KR20010007316A

KR20010007316A - 편광 분리 장치의 제조방법

Info

Publication number: KR20010007316A
Application number: KR1020000031623A
Authority: KR
Inventors: 아오키가즈오
Original assignee: 야스카와 히데아키; 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-01-26
Also published as: KR100384084B1; US6542298B1; JP2001004828A; JP3633376B2; CN1165786C; CN1278606A; TW468065B

Abstract

절단 위치 어긋남이 적은 편광 분리 소형재의 절단 가공을 행한다.

본 발명은 입사한 광을 2종류의 직선 편광광으로 분리하는 편광 분리 장치의 제조방법이다. 한쪽의 표면에 편광 분리막이 형성된 판형 부재를 적어도 일부에 포함하는 복수의 판형 부재를 서로 접착하여 적층체를 형성한다. 그리고, 판형 부재의 적층체를 판형 부재의 표면에 대하여 소정의 각도로 절단하고, 단면이 거의 평행 사변형인 복수의 각주형 부재가 서로 접착되어 있는 구성의 거의 평판형의 편광 분리 장치 블록을 형성한다. 그 후, 편광 분리 장치 블록의 적어도 한쪽의 끝부에서, 거의 사다리꼴의 단면을 갖는 각주형상의 피절단 부재를 잘라내고, 거의 직방체 형상의 편광 분리 장치를 형성한다. 피절단 부재의 단면의 거의 사다리꼴 형상의 윗변의 길이는, 절단 이빨의 이빨 두께의 반보다도 큰 값으로 설정되어 있다.

Description

편광 분리 장치의 제조방법{Method for manufacturing a polarization beam splitter}

본 발명은 편광 분리 장치의 제조방법에 관한 것이다.

최근, 액정장치를 사용한 투사형 표시장치와 같이, 특정한 편광광을 사용하는 장치에 있어서, 소형의 편광 분리 장치가 채용되어 있다. 도 9에, 이러한 편광 분리 장치의 사시도를 도시한다. 편광 분리 장치(70)는, 삼각주 또는 사각주의 형상을 한 프리즘(71, 73, 74) 등의 사이에, 편광 분리막(75)과 반사막(76)이 교대로 배치된 구조로 되어 있다. 프리즘(71)과 프리즘(73)과의 사이에는, 무기물의 다층막으로 이루어지는 편광 분리막(75)이 배치되어 있다. 또한, 프리즘(73)과 프리즘(74)과의 사이에는, 알루미늄막이나 무기물의 다층막으로 이루어지는 반사막(76)이 배치되어 있다. 편광방향이 불규칙한 광선(77)이 프리즘(72)으로 들어가면, 편광 분리막(75)에서, P 편광성분의 광과 S 편광성분의 광으로 분리된다. P 편광성분의 광은 편광 분리막(75)을 투과하고, 프리즘(71)을 통하여 밖으로 나간다. 한편, S 편광성분의 광(78)은, 편광 분리막(75)에서 반사되고, 프리즘(73)으로 들어가고, 또한 반사막(76)에서 반사되며, 밖으로 나간다. 이와 같이, 편광 분리 장치(70)는, 입사한 광을 2종류의 직선 편광광으로 분리하는 기능을 가지고 있다. 더욱이, 이러한 편광 분리 장치의 편광광 출사면에 위상차판을 설치하고, 2종류의 편광광을 1종류의 편광광에 일치시키는 것에 의해, 편광 변환 장치를 구성할 수 있다. 이렇게 하여 구성한 편광 변환 장치는, 특정한 편광광을 사용하는 장치에 있어서, 광의 이용 효율을 향상시키기 위해서 이용된다.

도 9에 도시한 편광 분리 장치(70)는, 도 10에 도시하는 바와 같은 방법으로 제조된다. 즉, 우선, 거의 평행 사변형의 단면을 갖는 판형의 형상을 갖는 편광 분리 장치 블록(70a)을 제조한다. 편광 분리 장치 블록(70a)은, 평행 사변형의 단면을 갖는 각주형 부재를 복수 접합한 구성이다. 그 후, 도 10에 일점쇄선(C)으로 도시하는 바와 같이, 그 양측 끝부의 각주형 부재가 삼각주의 형상으로 되도록 절단 가공을 실시하고, 거의 직방체 형상의 편광 분리 장치를 얻는다. 이러한 절단 가공이 행해지는 것은, 거의 직방체 형상인 쪽이, 투사형 표시장치 등의 광학장치에 장착하기 쉽기 때문이다.

상기의 절단공정에 있어서는, 절단 대상인 편광 분리 장치 블록(70a)을 고정한다. 그리고, 절단 이빨을 편광 분리 장치 블록에 대하여 고정 받침대가 있는 측과 반대의 측으로부터 접근시켜, 절단 가공을 행한다. 절단 이빨의 절단은, 어느쪽의 끝부를 절단하는 경우도 같은 측에서 행하도록 한 쪽이, 편리하다.

그러나, 같은 측으로부터 절단 이빨을 절단시키고자 하면, 도 10에 도시한 바와 같이, 편광 분리 장치 블록의 양 끝의 어느 쪽인가 한쪽(도 10에 있어서 좌측)은 평행 사변형 단면의 각에 절단 이빨을 절단시키게 된다. 그와 같은 가공에 있어서는, 절단 위치는 절단이 진행함에 따라서 평행 사변형의 경사변에 상당하는 측면쪽으로 어긋나기 쉽다는 문제가 있었다.

본 발명은 종래 기술에 있어서의 상술한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 절단 위치 어긋남이 적은 편광 분리 소형재의 절단 가공을 행하는 것을 목적으로 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예인 편광 빔 스플리터 어레이를 제조하는 주요한 공정을 도시하는 공정 단면도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예인 편광 빔 스플리터 어레이를 제조하는 주요한 공정을 도시하는 공정 단면도.

도 3은 실시예에 의한 광학소자 블록(320')을 도시하는 사시도.

도 4는 도 3의 광학소자 블록의 양측 단부를 절단하여 끝면을 수직인 면으로 가공하는 공정을 도시하는 설명도.

도 5는 편광 빔 스플리터 어레이의 사시도.

도 6은 실시예의 편광 변환 소자를 도시하는 평면 단면도.

도 7은 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 광 입사면측에, 복수의 소 렌즈(집광 렌즈; 311)가 매트릭스형으로 배열된 집광 렌즈 어레이(310)를 설치한 상태를 도시하는 단면도.

도 8은 편광 조명 장치(1)를 구비한 투사형 표시장치(800)의 오목부를 도시하는 개략 구성도.

도 9는 편광 빔 스플리터의 사시도.

도 10은 편광 빔 스플리터 어레이의 양측 끝부를 절단하여 끝면을 수직인 면으로 가공하는 종래의 공정을 도시하는 설명도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1: 편광 조명 장치 71: 프리즘

72: 프리즘 73: 프리즘

74: 프리즘 75: 편광 분리막

76: 광선 77: 투과광

78: S 편광 광선 200: 제 1 광학 요소

201: 광속 분할 렌즈 300: 제 2 광학 요소

310: 집광 렌즈 어레이 311: 집광 렌즈

320: 편광 빔 스플리터 어레이 320i, 320o: 편광 빔 스플리터 어레이

321: 제 1 투광성 부재 322: 제 2 투광성 부재

324, 324L, 324R: 더미 글라스 325: 광학 접착제층

326: 출사면 327: 입사면

331: 편광 분리막 332: 반사막

380: 선택 위상차판 381: λ/2 위상차판

390: 출사측 렌즈 800: 투사형 표시장치

801: 청광 녹광 반사 다이클로익 미러

802, 807, 809: 반사 미러

803, 805, 811: 액정 패널 804: 녹광 반사 다이클로익 미러

806: 입사 렌즈 807: 반사 미러

808: 릴레이 렌즈 809: 반사 미러

810: 출사 렌즈 813: 크로스 다이클로익 프리즘

814: 투사 렌즈 815: 스크린

900: 절단 이빨

상술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서, 본 발명에 있어서는, 한쪽의 표면에 편광 분리막이 형성된 판형 부재를 적어도 일부에 포함하는 복수의 판형 부재를 서로 접착하여 적층체를 형성한다. 그리고, 판형 부재의 적층체를 판형 부재의 표면에 대하여 소정의 각도로 절단하고, 단면이 거의 평행 사변형인 복수의 각주형 부재가 서로 접착되어 있는 구성의 거의 평판형의 편광 분리 장치 블록을 형성한다. 그 후, 편광 분리 장치 블록의 적어도 한쪽의 끝부로부터, 거의 사다리꼴의 단면을 갖는 각주형상의 피절단 부재를 잘라내고, 거의 직방체 형상의 편광 분리 장치를 형성한다.

이 예에 있어서는, 평행 사변형 단면의 복수의 각주형 부재가 서로 접착되어 있는 구성의 거의 평판형의 편광 분리 장치 블록의 끝부로부터, 거의 사다리꼴의 단면을 갖는 각주형상의 피절단 부재를 잘라내고 있다. 이 때문에, 절단 시에는 거의 평판형의 편광 분리 장치 블록의 평평한 부분에 절단 이빨을 절단시킬 수 있고, 절단 위치가 어긋날 가능성이 낮다. 또한, 얻어지는 편광 분리 장치는 거의 직방체 형상이기 때문에 , 여러가지 기기에 사용하기 쉽다.

또, 피절단 부재의 단면의 거의 사다리꼴 형상의 윗변(upper surface)의 길이는, 절단 이빨의 이빨 두께의 절반보다도 큰 값으로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 예로 하면, 절단 이빨의 외측의 면도, 편광 분리 장치 블록의 표면의 끝보다도 내측에 위치하게 된다. 이 때문에, 절단 위치가 어긋날 가능성을 저감시키는 효과를, 보다 확실한 것으로 할 수 있다.

또한, 적층체를 형성하는 공정에 있어서는, 적층체의 최외측에 위치하는 2매의 판형 부재중의 적어도 한쪽의 판형 부재의 두께가, 그 사이에 접착되는 판형 부재의 두께보다도 크고, 거의 사다리꼴의 단면을 갖는 각주형상의 피절단 부재를 잘라내는 공정에서는, 적층체의 최외측에 위치하여 두께가 크게 설정되어 있던 상기 판형 부재이었던 부분으로부터, 피절단 부재가 잘려나가는 것이 바람직하다.

적층체의 최외측에 위치하는 판형 부재는, 적층체로부터 편광 분리 장치 블록을 절단하면, 편광 분리 장치 블록의 측단부의 각주형 부재를 구성하게 된다. 따라서, 이러한 예로 하면, 측단부의 각주형 부재의 단면을 크게 할 수 있고, 제 3 공정에 있어서, 거기에서 거의 사다리꼴의 단면을 갖는 각주형상의 피절단 부재를 잘라낼 수 있다.

또, 거의 사다리꼴의 단면을 갖는 각주형상의 피절단 부재를 잘라내는 공정에 있어서는, 편광 분리 장치 블록의 양 끝을 절단하고, 양 끝부의 절단은, 모두 거의 평판형의 편광 분리 장치 블록의 한쪽의 측으로부터 절단 이빨을 절단시키는 것에 의해서 행해지는 것이 바람직하다.

이러한 예로 하면, 절단 설비를 간단한 것으로 할 수 있다. 즉, 편광 분리 장치 블록을 반전시킬 필요가 없고, 또한, 편광 분리 장치 블록을 끼워 양측에 절단 이빨의 설비를 설치할 필요가 없다. 그리고, 예를 들면, 동일한 절단 이빨을 위치를 바꾸어 2회 이송하는 것으로, 편광 분리 장치 블록의 양 끝을 잘라낼 수 있다. 또한, 편광 분리 장치 블록의 양측 끝을 절단하는 예에 있어서는, 양 끝 중의 한쪽 에 대해서는, 편광 분리 장치 블록의 단면과 상면이 이루는 각부의 부근으로 절단하게 된다. 그와 같은 경우에는, 각부에 의해서 절단 이빨의 절단 위치가 끝면측으로 어긋날 가능성이 높다. 그러나, 상기와 같은 예로 하면, 절단 이빨은, 사다리꼴 단면의 윗변 측의 면으로 절단하게 되고, 편광 분리 장치 블록의 평평한 부분으로 절단하게 되기 때문에 , 절단 위치가 어긋날 가능성이 낮다.

또, 본 발명은 이하에 나타내는 바와 같은 여러가지의 예로 실현하는 것이 가능하다.

(1) 편광 분리 장치의 제조장치.

(2) 편광 분리 장치의 제조방법.

(3) 상기의 장치나 방법을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램.

(4) 상기의 장치나 방법을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록매체.

(5) 상기의 장치나 방법을 실현하기 위한 컴퓨터 프로그램을 포함하여 반송파 내에 구현화된 데이터 신호.

A. 실시예:

다음에, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

(1) 편광 빔 스플리터 어레이의 제조

도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예인 편광 빔 스플리터 어레이를 제조하는 주요한 공정을 도시하는 공정 단면도이다. 도 1a의 공정에서는, 각각 판형의 복수의 제 1 투광성 부재(321)와, 복수의 제 2 투광성 부재(322)와, 더미 글라스(324)가 준비된다. 제 1 투광성 부재(321)의 거의 평행한 2개의 표면(막형성면) 중에, 한쪽의 표면상에는 편광 분리막(331)이 형성되어 있다. 또한, 다른쪽의 표면상에는, 반사막(332)이 형성되어 있다. 제 2 투광성 부재(322)와 더미 글라스(324)의 표면상에는, 이들의 막의 어떠한 것도 형성되어 있지 않다.

제 1과 제 2 투광성 부재(321, 322)로서는, 판유리가 사용된다. 단, 유리 이외의 투광성의 판형 재료를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 제 1과 제 2 투광성부재의 한쪽을, 다른쪽과는 다른 색을 갖는 재료를 사용하도록 하여도 좋다. 이렇게 하면, 편광 빔 스플리터 어레이로서 완성한 후에, 2개의 부재의 구별을 짓기 쉽다는 이점이 있다. 예를 들면 한쪽의 부재를, 무색 투명인 판유리로 형성하고, 다른쪽을 청색으로 투명한 판유리로 형성하도록 하여도 좋다. 또, 판유리로서는, 연마 판유리(polished glass)나 플로트 유리(float glass)가 바람직하고, 특히, 연마 판유리가 바람직하다.

편광 분리막(331)은 s 편광과 p 편광의 어느 한쪽을 선택적으로 투과시키고, 다른쪽을 선택적으로 반사하는 성질을 갖는 막이다. 통상은 이러한 성질을 갖는 유전체 다층막을 적층함으로써 편광 분리막(331)이 형성된다.

반사막(332)은 유전체 다층막을 적층함으로써 형성된다. 물론, 반사막(332)을 구성하는 유전체 다층막은, 편광 분리막(331)을 구성하는 것과는 다른 조성 및 구성을 가지고 있다. 반사막(332)으로서는, 편광 분리막(331)에서 반사된 직선 편광 성분(s 편광 또는 p 편광)만을 선택적으로 반사하고, 다른 직선 편광 성분은 반사하지 않는 것과 같은 유전체 다층막으로 구성된 것이 바람직하다.

반사막(332)은 알루미늄을 증착함으로써 형성하도록 하여도 좋다. 유전체 다층막으로 반사막(332)을 형성한 경우에는, 특정한 직선 편광 성분(예를 들면 s 편광)을 약 98% 정도의 반사율로 반사할 수 있다. 한편, 알루미늄막에서는, 반사율은 기껏 92% 정도이다. 따라서, 유전체 다층막으로 반사막(332)을 형성하도록 하면, 편광 빔 스플리터 어레이로부터 출사되는 광량을 높일 수 있다. 더욱이, 유전체 다층막은, 알루미늄막보다도 광의 흡수가 적기 때문에, 발열도 적다는 이점도 있다. 또, 특정한 직선 편광 성분의 반사율을 향상시키기 위해서는, 반사막(332)을 구성하는 유전체 다층막(통상은 2종류의 막이 교대로 적층된 구조이다)을 구성하는 각각의 막의 두께, 또는 막의 재료를 최적화 하면 좋다.

한편, 더미 글라스(324)는, 편광 분리막이나 반사막이 형성되어 있지 않는 평탄한 판유리이다. 더미 글라스(324)는, 최종적으로는 편광 빔 스플리터의 끝부를 구성하는 부재이고, 그 두께는 제 1이나 제 2 투광성 부재(321, 322)의 두께보다도 두껍게 설정되어 있다.

도 1b의 공정에서는, 제 1과 제 2 투광성 부재(321, 322)가 광학 접착제에 의해서 교대로 접합되고, 그 최상층과 최하층에는 더미 글라스(324)가 접합된다. 이 결과, 광학 접착제층(325)이, 더미 글라스(324)와 반사막(332)과의 사이, 편광 분리막(331)과 제 2 투광성 부재(322)와의 사이, 투광성 부재(322)와 반사막(332)과의 사이, 편광 분리막(331)과 더미 글라스(324)와의 사이에 각각 형성된다. 또, 도 1 및 도 2에서는, 도시의 편의상, 각 층(331, 332, 325)의 두께가 과장되어 있다. 또한, 접합되는 유리의 매수에 대해서도 생략되어 있다.

도 2a의 공정에서는, 접합된 투광성 부재(321, 322) 및 더미 글라스(324)의 표면에 거의 수직인 방향으로부터 자외선을 조사함으로써, 광학 접착제층(325)을 경화시킨다. 자외선은, 유전체 다층막을 통과한다. 이 실시예에서는, 편광 분리막(331)과 반사막(332)이, 각각 유전체 다층막으로 형성되어 있다. 따라서, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 투광성 부재(321, 322) 및 더미 글라스(324)의 표면에 거의 수직인 방향에서 자외선을 조사함으로써, 복수의 광학 접착제층(325)을 동시에 경화시킬 수 있다.

한편, 반사막(332)을 알루미늄의 증착으로 형성한 경우에는, 자외선이 알루미늄막에서 반사되어 버린다. 따라서, 이 경우에는, 도 2a에 파선으로 도시하는 바와 같이, 자외선을 투광성 부재(321, 322)의 표면에 거의 평행한 방향으로부터 조사한다. 이 때, 자외선을 입사하는 측과 반대측의 부분에서는, 자외선에 의한 광학 접착제층(325)의 조사 효율이 저하한다. 따라서, 광학 접착제층(325)이 경화할 때까지 비교적 긴 시간이 필요하게 된다. 한편, 반사막(332)을 유전체 다층막으로 형성하도록 하면, 투광성 부재(321, 322)의 표면에 평행이 아닌 방향으로부터 자외선을 조사할 수 있기 때문에, 비교적 단시간에 효율 좋게 광학 접착제층(325)을 경화시킬 수 있다. 이상과 같이 하여 적층체가 형성되지만, 이 공정은, 한쪽의 표면에 편광 분리막이 형성된 판형 부재를 적어도 일부에 포함하는 복수의 판형 부재를 서로 접착하는 것이라면 다른 방법이라도 좋다.

도 2b의 공정에서는, 이렇게 하여 서로 접착된 복수의 투광성 부재(321, 322), 더미 글라스(324)로 이루어지는 적층체를, 그 표면과 소정의 각도(θ)를 이루는 절단면(도면 중, 파선으로 도시한다)으로 거의 평행하게 절단함으로써, 광학소자 블록(편광 분리 장치 블록; 320')이 잘려나간다. θ의 값은, 약 45도로 하는 것이 바람직하다. 이 각도가, 최종적으로 광 빔 스플리터 어레이에 있어서, 편광 분리막(331), 반사막(332)이 후술하는 광 입사면(320i), 광 출사면(320o)이 이루는 각을 규정한다.

도 3은 이렇게 하여 제조된 광학소자 블록(320')를 도시하는 사시도이다.

이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 광학소자 블록(320')은, 각각 단면이 평행 사변형의 기둥형의 제 1과 제 2 투광성 부재(321, 322)가, 교대로 접합된 형상을 가지고 있다. 그리고 양 끝에는, 마찬가지로 평행 사변형 단면이지만 제 1과 제 2 투광성 부재(321, 322)와 비교하여 폭이 넓은 더미 글라스(324)가 접합되어 있다. 그 후, 이 광학소자 블록(320')의 예각을 이루는 양측 끝을 절제하여 직방체로 정형하고, 그 표면(절단면)을 연마함으로써, 편광 빔 스플리터 어레이를 얻을 수 있다.

또, 이 광학소자 블록(320')은, 서로 평행한 광 입사면과 광 출사면을 가지고 상기 광입사면에 입사한 광의 편광 분리를 실행하는 편광 분리부(본 실시예에 있어서는 제 1과 제 2 투광성 부재의 반복 구조가 이것에 상당한다.)와, 광 입사면 및 광 출사면과 각각 동일 평면을 구성하는 제 1과 제 2 면을 가지고 편광분리부의 적어도 한쪽의 끝부에 설치된 피절단부(본 실시예에 있어서는 더미 글라스가 이것에 상당한다.)를 구비한 거의 평판형의 광학소자 블록으로 할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 광학소자 블록의 양 끝부에 더미 글라스를 설치하고 있지만, 한 쪽에만 설치하는 구성으로 하여도 좋다.

(2) 편광 빔 스플리터 어레이의 양 끝부의 절단

도 4는 광학소자 블록(320')의 양측 끝부를 절단하여 끝면을 수직인 면으로 가공하는 공정을 도시하는 설명도이다. 잘려나간 광학 소자 블록(320')은, 얇은 거의 평행 사변형의 단면을 갖는 거의 평판형의 부재이다. 그 광학소자 블록(320')이 얇은 평행 사변형 단면의 양 끝의 예각 부분을, 평판의 상하의 표면, 즉 광 입사면(320i)과 광 출사면(320o)에 거의 수직으로 절단함으로써, 거의 직방체의 편광 빔 스플리터 어레이(320; 도 5)를 얻는다. 이 공정은, 광학소자 블록(320')을 구성하는 각주형 부재에 의한 반복 구조의 줄무늬의 방향(각주부재의 축 방향)에 따라서, 회전 이빨인 1매의 절단 이빨(900)를 2회 이송하는 것에 의해 행해진다. 또, 동일한 절단 이빨을 2회 이송하지 않고서, 광학소자 블록(320')에 대하여 같은 측에 설치된 한 쌍의 절단 이빨을 1회 이송하는 것으로, 양 끝의 절단 가공을 행하는 것으로 하여도 좋다.

이 때, 절단 이빨(900)의 회전축은, 고정 받침대상에 접착 고정된 광학소자 블록(320')의 상면 즉 광 입사면(320i)보다도 상방에 있고, 절단 이빨(900)은 광학소자 블록(320')에 대하여 광 입사면(320i)측으로부터 절단된다. 그 때, 좌단의 더미 글라스(324L)에 대하여 절단하는 절단 이빨(900)의 절단 위치는, 절단 이빨(900)의 이빨 두께의 중심이 광 입사면(320i)의 끝으로부터 소정의 거리(W)만큼 내측으로 되는 위치이다. W는 {(절단 이빨(900)의 두께)/2}보다 긴 치수이다. 여기서는, W는 10mm로 한다. 한편, 우측의 더미 글라스(324R)에 대하여 절단하는 절단 이빨(900)의 절단 위치는, 마찬가지로, 절단 이빨(900)의 이빨 두께의 중심이 광 출사면(320o)의 끝으로부터 거리(W)만큼 내측으로 되는 위치이다. 그 결과, 절단 이빨(900)에 의해서 절제되는 부분은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 더미 글라스(324)의 표면이었던 면을 경사변으로 하여, 광 입사면(320i)과 광 출사면(320o)을 마주 보는 2변으로 하는 사다리꼴 단면을 갖는다. 사다리꼴 단면의 윗변(사다리꼴이 마주 보는 평행한 2변중이 짧은 쪽의 변)의 길이는, 절단 이빨(900)의 두께 분만큼 광학소자 블록(320')이 잘린 결과, {W-(절단 이빨(900)의 두께)/2}이다.

그 후, 양 끝을 절단된 광학소자 블록(320')의 광 입사면(320i) 및 광 출사면(320o)은, 각각 평탄하게 연마된다. 도 5는 이렇게 하여 작성된 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 사시도이다.

(3) 본 실시예의 효과

본 실시예에 있어서는, 평행 사변형 단면을 갖는 평판상의 광학소자 블록(320')의 양 끝부를 절단하고, 거의 직방체 형상의 편광 빔 스플리터 어레이(320)를 얻고 있다. 이렇게 하여 얻어지는 거의 직방체 형상의 편광 빔 스플리터 어레이(320)는, 투사형 표시장치 등의 광학장치에 장착할 때에 편리하다.

또한, 본 실시예에 있어서는, 편광 빔 스플리터 어레이(320)에 대하여 동일한 측으로부터 절단 이빨(900)를 절단하는 것으로 하고 있기 때문에, 동일한 절단 이빨(900)를 2회 이송하는 것으로 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 양측단을 절단할 수 있다. 또한, 그와 같은 경우에는, 양 끝 중의 한쪽에 대해서는, 끝면(본 실시예에 있어서는, 원래 더미 글라스(324L)의 표면이었던 면)과 상면(광 입사면(320i))이 둔각을 이루는 각부의 부근으로 절단하게 된다. 그와 같은 경우에는, 2면이 둔각을 이루는 각부에 의해서 절단 이빨의 절단 위치가 끝면측으로 어긋날 가능성이 높다. 그러나, 본 실시예에 있어서는, 절단 이빨(900)의 절단 위치는, 절단 이빨(900)의 이빨 두께의 중심이 광 입사면(320i)의 끝으로부터 소정의 거리(W)만큼 내측으로 되는 위치이다. 이 때문에, 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 광 입사면(320i)이 평평한 부분으로 절단 이빨(900)을 절단시킬 수 있고, 절단 위치가 어긋날 가능성이 낮다. 또한, 당초부터 절단 이빨(900)의 양측에 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 소재가 있는 상태에서 절단을 진행할 수 있으며, 절단 이빨(900)이 한쪽으로부터만 압력을 받는 일이 없기 때문에, 절단을 진행하는 중에 절단 이빨(900)의 이송이 어긋날 가능성이 낮다. 더욱이, 같은 이유로부터, 절단 이빨(900)의 한쪽 감소도 저감할 수 있다. 또, 본 실시예에 있어서는, 절단 위치는 절단 이빨(900)의 이빨 두께의 중심이 광 입사면(320i)의 끝으로부터 10mm만 내측으로 되는 위치라고 하였지만, 절단 위치는 이것에 한정되는 것은 아니며, 끝으로부터{(절단 이빨(900)의 두께)/2}의 위치보다도 내측의 임의의 위치로 할 수 있다. 즉, 더미 글라스(324L; 피절단부)의 표면 또는 이면의 끝부로부터 소정 거리만큼 내측으로 떨어진 절단위치에 절단 이빨을 접촉시켜, 상기 피절단부를 절단하는 것이면 좋다.

또한, 양측의 피절단 부분이 거의 사다리꼴의 단면 형상을 갖기 때문에, 각각 사다리꼴 단면의 윗변 또는 아랫변(사다리꼴의 마주 보는 평행한 2변중이 긴쪽 변)이, 편광 분리 장치 블록을 고정하고 있는 고정 받침대에 접하게 된다. 이 때문에, 피절단 부분이 고정 받침대에 접하고 있는 면적을 충분히 크게 확보하여 두면, 즉, 절단 이빨을 절단시키는 위치를 끝으로부터 충분히 내측으로 하면, 절제후도 피절단부가 고정 받침대에 접착된 채로 튀어나가는 일이 없어지기 때문에, 절단면에 깨어짐이나 이지러짐이 발생할 가능성을 저감할 수 있다.

더욱이, 적층체의 최외측에 위치하는 더미 글라스(324)는, 제 1과 제 2 투광성 부재(321, 322)보다도 두껍게 설치되어 있기 때문에, 편광 분리 장치 블록의 측단부의 각주형 부재의 단면은 다른 각주형 부재와 비교하여 크다. 따라서, 거기에서 용이하게 거의 사다리꼴의 단면을 갖는 각주형상의 피절단 부재를 잘라낼 수 있다.

또한, 이 때문에, 절단면이 편광 분리막(331)이나 반사막(332)에 걸리는 일이 없고, 편광 분리막(331)이나 반사막(332)을 일부 절단하는 일이 없다.

더욱이, 상기의 제조방법에 의하면, 무기물질의 다층박막 등으로 구성된 편광 분리막을 표면에 갖는 판유리와, 반사막을 표면에 갖는 판유리를 교대로 접합시킨 적층체로부터, 접합면에 대하여 소정의 각도로 절단하는 것에 의해, 편광 빔 스플리터에 있어서의 편광 분리막과 반사면의 반복 구조를, 판유리의 두께와 수량에 따라서 설정할 수 있다. 결국, 미세한 반복으로, 많은 반복 구조를 얇은 판의 속에 편광 빔 스플리터로서, 구성하는 것이 가능해지고, 또한, 각 면의 평행성은 판유리의 정밀도로 결정되기 때문에, 용이하게 정밀도가 높은 평행도가 얻어짐과 동시에, 편광 분리면과 반사면의, 반복 피치의 정밀도도 높게 구성할 수 있다. 더욱이, 광의 광 입사면과 광출사면이 균일하기 때문에, 위상차판을 접착하거나, 반사 방지막을 붙이는 등의 처리를 하기 쉽다.

또, 제 1 투광성 부재(321)와, 제 2 투광성 부재(322)와, 더미 글라스(324)를 접합하여 적층체를 얻는 공정에 있어서는, 아래와 같이 할 수도 있다. 즉, 1매의 제 1 투광성 부재(321)와, 1매의 제 2 투광성 부재(322)를 접합하는 것에 의해 얻어지는 적층체(「단위 적층체」라고 부른다)를 미리 복수 작성하고 두고, 이들의 단위 적층체를 순차 적층하며, 양 끝에 더미 글라스(324)를 접합하도록 하여도 좋다. 또한, 접착제층을 개재시켜 1개의 단위 적층체를 적층하고, 접착제층의 기포를 내보내고, 그 후, 자외선을 조사하여 접착제층을 경화시키도록 하여도 좋다. 이러한 공정에 의해서도, 상기와 거의 같은 효과가 얻어진다.

또, 투광성 부재(321, 322)의 두께의 정밀도는, 각각의 표면을 연마할 때에 관리할 수 있다. 또한, 접착제층의 두께는, 접착제의 도포량이나, 거품을 내보내는 공정에서 압력을 부재 표면에 걸쳐 균일하게 하는 것에 의해, 균일하게 하는 것이 가능하다.

B. 실시예의 빔 스플리터 어레이를 사용한 투사형 표시장치의 광학 요소:

본 실시예의 빔 스플리터 어레이를 사용한 투사형 표시장치에 관하여 설명한다. 도 6은 실시예에 의한 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 광출사면(320o)의 일부에, λ/2 위상차판(321)을 선택적으로 설치한 편광 변환 소자를 도시하는 평면 단면도이다.

도 6에 도시하는 실시예의 편광 변환 소자의 입사면으로부터는, s 편광 성분과 p 편광 성분을 포함하는 불규칙한 편광방향을 갖는 입사광이 입사된다. 이 입사광은, 우선, 편광 분리막(331)에 의해서 s 편광과 p 편광으로 분리된다. s 편광은, 편광 분리막(331)에 의해서 거의 수직으로 반사되고, 반사막(332)에 의해서 더욱 반사되며, 출사면(326)으로부터 출사된다. 한편, p 편광은, 편광 분리막(331)을 그대로 투과하고, λ/2 위상차판(381)에 의해서 s 편광에 변환되어 출사된다. 따라서, 편광 변환 소자로부터는, s 편광만이 선택적으로 출사된다.

또, λ/2 위상차판(381)을, 제 1 투광성 부재(321)의 출사면 부분에 선택적으로 설치하도록 하면, 편광 변환 소자로부터 p 편광만을 선택적으로 출사할 수 있다.

도 6에 도시하는 실시예의 편광 빔 스플리터 어레이(320)에서는, 편광 분리막(331)을 투과하는 p 편광은, 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 입사면으로부터 출사면까지의 사이에 광학 접착제층(325)을 1회 통과한다. 또한, 편광 분리막(331)에서 반사되는 s 편광은, 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 입사면으로부터 출사면까지의 사이에 광학 접착제층(325)을 1회도 통과하지 않는다. 광학 접착제층(325)은 거의 투명하지만, 어느 정도 광을 흡수하는 성질을 가지고 있다. 따라서, 광학 접착제층(325)을 통과할 때마다, 광량은 감소한다. 또한, 광학 접착제층(325)을 통과할 때는, 편광방향이 약간 변할 가능성도 있다. 실시예의 편광 빔 스플리터 어레이에서는, s 편광이 광학 접착제층(325)을 통과하는 회수가 적기 때문에, 광의 이용 효율이 보다 높다.

도 7은 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 광 입사면측에, 복수의 소 렌즈(집광 렌즈; 311)가 매트릭스형으로 배열된 집광 렌즈 어레이(310)를 설치한 상태를 도시하는 단면도이다. 편광 빔 스플리터 어레이(320)의 광 입사면에는, 편광 분리막(331)으로 입사하여 유효한 편광광으로 변환되는 광이 입사하는 유효 입사 영역 (EA; 편광 분리막(331)에 대응하는 광의 입사면)과, 반사막(332)에 입사하며, 무효인 편광광으로 변환되는 광이 입사하는 무효 입사 영역(UA; 반사막(332)에 대응하는 광의 입사면)과, 교대로 배치되어 있다. 이 유효 입사 영역(EA) 및 무효 입사 영역(UA)의 x 방향의 크기(Wp)는, 집광 렌즈(311)의 x 방향의 크기(WL)의 1/2과 같다. 또한, 집광 렌즈(311)의 중심(렌즈 광축; 311c)은, 유효 입사 영역(EA)의 x 방향의 중심과 같아지도록 배치되어 있다.

유효 입사 영역(EA)은, 편광 분리막(331)을, 편광 빔 스플리터(320)의 광 입사면에 투영한 영역에 상당한다. 따라서, 편광 분리막(331)의 x 방향의 피치는, 집광 렌즈(311)의 렌즈 광축(311c)의 x 방향의 피치와 같게 설정되어 있다.

또, 도 7의 우단의 집광 렌즈(311)에는, 대응하는 편광 분리막(331)이나 반사막(332)이 형성되어 있지 않다. 이것은, 끝부의 집광 렌즈(311)를 통과하는 광량이 비교적 적기 때문에, 이들의 막을 설치하지 않더라도 광의 이용 효율에 그다지 영향이 없기 때문이다.

도 8은 본 발명을 적용한 투사형 표시장치의 일 예를 도시하는 개략 구성도이다. 투사형 표시장치(800)는, 조명 광학계(1)와, 색광 분리 광학계(816)와, 릴레이 광학계(850)와, 3매의 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)와, 크로스 다이클로익 프리즘(813)과, 투사 광학계(814)를 구비하고 있다.

조명 광학계(1)는, 편광 발생 광학계를 구비하고 있고, 편광방향이 일치한 1종류의 직선 편광광을 사출한다. 조명 광학계(1)로부터 사출된 광은, 색광 분리 광학계(816)에 있어서 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 3색의 색광으로 분리된다. 분리된 각 색광은, 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)에 있어서 화상정보에 대응하여 변조된다. 여기서, 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)는, 전기 광학 장치에 상당하는 액정 패널과, 그 광 입사면측 및 광 사출면측에 배치된 편광판에 의하여 구성되어 있다. 액정 라이트 밸브(803, 805, 811)에 있어서 변조된 각 색광은, 크로스다이클로익 프리즘(813)에서 합성되고, 투사 광학계(814)에 의해서 스크린(815)상에 투사된다. 이로써, 스크린(815)상에 화상이 표시되게 된다.

이 투사형 표시장치(800)에 있어서는, 조명 광학계(1)는, 제 1 광학 요소(200)와, 제 2 광학 요소(300)를 구비하고 있다. 제 1 광학 요소(200)는 구형상의 윤곽을 갖는 미소한 광속 분할 렌즈(201)가 종횡으로 복수 배열된 구성을 갖고 있다. 이 제 1 광학 요소(200)는, 광원 광축(R)이 제 1 광학 요소(200)의 중심에 일치하도록 배치되어 있다.

한편, 제 2 광학 요소(300)는, 집광 렌즈 어레이(310)와, 본 실시예의 편광 빔 스플리터 어레이(320)와, 선택 위상차판(380)과, 출사측 렌즈(390)를 구비하고 있다. 선택 위상차판(380)은, λ/2 위상차판(381)이 제 2 투광성 부재(322)의 출사면 부분에만 형성되어 있고, 제 1 투광성 부재(321)의 출사면 부분은 무색 투명으로 되어 있는 판형체이다. 편광 빔 스플리터 어레이(320)는 거의 직방체 형상으로 되어 있기 때문에, 장치로의 장착이 용이하고, 장착의 정밀도가 나오기 쉽다. 또한, 본 실시예의 편광 빔 스플리터 어레이(320)는, 제조공정에 있어서 깨어짐, 이지러짐이 발생하기 어려우며, 제품 정밀도가 높기 때문에, 투사형 표시장치는, 고품질의 화상을 투사할 수 있다.

또, 도 8에 도시하는 바와 같은 투사형 표시장치의 각 부의 구성 및 기능에 대해서는, 예를 들면, 본원 출원인에 의해서 개시된 일본 특개평10-90520호 공보 및 일본 특개평10-325954호 공보에 상세히 기술되어 있기 때문에, 본 명세서에 있어서 상세한 설명은 생략한다.

C. 기타:

또, 이 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러가지의 예에 있어서 실시하는 것이 가능하고, 예를 들면 다음과 같은 변형도 가능하다.

상기 실시예에서는, 판유리를 사용하여 편광 분리 장치를 작성하였지만, 판유리에 한정되지 않으며, 광학 유리나 플라스틱 등의 다른 투광성 기판을 사용하는 것도 가능하다.

또한, 본 실시예에서는, 편광 빔 스플리터 어레이의 양측에 대하여, 끝으로부터 같은 거리(W)만큼 내측의 위치를 절단 가공하는 것으로 하였지만, 양측중, 절단 이빨을 각부에 절단시킬 필요가 없는 쪽(도 4에 있어서 우측의 측단부)의 절단 가공에 있어서는, 다른쪽보다도 절단위치의 끝으로부터의 거리를 짧게 하여도 좋다. 그렇게 하는 것으로, 편광 빔 스플리터 어레이의 좌우 양 끝의 프리즘의 형상이 다른 것으로 되기 때문에, 광 입사면과 광 사출면이 구별하기 쉽게 된다. 또한, 절제하는 소재를 적게 할 수도 있다. 더욱이, 양측중, 절단 이빨을 모서리부에 절단시킬 필요가 없는 쪽의 절단 가공에 있어서는, 거리(W)를 0으로 하고, 삼각형 단면을 갖는 부재를 절제하는 것으로 하여도 좋다. 그와 같게 하면, 절제하는 소재를 보다 적게 할 수 있다.

평행 사변형 단면을 갖는 평판상의 광학소자 블록(320')의 양 끝부를 절단하고, 거의 직방체 형상의 편광 빔 스플리터 어레이(320)를 얻고 있다. 이렇게 하여 얻어지는 거의 직방체 형상의 편광 빔 스플리터 어레이(320)는, 투사형 표시장치 등의 광학장치에 장착할 때에 편리하다.

Claims

입사한 광을 2종류의 직선 편광광으로 분리하는 편광 분리 장치의 제조방법으로서,

(a) 한쪽의 표면에 편광 분리막이 형성된 판형 부재를 적어도 일부에 포함하는 복수의 판형 부재를 서로 접착하여 적층체를 형성하는 제 1 공정과,

(b) 상기 판형 부재의 적층체를 상기 판형 부재의 표면에 대하여 소정의 각도로 절단하고, 단면이 거의 평행 사변형인 복수의 각주형 부재가 서로 접착되어 있는 구성의 거의 평판형의 편광 분리 장치 블록을 형성하는 제 2 공정과,

(c) 상기 편광 분리 장치 블록의 적어도 한쪽의 끝부로부터, 거의 사다리꼴의 단면을 갖는 각주형상의 피절단 부재를 잘라내고, 거의 직방체 형상의 편광 분리 장치를 형성하는 제 3 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 편광 분리 장치의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 피절단 부재의 단면이 거의 사다리꼴 형상인 윗변(upper surface)의 길이는, 상기 절단 이빨(toothed blade)의 이빨 두께의 절반보다도 큰 값으로 설정되어 있는 편광 분리 장치의 제조방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 공정에 있어서의 적층체의 최외측에 위치하는 2매의 판형 부재중의 적어도 한쪽의 판형 부재의 두께가 그 사이에 접착되는 판형 부재의 두께보다도 크고,

상기 제 3 공정에 있어서, 적층체의 최외측에 위치하여 두께가 크게 설정되어 있던 상기 판형 부재이었던 부분으로부터 피절단 부재가 잘려나가는 편광 분리 장치의 제조방법.
제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,

상기 제 3 공정에 있어서의 상기 편광 분리 장치 블록의 양 끝을 절단하고,

상기 양 끝부의 절단은, 모두 상기 거의 평판형의 편광 분리 장치 블록의 한쪽의 측으로부터 절단 이빨을 절단하는 것에 의해서 행해지는, 편광 분리 장치의 제조방법.