
310: 집광 렌즈 어레이 320: 편광 변환 소자
320a, 320b: 편광 변환 소자 321: 제 1 투광성 판재
322: 제 2 투광성 판재 322a: 제 3 투광성 판재
322b: 제 4 투광성 판재 327: 광학 접착제
330: 편광 분리 소자 331: 편광 분리막
331a: 다층 구조부 331b: 피복층
332,332A: 반사막 333: 제 1 투광체
334: 제 2 투광체 334a: 제 3 투광체
334b: 제 4 투광체 340: 복합 판재
340a: 복합 판재 390: 사출측 렌즈
600: 제 2 광학 요소 800: 투사형 표시장치
801, 804: 다이클로익 미러 802: 반사 미러
803, 805, 811: 액정 라이트 밸브 806, 808, 810: 릴레이 렌즈
813: 크로스 다이클로익 프리즘 814: 투사 렌즈
815: 스크린
(과제를 해결하기 위한 수단 및 그 작용·효과)상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서, 본 발명의 제 1 제조방법은,
입사된 비편광인 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자의 제조방법으로서,
(a) 복수 매의 제 1 투광성 판재를 준비하는 공정과,
(b) 복수 매의 제 2 투광성 판재를 준비하는 공정과,
(c) 상기 복수 매의 제 1 투광성 판재와 상기 복수 매의 제 2 투광성 판재를 교대로 배열하여 접합하였을 경우, 복수의 편광 분리막 및 복수의 반사막이 각 투광성 판재의 각 경계면에 교대로 배치되도록, 상기 제 1 또는 제 2 투광성 판재의 일부의 표면상에 상기 복수의 편광 분리막 및 상기 복수의 반사막을 형성하는 공정과,
(d) 상기 복수 매의 제 1 투광성 판재와 상기 복수 매의 제 2 투광성 판재를 교대로 배열하여 접합하고, 상기 복수의 편광 분리막 및 상기 복수의 반사막이 각 투광성 판재의 각 경계면에 교대로 설치된 복합 판재를 제작하는 공정과,
(e) 상기 복합 판재를 상기 복합 판재의 평면에 대하여 소정의 각도를 갖는평면에 평행한 절단면에서 절단하고, 상기 절단면에 평행한 광 입사면과 광 사출면을 갖는 투광성 블록을 제작하는 공정을 가지며,
상기 공정(d)는, 상기 편광 분리막의 투과율이, 상기 편광 분리막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광에 대하여, 약 40% 이상으로 되도록, 편광 분리막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 제조 방법에 의하면, 편광 분리막의 자외광의 투과율을 높게 할 수 있기 때문에, 공정(d)에 있어서, 제 1 투광성 판재와 제 2 투광성 판재와의 접합에 이용되는 광학 접착제에 효율 좋게 자외광을 조사할 수 있으며, 접착제의 경화에 요하는 공정수를 적게 할 수 있다. 이로써, 편광 변환 소자의 제조의 고효율화가 가능하다.
또, 상기 특정 파장 영역은 365nm±30nm의 범위인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 편광 분리막을 형성하는 공정은,
상기 투광체의 굴절률과 비교하여, 보다 작은 굴절률을 갖는 제 1 층과, 보다 큰 굴절률을 갖는 제 2 층을 교대로 적층시킨 다층 구조부를 형성하는 공정을 포함하고,
상기 투광체는, 약 1.48 내지 약 1.58의 굴절률을 가지며,
상기 편광 분리막의 상기 제 1 층은 MgF2로 형성되어 있고, 상기 제 2 층은 MgO로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 편광 분리막을 형성하면, 특정 파장 영역의 자외광에 관하여 약 40% 이상의 투과율을 얻도록 할 수 있다.
상기 제 1 제조 방법에 있어서,
상기 공정(d)는, 형성된 반사막의 투과율이, 상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광에 대하여 약 40% 이상으로 되도록, 상기 반사막을 형성하는 공정을 포함하도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 하면, 반사막의 자외광의 투과율도 높게 할 수 있기 때문에, 공정(d)에 있어서, 제 1 투광성 판재와 제 2 투광성 판재와의 접합에 이용되는 광학 접착제에 더 효율 좋게 자외광을 조사할 수 있고, 접착제의 경화에 요하는 공수를 더 적게 할 수 있다. 이로써, 편광 변환 소자의 제조의 고효율화가 가능하다.
또, 상기 특정 파장 영역은 365nm±30nm의 범위인 것이 바람직하다.
여기서, 상기 반사막을 형성하는 공정은,
상기 투광체의 굴절률과 비교하여, 보다 작은 굴절률을 갖는 제 3 층과, 보다 큰 굴절률을 갖는 제 4 층을 교대로 적층시킨 다층 구조부를 형성하는 공정을 포함하고,
상기 투광체는, 약 1.48 내지 약 1.58의 굴절률을 가지며,
상기 반사막의 상기 제 3 층은 SiO2로 형성되어 있고, 상기 제 4 층은 TiO2또는 Ta2O5로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 반사막을 형성하면, 특정 파장 영역의 자외광에 대하여 약 40% 이상의 투과율을 얻도록 할 수 있다.
본 발명의 제 2 제조 방법은,
입사된 비편광인 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자의 제조방법으로서,
(a) 복수 매의 제 1 투광성 판재를 준비하는 공정과,
(b) 복수 매의 제 2 투광성 판재를 준비하는 공정과,
(c) 상기 복수 매의 제 1 투광성 판재와 상기 복수 매의 제 2 투광성 판재를 교대로 배열하여 접합하였을 경우, 복수의 편광 분리막 및 복수의 반사막이 각 투광성 판재의 각 경계면에 교대로 배치되도록, 상기 제 1 또는 제 2 투광성 판재의 일부의 표면상에 상기 복수의 편광 분리막 및 상기 복수의 반사막을 형성하는 공정과,
(d) 상기 복수 매의 제 1 투광성 판재와 상기 복수 매의 제 2 투광성 판재를 교대로 배열하여 접합하고, 상기 복수의 편광 분리막 및 상기 복수의 반사막이 각 투광성 판재의 각 경계면에 교대로 설치된 복합 판재를 제작하는 공정과,
(e) 상기 복합 판재를 상기 복합 판재의 평면에 대하여 소정의 각도를 갖는 평면에 평행한 절단면에서 절단하고, 상기 절단면에 평행한 광 입사면과 광 사출면을 갖는 투광성 블록을 제작하는 공정을 가지며,
상기 공정(d)는, 형성된 반사막의 투과율이, 상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광에 관하여, 약 40% 이상으로 되도록, 상기 반사막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 제조 방법에 의하면, 반사막의 자외광의 투과율을 높게 할 수 있기 때문에, 공정(d)에 있어서, 제 1 투광성 판재와 제 2 투광성 판재와의 접합에 이용되는 광학 접착제에 효율 좋게 자외광을 조사할 수 있고, 접착제의 경화에 요하는 공정수를 적게 할 수 있다. 이로써, 편광 변환 소자의 제조의 고효율화가 가능하다.
본 발명의 제 1 편광 변환 소자는,
소정의 방향에 따라서 배열된 복수의 투광체와,
상기 복수의 투광체의 사이에 교대로 배치된 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막을 구비하고,
상기 편광 분리막은, 상기 편광 분리막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 약 40% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 편광 변환 소자는, 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 높은 편광 분리막을 가지고 있기 때문에, 제조 효율이 높은 편광 변환 소자를 제작할 수 있다.
상기 제 1 편광 변환 소자에 있어서,
상기 반사막은, 상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 약 40% 이상인 것이 바람직하다.
상기 제 1 편광 변환 소자는, 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 높은 반사막도 가지고 있기 때문에, 더욱이 제조 효율이 높은 편광 변환 소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 제 2 편광 변환 소자는,
소정의 방향에 따라서 배열된 복수의 투광체와,
상기 복수의 투광체의 사이에 교대로 배치된 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막을 구비하고,
상기 반사막은,
상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 약 40% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 편광 변환 소자는, 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 높은 반사막을 가지고 있기 때문에, 제조 효율이 높은 편광 변환 소자를 제작할 수 있다.
본 발명의 제 1 투사형 표시장치는,
비편광인 광을 사출하는 광원부와,
상기 광원부로부터의 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자와,
상기 편광 변환 소자로부터의 사출광을 주어진 화상신호에 의거하여 변조하는 광 변조장치와,
상기 광변조 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 광학계를 구비하고,
상기 편광 변환 소자는,
소정의 방향에 따라서 배열된 복수의 투광체와,
상기 복수의 투광체의 사이에 교대로 배치되는 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막을 구비하며,
상기 편광 분리막은, 상기 편광 분리막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 약 40% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 투사형 표시장치는, 본 발명의 제 1 편광 변환 소자를 가지고 있기 때문에, 제조 효율이 높은 장치를 실현할 수 있다.
본 발명의 제 2 투사형 표시장치는,
비편광인 광을 사출하는 광원부와,
상기 광원부로부터의 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자와,
상기 편광 변환 소자로부터의 사출광을 주어진 화상신호에 의거하여 변조하는 광 변조장치와,
상기 광변조 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 광학계를 구비하고,
상기 편광 변환 소자는,
소정의 방향에 따라서 배열된 복수의 투광체와,
상기 복수의 투광체의 사이에 교대로 배치된 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막을 구비하며,
상기 반사막은,
상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 특정 파장 영역의 자외광의 투과율이 약 40% 이상인 것을 특징으로 한다.
상기 제 2 투사형 표시장치는, 본 발명의 제 2 편광 변환 소자를 가지고 있기 때문에, 제조 효율이 높은 장치를 실현할 수 있다.
(발명의 실시예)A. 편광 변환 소자의 구성:
도 1은 본 발명에 의한 편광 변환 소자(320)의 일 예를 도시하는 설명도이다. 도 1a는, 편광 변환 소자(320)의 평면도이고, 도 1b는, 편광 변환 소자(320)의 정면도이다. 이 편광 변환 소자(320)는, 편광 분리 소자(330)와, 편광 분리 소자(330)의 광 사출면의 일부에 선택적으로 배치된 복수의 λ/2 위상차판(381)을 구비하고 있다.
편광 분리 소자(330)는, 각각 단면이 평행 사변형인 주형체를 갖는 제 1과 제 2 투광체(333, 334)가, 교대로 접합된 형상을 가지고 있다. 또한, 편광 분리 소자(330)의 양단에는, 단면이 사다리꼴의 주형체를 갖는 제 3 과 제 4 투광체(334a, 334b)가 접합되어 있다. 또한, 각 투광체(333, 334, 334a, 334b)의 경계면에는, 복수의 편광 분리막(331)과 복수의 반사막(332)이 교대로 형성되어 있다. λ/2 위상차판(381)은, 편광 분리막(331) 또는 반사막(332)의 광의 사출면의 x 방향의 사상 부분에, 선택적으로 배치되어 있다.
이 예에서는, 편광 분리막(331)의 광의 사출면의 x 방향의 사상 부분에 λ/2 위상차판(381)이 선택 배치되어 있다. 또, 제 3과 제 4 투광체(334a, 334b)는, 제 2 투광체(334)와 동일한 단면이 평행 사변형인 주형체라도 좋다. 또한, 단면이 거의 직각삼각형인 주형체라도 좋다.
도 1a에 도시하는 편광 변환 소자(320)의 편광 분리막(331)에, 비편광인 광이 입사하면, 편광 분리막(331)에 의해서 s 편광 광과 p 편광 광으로 분리된다. s 편광 광은, 편광 분리막(331)에 의해서 반사되고, 반사막(332)에 의해서 더 반사되고 나서 사출된다. 한편, p 편광 광은, 편광 분리막(331)을 그대로 투과한다. 편광 분리막(331)을 투과한 p 편광 광의 사출면에는, λ/2 위상차판(381)이 배치되어있고, 이 p 편광 광이 s 편광 광으로 변환되어 사출된다. 따라서, 편광 변환 소자(320)의 편광 분리막(331)에 입사하는 광은, 거의 s 편광 광으로 되어 사출된다. 또한, 편광 변환 소자로부터 출사되는 광을 p 편광 광으로 하고자 하는 경우에는, 반사막(332)에 의해서 반사된 s 편광 광이 사출하는 사출면에 λ/2 위상차판(381)을 배치하도록 하면 좋다.
B. 편광 변환 소자의 제조 방법:
도 2는 편광 분리 소자(330)의 제조예를 도시하는 설명도이다. 우선, 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 복수 매의 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)를 준비한다. 제 1 투광성 판재(321)의 한쪽의 표면에는 편광 분리막(331)을 형성하고, 다른쪽의 표면에는 반사막(332)을 형성한다. 편광 분리막(331) 및 반사막(332)에 대해서는, 뒤에 상세히 설명한다.
다음에, 편광 분리막(331)과 반사막(332)이 교대로 배치되도록, 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)를 교대로 접합하고, 도 2c에 도시하는 바와 같은 복합 판재(340)를 제작한다. 또, 접합의 맨처음과 마지막에는, 제 1 투광성 판재(321)나 제 2 투광성 판재(322)보다도 두꺼운 투광성 판재를 사용하도록 하여도 좋다. 도 2c의 예에서는, 제 3과 제 4 투광성 판재(322a, 322b)가 사용되고 있다. 단, 이들 투광성 판재(322a, 322b)는, 제 1 투광성 판재(321)나 제 2 투광성 판재(322)보다도 두꺼울 뿐이며, 표면에 아무 것도 형성되어 있지 않다는 점에서는, 제 2 투광성 판재(322)와 같다. 따라서, 제 3과 제 4 투광성 판재(322a, 322b)를, 기능적으로 제 2 투광성 판재라고 볼 수도 있다. 이하에서는, 이들 제 3과 제 4 투광성 판재(322a, 322b)를 포함하여 제 2 투광성 판재(322)라고 부르기도 한다.
또, 제 2 투광성 판재(322)의 두께는, 접합에 있어서의 접착제의 두께를 고려하여, 제 1 투광성 판재(321)보다도 조금 얇은 판재가 사용되는 것이 바람직하다. 제 1 투광성 판재(321)의 두께와 제 2 투광성 판재(322)의 두께의 치수차는, 수 % 이하이다.
이렇게 하여 제작된 복합 판재(340)를, 도 2c에 도시하는 바와 같이, 그 평면과 소정의 각도(θ)를 이루는 절단면(도면중, 파선으로 나타낸다)에서 거의 평행하게 절단함으로써, 투광성 블록이 절단된다. θ의 값은, 약 45도로 하는 것이 바람직하다. 여기서, 「복합 판재의 평면」이란, 양단에 접합된 제 3과 제 4 투광성 판재(322a, 322b)의 평면을 나타내고 있다. 또한, 양단의 돌출한 부분을 절단하여 거의 직방체 형상으로 한다. 그리고, 절단된 투광성 블록의 표면(절단면)을 연마함으로써, 편광 분리 소자(330; 도 1)를 얻을 수 있다. 또, 제 1 투광성 판재(321)에서 형성된 부분이 제 1 투광체(333)에 상당하며, 제 2 투광성 판재(322)에서 형성된 부분이 제 2 투광체(334)에 상당한다. 또한, 제 3 투광성 판재(322a)에서 형성된 부분이 제 3 투광체(334a)에 상당하고, 제 4 투광성 판재(322b)에서 형성된 부분이, 제 4 투광체(334b)에 상당한다.
제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)의 접합은, 아래와 같이 행해진다. 도 3은 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)의 접합에 대하여 도시하는 설명도이다.
우선, 도 3a에 도시하는 바와 같이, 제 3 투광성 판재(322a)의 위에, 제 1 투광성 판재(321)를 광학 접착제(327)로 접합한다. 이 때, 제 1 투광성 판재(321)의 반사막(332)이 형성된 측을 밑으로 향하여 접합한다. 그리고, 경화전의 광학 접착제(327)에, 편광 분리막(331)과 제 1 투광성 판재(321)와 반사막(332)을 개재시켜 자외광(UV)을 조사하고, 광학 접착제(327)를 경화시킨다.
다음에, 도 3b에 도시하는 바와 같이, 도 3a에서 접합된 제 1 투광성 판재(321)의 위에, 제 2 투광성 판재(322)를 광학 접착제(327)로 접합한다.
도 3a와 같이, 경화전의 광학 접착제(327)에, 제 2 투광성 판재(322)를 개재시켜 자외광을 조사하고, 광학 접착제(327)를 경화시킨다.
그리고, 도 3c에 도시하는 바와 같이, 도 3b에서 접합된 제 2 투광성 판재(322)의 위에, 도 3a와 같이 하여, 제 1 투광성 판재(321)를 광학 접착제(327)로 접합한다.
이상과 같이, 도 3b와 도 3c의 접합을 반복하여 행하는 것에 의해, 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)의 접합이 행해진다. 그리고, 마지막에, 도 3d에 도시하는 바와 같이, 도 3b와 같이 하여, 제 4 투광성 판재(322b)를 접합한다. 이상과 같이 하여, 도 2b의 복합 판재(340)가 제작된다.
또, 도 3의 예에서는, 제 3 투광성 판재(322a)측으로부터 접합을 개시하는 예를 도시하고 있지만, 제 4 투광성 판재(322b)측으로부터 접합을 개시하도록 하여도 좋다. 또한, 또한, 자외광을 제 3 투광성 판재(322a)측으로부터 조사하도록 하여도 좋다.
도 4는, 편광 분리 소자(330)의 다른 제조예를 도시하는 설명도이다. 이 제조예도, 우선, 도 2a, 도 2b와 마찬가지로, 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)를 준비한다. 단, 도 4a, 도 4b에 도시하는 바와 같이, 반사막(332)은, 도 3의 접합에 있어서, 반사막(332)이 접합된 제 2 투광성 판재(322)측에 형성되어 있다. 그리고, 도 4c에 도시하는 바와 같이, 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)를 교대로 접합하고, 편광 분리막(331)과 반사막(332)이 교대로 배치되는 것과 같은 복합 판재(340a)를 제작할 수 있다.
이렇게 하여 제작된 복합 판재(340a)를, 도 2c와 마찬가지로, 그 평면과 소정의 각도(θ)를 이루는 절단면(도면중, 파선으로 나타낸다)에서 거의 평행하게 절단하고, 양단의 돌출한 부분을 절단하여 거의 직방체 형상으로 하며, 표면(절단면)을 연마함으로써, 편광 분리 소자(330)와 같은 편광 분리 소자(330')를 제작할 수 있다.
또, 다른 제조예에 있어서의 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)의 접합도, 도 3에 도시한 접합과 같이 행할 수 있다.
C. 편광 분리막 및 반사막의 구성:
도 5는 편광 분리막(331)의 부분을 확대하여 도시하는 단면도이다. 편광 분리막(331)은, 제 1 투광체(333)상에 적층된 유전체 다층막이고, 2종류의 재질이 교대로 계49층 적층된 다층 구조부(331a)와, 다층 구조부(331a)의 위에 형성된 피복층(331b)으로 구성되어 있다. 이 편광 분리막(331)은, 제 1 투광체(333)에 상당하는 제 1 투광성 판재(321)의 표면상에 한 층씩 순차 적층되어 구성되어 있다. 편광 분리막(331)이 적층된 제 1 투광체(333)는, 광학 접착제(327)를 개재시켜 제 2 투광체(334; 제 2 투광성 판재(322))나 제 3 투광체(334a; 제 3 투광성 판재(322a))에 접착되어 있다. 도 5는, 제 2 투광체(334)와 접착되어 있는 경우를 도시하고 있다. 피복층(331b)은, 편광 분리막(331)과 제 2 투광체(334)의 사이의 접착성을 높이는 기능을 가지고 있다.
이 다층 구조부(331a)는, 거의 1.5의 굴절률을 갖는 제 1 투광체(333)상에, 제 1 투광체(333)에 대하여 비교적 작은 굴절률을 갖는 층(이하, L 층이라고 부른다)과, 비교적 큰 굴절률을 갖는 층(이하, H 층이라고 부른다)을 적층하여 형성되어 있다. 도 5의 예에서는, L1, H2, L3, H4, … L47, H48, L49의 합계 49층이 형성되어 있다. 피복층(331b)은, H 층과 L 층의 재질의 거의 중간의 굴절률을 갖는다. 투광체(333, 334, 334a, 334b)의 부재로서는, 그 굴절률이 거의 1.48 내지 1.58의 여러 가지의 부재를 사용할 수 있고, 굴절률이 거의 1.52의 백투광성 판재나, BK7-S(SCHOTT사 제조) 등의 광학 유리를 사용할 수 있다. 편광 분리막(331)의 L 층의 재질로서는, 굴절률이 거의 1.38인 MgF2가 사용되고 있고, H 층의 재질로서는, 굴절률이 거의 1.73인 MgO가 사용되고 있다. 또한, 피복층(331b)의 재질로서는, 굴절률이 거의 1.44인 SiO2가 사용되고 있다.
또, 각 층의 굴절률은, 대기중의 수분의 흡수 등에 의해서 변화하는 것이 알려져 있다. 본 명세서에 있어서, 「굴절률」이란, 편광 분리막(331)을 장기간, 대기중에 노출된 상태에서 유지되는 굴절률을 의미한다.
도 6은 도 5의 편광 분리막(331)의 각 층의 막 두께를 도시하는 설명도이다. 또, 이 구조는 설계파장(λ)을 600nm으로 하였을 때의 구조이다. 여기서, 설계파장(λ)이란, 막을 설계할 때의 초기 설정치이고, 이 설계파장에 있어서 원하는 투과·반사특성이 얻어지도록, 각 층의 두께가 결정된다. 설계파장(λ)으로서는, 그 광학소자에 있어서 이용되는 주요한 광성분의 파장이 추출된다. 본 실시예의 편광 변환 소자(320)는, RGB의 3개의 색광의 편광 변환에 이용되는 것이며, 이 예에서는, 적색광의 파장 부근(600nm)을 설계파장으로서 선택하고 있다. 도 6중, 우측란의 값(D)은, 각 층의 광학적 두께(실제의 막두께(d)에 재질의 굴절률(n)을 곱한 두께)를 설계파장(λ)의 1/4로 나눈 값이다. 따라서, 실제의 막두께(d)는, 값(D)에 λ/4를 곱하고, n으로 나눈 값이다. 또, 이 때의 굴절률(n)은, L 층에 대해서는 L 층의 굴절률, H 층에 대해서는 H 층의 굴절률을 사용한다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 다층 구조부(331a)의 각 층의 광학적 두께는 λ/4 정도의 값으로 되어 있지만, 각각 다른 값으로 되어 있다. 또한, 피복층(331b)은, 그 광학적 두께가 3·(λ/4)이다.
도 7은 도 6의 구성을 갖는 편광 분리막(331)의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 파장 400 내지 700nm의 범위에 있어서, 각 층의 굴절률은 0.1 정도 변화한다. 도 7의 시뮬레이션 결과는, 각 층의 굴절률의 파장특성을 고려하여 막의 특성 매트릭스를 풀어 얻어진 값이다.
도 7에 도시하는 바와 같이, 이 편광 분리막(331)은 파장 400 내지 700nm의 가시영역에서, 입사각 약 45도의 p 편광 광의 투과율이 99.2% 이상이고, 또한, s편광 광의 반사율도 97.5% 이상으로 되어 있다. 피복층(331b)은, 다층 구조부(331a)와 제 2 투광성 판재(322)의 접착성을 높이기 위해서 적층되어 있고, 편광 분리막(331)의 광학 특성에는 거의 영향받지 않는다. 즉, 피복층(331b)이 없는 경우에도, 도 7에 도시하는 시뮬레이션 결과와 같은 결과가 얻어지기 때문에, 피복층(331b)은 생략하여도 좋다. 또한, 도 7의 시뮬레이션 결과는, L1층측으로부터 광을 입사한 경우의 결과이지만, 피복층(331b)측으로부터 광을 입사한 경우에도 같은 결과가 얻어진다.
반사막(332)도, 도 5에 도시하는 편광 분리막(331)과 같이, 제 1 투광체 또는 제 2 투광체(334)상에 적층된 유전체 다층막이고, 2종류의 재질이 교대로 적층되어 형성되어 있다.
도 8은 반사막(332)의 각 층의 막 두께를 도시하는 설명도이다. 도 8의 구성에서는, L 층의 재질로서 굴절률이 거의 1.44인 SiO2가 사용되고 있고, H 층의 재질로서 굴절률이 거의 2.266인 TiO2가 사용되고 있다. 또한, 제 1 투광체(333)상에, L1, H2, L3, H4, … H30, L31의 순차로 31층이 적층되어 있다. 또, 도 4에서 설명한 제조예의 경우에는, 제 2 투광체(334)상에 적층되어 있다.
도 9는, 도 8의 구성을 갖는 반사막(332)을 사용한 경우의 s 편광 광의 반사특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 도 6b의 구성을 갖는 반사막(332)을 사용한 경우에는, 400 내지 700nm의 가시영역에서, 입사각 약 45도의 s 편광 광의 반사율을 99.8% 이상으로 할 수 있다. 또, 이반사막(332)에 있어서도, L1층측으로부터 광을 입사한 경우에도, L31층측으로부터 광을 입사한 경우에도, 같은 시뮬레이션 결과가 얻어진다.
그런데, 상술한 제조방법에서 설명한 바와 같이, 편광 변환 소자(320)의 각 투광체(333, 334)에 상당하는 제 1과 제 2 투광성 판재(321, 322)의 접합은 광학 접착제(327)에 의해서 행해지고, 이 광학 접착제(327)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 편광 분리막(331)이나 반사막(332)을 개재시켜 광학 접착제(327)에 자외광을 조사함으로써 경화된다. 따라서, 편광 분리막(331)이나 반사막(332)은, 자외광을 투과하는 것이 바람직하다. 특히, 접합에 요하는 시간을 단축화 하기 위해서는, 보다 많은 자외광을 투과하는 것이 바람직하다.
도 10은 파장 300 내지 400nm의 범위(자외영역)에 있어서의 편광 분리막(331)의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 도 10의 굵은 선은, 편광 분리막(331)이 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)에 끼워져 있는 상태(이하, 「상태 1」이라고 부른다)의 투과율을 도시하고, 가는 선은, 편광 분리막의 한쪽이 공기에 접하고 있는 상태(이하, 「상태 2」라고 부른다)의 투과율을 도시하고 있다. 여기서, 상태 1과 상태 2의 2종류의 특성을 나타내고 있는 것은, 이하의 이유에 의한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)의 접합에 있어서, 편광 분리막이나 반사막은, 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)에 끼워져 있는 경우나, 한쪽이 공기인 경우가 발생한다. 막의 투과 특성은, 경계면의 매질에 의해서 변화한다. 이 때문에, 도 10에는, 상태 1과 상태 2의 2종류의 상태의 특성을 도시하고 있다.
도 10으로부터 알 수 있는 바와 같이, 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서의 광이 입사각 약 0도로 입사한 경우의 투과율은, 상태 1에서 18.7% 이상이고, 상태 2에서 19.9% 이상이다. 특히, 파장365±30nm의 범위에서는, 상태 1에서 45.8% 이상이며, 상태 2에서 47.6% 이상이다.
도 11은 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서의 반사막(332)의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 도 11의 굵은 선은, 반사막(332)이 제 1 투광성 판재(321)와 제 2 투광성 판재(322)에 끼워져 있는 상태(이하, 「상태 3」이라고 부른다)의 투과율을 도시하고, 가는 선은, 편광 분리막의 한쪽이 공기에 접하고 있는 상태(이하, 「상태 4」라고 부른다)의 투과율을 도시하고 있다.
반사막(332)에, 파장 300 내지 700nm의 범위에 있어서의 광이 입사각 약 0도로 입사한 경우의 투과율은, 상태 3에서 28.5% 이상이고, 상태 4에서 19.7% 이상이다. 특히, 파장365±30nm의 범위에서는, 상태 3에서 71.0% 이상이고, 상태 4에서 65.5% 이상이다.
도 12는 종래의 편광 변환 소자에 사용되고 있는 편광 분리막이나 반사막의 비교예의 구성을 도시하고 있다. 또, 비교예의 편광 분리막 및 반사막은, 도 12에 도시하는 바와 같이, 상기 실시예에 의한 편광 분리막(331) 및 반사막(332)과 비교하여, 각 층의 막 두께가 다른 점을 제외하고 동일하다.
도 13은, 비교예의 편광 분리막의 파장 400 내지 700nm의 범위(가시영역)에 있어서의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 도 14는 파장 300 내지 400nm의 범위(자외영역)에 있어서의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는그래프이다.
비교예의 편광 분리막은, 도 13에 도시하는 바와 같이 가시영역에서 p 편광 광의 투과율이 96.1% 이상이고, 또한, s 편광 광의 반사율도 97.0% 이상으로 되어 있다.
한편, 도 7에 도시하는 바와 같이, 상기 본 실시예에 의한 편광 분리막(331)은, 가시영역에서, p 편광 광의 투과율이 99.2% 이상이고, s 편광 광의 반사율도 98.1% 이상으로 되어 있다. 따라서, 상기 본 실시예에 의한 편광 분리막(331)은, 가시영역에서 비교예의 편광 분리막과 비교하여 동등 이상의 투과/반사특성을 가지고 있다. 따라서, 종래와 같이, 고효율로 가시영역의 p 편광 광을 투과하여 s 편광 광을 반사하는 편광 분리 소자를 구성할 수 있다.
또한, 비교예의 편광 분리막은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 파장 300 내지 700nm의 범위(자외영역)에 있어서의 광의 투과율은, 상태 1에서 10.3% 이상이고, 상태 2에서 8.4% 이상이다. 특히, 파장365±30nm의 범위에서도, 상태 1에서 26.3% 이상이며, 상태 2에서 18.3% 이상이다.
한편, 도 10에 도시하는 바와 같이, 상기 본 실시예에 의한 편광 분리막(331)의 광의 투과율은, 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서, 상태 1에서 18.7% 이상이고, 상태 2에서 19.9% 이상이다. 특히, 파장365±30nm의 범위에서는, 상태 1에서 45.8% 이상이며, 상태 2에서 47.6% 이상이다. 따라서, 상기 본 실시예에 의한 편광 분리막(331)은, 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서, 비교예의 편광 분리막과 비교하여, 상태 1에서 1.8배 이상, 상태 2에서 1.7배 이상의 투과율을가지고 있음을 알 수 있다. 특히, 파장 365±30nm의 범위에 있어서, 상태 1에서 2.3배 이상, 상태 2에서 2.6배 이상의 투과율을 가지고 있음을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 의한 편광 분리막(331)은, 비교예의 편광 분리막과 비교하여, 자외영역에서의 광의 투과율이 우수하다.
이상의 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 의한 편광 분리막(331)을 사용한 경우에는, 상술한 편광 분리 소자의 제조에 있어서의 투광성 판재의 접합공정에 있어서, 광학 접착제(327)를 경화하기 위해서 요하는 시간을 단축할 수 있다. 이로써, 편광 변환 소자의 제조에 요하는 공정수의 삭감을 도모할 수 있다.
도 15는, 비교예의 반사막의 파장 400 내지 700nm의 범위(가시영역)에 있어서의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 또한, 도 16은, 파장 300 내지 400nm의 범위(자외영역)에 있어서의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.
비교예의 반사막은, 도 15에 도시하는 바와 같이 가시영역에서 s 편광 광의 반사율이 98.9% 이상으로 되어 있다. 한편, 도 9에 도시하는 바와 같이, 상기 본 실시예에 의한 반사막(332)은, 가시영역에 있어서, s 편광 광의 반사율이 99.8% 이상으로 되어 있다. 따라서, 상기 본 실시예에 의한 반사막(332)은, 가시영역에 있어서 비교예의 반사막과 비교하여 동등 이상의 반사특성을 가지고 있다. 따라서, 종래와 같이, 고효율로 가시영역의 s 편광 광을 반사하는 편광 분리 소자를 구성할 수 있다.
또한, 비교예의 반사막은, 도 16에 도시하는 바와 같이, 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서의 자외광의 투과율이, 상태 3에서 15.4% 이상이고, 상태 4에서 11.1% 이상이며, 파장365±30nm의 범위에서도 같다.
한편, 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서, 상기 본 실시예에 의한 반사막(332)의 광의 투과율은, 도 11에 도시하는 바와 같이, 상태 3에서 28.5% 이상이고, 상태 4에서 19.7% 이상이다. 특히, 파장 365±30nm의 범위에서는, 상태 3에서 71.0% 이상이며, 상태 4에서 65.5% 이상이다. 따라서, 상기 본 실시예에 의한 반사막(332)은, 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서, 비교예의 반사막과 비교하여 상태 3에서 1.8배 이상, 상태 4에서 1.7배 이상의 투과율을 가지고 있음을 알 수 있다. 특히, 파장 365±30nm의 범위에 있어서, 상태 3에서 4.6배 이상, 상태 4에서 5.9배 이상의 투과율을 가지고 있음을 알 수 있다. 즉, 본 실시예에 의한 반사막(332)은, 비교예의 반사막과 비교하여, 자외영역에 있어서의 광의 투과율이 우수하다.
따라서, 본 실시예에 의한 반사막(332)을 사용한 경우에는, 상술한 편광 분리 소자의 제조에 있어서의 투광성 판재의 접합공정에 있어서, 광학 접착제(327)를 경화하기 위해서 요하는 시간을 단축할 수 있다. 이로써, 편광 변환 소자의 제조에 요하는 공정수의 삭감을 도모할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시예의 편광 변환 소자(320)는, 가시영역에 있어서의 통상의 반사나 투과의 특성을 종래와 동등 이상으로 확보하면서, 자외영역의 투과 특성을 종래보다도 높이고 있기 때문에, 제조 시에 요하는 투광성 판재의 접합공정의 시간을 단축할 수 있다. 이로써, 편광 변환 소자의 제조에 요하는 공정수의 삭감을 도모할 수 있다.
도 17은 반사막(332)의 다른 구성을 도시하는 설명도이다. 도 17의 구성에서는, L 층의 재질로서 굴절률이 거의 1.44인 SiO2가 사용되고 있고, H 층의 재질로서 굴절률이 거의 2.18인 Ta2O5가 사용되고 있다. 도 17의 구성을 갖는 반사막(332A)에서는, 제 1 투광체(333) 또는 제 2 투광체(334)상에, L1, H2, L3, H4, … H30, L31의 순차로 31층이 적층되어 있다.
도 18은 도 17의 구성을 갖는 반사막(332A)을 사용한 경우의 s 편광 광의 반사 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 도 18에 도시하는 바와 같이, 반사막(332A)을 사용한 경우에는, 파장 400 내지 700nm의 가시영역에 있어서의 s 편광 광의 반사율은, 98.9% 이상으로, 비교예의 반사막의 반사율과 동등의 특성을 얻을 수 있다.
도 19는 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서의 반사막(332A)의 광학 특성의 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다. 파장 300 내지 700nm의 범위에 있어서의 투과율은, 상태 3에서 16.6% 이상이고, 상태 4에서 11.6% 이상이다. 특히, 파장 365±30nm의 범위에서는, 상태 3에서 75.7% 이상이고, 상태 4에서 67.4% 이상이다. 따라서, 이 반사막(332A)은, 파장 300 내지 400nm의 범위에 있어서, 비교예의 반사막과 비교하여 상태 3에서 1.07배 이상, 상태 4에서 1.04배 이상의 투과율을 가지고 있음을 알 수 있다. 특히, 파장 365±30nm의 범위에 있어서, 상태 3에서 4.9배 이상, 상태 4에서 6.0배 이상의 투과율을 가지고 있음을 알 수 있다. 이 반사막(332A)에 있어서도 반사막(332; 도 11)과 거의 동등한 자외영역에 있어서의 투과 특성을 얻을 수 있다.
따라서, 이 반사막(332A)도, 비교예의 반사막과 비교하여, 자외영역에 있어서의 광의 투과율이 우수하고, 상술한 투광성 판재의 접합공정에 있어서, 광학 접착제(327)를 경화하기 위해서 요하는 시간을 단축할 수 있다. 이로써, 편광 변환 소자의 제조에 요하는 공정수의 삭감을 도모할 수 있다.
또, 반사막(332A)의 형성에 사용되고 있는 재질 Ta2O5는, 반사막(332)의 형성에 사용되고 있는 재질 TiO2와 비교하여 광의 흡수도를 작게 할 수 있기 때문에, 자외영역의 광의 투과율을 확보하면서, 가시영역에 있어서의 s 편광 광의 반사율을 확보하는 반사막의 형성이 하기 쉽다는 이점이 있다.
D. 투사형 표시장치의 구성:
도 20은 본 발명의 편광 변환 소자를 구비한 투사형 표시장치의 주요부를 도시하는 개략 구성도이다. 이 투사형 표시장치(800)는, 편광 조명 장치(50)와, 다이클로익 미러(801, 804)와, 반사 미러(802)와, 릴레이 렌즈(806, 808, 810)와, 3매의 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)와, 크로스 다이클로익 프리즘(813)과, 투사 렌즈(814)를 구비하고 있다.
편광 조명 장치(50)는, 광원부(60)와, 편광 발생 장치(70)를 구비하고 있다. 광원부(60)는, s 편광성분과 p 편광성분을 포함하는 비편광인 광을 사출한다. 광원부(60)로부터 사출된 광은, 편광 발생 장치(70)에 의해서 편광방향이 거의 일치된 한 종류의 직선 편광 광(본 실시예에서는, s 편광 광)으로 변환되고, 조명영역을 조명한다. 또, 3개의 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)가 이 조명 영역에 상당한다.
편광 발생 장치(70)는, 제 1 광학 요소(200)와, 제 2 광학 요소(600)를 구비하고 있다. 제 1 광학 요소(200)는, 직사각형 형상의 윤곽을 갖는 소 렌즈(201)가, 매트릭스상에 배열된 렌즈 어레이이다. 제 2 광학 요소(600; 도 7)는, 광학소자(300)와 사출측 렌즈(390)를 구비하고 있다.
광학소자(300)는, 집광 렌즈 어레이(310)와, 2개의 편광 변환 소자(320a, 320b)를 구비하고 있다. 집광 렌즈 어레이(310)는, 제 1 광학 요소(200)와 같은 구성의 렌즈 어레이이고, 제 1 광학 요소(200)와 마주 대하는 방향에 배치된다. 집광 렌즈 어레이(310)는, 제 1 광학 요소(200)와 함께, 각 소 렌즈(201)에서 분할된 복수의 부분 광선속을 각각 집광하며, 편광 변환 소자(320a, 320b)의 입사영역에 유도하는 기능을 가지고 있다. 편광 변환 소자(320a, 320b)는, 본 발명의 편광 변환 소자(320; 도 1)를, 각각의 편광 분리막(331) 및 반사막(332)이, 광축을 끼우고 대칭으로 마주보도록 배치한 것이다. 따라서, 광원부(60)로부터 사출된 광선속은, 편광 발생 장치(70)에 의해서 거의 한 종류의 직선 편광 광(본 실시예에서는, s 편광 광)으로 변환된다.
사출측 렌즈(390)는, 광학소자(300)로부터 사출되는 복수의 부분 광선속의 각각을 각 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)상에 중첩시키는 기능을 가지고 있다.
편광 조명 장치(50)로부터 사출된 광은, 색광 분리 광학계로서의 다이클로익 미러(801, 804)에 의해서, 빨강, 초록, 파랑의 3색의 색광으로 분리된다. 분리된 각 색광은, 각 색광용의 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)에 있어서, 주어진 화상정보(화상신호)에 따라서 변조된다. 이들의 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)가 본 발명의 광 변조장치에 상당한다. 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)에 있어서 변조된 각 색광은, 색광 합성 광학계로서의 크로스 다이클로익 프리즘(813)에서 합성되고, 투사 광학계로서의 투사 렌즈(814)에 의해서 스크린(815)상에 투사된다. 이로써, 스크린(815)상에 컬러 화상이 표시되게 된다. 또, 도 7에 도시하는 바와 같은 투사형 표시장치의 각부의 구성 및 기능에 대해서는, 예를 들면, 본 출원인에 의해서 개시된 일본 특개평10-177151호 공보에 상세하게 기술되어 있기 때문에, 본 명세서에서는 설명을 생략한다.
본 투사형 표시장치(800)의 편광 조명 장치(50)에는, 본 발명의 제조방법에 의해서 제작된 편광 변환 소자(320a, 320b)가 사용되고 있기 때문에, 편광 조명 장치(50)에 입사되는 광원부(60)로부터의 광은, 고효율로 원하는 직선 편광 광(본 실시예에서는, s 편광 광)으로 변환되어 사출된다. 따라서, 이러한 편광 변환 소자(320a, 320b)를 구비하여 이루어지는 투사형 표시장치에 있어서는, 스크린(815)상에 투사되는 화상의 휘도를 높이는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 편광 변환 소자(320a, 320b)는, 비교예의 편광 변환 소자와 비교하여 제조 공정수를 저감할 수 있기 때문에, 투사형 표시장치 전체의 제조 공정수의 저감을 도모할 수 있다.
또, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지않는 범위에 있어서 여러 가지의 양태에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면 다음과 같은 변형도 가능하다.
(1) 본 실시예에 있어서는, 편광 분리막(331) 및 반사막(332)으로서, 쌍방 모두, 본 발명에 의한 유전체 다층막을 사용하고 있지만, 어느 한쪽에만 본 발명에 의한 유전체 다층막을 사용하도록 하여도 좋다. 즉, 편광 분리막(331)만을 본 발명에 의한 유전체 다층막으로 하여도 좋고, 반사막(332)만을 본 발명에 의한 유전체 다층막으로 하여도 좋다.
(2) 본 발명에 의한 편광 조명 장치는, 도 20에 도시하는 투사형 표시장치에 한정되지 않고, 이 이외의 여러 가지의 장치에 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 컬러 화상이 아니며, 흑백 화상을 투사하는 투사형 표시장치에도 본 발명에 의한 편광 조명 장치를 적용할 수 있다. 이 경우에는, 도 20의 장치에 있어서, 액정 라이트 밸브가 1매로 충분하고, 또한, 광을 3색으로 분리하는 색광 분리 광학계와, 3색의 광을 합성하는 색광 합성 광학계를 생략할 수 있다. 게다가, 라이트 밸브를 1개밖에 사용하지 않는 투사형 컬러 표시장치에도 본 발명을 적용할 수 있다. 또한, 반사형의 라이트 밸브를 사용하는 투사형 표시장치나 리어형 표시장치 등의 편광 조명광을 이용하는 화상 표시 장치에도 적용 가능하다.
본 발명은 편광 변환 소자의 제조의 고효율화가 가능한 기술을 제공한다.

Claims (21)

  1. 입사된 비편광인 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자의 제조 방법에 있어서,
    (a) 복수 매의 제 1 투광성 판재를 준비하는 공정과,
    (b) 복수 매의 제 2 투광성 판재를 준비하는 공정과,
    (c) 상기 복수 매의 제 1 투광성 판재와 상기 복수 매의 제 2 투광성 판재를 교대로 배열하여 접합하였을 경우, 복수의 편광 분리막 및 복수의 반사막이 각 투광성 판재의 각 경계면에 교대로 배치되도록 상기 제 1 또는 제 2 투광성 판재의 일부의 표면 상에 상기 복수의 편광 분리막 및 상기 복수의 반사막을 복수의 층을 적층하는 다층 구조부로서 형성하는 공정과,
    (d) 상기 복수 매의 제 1 투광성 판재와 상기 복수 매의 제 2 투광성 판재를 교대로 배열하여 접합하고, 상기 복수의 편광 분리막 및 상기 복수의 반사막이 각 투광성 판재의 각 경계면에 교대로 설치된 복합 판재를 제작하는 공정과,
    (e) 상기 복합 판재를 상기 복합 판재의 평면에 대하여 소정의 각도를 갖는 평면에 평행한 절단면에서 절단하고, 상기 절단면에 평행한 광 입사면과 광 사출면을 갖는 투광성 블록을 제작하는 공정을 가지며,
    상기 공정(d)는, 상기 편광 분리막의 투과율이 상기 편광 분리막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 파장 365nm±30nm의 범위의 자외광에 대하여 약 40% 이상으로 되도록 상기 편광 분리막의 다층 구조부의 각 층의 두께를 선택하여 편광 분리막을 형성하는 공정을 포함하는, 편광 변환 소자의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 편광 분리막을 형성하는 공정은,
    상기 투광체의 굴절률과 비교하여 보다 작은 굴절률을 갖는 제 1 층과 보다 큰 굴절률을 갖는 제 2 층을 교대로 적층시킨 다층 구조부를 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 투광체는 약 1.48 내지 약 1.58의 굴절률을 가지며,
    상기 편광 분리막의 상기 제 1 층은 MgF2로 형성되어 있고, 상기 제 2 층은 MgO로 형성되어 있는, 편광 변환 소자의 제조 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 공정(d)는 상기 반사막의 투과율이 상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 파장 365nm±30nm의 범위의 자외광에 대하여 약 40% 이상으로 되도록 상기 반사막의 다층 구조부의 각 층의 두께를 선택하여 반사막을 형성하는 공정을 포함하는, 편광 변환 소자의 제조 방법.
  5. 삭제
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 반사막을 형성하는 공정은,
    상기 투광체의 굴절률과 비교하여 보다 작은 굴절률을 갖는 제 3 층과 보다 큰 굴절률을 갖는 제 4 층을 교대로 적층시킨 다층 구조부를 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 투광체는 약 1.48 내지 약 1.58의 굴절률을 가지며,
    상기 반사막의 상기 제 3 층은 SiO2로 형성되어 있고, 상기 제 4 층은 TiO2또는 Ta2O5로 형성되어 있는, 편광 변환 소자의 제조 방법.
  7. 입사된 비편광인 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자의 제조 방법에 있어서,
    (a) 복수 매의 제 1 투광성 판재를 준비하는 공정과,
    (b) 복수 매의 제 2 투광성 판재를 준비하는 공정과,
    (c) 상기 복수 매의 제 1 투광성 판재와 상기 복수 매의 제 2 투광성 판재를 교대로 배열하여 접합하였을 경우, 복수의 편광 분리막 및 복수의 반사막이 각 투광성 판재의 각 경계면에 교대로 배치되도록 상기 제 1 또는 제 2 투광성 판재의 일부의 표면 상에 상기 복수의 편광 분리막 및 상기 복수의 반사막을 복수의 층을 적층하는 다층 구조부로서 형성하는 공정과,
    (d) 상기 복수 매의 제 1 투광성 판재와 상기 복수 매의 제 2 투광성 판재를 교대로 배열하여 접합하고, 상기 복수의 편광 분리막 및 상기 복수의 반사막이 각 투광성 판재의 각 경계면에 교대로 설치된 복합 판재를 제작하는 공정과,
    (e) 상기 복합 판재를 상기 복합 판재의 평면에 대하여 소정의 각도를 갖는 평면에 평행한 절단면에서 절단하고, 상기 절단면에 평행한 광 입사면과 광 사출면을 갖는 투광성 블록을 제작하는 공정을 가지며,
    상기 공정(d)는, 형성된 반사막의 투과율이 상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 파장 365nm±30nm의 범위의 자외광에 대하여 약 40% 이상으로 되도록 상기 반사막의 다층 구조부의 각 층의 두께를 선택하여 반사막을 형성하는 공정을 포함하는, 편광 변환 소자의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사막을 형성하는 공정은,
    상기 투광체의 굴절률과 비교하여 보다 작은 굴절률을 갖는 제 3 층과 보다 큰 굴절률을 갖는 제 4 층을 교대로 적층시킨 다층 구조부를 형성하는 공정을 포함하고,
    상기 투광체는 약 1.48 내지 약 1.58의 굴절률을 가지며,
    상기 반사막의 상기 제 3 층은 SiO2로 형성되어 있고, 상기 제 4 층은 TiO2또는 Ta2O5로 형성되어 있는, 편광 변환 소자의 제조 방법.
  10. 입사된 비편광인 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자에 있어서,
    소정의 방향에 따라서 배열된 복수의 투광체와,
    상기 복수의 투광체의 사이에 교대로 배치된 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막을 구비하고,
    상기 편광 분리막은 복수의 층이 적층된 다층 구조부로 이루어지며, 상기 편광 분리막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 파장 365nm±30nm의 범위의 자외광의 투과율이 약 40% 이상이 되도록, 상기 다층 구조부의 각 층의 두께를 선택하여 형성되는, 편광 변환 소자.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 투광체는 약 1.48 내지 약 1.58의 굴절률을 가지고,
    상기 편광 분리막은 상기 투광체의 굴절률과 비교하여 보다 작은 굴절률을 갖는 제 1 층과 보다 큰 굴절률을 갖는 제 2 층을 교대로 적층시킨 다층 구조부를 가지며,
    상기 편광 분리막의 상기 제 1 층은 MgF2로 형성되어 있고, 상기 제 2 층은 MgO로 형성되어 있는, 편광 변환 소자.
  13. 제 10 항 또는 제 12 항에 있어서,
    상기 반사막은 복수의 층이 적층된 다층 구조부로 이루어지며, 상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 파장 365nm±30nm의 범위의 자외광의 투과율이 약 40% 이상이 되도록, 상기 다층 구조부의 각 층의 두께를 선택하여 형성되는, 편광 변환 소자.
  14. 삭제
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 투광체는 약 1.48 내지 약 1.58의 굴절률을 가지고,
    상기 반사막은, 상기 투광체의 굴절률과 비교하여, 보다 작은 굴절률을 갖는 제 3 층과, 보다 큰 굴절률을 갖는 제 4 층을 교대로 적층시킨 다층 구조부를 가지며,
    상기 반사막의 상기 제 3 층은 SiO2로 형성되어 있고, 상기 제 4 층은 TiO2또는 Ta2O5로 형성되어 있는, 편광 변환 소자.
  16. 입사된 비편광인 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자에 있어서,
    소정의 방향에 따라서 배열된 복수의 투광체와,
    상기 복수의 투광체의 사이에 교대로 배치된 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막을 구비하며,
    상기 반사막은 복수의 층이 적층된 다층 구조부로 이루어지며,
    상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 파장 365nm±30nm의 범위의 자외광의 투과율이 약 40% 이상이 되도록, 상기 다층 구조부의 각 층의 두께를 선택하여 형성되는, 편광 변환 소자.
  17. 삭제
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 투광체는 약 1.48 내지 약 1.58의 굴절률을 가지고,
    상기 반사막은,
    상기 투광체의 굴절률과 비교하여 보다 작은 굴절률을 갖는 제 3 층과 보다 큰 굴절률을 갖는 제 4 층을 교대로 적층시킨 다층 구조부를 가지며,
    상기 반사막의 상기 제 3 층은 SiO2로 형성되어 있고, 상기 제 4 층은 TiO2또는 Ta2O5로 형성되어 있는, 편광 변환 소자.
  19. 화상을 투사하여 표시하는 투사형 표시 장치에 있어서,
    비편광인 광을 사출하는 광원부와,
    상기 광원부로부터의 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자와,
    상기 편광 변환 소자로부터의 사출광을 주어진 화상 신호에 기초하여 변조하는 광 변조 장치와,
    상기 광변조 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 광학계를 구비하고,
    상기 편광 변환 소자는,
    소정의 방향에 따라서 배열된 복수의 투광체와,
    상기 복수의 투광체 사이에 교대로 배치된 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막을 구비하며,
    상기 편광 분리막은 복수의 층이 적층된 다층 구조부로 이루어지며, 상기 편광 분리막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 파장 365nm±30nm의 범위의 자외광의 투과율이 약 40% 이상이 되도록, 상기 다층 구조부의 각 층의 두께를 선택하여 형성되는, 투사형 표시 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 반사막은 복수의 층이 적층된 다층 구조부로 이루어지며, 상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 파장 365nm±30nm의 범위의 자외광의 투과율이 약 40% 이상이 되도록, 상기 다층 구조부의 각 층의 두께를 선택하여 형성되는, 투사형 표시장치.
  21. 화상을 투사하여 표시하는 투사형 표시 장치에 있어서,
    비편광인 광을 사출하는 광원부와,
    상기 광원부로부터의 광을 소정의 편광 광으로 변환하기 위한 편광 변환 소자와,
    상기 편광 변환 소자로부터의 사출광을 주어진 화상 신호에 기초하여 변조하는 광 변조 장치와,
    상기 광변조 장치에 의해서 변조된 광을 투사하는 투사 광학계를 구비하며,
    상기 편광 변환 소자는,
    소정의 방향에 따라서 배열된 복수의 투광체와,
    상기 복수의 투광체 사이에 교대로 배치된 복수의 편광 분리막과 복수의 반사막을 구비하고,
    상기 반사막은 복수의 층이 적층된 다층 구조부로 이루어지며,
    상기 반사막의 막면에 대하여 입사각 약 0도로 입사하는 파장 365nm±30nm의 범위의 자외광의 투과율이 약 40% 이상이 되도록, 상기 다층 구조부의 각 층의 두께를 선택하여 형성되는, 투사형 표시 장치.
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