WO2000033122A1 - Photo-illuminateur polarise, affichage d'image, terminal d'information portatif, affichage tete haute, procede de production d'un dispositif optique de diffraction, procede de production d'un photo-illuminateur polarise et procede de production d'un affichage d'image - Google Patents

Description

明 細 書

偏光照明装置、 画像表示装置、 携帯情報端末装置、

お よ びへ ッ ド ア ッ プデ ィ ス プ レ イ

な ら び に 回折光学素子の製造方法、 偏光照 明装置の製造方法 お よ び画像表 示装置の製造方法

技 術 分 野 本発明 は 、 偏 光方 向 の揃 っ た 光源光 を 発 す る 偏光照明装置、 お よ びそ の よ う な 偏光照明装置が用 い ら れ る 画像表示装置 に関 す る も の で あ る 。 上記画像表示装置 は、 携帯情報端末装置 や、 車載用 ま た は 個人ユ ース 用 な どの へ ヅ ド ア ッ プデ ィ ス プ レ イ 、 投写型 プロ ジ ェ ク 夕 、 画像表 示用 の モ ニ タ 、 道路交通標識 ま た は情報表示等な ど に 用 い ら れ る 。

本発 明 は、 ま た 、 上 記偏光照明装置や画像表示装置の製造方法、 お よ び こ れ ら の装 置や、 光記録 ま た は読み と り を 行 う 光情報処理装 置 な ど に 用 い ら れ る 回折光学素子、 お よ び そ の製造方法 に 関 す る も の で あ る 。

背 景 技 術 液晶表示素子 を 用 い た 画像表示装置 は 、 薄 く 、 軽量で あ り 、 ま た 近年、 大容量化や T F T 素子の 導入等 に よ っ て 高精細化が進 ん だ こ と な ど に よ り 、 ノ ー ト 型パー ソ ナ ル コ ン ビュ一夕 の モ ニ タ や携帯情 報端末用 のモ ニ タ な ど と して 幅広 く 用 い ら れて い る 。 ま た 、 1 イ ン チ程度の 小型の液晶表示素子 を ラ イ ト バル ブ と し て 用 い、 そ の映像 を拡大投写系 に よ っ て 大 き な ス ク リ ー ン に 表示す る 投写型 プ ロ ジ ェ ク タ も 、 近年、 解像度や輝度 の 向上 に よ っ て 大 き な 市場が期待 さ れ て い る 。 特 に反射型の ラ イ ト ノ、 'ル ブを 用 い た も の は 、 解像度 の 向上 に 伴 っ て 画素サ イ ズが小 さ く な つ て も 、 T F T 素子ノ■? タ ー ン な ど を 反射電極の裏面側 に形成す る こ と で画素 の有効面積 を 大 き く し て 光 利用効率 を 高 く で き る た め、 さ ら な る 解像度の 向上 に 対 して も 対応 可能な 素子 と し て 注 目 さ れて い る 。.

上記の よ う な液晶表示素子は、 画素 ご と に 印加す る 電圧 を 制御 し て 入射 光 の偏光方 向 を 変化 さ せ る 偏光変調 を 行 う こ と に よ り 画像 を 表示す る よ う に な っ て い る 。 す な わ ち 、 例 え ば ッ イ ス テ ツ ド ネ マ テ イ ツ ク 液晶か ら な る 液晶層 で は、 電界が印加 さ れた 画素で は入射 し た 光束 の 偏光 方 向 が変化せ ず に 出射す る 一方、 電界が印加 さ れて い な い 画 素で は 偏光方 向 が概ね 9 0 ° 変化 し て 出射す る 。 そ こ で 、 例 え ば 偏光子や偏光 ビ ー ム ス プ リ ッ 夕 を 介 して 所定の偏光方 向 の光 を 入射 さ せ、 液 晶層 を 透過 さ せ た 後再度偏光子 に 入射 さ せ る と 、 電界 が印加 さ れ た 画素 で は偏光子 に入射 し た 光 は そ の ま ま 通 り 抜 け る 一 方、 電界 が印加 さ れて い な い 画素 で は偏光方 向 が 9 0 ° 変化 し て い る た め に 偏光子 に 吸収 さ れ る 。 こ れに よ り 、 画素 ご と に 明暗が制御 さ れ、 画像が表 示 さ れ る 。

と こ ろ が、 上記の よ う に所定の偏光方 向 の 光 を 入射 さ せ る た め に 偏光子や偏光 ビ 一 ム ス ブ リ ツ 夕 を 用 い る と 、 他 の偏光方 向 の光は 表 示 に 利 用 さ れ な い た め、 光利用 効率 を 5 0 % 以上 に す る こ と は で き ず、 明 る い 画像 を 表示す る こ と が 困難で あ る 。 特 に 、 投写型 プ ロ ジ ェ ク 夕 の場合 に は 室内 を あ ま り 暗 く し な く て も 認識で き る よ う な 明 る い投写画像の表示 が困難 に な る 。

そ こ で 、 例 え ば投写型 プロ ジ ェ ク タ な どの場合 に は、 液晶表示 素 子 に 光源光 を 照射 す る 偏光照明装置 と し て 、 光源 か ら の光束 に お け る 一方 の偏光方 向 の光束 を他方 の偏光方 向 に 変換 す る 偏光変換素 子 を 用 い る も の が提案 さ れて い る 。 具体的 に は 、 例 え ば、 特開平 7 — 2 9 4 9 0 6 号公報 に は 、 レ ン ズ板 と 、 誘電体多層膜 （偏光分離膜） が形成 さ れた 偏光 ビー ム ス プ リ ツ 夕 の機能 を 有 す る プ リ ズ ム と を 組 み合わ せ た偏光変換素子 が開示 さ れて い る 。 こ の 概略を 図 3 4 に 示 す。 こ れ に よ れば、 ア レ イ 状の レ ン ズが形成 さ れ た レ ン ズ板 9 9 0 1 に入射 し た光波は、 光束が絞 ら れて 1 列お き の プ リ ズム 9 9 0 2 に 入射 す る 。 上記 プ リ ズ ム 9 9 0 2 に ば誘電体多層膜が形成 さ れ、 P 波 9 9 0 5 は そ の ま ま 通過 す る 一方、 S 波 9 9 0 4 は ブ リ ズ ム で 反射 さ れて 隣の プ リ ズ ム に 入射 し 、 さ ら に 反射 さ れ た 後、 位相 差板 9 9 0 3 ( 1 / 2 波長板等 ） に よ り 偏光方 向 が 9 0 ° 回転 し て P 波 と して 出射 す る 。 すな わ ち 、 光束 の 幅が入射光束 と ほぼ同 じ で 偏 光 方 向 が揃 っ た 光束 を得 る こ と がで き る 。 こ こ で 、 上記の よ う な偏光 変換素子は、 多 く の場合、 光源光 の均 一性 を 高め る た め の イ ン テ グ レ ー 夕 と 組み合わ せ て 用 い ら れ る 。 上記ィ ン テ グ レ 一 夕 と して は 、 例 え ば特開平 3 — 1 1 1 8 0 号公報 ま た は 特開 平 5 — 3 4 6 5 5 7 号公報等 に、 2 枚の レ ン ズ板 を 用 い た も の が開示 さ れて い る 。 こ れ は原理的 に は露光機 に使用 さ れて い る も の と 同 じ で 、 光源か ら の 平 行 光束 を複数の矩形 レ ン ズ に よ っ て 分割 し 、 各矩形 レ ン ズの像 を 、 各矩形 レ ン ズ に 1 対 1 で 対応 す る り レ 一 レ ン ズ で 液晶 ラ イ ト バ ル ブ に 重畳結像 さ せ る も ので あ る 。 し か し な が ら 、 上記の よ う な偏光変換素子で は、 上記プ リ ズ ム が 例 え ば誘電体多層膜 と の屈折率マ ッ チ ン グ を と る た め の液体 ま た は 固体 を 満た し た キ ュ ー ブ形状体を 用 い て 構成 さ れ、 上記誘電体多層 膜は 光 の 伝搬方 向 を 9 0 ° 曲 げ る た め に 4 5 ° に 配置 さ れて い る 。 こ の た め、 各 プ リ ズ ム を 構成す る 誘電体多層膜の大 き さ に よ っ て 厚 さ 方 向 の 寸法 が決定 さ れ、 薄 く 小型の素子 を 構成す る こ と が困難で あ る 。 し か も 、 偏光分離度 を 高め る た め に は 誘電体多層膜 を 何 重 に も 成膜 す る 必要が あ り 、 製造 コ ス ト が高 く つ く 。

ま た 、 上記の よ う に ィ ン テ グ レ ー 夕 と 偏光 変換素子 と を 組み合わ せ る 場合、 イ ン テ グ レ ー タ を 構成す る 各 レ ン ズ と 偏光変換素子の 各 プ リ ズ ム と の ァ ラ イ メ ン ト が正確で な い と 偏光変換効率 が低下 す る た め 、 両者 を厳密 に位置合わせす る 必要があ り 、 そ の た め に 、 や は り 製造 コ ス ト の 增大 を 招 き が ち で あ る 。 ま た 、 例 え ば照明光の均 一 性 を さ ら に 向上 さ せ る た め に 、 ィ ン テ グ レ ー タ を 構成す る レ ン ズ を 微細化 し て そ の 数 を增加 さ せ る 場合や、 特開平 5 — 3 4 6 5 5 7 号 公報 に 示 さ れ る よ う に 、 光利 ffl効率 を 向上 さ せ る た め に 上記 レ ン ズ の 大 き さ を 領域 ご と に 変化 さ せ る 場合 に は 、 こ れ ら に応 じ て 偏光変 換素子 の プ リ ズ ム も 微細化 し た り 領域 ご と に 大 き さ を 異 な ら せ た り す る 必要 が あ る が、 m m 単位の 多 く の プ リ ズ ム を 高 い均一性で形成 す る こ と は 困難で あ る う え 、 位匿合わせ も 一層 困難 に な る 。 次 に 、 上記の よ う な偏光変換素子等 に お い て 2 つ の偏光光 （ P 偏 光 と S 偏 光 ） を 分離 す る た め に 用 い ら れ る 偏 光 ビ ー ム ス プ リ ッ 夕 に つ い て 説明 す る 。

偏光 ビ ー ム ス プ リ ツ 夕 は、 例 え ば、 透明 な 外部媒質の表 面 ま た は 1 対の外部媒質 の 間 に 、 M g F ₂ (屈折率 ： 1 . 3 9 ) や T i 0 ₂ (屈折率 ： 2 · 3 . 0 ) の よ う な屈折率 の 異 な る 2 種類 の膜 を 交互 に 多層成膜 さ れて 形成さ れ る 。 こ の よ う な偏光 ビ ー ム ス プ リ ッ 夕 で は 次 の よ う な原理 に よ っ て 偏光光が分離 さ れ る 。 す な わ ち 、 Ρ 偏光は、 上記の よ う な 多層膜に ブ リ ュ ース 夕 一角 と 呼ば れ る 入射角度 で 入射 す る と 、 界 面 で は 全 く 反射せ ず、 1 0 0 %透過 す る 。 一方、 S 偏光 は 、 多層膜の各層 の膜厚 を 最適化 す る こ と に よ り 、 光 の 干渉効果 に よ っ て 各層 の 界面 で の反射光が強め合い 、 結果 と し て 多層膜全体で の S 偏光 の反射光強度 が大 ぎ く な る 。

と こ ろ で 、 投写型 プ ロ ジ ェ ク タ に お い て 明 る い 画像表示 を 行 う た め に は 、光源か ら よ り 多 く の光 を 取 り 込 め る よ う に 光学系 に F 値（焦 点距離ノ レ ン ズ径 ） の 小 さ い も の が使用 さ れ る 。 と こ ろ が、 偏光 ビ — ム ス ブ リ ツ 夕 に 入射 す る 光束 と 光軸 と がな す 角 度 の 最大値 0 は

Θ = t a η - ¹ ( 1 / 2 F )

で表 さ れ、 例 え ば F = 3 . 0 の レ ン ズ を 用 い た 場合 に は上記 0 は 9 . 5 ° 程度 と な る 。 こ の よ う に光軸 と 光束 と の ずれが大 き い 場合 に は、 上記多層膜の膜厚 が最適値で は な く な る た め、 偏光選択性が低下 し て 表示画像の コ ン ト ラ ス ト が低下 し た り 輝度がか え っ て 減少 し た り す る 。 具体的 に は 、 例 え ば ラ イ ト ノ ル ブに 入射 し た S 波が、 表示 画 像の黒部分で は S 波 の ま ま 反射 さ れ偏光 ビ 一 ム ス プ リ ヅ タ で さ ら に 反射 さ れて 投写光学系 に 入 ら ず に ス ク リ ー ン 上 で 黒表示 と な る べ き と こ ろ が、 光軸方 向 か ら ずれた 光線 に 対 し て は S 波が完全 に は ゼ ロ と な ら ず透過 す る 成分 が生 じ る た め に 、 上 記本来黒表示 と な る 部 分 に 光 が届 き 、 黒の 浮 き が大 き く な る （ コ ン ト ラ ス ト が低下 す る ）。

す な わ ち 、 従来の偏光 ビ 一 ム ス ブ リ ッ タ を 用 い た 画像表示装置で は、 光軸か ら ず れ た 方 向 の 光束な ど に 対 し て 偏光 ビ 一 ム ス プ リ ヅ タ に よ っ て 高 い偏 光選択性 を 得 る こ と がで き な い た め に、 表示 画像の 明 る さ ゃ コ ン ト ラ ス ト を 増大 さ せ る こ と が 困難で あ る と い う 問題点 を 有 し て い た 。 ま た 、 近年、 力 一ナ ビ ゲー シ ヨ ン装置用 の モ ニ タ や 、 個 人 の ビ デ ォ ゃ 画像情報 の視聴 を 目 的 と し た 持ち 運び可能な デ ィ ス プ レ イ の 用 途が增加 し て い る 。 こ れ ら は、 ヘ ッ ド ア ッ プデ ィ ス プ レ イ や、 モ ノヽ' イ ノレ ツ 一ル と 呼 ば れ る 携帯電話 を 始め と す る 携帯情報端末用 の低消 費電力 タ イ プの デ ィ ス ブ レ イ と し て 位置づ け ら れて い る 。 こ の よ う な デ ィ ス プ レ イ に 対 し て 要求 さ れ る 共通の条件 と し て は、 小型、 軽 量、 薄型、 低消費電力 が上 げ ら れ る 。 ま た 、 ヘ ッ ド ア ッ プデ ィ ス プ レ イ に お い て は 、表示画面 と 外界 と の切 り 換 え を 行 う 必要性 も あ り 、 画面が透明、 つ ま り 、 シ ー ス ル一画面で あ る こ と が望 ま し い 。

し か し な が ら 、 通常 、 液 晶表示素子 を 用 い た 画像表示装置 は、 前 記の よ う に 、 液晶表示素子 に 印加 す る 電界の 大 き さ に応 じ て 入射 す る 光 の偏光方 向 を 変調 す る と と も に、 液晶表示素子 の前後 に ク ロ ス ニ コ ル に 配置 さ れ た偏光子 の透過度 が入射光 の 偏光状態に よ っ て 異 な る こ と を 利用 し て 明暗等 の 画像情報 を 表示 す る も の で あ る 。 こ の よ う な 方 式で は 、偏光子は 吸収 タ イ プで あ る た め光 の 透過度 が低い 。 更 に、 偏光子 を ク ロ ス ニ コ ル に 組み合わ せ て 構成 して い る た め、 こ の偏光子 の組み合わせ の みの状態で は 光 の 透過度 は ほ と ん どな く 黒 の状態で あ る 。 従 っ て 、 画像表示 と併せて 、 前記液晶パ ネ ル を 通 し て 外界の情報 を 得 る こ と が 困難で あ り 、 シ ー ス ル ー 夕 イ ブの へ ヅ ド ア ッ プデ ィ ス プ レ イ と し て の利用 はで き な い と い う 問題があ る 。

さ ら に 、 偏光子 は光 の 吸収 に よ り 特定の 偏 波成分の み を 透過 さ せ る 構成で あ る た め、 偏光子 に よ っ て 吸収 さ れ た 光 は 内部で 熱 に 変換 さ れ る 。 そ の た め、 入射 す る 光量が増加す る と 、 偏光子内部で の ¾ 熱の 影響 が無視で き な く な り 、 偏光子の光変調作 用 の機能の低下や 素 子 の 劣化 と い っ た 問題が生 じ て く る 。

ま た 、 液晶デ ィ ス ブ レ イ は C R T の よ う な 自 発光 タ イ プの デバ イ ス で は な い た め、 画像表示用 に 専用 の 光源 を 必要 と す る 。 液晶デ ィ ス プ レ イ の 消費電力 の 内、 こ の 光源用 に使用 さ れ る 電力 の割合が全 体の半分程度 を 占 め低消費電力化 に 対す る 壁 と な っ て い る 。 こ の た め、 専用 の 照明用 の光源 を 用 い る こ と な く 画像 を 表示 す る 方 式 が検 討 さ れて い る 。 こ の た め の 方 式 と して 、 自 然光や 室内 の 照明光 の よ う な 外部光 を 光源 と して 利用 して 液晶表示素子 と 反射板を 組み合 わ せ た 反射型 の 画像表示 装置 があ る 。 こ の構成 に よ れば専用 の 光源 を 必要 と し な い た め、 低消 費電力化が可能 と な る 。 と こ ろ が、 一般 に 外部光 を 利用 し た反射型画像表示装置 で は、 外部光 に よ る ガ ラ ス 基 板で の 表 面反射光 が表 示画像 と 重畳 し て し ま い 、 表示画像の コ ン ト ラ ス ト が低下 し 画像が見 に く く な る 。 こ の た め、 表 示面 に ホ ロ グ ラ ム を 配置 し て 、 表面反射方 向 と 画像表示方 向 を 分離 し て 視認性 を 向 上 さ せ る 試み が行 わ れて い る 。

具体的 に は 、 例 え ば、" D e s i g n o f H o l o g r a m f o r B r i g h t n e s s E n h a n c e m e n t i n C o l o r L C D s "、 G . T . V a l l i a t h 、 S I D 9 8 D I G E S T 4 4 . 5 L P I 1 3 9 に 記載 さ れた も の が知 ら れて い る 。 こ の 画像表示装置 は、 例 え ば図 3 6 に 示 す よ う な構成 を 有 し て い る 。 す な わ ち 、 外部か ら の入射光は前面の ホ ロ グ ラ ム 9 2 0 6 に 入射 し 、 ホ ロ グ ラ ム 内部の格子構造 に よ り 回折作用 を 受 け進行 方 向 が曲 げ ら れて 偏光子 9 2 0 5 へ と 入射 す る 。 偏光子 9 2 0 5 で は 特定 の偏光成分 （ P 波 ま た は S 波 ） の み が通過 し 、 さ ら に R G B 力 ラ 一 フ ィ ル タ 9 2 0 4 お よ び液晶層 9 2 0 3 を 通過 し 、 内部反射 ミ フ ラ ー 9 2 0 2 で反射 さ れ た後、 再び液晶層 9 2 0 3 を 通過す る 。 上 記液晶層 9 2 0 3 を 2 回通過す る 間 に 、 前記の よ う に 偏光 変調 が行 わ れ、 画像信号 に応 じ た偏光方 向 の光が液晶層 9 2 0 3 か ら 出射 す る 。 そ の 後、 偏光子 9 2 0 5 を透過 し た 特定 の偏光成分が、 ホ ロ グ ラ ム 9 2 0 6 で 回折 さ れ進行方 向 が変化 し て 1 点鎖線の矢印の 方 向 に 出射 し 、 観察者 9 1 0 6 に よ っ て 認識さ れ る こ と に な る 。

上記の よ う に 、 表面 に ホ ロ グ ラ ム を 用 い る こ と で 、 入射 光の 表面 反射 （ グ レ ア ） の 方 向 と 画像の表示方 向 を 分離 す る こ と が可能 に な る 。 す な わ ち 、 表面反射成分 に よ る コ ン ト ラ ス ト の低下等 の 影響 を 受 け な い よ う に す る こ と に よ り 、 表示画像の 視認特性の 向 上 が図 ら れて い る 。

し か し な が ら 、 ホ ロ グ ラ ム は 回折作用 に よ り 光波 の 方 向 を 曲 げ る た め 、 光波 の 波長 に よ り 回折角度 が変化 す る 。 こ の た め 、 回折作用 に よ り 表示 方 向 が変化 し た 画像は 波長毎 に 色 ズ レ が生 じ る と い う 問 題がお こ る 。

ま た 、 さ ら に 、 反射型 方 式 で は 照明 光 と し て 用 い る 外部光 の状態 に よ り 画像の 表 示状態が変化 す る こ と に な る 。 例 え ば、 夜間室 内 の 照明光が暗 い場合や照明光が使用 で き な い よ う な 場所で の 画像情報 の視聴は 困難 と な る 。 こ の た め、 内部の 光源 と して のノ ヅ ク ラ イ ト と 外部光 と を 使用 す る 場所 や環境条件等 に あ わ せ て 切 り 換 え を 行 い 低消 費電 力 化 と 画像情報の 視聴の利便性 と を 兼ね備 え た よ う な 構成 が望 ま し い 。 と こ ろ が、 外部光 を 利用 す る た め に は液晶表示素子 の 前面 に 1 枚の偏光子 を 置 い た 反射型の構成 を と る の が適 し て お り 、 内部の 光源 を 利 用 す る た め に は液晶表示素 子 の前後 に ク ロ ス ニ コ ル に 偏光子 を 配置 し た 透過型 の構成 に す る の が適 し て い る 。 こ の 両 方 式 を 同時 に 満足 さ せ る た め に は 、 偏光子 を 2 枚用 い た構成 を と る こ と が考 え ら れ る が、 吸収型 の偏光子 を用 い た 場合は透過度 が低 く 、 外部光 に よ る 反射型で の 画像表示 に お い て は 画面の輝度 が著 し く 低 下 し画質 が劣化 す る 。 従 っ て 、 内部光源 と 外部光 と の併用 で の使用 は 困難 で あ る と い う 課題があ る 。

発 明 の 開 示 本発明は、 上記の 点 に 鑑み、 構成の 簡素化 を 図 り 得 る と と も に 、 厳密な 位置合わせ を 必要 と す る こ と な く 、 し か も 高い偏光 変換効率 を 得 る こ と がで き る 偏光照明装置、 お よ び そ の よ う な偏光照明装 置 等 を 用 い る な ど し て 、 明 る く 高コ ン ト ラ ス ト な 画像 を 表示 し得 る 画 像表示装置 の 提供 を 目 的 と し て い る 。 ま た 、 上記の よ う な 偏光照 明 装置や 画像表 示装 置等 に 用 い ら れ、 安定 し て 高い偏光選択性や 回折 効率 を 有 し 、 し か も 安価 な 回折光学素子の提供 を 目 的 と し て い る 。

ま た 、 本発 明 は 、 設定 さ れた所定の 表示 方 向 か ら の視認性 が よ い 画像表示 装 置や、 シ ー ス ル一型の 表示が可能な 画像表示装置、 ま た 、 内 部光源で あ る ノ、' ッ ク ラ イ ト と 外部光 と の併 用 がで き る 低消 費電力 型 の 画像表示装 ia の 提供 を も 目 的 と し て い る 。 上記 目 的 を 達成す る た め、 本発明の 請求項 1 の 発 明は 、 偏光照 明 装置 に お い て 、

光 源 と 第 1 レ ン ズ ア レ イ 及 び第 2 レ ン ズ ア レ イ か ら な る イ ン テ グ レ 一 タ と 周 期構造 中 に 配 向 し た 液晶分子 を 含 ん だ複数の 回折光学素 子 を 少 な く と も 具備 し 、 前記回折光学素子は前記光源か ら の入射光 を 光軸 ま た は 光軸 を 含む 少な く と も 1 つ の 平面 に 対 し対称な 角 度 で 回折 さ せ る こ と を 特徴 と し て い る 。

こ れ に よ り 、 光源か ら の 入射光 の所定の偏光成分 （ P 波 ま た は s 波） は そ れぞ れ光軸等 に 対 し て 対称な 方 向 に 回折 さ れ る ので 、 波長 の相違 に よ る 回折角 の ずれは互 い に 逆方 向 に な る 。 そ れゆ え 、 回折 し た 光 が ラ イ ト ノ ル ブな どの照明対象上で 重畳 さ れ た と き に 、 上記 回折角 の ずれの影響が打 ち 消 さ れ る の で 、 ラ イ ト ノ ル ブ等 に 照射 さ れ る 光の 色 ずれ を 低減す る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 2 の発 明は 、 偏光照明装置 に お い て 、

光源 と 第 1 レ ン ズア レ イ 及び第 2 レ ン ズ ア レ イ か ら な る イ ン テ グ レ 一 夕 と 周期構造 中 に配向 し た液 晶分子 を 含 んだ 第 1 お よ び第 2 の 回祈光学素子 を 少 な く と も 具備 し、 前記 回折光学素子 は、 前記光源 か ら の 入射光 を 回折 さ せ る 角度 が光軸近傍 の 中 央部 に対 し、 周辺部 で は 小 さ く な る よ う に 回折光学素子の周期構造 が形成 さ れて い る こ と を 特徴 と して い る 。

上記 回折角 は 、 例 え ば、 前記イ ン テ グ レ 一 夕 よ り 前記 回折光学素 子 に 集光 さ れ る 光束の幅 を a と し 、 光の 進行 方 向 に お け る 第 1 と 第 2 の 回折光学素子 間 の 間 隔 を d と す る と き 、 前記第 1 の 回折光学 素 子 か ら の 回折角 0 は、 0 ≥ t a n — i a Z d を 満た す よ う に設定 す る こ と が好 ま し い 。

こ れ に よ り 、 光束の 断面積が大 き な 中 央部 で は 回折光学素 子か ら の 透過光 と 回折光 と の 重 な り が防止 ま た は 小 さ く 抑 え ら れ る の で P 波 と S 波の 分離度 を 高 く す る こ と がで き る と と も に 、 周辺部で は 回 折光 の広 力 ^s り が小 さ く 抑 え ら れ、 ラ イ ト ノ ル ブ等 に 入射 す る 光束の 集 中 角 が 小 さ く な る の で 、 表示画像の コ ン ト ラ ス ト の低下 を 防止 し た り 、 投写 レ ン ズ と して 有効径の 小 さ な 安価 な物 を 用 い る こ と がで 'き る 。 ま た 、 請求項 4 の究 明は、 偏光照明装置 に お い て 、

光源 と 第 1 レ ン ズア レ イ 及び第 2 レ ン ズ ア レ イ か ら な る イ ン テ グ レ 一 夕 と 第 1 レ ン ズア レ イ と 第 2 レ ン ズ ア レ イ の 中 間 に 配置 さ れ た 周期構造 中 に配向 し た液晶分子 を含ん だ 回折光学素子 と を 少 な く と も 具備 し 、 前記第 2 レ ン ズア レ イ は開 口 中 心 と 曲 率 中 心が一致す る レ ン ズ と 開 口 中 心 と 曲率 中 心 が異 な る レ ン ズが交互 に 並ん だ レ ン ズ 群 に よ り 構成 さ れて い る こ と を 特徴 と し て い る 。

こ れ に よ り 、 例 え ば前記回折光学素 子 か ら の透過光は 開 口 中 心 と 曲 率 中 心 が一致 し た レ ン ズ群 に 入射し 、 回折光は 開 口 中 心 と 曲 率 中 心が異 な る レ ン ズ群 に入射す る よ う に す る こ と に よ り 、 回折光学素 子 で 回折 し た 光束 の光路の方光 を 回折前 の 光路の 方 向 と ほぼ同 じ に す る こ と がで き る ので 、 1 枚の 回折光学素子 を 用 い て P 波 と S 波 と を 分離す る こ と がで き る と と も に 、 両者 の 光路の 方 向 を ほぼ 同 じ 方 向 に 揃 え る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 6 の発明 は、 偏光照明装置 に お い て 、

光源 と 第 1 レ ン ズア レ イ 及び第 2 レ ン ズア レ イ か ら な る イ ン テ グ レ ー 夕 と 周期構造 中 に 配向 し た 液晶分子 を 含 ん だ 回折光学素子 と 複 数 の え / 2 板か ら 成 る 位相板 を 少な く と も 具 備 し 、 前記位相板上 の λ / 2 板の 面積 が光軸近傍の 中央部 に 対 し周 辺部 で は 小 さ く な る よ う に構成 さ れて い る こ と を 特徴 と して い る 。

よ り 具体的 に は、 例 え ば前記イ ンテ グ レ ー 夕 か ら 集光 さ れた複数 の光束 が前記位相板 に 入射す る と き 、 前記複数 の 光束の位相板上 で の 面積 と 前記位相板上 の 人 / 2 板の 面積 と が概ね 等 し い よ う に 設定 す れば よ い 。

こ れ に よ り 、 中 央部 と 周辺部 と で断面積の 異 な る 光束の偏光方 向 を そ れそれ適切 に 変換す る こ と がで き る の で 、 高い偏光変換効率 を 得 る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 S の 発明は、 請求項 6 に 記載の偏光照明装置 に お い て 、

前記位相板は ラ ビ ン グ に よ る 配向処理 が施 さ れ た 高分子か ら な る 簿膜を 形成 し た透明絶縁性基板で挟 ま れた領域に 光硬化型液晶 を 封 入 し 、 マ ス ク を 介す る 光照射 に よ っ て 形成 さ れた こ と を 特徴 と し て い る 。

こ れ に よ り 、 前記の よ う な位相板 を 高い精度 で形成 す る こ と が容 易 に で き る 。 ま た 、 請求項 1 3 の発明 は、 偏光照明装置 に お い て 、

光源 と 周期構造 中 に 配向 し た液晶分子 を 含 ん だ 回折光学素子 と 反 射型 の ラ イ ト ノ ル ブ と 前記 ラ イ ト バル ブ上 の 光学像 を 拡大投写 す る 投写光学 系 を 少な く と も 具備 し、 前記回折 光学素 子 は前記光源か ら の 入射光 の 1 方 向 の偏波成分 を反射 し、 前記入射光 の偏波成分 に 対 し概ね直交 す る 偏波成分は前記 ラ イ ト ノ ル ブ に 入射 し、 ラ イ ト ノ ル ブ上 で反射 さ れ た 光波 の 1 方 向 の偏波成分 を 投写光学系へ と 導 く よ う に構成 さ れて い る こ と を 特徴 と し て い る 。

こ れ に よ り 、 上記回折光学素子 の高 い偏光選択性お よ び回折効率 に よ っ て 、 高い 光利 用効率で 、 所定の偏波成分 を ラ イ ト ノ ル ブ に 入 射 さ せ 、 ま た 、 ラ イ 卜 バ ル ブに よ っ て 偏光変調 さ れた 光束の う ち の 所定 の偏波成分 だ け を 投写光学系 に 導 く こ と がで き る の で 、明 る く 、 か つ 高 コ ン ト ラ ス ト な 画像 を 表示 す る こ と がで き る 。 ま た 、 前記光 源か ら の 光束 を概ね赤、 緑、 青 に対応 す る 3 つ の光束 に 色分解 し 、 前記 3 つ の 光束 に 対 し て ピ ッ チ の異 な る 周期構造 を 有 す る 複数の 回 折光学素子 を 組み合わせれば、 何 れの波長の 光 に 対 し て も 光利用 効 率 を 高 く す る こ と がで き る ので 、 一層 明 る く 高 コ ン ト ラ ス ト な カ ラ — 画像 な ど を 表示 す る こ と がで き る 。 ま た、 請求項 1 7 の発明は、 回折光学素子 の製造方 法 に お いて 、 透 明絶縁性基板で 挟 ま れた領域 に液晶 と モ ノ マ一、 オ リ ゴマ ー、 ポ リ マ ー の 少な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透 明絶縁性基板上 に レ — ザ光 の 2 光束干渉 に よ る 周期 的 な 強度 分布 を 照射 し 、 モ ノ マ一、 オ リ ゴ マ ー、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 が部分的 に硬化 す る 第 1 の 工程 と 前記部分的 に硬化 し た 領域 に対 し液晶分子 が配向 す る 第 2 の 工程 を 経 る こ と を 特徴 と して い る 。

こ れ に よ り 、 偏光選択性お よ び回折効率 の高 い 回折光学素子 を 形 成す る こ と が で き る 。 ま た 、 前記 回折光学素子 が光重合開始剤及び 色 素 を 含む こ と に よ り 、 上記各工程 を 効率 よ く 行 う こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 1 9 の発明は、 回折光学素子の製造 方法 に お い て 、 透 明絶縁性基板上 に 高分子か ら な る 配 向処理 が施 さ れ た 薄膜 を 形 成 し 、 前記薄膜上 に 光 ま た は熱硬化型 の液 晶分子 を 配向 さ せ た 後 に 硬化 さ せ る 第 1 の 工程 と 、 前記液晶分子上 に 高分子 薄膜 を 形成 し た 後 に 光 ま た は熱硬化型の液晶分子 を前記液晶分子 方 向 に 対 し概ね直 交 す る 方 向 に 配向 さ せ る よ う に形成す る 第 2 の 工程か ら な り 、 第 1 と 第 2 の 工程 を 複数回行 う こ と を 特徴 と し て い る 。

ま た 、 請 求項 2 0 の 発 明は、 回折光学素子 の 製造方 法 に お い て 、 透明絶縁性基板上 に 高分子か ら な る 配 向処理が施 さ れ た 薄膜 を 形 成 し、 前記薄膜上 に光 ま た は熱硬化型の液晶分子 を 配向 さ せ た後 に 硬化 さ せ る 複数回 の工程を含み、 前記液晶分子の常 光屈折率は概ね 等 し く 異 常光屈折率が異 な る 液晶分子層 を 交互 に積層 す る こ と を 特 徴 と し て い る 。

こ こ で 、前記 回折光学素子 が配向 し た液晶分子 を 含んで構成 さ れ、 且つ 光重合性モ ノ マ 一 ま た は光架橋可能性液晶 ポ リ マ 一あ る い は ォ リ ゴ マ 一 が添加 さ れ、 紫外領域の波長の 光照射 に 対 し 、 液晶の 分子 軸 の 方 向 が 固定化 さ れ る よ う に し 、 ま た 、 前記液晶分子の硬化工程 は 、 不活性 ガ ス 雰囲気中 で行 わ れ る よ う に す る こ と が好 ま し い 。

こ れ ら に よ り 、 レ 一ザ光の干渉縞に よ る 露光 を す る こ と な く 、 し か も 、 所望 の厚 さ お よ び液晶分子の配向 方 向 や屈折率 の層 が積層 さ れ た 回折光学素子 を 容易 に形成す る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 2 3 の発明は、 回折光学素子 の製造方 法 に お い て 、 透 明絶縁性基板で 挟 ま れ た領域 に 液晶 と モ ノ マ 一 、 オ リ ゴ マ ー 、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透明絶縁性基板上 に レ 一ザ光 の 2 光束干 渉 に よ る 周期 的 な強度分布 を 照射 し 、 モ ノ マ 一 、 オ リ ゴ マ ー、 ポ リ マ ー の 少な く と も 1 つ 以上 が部分的 に硬化 す る 第 1 の工程 と 前記部分的 に 硬化 し た 領域に 対 し液晶分子 が配向 す る 第 2 の 工程 を 含み、 光照射 中 の前記透明絶縁性基板 の 温度 を 液晶 の ネ マ テ ィ ッ ク か ら ア イ ソ ト ロ ピ ヅ ク へ の転移温度 （ 以下 N - I 点温度 と 略記 す る ） の概ね 1 / 2 か ら N — I 点 よ り 概ね 1 0 °C低い 温度範 囲 に 保持 す る こ と を 特徴 と して い る 。

こ れ に よ り 、 偏光選択性お よ び 回折効率の 高い 回折光学素子 を 容 易 、 かつ確実 に 形成す る こ と がで き る 。 ま た 、 前記回折光学 素 子 が 光重合開始剤及び色素 を 含む こ と に よ り 、 上記各工程 を 効率 よ く 行 う こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 2 4 の 発明 は、 回折光学素子 の製造 方法 に お い て 、 ラ ビ ン グ に よ る 配向処理が施 さ れた高分子 か ら な る 薄膜を 形成 し た 透明絶縁性基板で挟 ま れ た 領域 に液晶 と モ ノ マ 一、 オ リ ゴ マ ー 、 ポ リ マ ーの 少な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透明絶緣性基板上 に レ — ザ光の 2 光束干渉 に よ る 周期 的 な強度 分布 を 照射 す る と き 、 モ ノ マ ー 、 オ リ ゴマ ー、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 が部分的 に 硬化 す る 第 1 の 工程 と 前記部分 的 に硬化 し た領域に 対 し液晶分子 が配向 す る 第 2 の 工程 を 含んで お り 、 前記液晶分子 の配向 方 向 が前記高分 子 薄膜 に施 さ れた ラ ビ ン グ処理方 向 と 概ね 一致 す る こ と を 特徴 と し て い る 。

こ れ に よ り 、 一層、 偏光選択性お よ び回折効率 の 高 い 回折光学素 子 を 容易、 か つ確実に形成す る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 2 5 の発 明は、 回折光学素子 の 製造方 法 に お い て 、 透明絶縁性基板で挾 ま れた領域に液晶 と モ ノ マ 一 、 オ リ ゴ マ ー 、 ポ リ マ ー の 少な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透明絶緣性基板上 に お け る 所定の領域 に概ね 1 i m〜 1 0 m の ピ ッ チ の 周期構造 を 有 す る 光強度 を 照射 す る 工程 と 、 上記所定の領域 を 囲 む領域に 光強度 を 照射 す る 工程 と を 有 す る こ と を 特徴 と し て い る 。

こ れ に よ り 、 透明絶縁性基板 を シ ール剤 な ど に よ っ て 接 着 す る ェ 程 を 行 う 必要 が な い ので 、 回折光学素子の 製造工程 を 簡素化 し 、 製 造 コ ス ト を 低減す る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 2 6 の発 明は、 回折光学素子 の製造方 法 に お い て 、 透明絶縁性基板で挟 ま れた領域に液晶 と モ ノ マー、 ォ リ ゴマ一、 ポ リ マ一の 少な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透明絶縁性基板上 に レ — ザ光の 2 光束干渉 に よ る 周期的な強度 分布 を 照射 し、 モ ノ マ一、 オ リ ゴ マ ー、 ポ リ マ ーの 少な く と も 1 つ 以上 が部分的 に硬化す る 第 1 の 工程 と 前記部分的 に 硬化 し た領域に 対 し液 晶分子 が配向 す る 第 2 の工程 を含む と き 、 さ ら に 、 光照射側 と 反対側 の 前記透明絶緣性 基板上 に位相板 を 周期 的 に形成す る 工程 を 有 す る こ と を 特徴 と し て い る 。

こ れ に よ り 、 精度 の高 い周期 的 な位相板 を 容易 に 形成す る こ と が で き る と と も に 、 回折光学素子 と 位相板 と がー体的 に形成 さ れ る の で 、 こ れ を 用 い る 装置 の構成お よ び組み付 け工程 を 簡素化 す る こ と がで き る 。

な お、 上記請求項 2 3 〜 2 6 の い ずれかの工程 を 2 つ 以上組み合 わせて 用 レヽ る よ う に し て も よ い。 ま た 、 請求項 3 3 の 発 明は 、 画像表示装 置 に お い て 、

偏光変調素子 と 周期構造 中 に 配 向 し た 液晶分子 を 含ん だ 回折光学 素子 と を 少 な く と も 含んで構成 さ れ る こ と を 特徴 と し て い る 。

こ こ で 、 前記画像表示装置は、 反射板 ま た は反射板 を 兼ね る 反射 電極や、 え / 4 板、 偏光子、 散乱板、 偏光 変換 フ ィ ル ム な どの位相 差 フ イ ノレ ム 、 ま た は カ ラ 一 フ ィ ル タ な ど を 備 え る よ う に して も よ い 。

こ れ に よ り 、 上記回折光学素子 の高い偏 光選択性 お よ び 回折効率 に よ つ—て 、 高い 光利用効率で 、 明 る く 、 かつ 高 コ ン ト ラ ス ト な 画像 を 表示 す る こ と の で き る 透過型や反射型、 ま た カ ラ 一 の 画像表示装 置 を 構成す る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 3 9 の発明は、 回折光学素子 の製造方 法 に お い て 、 透明絶縁性基板で挟 ま れた領域に液晶 と モ ノ マ ー 、 ォ リ ゴマ 一 、 ポ リ マ ーの 少 な く と も 1 つ 以上 を含み、 前記透明絶縁性基板上 に レ 一ザ光の 2 光束干渉 に よ る 周期的 な強度分布 を 照射 し 、 モ ノ マ 一 ォ リ ゴマ 一、 ポ リ マ ーの 少な く と も 1 つ 以上 が部分 的 に 硬化 す る 第 1 の 工程 と 前記部分的 に硬化 し た 領域に 対 し液 晶分子 が配向 す る 第 2 の工程 を 含む と き 、 光照射側 と 反対側 の絶縁性基板は前記 レ ーザ光 を 概ね吸収す る 基板上 に 設置 さ れて い る こ と を 特徴 と し て い る 。

こ れ に よ り 、 光照射側 と 反対側 の絶縁性基板 を 透過 し た レ ーザ光 は 上記基板 に よ っ て 吸収 さ れ る の で、 上記基板ゃ ジ グな どか ら の反 射光 に よ っ て 設計値 と は異 な る ピ ッ チ を 有 す る 格子 が形成 さ れ た り ス ペ ッ ク ル ノ イ ズが生 じ た り す る の を 防止で き 、 し た が っ て 、 高 い 回折効率の 回折光学素子 を形成す る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 4 0 の 発明 は、 回折光学素 子の製造方法 に おい て 、 透明絶縁性基板で挟 ま れた領域 に液晶 と モ ノ マ 一、 オ リ ゴ マ ー ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 を 含 み、 前記透 明絶縁性基板上 に レ 一 ザ光の 2 光束干渉 に よ る 周期的 な 強度分布 を 照射 し 、 モ ノ マ ー、 ォ リ ゴ マ 一 、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 が部分的 に 硬化す る 第 1 の 工程 と 、 前記部分的 に硬化 し た領域 に対 し液晶分子が配向 す る 第 2 の 工程 を 含む と き 、 光照射側 の 透明絶縁性基板上 に所定の 入射角 度 範囲 内 よ り 入射す る 光束 を 散乱せ し め、 かつ 前記所定の 入射角 度 範囲外 よ り 入射 す る 光朿 を 概ね透過せ し め る 散乱異 方性 を 有 す る フ イ ル ム を 配置 し、 反対側 の透明絶縁性基板 は 前記 レ ーザ光 を 概ね吸 収 す る 基板上 に 設置れて い る こ と を 特徴 と し て い る 。

1フ こ れ に よ り 、 散乱特性 を 有 す る 回折光学素子や、 レ ーザ露光時の 2 光束光 を 発散光 ま た は収束光 と す る こ と で 回折す る 光波の広 が り 角 に 変化 を 持 た せ る 回折光学素子 を 形成す る こ と がで き る 。 こ の よ う な 回折光学素子 は 、 例 え ば 画像表示装置 の 視野域を 変 え る た め な ど に用 い る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 4 1 の 発 明は 、 請求項 3 9 ま た は 4 0 の い ずれか に 記載の 回 光学素 子 の製造方 法 に お い て 、

前記透明絶縁性基板は概ね数十〜数百 m の厚 さ を 有 す る こ と を 特徴 と し て い る 。

こ の よ う な厚 さ の例 え ば プ ラ ス チ ッ ク フ ィ ル ム な ど を 用 い る こ と に よ り 、 非 常 に 薄 く 、 かつ優れ た偏光分離特性 と 高い効率 を 有 す る 回折光学素子 を 作製で き る 。 す な わ ち 、 回折光学素 子 を フ ィ ル ム 化 す る こ と がで き 、 偏光 フ ィ ル ム や フ ィ ル ム 状 の フ ィ ル タ な ど と 同様 の取 り 扱い がで き る ので 、 幅広い応用 分野 に 適用 範囲 が広が る と と も に 、 例 え ば こ れ を 用 い る 画像表示装 置 に お け る 主 な 組み立て 工程 と は別 の 工程な どで い わ ゆ る 後付 け に よ っ て 組み つ け た り す る こ と な ど も で き る 。 ま た 、 請求項 4 9 ま た は請求項 5 0 の 発 明 は 、 携 帯情報端末装 匿 ま た はへ ッ ド ア ッ プデ ィ ス プ レ イ を請求項 3 3 に 記載 の 画像表示装 置 に よ り 構成 し た こ と を 特徴 と し て い る 。

こ れ に よ り 、 視認性 な どの 表示特性 と 操作性 に 優 れ、 利便性 を 有 す る こ れ ら の装 置 を構成す る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 5 2 の発 明 は 、 偏光照明装 置 に お い て 、 光源 と 周期構造 中 に 配向 し た 液晶分子 を 含ん だ 回折光学素子 と 位 相板 と 導光板 と を 少な く と も 含んで構成 さ れ る こ と を 特徴 と し て い る 。

前記回折光学素子は、 例 え ば入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し光 の 回折 を 生 じ且つ 前記入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し概ね直交 す る 成分 に 対 し て は概ね透過 さ せ る 機能 を 有 し て い る 物、 特 に 液晶分 子 の 光軸 の 傾斜か ら な る 周期構造 を 有 し て い る 物 を 用 い る こ と がで ぎ る 。

こ れ に よ り 、 偏 光方 向 の揃 っ た 光量の 大 き い光源光 を 出射 さ せ る こ と が で き る の で 、 偏光変調素子 と組み合わせて 、 高 い 光利用 効 率 で 、 明 る く 、 かつ高 コ ン ト ラ ス ト な.画像 を 表示 す る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 5 9 の 究 明は、 回折光学素子 の製造 方法 に お い て 、 透明絶縁性基板で 挟 ま れた 領域 に液晶 と モ ノ マ 一、 オ リ ゴマ 一、 ポ リ マ 一 の 少な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透 明絶縁性基板上 に 複 数 の領域 に 分割 さ れた マ ス ク を 介 し て レ ー ザ光 の 2 光朿干渉 に よ る 周期 的 な 強度分布 を 照射 し た 後、 前記マ ス ク と 反転 し た ノ、' タ ー ン を 有 す る マ ス ク を 介 し て 均 一 な 光照射 を 行 う こ と を 特徴 と し て レヽ る 。

こ れに よ り 、 上記複数の 各領域が シ ー ル剤 な ど に よ っ て 区切 ら れ た の と 同様 な構造 を 形成す る こ と がで き る の で 、 各領域の 間 の部分 で切断す る こ と に よ り 、 複数の 回折光学素 子 を 効率 よ く 、 かつ高 い 均一性で 製造 す る こ と がで き 、製造 コ ス ト を 低減 す る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 6 4 の 発 明 は 、 回折光学素子 に お い て 、

透明絶縁性基板で挟 ま れ た 領域 に液晶 と モ ノ マ 一、 オ リ ゴマ ー、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透 明絶縁性基板上 に レ 一ザ光の 2 光束千 渉 に よ る 周期的 な強度分布 を 照射 し、 モ ノ マ 一 、 オ リ ゴ マ ー 、 ポ リ マ 一 の少な く と も 1 つ 以上が部分的 に硬化 す る 第 1 の工程 と 前記部分的 に硬化 し た領域に対 し液晶分子が配向 す る 第 2 の工程 と を経て 形成 さ れた こ と を特徴 と し て い る 。

こ こ で 、 前記第 2 の工程 に お け る 液晶分子 の配 向 方 向 が、 前記第 1 の 工程 に お け る 前記部分的 に硬化 し た 部分の 壁面 に ほぼ垂直 な 方 向 で あ る こ と が好 ま し い 。

ま た 、 前記透 明絶縁性基板への前記 レ ー ザ光 の照射が、 所定の 温 度 、 例 え ば液晶 の ネ マ テ ィ ヅ ク か ら ア イ ソ ト ロ ピ ッ ク への転移温度 ( 以下 N - I 点温度 と 略記す る ） の概ね 1 / 2 か ら N — I 点 よ り 概ね 1 0 °c低 い 温度 範 西 に 加熱 さ れ た状態で 行 わ れ る こ と に よ り 形成 さ れ た 物で あ る こ と が好 ま し い 。

こ れ に よ り 、 偏光選択性お よ び回折効率の高い 回折光学素子 を 得 る こ と がで き る 。 ま た 、 請求項 6 8 の 発明 は、

請求項 1 の偏光照明装置で あ っ て 、 前記回折光学素子は 、 光軸 を 通 り 互 い に 直 交 す る 2 本の 直線 を 境界 と す る 4 つ の領域に 分割 さ れ 互い に 対 向 す る 上記領域が、 そ れそれ、 前記光源か ら の 入射光を 光 軸 を 含む 平 面 に 対 し 対称な 角 度 で 回折 さ せ る こ と を 特徴 と し て い る こ れ に よ り 、前記の よ う に 光源か ら の入射光 の所定の偏光成分（ P 波 ま た は S 波 ） は そ れ ぞ れ光軸 を 含む 平面 に 対 し て 対称な 方 向 に 回 折 さ れ、 ラ イ ト ノ ル ブ等 に 照射 さ れ る 光 の 色 すれ を 低減す る こ と が で き る と と も に 、 回折光学素子か ら の 透過光 と 回折光 と の 重 な り が 大幅 に 小 さ く 抑 え ら れ る の で P 波 と S 波の 分離度 を 高 く す る こ と が で き 、 偏光変換効率お よ び光利用 効率 を 大幅 に 向 上 さ せ る こ と が で ぎ る o

図 面 の 簡 単 な 説 明 図 1 は 、 実施の形態 A 1 の偏光照明'装置 の構成 を 示 す断面図で あ る 。

図 2 は 、 実施の 形態 A 1 の 変形例 の 回折ノ タ ー ン を 示 す説明 図 で あ る 。

図 3 は 、 実施の形態 A 2 の偏光照明装置 の構成 を 示す 断面図 で あ る 。

図 4 は 、 実施の形態 A 3 の偏光照明装置 の構成 を 示 す 断面図 で あ る 。

図 4 ( a ) は 、 回折光学素子 を 装置の 上方 か ら 見た 断面図で あ る 。

図 4 ( b ) は 、 回折光学素子 を 光軸方 向 か ら 見 た 正面図 で あ る 。 図 4 ( c ) は 、 回折光学素子 に 入射す る 光束のパ タ ー ン を 模 式 的 に 示 す 説明 図 で あ る 。

図 5 ( a ) 〜 （ d ) は、 実施の形態 A 4 の偏光照明装置の位相 差 板 に 形成 さ れ る 偏光変換部 のパ タ ー ン を 示 す正 面図 で あ る 。

図 6 は 、 実施の形態 A 4 の位相差板の製造方法 を 示 す工程 図 で あ る 。

図 7 は 、 実施の 形態 A 4 の位相 差板の他の製 造 方法 を 示 す説明 図 で あ る 。

図 8 は 、 実施の 形態 B 1 の 回折光学素子 の構成 を 示 す断面図 で あ る 。 図 9 は 、 実施の形態 B 1 の他の 回折光学素 子の構成 を 示 す斜視図 で あ る 。

図 1 0 は 、 実施の形態 B 1 の 回折光学素子の製造方法 を 示 す説明 図 で あ る 。

図 1 1 は 、 実施の形態 B 1 の 回折光学素 子の露光 プ ロ セ ス の進行 と 回折光強度の 変化 と を 示す グラ フ で あ る 。

図 1 2 は 、 実施の形態 B 1 の 回折光学素子の作製温度 と 回折効率 と の 関係 を 示 す グ ラ フ で あ る 。

図 1 3 は、 実施の形態 B 1 の 回折光学素子の作成後の温度変化 と 回折効率 と の 関係 を 示す グ ラ フ で あ る 。

図 1 4 は 、 実施の形態 B 1 の 回折光学素子の入射角度 と 回折効率 と の 関係 を 示 す グ ラ フ で あ る 。

図 1 5 は 、 実施の形態 B 1 の 回折光学素子の入射角度 と コ ン ト ラ ス ト と の 関係 を 示 す グ ラ フ で あ る 。

図 1 6 は 、 実施の形態 B 2 の 回折光学素子の構成 を 示 す断面図 で あ る 。

図 1 7 は 、 実施の形態 B 2 の 回折光学素子の製造方 法 を 示 す工程 図 で あ る 。

図 1 8 は、 実施の形態 B 3 の 回折光学素 子の構成 を 示 す断 面図 で あ る 。

図 1 9 は 、 実施の形態 B 5 の 回折光学素子の製造方法 を 示 す説明 図 で あ る 。

図 2 0 は 、 実施の形態 B 5 の 回折光学素子の他の製造 方 法 を 示 す 説明図 で あ る 。

図 2 1 は、 実施の形態 C 1 の 画像表示装置の構成 を 示す説明図で あ る 。 図 2 2 は 、 実施の形態 C 2 の 画像表示装置の構成 を 示 す説明 図 で あ る 。

図 2 2 ( a ) は、 2 階部分の 平面図で あ る 。

図 2 2 ( b ) は、 1 階部分の 平面図 あ る 。

図 2 2 ( c ) は、 側 面図 で あ る 。

図 2 3 は 、 実施の形態 C 3 の偏光照明装置 の構成 を 示 す説明図 で あ る 。

図 2 4 は 、 実施の形態 C 4 の偏光照明装 置 の構成 を 示 す説明図 で あ る 。

図 2 5 は、 実施の形態 D 1 の 画像表示装置の構成 を 示 す説明 図 で あ る 。

図 2 6 は 、 実施 の形態 D 2 の 画像表 示装 置の構成 を 示 す説明図 で あ る 。

図 2 7 は 、 実施の形態 D 3 の 画像表示装 置の構成 を 示 す説明図 で あ る 。

図 2 8 は 、 実施 の形態 D 4 の 画像表示装 置の構成 を 示す説明 図 で あ る 。

図 2 9 は 、 実施の形態 D 5 の 回析光学素 子 の製造 方法 を 示 す説明 図で あ る 。

図 3 0 は 、 実施 の形態 D 6 の 回折光学素子の製造方法 を 示 す説明 図で あ る 。

図 3 1 は 、 実施の 形態 D 7 の 画像衷示装置の構成 を 示 す説明 図 で あ る 。

図 3 2 は、 実施の形態 D 1 0 の携帯情報端末装置の構成 を 示 す説 明 図で あ る 。

図 3 3 は、 実施の形態 D l 1 の ヘ ッ ド ア ッ プデ ィ ス プ レ イ の構成 を 示 す説明 図 で あ る 。

図 3 4 は、 実施の形態 ！ 1 2 の偏光照明装置の構成 を 示 す 断面 図 で あ る 。

図 3 5 は、 従来 の偏光変換装置の構成を 示 す断面図 で あ る 。

図 3 6 は、 従来 の 画像表示装置 の構成を 示 す説明図 で あ る 。

発明 を 実施す る た めの最良の形態 以下、 本発 明 の 実施の 形態 に つ い て 、 図 面 を 参照 し な が ら 説明 す る 。

( 実施の形態 A 1 )

2 枚の 回折光学素子 を 用 い、 偏光変調 に よ り 画像を 表示す る ラ イ ト バル ブ に偏光光 を 照射 す る 偏光照明装置 に つ いて 、 図 1 を 用 い て 説明す る 。

光源 1 1 0 1 か ら の P 波 と S 波 と を 含む 光束は 、 第 1 レ ン ズァ レ ィ 1 1 0 2 と 第 2 レ ン ズ ア レ イ 1 1 0 3 と か ら 構成 さ れ る イ ン テ グ レ 一 タ 1 1 0 4 に 入射 す る よ う に な っ て レヽ る 。 上記第 1 レ ン ズァ レ ィ 1 1 0 2 と 第 2 レ ン ズ ア レ イ 1 1 0 3 と は 、 そ れぞれ互 い に 対 と な っ て 対応す る 複数の レ ン ズ を 有 し て い る 。 第 1 レ ン ズア レ イ 1 1 0 2 の各 レ ン ズは 、 光源 1 1 0 1 か ら 入射 し た 光束 を 収束 さ せて 、 発光部 1 1 0 1 a の像 を 第 2 レ ン ズア レ イ 1 1 0 3 の各 レ ン ズ に 結 像 さ せ る 一方、 第 2 レ ン ズ ア レ イ 1 1 0 3 の 各 レ ン ズは、 入射 し た 光束 を 回折光学素子 1 1 0 5 等 を 介 し て ラ イ ト ノ ル ブ 1 1 1 0 に 有 効 に伝達す る よ う に な っ て い る 。

第 2 レ ン ズア レ イ 1 1 0 3 か ら 出射 し た 光束 の う ち 、 S 波 は、 そ れ ぞ れ偏光選択性 を 有 す る 回折光学素子 1 1 0 5 お よ び回折光学素 子 1 1 0 6 を 透過 す る 一 方、 P 波は、 回折光学素子 1 1 0 5 に よ つ て 所定の 回折角 だ け 回折 し た後、 回折光学素子 1 1 0 6 に よ っ て 回 折光学素子 1 1 0 5 と は逆 の 方 向 に 同 じ 回折角 だ け 回折す る よ う に な っ て い る 。 す な わ ち 、 回折光学素子 1 1 0 6 か ら 出射す る S 波 と P 波 と は、 共 に 光軸 に 対す る 角 度が回折光学素子 1 1 0 5 に 入射 し た 光束 と 同 じで 、 位置だ け が互い に ずれた 光路 を と る よ う に な っ て い る 。 な お、 回折光学素子 Γ 1 0 5 ， 1 1 0 6 は 、 上記 P 波の 回折 方 向 （ 回折角 ） が光軸 に 対 し て 対称に な る よ う に 回折 さ せて ラ イ ト バル ブ 1 1 1 0 の 周 辺部 に お け る 色度 お よ び光強度 の不均 一等 を 低 減 し 得 る よ う に な っ て い る が、 こ の.点 に 関 し て は後 に 詳述 す る 。 上 記光路 の ずれ量は 、 P 波の 回折角 と 、 回折光学素子 1 1 0 5 , 1 1 0 6 間 の 距離 と に応 じ た 大 き さ と な る 。 そ こ で 、 例 え ば イ ン テ グ レ — 夕 1 1 0 4 に よ っ て 、 イ ン テ グ レ 一 夕 1 1 0 4 の 各 レ ン ズ対か ら 回折光学素子 1 1 0 6 に 入射す る 各光束の 幅 （ 光束 の 断面積 ） が各 レ ン ズ の ピ ッ チ の 1 / 2 程度 に 絞 ら れ る と と も に 、 上記ずれ量が上 記各光束 の 幅 と 同程度 に な る よ う に 回折角等 を 設定 す る こ と に よ り 回折光学素子 1 1 0 6 に お け る S 波が入射す る 領域 と P 波 が入射 す る 領域 と を 重複 し な い よ う に確実に分離す る こ と がで き る 。

回折光学素子 1 1 0 6 に お け る P 波 が 出射 す る 領域 に は、 位相差 板 1 1 0 7 ( 1 / 2 波長板） が設け ら れ、 P 波が S 波 に 変換 さ れ る よ う に な っ て い る 。 す な わ ち 、 位相差板 1 1 0 7 が設け ら れた 回折 光学素子 1 1 0 6 か ら は、 偏光方 向 が揃 っ た S 波で 、 かつ、 イ ン テ グ レ ー 夕 1 1 0 4 の各 レ ン ズ対 を 通る 各光束全体で 、 光源 1 1 0 1 か ら 出射 し た 光束 と 概ね 同 じ幅 の光束が 出射 さ れ る 。

上 記回折光学素子 1 1 0 6 お よ び位相差板 1 1 0 7 か ら 出射 さ れ た 光束は 、 集光 レ ン ズ 1 1 0 8 お よ び フ ィ ー ル ド レ ン ズ 1 1 0 9 に よ り 、 イ ン テ グ レ 一 夕 1 1 0 4 の各 レ ン ズ対 を 通 る 各光束が重畳 さ れ、 光量 が均 --化 さ れて 、 ラ イ ト ノ、 'ル ブ 1 1 1 0 に 入射 す る 。 す な わ ち 、 光源 1 1 0 1 か ら 出射 さ れ る 光束 に お け る 光軸付近 と 周 辺部 と で 光量が異 な る こ と に起因 す る 光量む ら が補償 さ れ る 。

こ こ で 、 イ ン テ グ レ 一 タ 1 1 0 4 と 回折光学素子 1 1 0 5 等 と の 位 置合わ せ に つ い て 説明 す る 。 回折光学素子 1 1 0 5 は、 例 え ば m オ ー ダ一 の周期構造 が形成 さ れて お り 、 入射 す る 光束は素子 の ど の位置 に 入射 し て も 同 じ よ う に 回折 さ れ る 。 そ れゆ え 、 回折光学素 子 1 1 0 5 と イ ン テ グ レ ー 夕 1 1 0 4 と の位置合わ せは そ れほ ど厳 密性 を 必要 と し な い、 い わ ゆ る ァ ラ イ メ ン ト フ リ ー な構成が可能で あ る 。 こ の た め、 位置合わ せ に 関 して は 、 回祈光学素子 1 1 0 6 上 に イ ン テ グ レ ー 夕 の ピ ッ チ に 対応 し て 位相 差板 1 1 0 7 を 形成す る こ と と 、 回折光学素子 1 1 0 5 , 1 1 0 6 間の距離 を 合わせ る だ け の 簡便な も の と な る 。 ま た 、 上記の よ う に位 置合わせ を 簡便 な も の と し得 る 点 に 関 し て は 、 光束の均一性 を 向 上 さ せ る た め に 、 第 1 レ ン ズ ア レ イ 1 1 0 2 お よ び第 2 レ ン ズ ア レ イ 1 1 0 3 を構成す る 各 レ ン ズ の サ イ ズ を 小 さ く す る と と も に 数 を 増や す場合や、 ラ イ ト ノ、' ル ブ 1 1 1 0 に お け る 光利用効率 を 向上 さ せ る た め に 、 各 レ ン ズの 大 き さ を 中 央部分 （光軸付近） で大 き く す る 一方、 周辺部分で 小 さ く す る な ど、 領域毎 に 異 な ら せ る よ う に 設定す る 場合な どで も 同様 で あ り 、 製造 コ ス ト の大幅 な増大 を 招 く こ と な く こ れ ら の構成 を と る こ と がで き る 。

次 に 、 前記の よ う に P 波の 回折方 向 が光軸 に 対 し て 対称 に な る よ う に す る こ と に よ る 、 ラ イ ト ノ ル ブ 1 1 1 0 の周 辺部 に お け る 色度 お よ び光強度 の 不均一 の低減に つ いて 説明 す る 。 ま ず、 イ ン テ グ レ 一 夕 1 1 0 4 の 1 つ の レ ン ズ対 を 通 る 光束 に 着 目 し て 説明 す る 。 回折光学素子 1 1 0 5 に よ る 光束の 回折角 は、 光 束の 波長 に よ っ て 異 な り 、 波長が長い ほ ど 回折角 は大 き く な る 。 す な わ ち 、 光源 1 1 0 1 か ら の 白 色光 に含 ま れ る 例 え ば R 光 （ 赤 ）、 G 光 （緑）、 お よ び B 光 （青） に お け る P 波は 色分離 さ れて 回折光学素 子 1 1 0 6 に 入射 す る 。 回折光学素子 1 1 0 6 に 入射 し た 各色の P 波は 、 そ れぞれ回折光学素子 1 1 0 5 と は逆 の 方 向 に 同 じ 回折角 だ け 回折 す る た め 、 各色 の 光 *の光路は互い に 平行 と な る が、 回折 角 度の相違 と 回折光学素子 1 1 0 5 , 1 1 0 6 間 の 距離に応 じ た 距離 だ け ず れた 光路 と な っ て ラ イ ト ノ、 "ル ブ 1 1 1 0 に 入射す る 。 そ れゆ え 、 ラ イ ト ノ ル ブ 1 1 1 0 の周辺部で は、 色度お よ び光強度 の 不 均 一 が生 じ る こ と に な る 。

と こ ろ が、 P 波 の 回折 方 向 が光軸 に 対 し て 対称に な る よ う に す る こ と に よ り 、 イ ン テ グ レ 一 夕 1 1 0 4 に お け る 光軸 に 対称な位置 の レ ン ズ対 を 通 る 光束で は 、 各色の P 波が互 い に逆 の 方 向 に ずれ る た め、 ラ イ ト ノ ル ブ 1 1 1 0 の周辺部 に お け る 色 ずれが相殺 さ れ、 色 度 お よ び光強度 の 不均 一 が低減 さ れる 。 よ り 具体的 に は、 例 え ば 図 1 に お け る 回折光学 素子 1 1 0 6 の光軸 よ り も 上 方 の領域か ら 出射 し た 光朿 は 、 B 光、 G 光、 R 光の順序で上方 に ずれて ラ イ ト バル ブ 1 1 1 0·に 入射 す る た め、 例 え ば 同図 に お け る ラ イ ト ノヽ 'ル ブ 1 1 1 0 の上方 部分で は R 光 の 強度 が相対的 に 大 き く な る 。 一方、 回折 光 学 素子 1 1 0 6 の 光軸 よ り も 下方 の領域か ら 出射 し た 光束は 、 B 光、 G 光、 R 光 の順序 で 下 方 に ずれて ラ イ ト バル ブ 1 1 1 0 に 入射 す る た め 、 例 え ば 同 図 に お け る ラ イ ト ノ ル ブ 1 1 1 0 の 上方部分 で は R 光 の強度が相対的 に 小 さ く な る 。 し た が っ て 、 R 光 の強度 は 平均化 さ れ る た め、 上記 の よ う に 色度お よ び光強度 の不均 一 を低減す る こ と がで き る 。

な お 、 上記の よ う な色度 の不均一等 を 低減す る た め に は、 必ず し も 上記の よ う に 回折方 向 を 光軸 に 対 し て 対称 に な る よ う に す る も の に 限 ら ず、 光軸 を 含む 平面な ど に 対称 に な る よ う に 、 す な わ ち 例 え ぱ表示 画面の左右方 向 や上下 方 向 で対称 に な る よ う に す る な ど し て も よ い 。 さ ら に 、 複数の 方 向 で 対称に な る よ う に し て も よ い。 具体 的 に は例 え ば図 2 に 示 す よ う に 、 回折光学素子 1 1 0 5 , 1 1 0 6 を 光軸 を 通 っ て 直 交 す る 線分で 4 つ の領域 1 1 0 5 a〜 l 1 0 5 d 1 1 0 6 a ~ 1 1 0 6 d に 分割 し 、 各対角 上 の領域 1 1 0 5 a , 1 1 0 6 a と 領域 1 1 0 5 c , 1 1 0 6 c 、 お よ び領域 1 1 0 5 b , 1 1 0 6 b と 領域 1 1 0 5 d ， 1 1 0 6 d で 、 そ れ それ互 い に 逆 の 方 向 （ 矢視方 向 ） に 回折 さ せ る よ う に し て も よ く 、 特 に こ の場合 に は 、 同 図 に 示 す よ う に 回折光学素子 1 1 0 6 に 入射す る S 波 と P 波 と の重な り を か な り 小 さ く す る こ と がで き る の で 、 光利用効率 を 大 幅 に 向上 さ せ る こ と も で き る 。

(実施の 形態 A 2 )

1 枚の 回折光学素子 を 用 い た 偏光照明装置 に つ い て 、 図 3 を 用 い て 説明 す る 。 なお、 以下 の各実施の形態 に お い て 、 前記実施の形態 A 1 等、 他の実施の形態 と 同様 の構成要素 に つ い て は 、 同 一 ま た は 対応す る 符号 を 付 し て 詳細 な 説明 を 省略す る 。

こ の偏光照明装置は 、 実施の形態 A 1 と 比べて 、 回折光学素子 1 1 0 5 が第 1 レ ン ズア レ イ 1 1 0 2 と 第 2 レ ン ズ ア レ イ 1 1 2 1 と の 問 に 設 け ら れて い る 点、 お よ び第 2 レ ン ズ ア レ イ 1 1 0 3 に 代え て 第 2 レ ン ズア レ イ 1 1 2 1 が設 け ら れて い る 点が異 な る 。 上記第 2 レ ン ズア レ イ 1 1 2 1 は、 透明基板 1 1 2 2 に 、 レ ン ズ 1 1 2 3 と 、 レ ン ズ 1 1 2 4 と 、 位相差板 1 1 0 7 と が設け ら れて 構成 さ れ て い る 。 レ ン ズ 1 1 2 3 は、 口径が第 1 レ ン ズア レ イ 1 1 0 2 を構 成す る 各 レ ン ズの 1 / 2 で あ る 点 を除 き 、 実施の形態 A 1 の 第 2 レ ン ズア レ イ 1 1 0 3 を 構成す る 各 レ ン ズ と 同様の も の で あ る 。 こ の レ ン ズ 1 1 2 3 は 、 回折光学素子 1 1 0 5 を 透過 し た S 波 が入射 す る 位置 に 配置 さ れて い る 。 一 方、 レ ン ズ 1 1 2 4 は 、 回折光学素子 1 1 0 5 で 回折 し た P 波が入射す る 位 置 に 配置 さ れ、 光軸が偏心 し た 部分 凸 レ ン ズ状 （ ま た は実質的 に プ リ ズ ム と 凸 レ ン ズ と を 合わ せ た形状） に 形成 さ れ る こ と に よ り 、 回折光学素子 1 1 0 5 で 回折 し て 入射 し た ： P 波 を 、 実施の形態 A 1 の 回折光学素子 1 1 0 6 に よ る P 波の 回折角 と 同 じ角度 だ け屈折 さ せ、 S 波 と 同 じ 方 向 に 出射 さ せ る よ う に な っ て い る 。 ま た 、 位相差板 1 1 0 7 は、 上記 レ ン ズ 1 1 2 4 と 対応す る 位置 に 配置 さ れて い る 。 な お 、 レ ン ズ 1 1 2 4 と 位 相差板 1 1 0 7 と の光軸方 向 の配置は、 図 3 に 示 す も の と 逆で も よ く 、 ま た 、 透明基板 1 1 2 2 は必ず し も 設け な く て も よ い。

上記の よ う に構成 さ れ る 場合 に も 、実施の形態 A 1 と 同様 に して 、 偏光方 向 が揃 っ た S 波 を ラ イ ト ノ ル ブ 1 1 1 0 に 入射 さ せ る こ と が で き る と と も に 、 P 波の 回折方 向 が光軸 に 対 し て 対称 に な る た め、 ラ イ ト ノ、 'ル ブ 1 1 1 0 の周辺部 に お け る 色度お よ び光強度の不均 一 を 低減す る こ と がで き る 。

さ ら に 、 上記の構成に よ れば、 回折光学素 子 1 1 0 5 が 1 枚 だ け 用 い ら れ る た め に 、 構成の簡素ィ匕 を 図 る こ と がで き る と と も に 、 偏 光変換ゲ イ ン を 向上 さ せ る こ と がで き る 。 す な わ ち 、 実施の形態 A 1 で は 、 2 枚の 回折光学素子 1 1 0 5 , 1 1 0 6 が設 け ら れて い る た め に 、 P 波お よ び S 波は、 そ れ ぞ れ回折作 用 ま た は透過作用 を 2 回 受け る こ と に な る 。 そ れゆ え 、 入射光 束 に 対 す る 偏光変換 ゲ イ ン は 回折効率 を 2 乗 し た も の と な る 。 具体的 に は 、 例 え ば P 波の 回折 効率 を 9 0 %、 S 波の透過率 を 9 5 %程度 と す る と 、 偏光 変換ゲ イ ン の理論値 は、 回折 さ れた P 波 の 回折効率 の 2 乗 と S 波の透過率 の 2 乗の和、 す な わ ち 、 0 . 9 x 0 . 9 + 0 . 9 5 X 0 . 9 5 = 1 . 7 倍程度 と な る 。 こ れ に 対 して 、 本実施の形態で は 、 P 波お よ び S 波は、 そ れそれ 回折作用 ま た は透過作用 を 1 回受 け る だ け な の で 、 理論値で 、 0 . 9 + 0 . 9 5 = 1 . 8 5 倍程度 の偏 光 変換ゲ イ ン を 得 る こ と がで き る 。 な お、 上記偏光変換ゲ イ ン の 向上は、 P 波の 回 折方 向 を 光軸 に 対 して 対称に し な い場合で も 、 す な わ ち 、 ラ イ ト バ ル ブ 1 1 1 0 の周辺部 に お け る 色度お よ び光強度 の不均一 の低減の 有無 に係 ら ず得 る こ と がで き る 。

(実施の形態 A 3 )

回折角 が 中央部 （光軸付近） と 周辺部 と で異 な る 回折光学素子 を 用 い た偏光照明装置 に つ い て 、 図 4 を 用 い て 説明 す る 。

図 4 ( a ) は 、 回折光学素子 1 1 3 5 , 1 1 3 6 を 装置 の 上方 か ら 見 た 断面図 で あ る 。

図 4 ( b ) は 、 回折光学素子 1 1 3 5 , 1 1 3 6 を 光軸方 向 か ら た 正 面図で あ る 。

図 4 ( c ) は、 回折光学素子 1 1 3 6 に 入射 す る 光束のパ タ ー ン を 模式的 に 示 す説明 図で あ る 。

本実施の形態の偏光照明装 IIは、 実施の形態 A 1 と 比べ て 、 回折 光学素子 1 1 0 5 ， 1 1 0 6 に代 え て 回折光学素子 1 1 3 5 , 1 1 3 6 が設 け ら れて い る 点が異 な り 、 そ の他 の構成は 同 じ で あ る 。 す な わ ち 、 光源 1 1 0 1 の発光部 1 1 0 1 a は数 m m程度 の有限な 大 き さ （ ア ー ク 長 ） を 有 す る た め、 イ ン テ グ レ ー 夕 1 1 0 4 に よ る 集 光光朿は 完全 な点 と はな ら な い 。 よ り 具体的 に は、 第 1 レ ン ズァ レ ィ 1 1 0 2 に よ っ て第 2 レ ン ズア レ イ 1 1 0 3 上 に 結像す る 発光部 1 1 0 1 a の像は、 アー ク 長 に 対応 し た 、 光軸か ら 放射状 に伸 び た 形状 と な り 、 回折光学素子 1 1 3 6 に も 図 4 ( c ) に 示 す よ う に 上 記発光部 1 1 0 1 a の像 と ほぼ同様の形状 の 光束 が入射す る 。ま た 、 回折光学素子 1 1 3 6 に 入射 す る 光束は、 中 央部 よ り も 周辺部の 方 が光路長が長い た め に 、 中央部ほ ど大 き く 、 周 辺部ほ ど小 さ いパ タ ー ン と な る 。

と こ ろ で 、 実施の形態 A 1 で 示 し た よ う に 回折光学素子 1 1 3 5 に よ っ て 偏光分離 （ P 波 を 回折 さ せ S 波 を 透過 さ せ る ） を 行 い、 位 相 差板 1 1 0 7 に よ っ て 偏光方 向 の変換 を 行 う 場合、 偏光変換 ゲ イ ン を 大 き く す る た め に は、 回折光学素子 1 1 3 5 か ら 回折光学素子 1 1 3 6 に 入射す る 透過光束 と 回折光束 と を で き る だ け 回折光学素 子 1 1 3 6 上で 重畳 さ せな い よ う に分離す る こ と が必要で あ る 。 そ の た め に は、 回折光学素子 1 1 3 5 , 1 1 3 6 に よ る 回折角 を 所定 の 角 度 よ り も 小 さ く 設定す る こ と は好 ま し く な い 。 す な わ ち 、 例 え ば周辺部の 小 さ い パ タ ー ン の 光束 を 偏光分離 し 得 る 程度 に 回折角 を 小 さ く 設定 す る と 、 中央部の大 き なノ タ ー ン の 光束 に 重 な る 部分 が 生 じ て し ま い 、 そ の 重な っ た部分で偏光変換が確実 に 行 わ れな い た め偏光変換 ゲ イ ン が低下 し、 ラ イ ト ノヽ 'ル ブ 1 1 1 0 に お け る 光利用 効率が低下 し て し ま う 。 一 方 、 中 央部 の大 き いパ タ ー ン の 光束 に 合 わ せ て 回折角 を 大 き く 設定す る と 、 周辺部で は偏 光分離 さ れた 光束 ど う し の 間 隔が 必要以上 に大 き く な る 。 こ の場合、 偏光変換 さ れ た 後 の 光束全体の 幅 が元 の光源 1 1 0 1 か ら 出射 す る 光束の 幅 よ り も 大 き く な り 、 有効 に ラ イ ト ノ ル ブ 1 1 1 0 に 導 か れ る 光束が減少 す る た め 、 や は り 光利用効率 が低下 して し ま う 。 ま た 、 上記の よ う に 偏光分離 さ れ た全て の光束 を ラ イ ト ノ、 "ル ブ 1 1 1 0 に 導 こ う と す る と 、 ラ イ ト ノヽ 'ル ブ 1 1 1 0 に 入射 す る 光束の集 中角 が大 き く な る た め、 表示 画像の コ ン ト ラ ス ト が低下 し た り 、 ラ イ ト ノ、 'ル ブ 1 1 1 0 の 画像を 投写す る た めの レ ン ズ と して 有効径 の 大 き な 高価 な も の を 用 い る こ と が必要 と な っ た り す る 。

そ こ で 、 本実施の形態で は、 イ ン テ グ レ ー 夕 1 1 0 4 に よ っ て 集 光 さ れ る 光束の 幅 に応 じ て 、 回折光学素子 1 1 3 5 ， 1 1 3 6 に お け る 光軸か ら の距離に応 じ た 領域毎に 回折角 を 最適化 し 、 光利用 効 率の 向 上等 を 図 り 得 る よ う に な っ て い る 。 具体的 に は 、 回折光学素 子 1 1 3 5 ， 1 1 3 6 を P波の 回折角 が 0 1 の 領域 1 1 3 5 a , 1 1 3 5 b , 1 1 3 6 a , 1 1 3 6 b.と 、 P 波 の 回折角 が 02 の領域 1 1 3 5 c , 1 1 3 5 d , 1 1 3 6 c , 1 1 3 6 d と に 分 けて い る 。 な お 、 領域 1 1 3 5 a と 領域 1 1 3 5 b と な ど は 、 実施の形態 A 1 で 示 し た よ う に 、 周辺部で の 色度 の不均一等 を 低減 す る た め に 、 回 折角 は等 し い が回折方 向が逆 と な る 領域で あ る 。 上記回折角 0 1 は、 回折光学素子 1 1 3 6 に 入射 す る S 波のパ タ ー ン と P 波 のパ タ ー ン と が重 な ら な い よ う に 正確 に 分離す る た め に は、 少 な く と も 、 上 記 S 波のノ 夕 一 ン に 対す る P 波のノ 夕 一 ン の位置 が ィ ン テ グ レ 一 タ 1 1 0 4 に よ っ て 中 央部付近で集光 さ れ る 光束 の 幅 a だ け ずれ る よ う に 設定 す る こ と が好 ま し い。 し た がっ て 、 2 つ の 回折光学素子 1 1 3 5 , 1 1 3 6 の 間隔 を d と す る と 、 0 1 ^ t a n i a / d と な る よ う に 設定す る こ と が好 ま し い 。 ま た 、 回折角 は、 周 辺部で 集光 さ れ る 光束 の 幅 を b と す る と 、 t a n — ¹ b / d 以上で 、 かつ 、 で き る だ け こ の値 に近レヽ こ と が好 ま し い 。

こ こ で 、 イ ン テ グ レ ー タ 1 1 0 4 に よ っ て 集光 さ れ た 光束 のノ 夕

— ン 同 士 の 間 隔 が密で あ る 場合 に は、 中 央部付近 で 回折 さ れ た P 波 が、 そ れ よ り も 光軸か ら 遠い部分で透過 し た S 波 と 重 な り を 生 じ る こ と も あ り 得 る 。 こ の よ う な 場合に は、 光利用効率の 損 失 を 招 く こ と に な る が、 回折光学素子 1 1 3 5 に 入射す る 光束の 光量は光軸 に 近 い ほ ど大 き い の で 、 光軸 に 近 い部分で の光東の重 な り が生 じ な い よ う に 回折角 0 1 を 設定す る ほ う が光利用効率 を 高 く す る こ と がで ぎ る 。

ま た 、 厳密 に は 、 上記回折角 0 1 , 0 2 は 波長 に よ っ て 異 な る が、 例 え ば可視光 の 中 心波長で あ る 5 5 0 n m に 対 し て 上記の よ う な 回 折角 6 1 , Θ 2 に な る よ う に 設定 す る こ と で 、 平均 的 に 高 い 光利 用 効率 を 得 る こ と がで き る 。

以下、 回折光学素子 1 1 0 5 , 1 1 0 6 を 有 し な い （偏光 変換 を 行 わ な い ） 偏光照明装 置 に 対す る 、 実施の形態 A 1 お よ び本実施の 形態 の偏光照明装 置 の偏光変換ゲ イ ン の測定結果 につ い て 説明 す る こ こ で 、 本実施の形態の偏光照明装置で は、 中央部 で の 回折角 0 1 = 3 5 ° 、 周 辺部で の 回折角 Θ 2 = 3 0 ° 、 回折光学素子 1 1 3 5 , 1 1 3 6 の 間隔 d = 7 m m に 設定 し た も の を 用 い た 。 ま た 、 イ ン テ グ レ ー タ 1 1 0 4 に よ っ て 回折光学素子 1 1 3 5 上 に 集光 さ れ た 光 束 の幅 は 約 5 m m で あ っ た 。 偏光変換ゲ イ ン の測定は、 具体的 に は 、 次の よ う に し て 行 っ た 。 す な わ ち 、 ラ イ ト ノ ル ブ 1 1 1 0 の位置 に S 波 を 透過 さ せ る よ う な 配置 で偏光子 を 設置 す る と と も に 、 そ の 直 後 に 照度計 を 設置 し て 、 偏光子 を 透過 す る 光 の光量 を 測定 し 、 偏 光 変換 を 行 わ な い 偏光照明装置 の光量 に 対す る 比 を 求め て 偏光 変換 ゲ イ ン と し た 。 上 記測定 に よ れば、 偏光変換ゲ イ ン は 、 実施の形態 A 1 で は 1 . 3 〜 1 . 4 程度で あ つ た の に 対 し て 、 本実施の形態で は 1 . 4 〜 1 . 6 程度で あ り 、 実施の形態 A 1 よ り も さ ら に 高 い 偏光 変換ゲ イ ン を 得 ら れ る こ と が確認 さ れた 。 な お、 上記の例で は、 回折角 を Θ 1 , Θ 2 の 2 種類 に 設定 し た 例 を 示 し た が、 回折光学素子 1 1 3 5 ， 1 1 3 6 を さ ら に 多 く の領域 に 分害!] し、 中 央部か ら 周辺部 に かけて 、 徐 々 に 回折角 が小 さ く な る よ う に し て 、よ り 偏光変換 ゲ イ ン を 向上 さ せ得 る よ う に し て も よ い 。

ま た 、 回折光学素子 1 1 3 5 , 1 1 3 6 に よ る 回折 方 向が左右 方 向 で （ 光軸 を 含み図 4 の紙面 に 垂直な 平 面 に 対 し て ） 対称 に な る よ う に 設定 し た例 を 示 し た が、 '実施の形態 A 1 と 同様 に 光軸 に 対 し て 対称 に な る よ う に し た り 、 複数組の領域で そ れ ぞれ対称 に な る よ う に す る な ど し て も よ い。 さ ら に 、 回折方 向 を 必ず し も 上記の よ う に 設定 し な い場合で も 、 上記偏光変換ゲ イ ン を 向上 さ せ る 効果は得 る こ と がで き る 。

(実施の形態 A 4 )

位相差板 と 、 位相差板 を 用 い た 偏光照明装置、 お よ び位相差板の 製造 方 法 に つ い て 説明 す る 。 こ の位相差板 は 、 特 に 、 回折光学素子 に よ っ て 偏光分離 さ れ た P 波や S 波の光束 のパ タ ー ン が複雑な 形状 で あ る 場合で も 、 高い偏光変換効率の偏光照明装置 を 容易 に 構成す る こ と がで き る も の で あ る 。

位相差板は 、 偏光分離 さ れた S 波お よ び P 波 の光束 の う ち の い ず れか一 方 の 偏 光方 向 を 9 0 ° 変更 す る 偏光変換 を 行 っ て 、 偏 光 方 向 の揃 っ た S 波 ま た は P 波の光束 を得 る た め に 用 い ら れ る 。 こ こ で 、 前記各実施の形態で 示 し た よ う に 回折光学素子 に よ っ て 偏光分離 す る 場合 に は 、 回折光学素子か ら の透過光お よ び回折光 が入射 す る 所 定 の 平 面上 に 位相差板が部分的 に 存在 す る 領域 を 設 け る こ と に な る が、 例 え ば透過光 ま た は回折光が入射す る 領域の パ タ ー ン と 、 位相 差板 が存 在 す る 領域の パ タ ー ン と がー致 し て い な い場合 に は、 偏光 方 向 を 変換すべ き 光束が位相差板 に 入射 し な か っ た り 、 変換すべ き で な い 光束が位相差板 に 入射 し た り し て 単 一 の偏波面 に揃 わ ず に 偏 光変換効率が低下 す る こ と が あ る 。

そ こ で 、 本実施の形態の位相差板 1 1 4 1 は、 図 5 ( a ) に 示 す よ う に 、 ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 に お け る 、 回折光学素子 か ら の 透過光 ま た は 回折光が入射す る 領域だ け に、 偏光変換部 1 1 4 3 が形成 さ れて 成 っ て い る 。 上記偏光変換部 1 1 4 3 は 、 リ タ デ一 シ ヨ ン Δ n を 有 し、 矢印 A で 示 す方 向 に配向 し た 液 晶分子 に よ っ て 構成 さ れて い る 。 ま た 、 偏光変換部 1 1 4 3 の厚 さ d は 、 偏光変換す る 光束 の 波長 を λ と す る と 、 d と A n ' d / え と の 差 が え / 2 に な る よ う に 設定 さ れて い る 。 そ こ で 、 偏光変換部 1 1 4 3 に 同 図 に P ま た は S で 示 す 方 向 （ 矢印 A と 4 5 ° の角 度を な す 方 向 ） の偏波面 を 有 す る 光束が入射す る と 、 そ れそれ、 互い に他方 の 方 向 の偏波面 を 有 す る 光束 に 変換 さ れ る 。

上記の よ う な 位相差板 1 1 4 1 を例 え ば前記各実施の形態の偏光 照明装置 に お け る 位相差板 1 1 0 7 と し て 用 い る こ と に よ り 、 高 い 偏光 変換効率 を 得 る こ と がで き る 。 具体的 に は 、 例 え ば実施の形態 A 1 ( 図 1 ) の 偏 光照明装匿 に適用 し、

実施の形態 A 3 で 説明 し た 方法 に よ っ て偏光 変換ゲ イ ン を 評価 し た と こ ろ 、 偏光変換 ゲ イ ン と して 1 . 4 〜 1 . 7 倍程度 と 高い値 を 得 る こ と がで き た 。

な お、 上記位相差板 1 1 4 1 を種々 の偏光照明装匿 に 適用 す る 場 合、 偏光 変換部 1 1 4 3 が形成 さ れ る 領域の ノ タ ー ン は、 イ ン テ グ レ 一 夕 に よ っ て 集光 さ れ、 回折光学素子 を 介 し て 入射す る 透過光 束 ま た は 回折光束 の ノ 夕 一 ン に応 じ て 設定すれば よ い 。 具体的 に は 、 例 え ば実施の形態 A 3 の偏光照明装置 に お い て 、 S 波 （ 回折光学素 子 1 1 3 5 か ら の透過光束 ） を P波に 変換す る 場合 に は 、 例 え ば 前 記図 5 ( a ) に 示 す よ う なノ タ ー ン の偏光 変換部 1 1 4 3 を 形成 す れば よ い 一方、 P 波 （ 回折光学素子 1 1 3 5 か ら の 回折光束） を S 波 に 変換す る 場合 に は、 図 5 ( a ) のパ タ ー ン を 反転 さ せ た パ タ ー ン ゃ、 図 5 ( b ) に 示すパ タ ー ン の偏光変換部 1 1 4 3 を 形成す れ ば よ い。 ま た 、 必ず し も 光束のパ タ ー ン に ほぼ一致 さ せ る も の に 限 ら ず、 光束のパ タ ー ン を 含むパ タ ー ン 、 す な わ ち 図 5 ( c ) ま た は 図 5 ( d ) に 示す よ う なノ タ ー ン の偏光変換部 1 1 4 3 を 形成す る な ど して も よ い。

次 に 、 上記の よ う な位相差板 1 1 4 1 を 例 え ば U V硬化型 の液 晶 を 用 い て 製造す る 方法 を 図 6 に基づ い て 説明 す る 。

( 1 ) ま ず、 図 6 ( a ) に 示す よ う に、 2 枚の ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 を そ れぞれ洗浄 して ダス ト を 除去 し た後、 例 え ばポ リ イ ミ ド な ど め 配 向膜材料 を ス ピ ン コ ー ト 法等 に よ り 塗布 し 、 加熱処理 な ど を 行 つ て 配向膜 1 1 5 1 を形成す る 。

( 2 ) 次 に 、 上記配向膜 1 1 5 1 に 対 し て 、 ロ ー ラ 等 に よ り 所定 の 方 向 の ラ ビ ン グ処理 を施す。 こ の ラ ビ ン グ処理 に お い て は 、 例 え ば 1 対の ガ ラ ス 基板 に 対 して ア ン チノ、' ラ レ ル ラ ビ ン グ （ ラ ビ ン グ 方 向 は等 し く 、 ラ ビ ン グの 向 き が互い に逆方 向 ） を 行 う 。

( 3 ) 図 6 ( b ) に 示す よ う に 、 上記ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 上 に セ ル ギ ャ ッ プを 保っ た めの ビーズ （不図示 ） を 分散 さ せ、 周 辺部 に シ — ル剤 1 1 5 2 を 塗布 し た後、 張 り 合わせ を 行 っ て セ ル 1 1 5 5 を 形成す る 。

( 4 ) 図 6 ( c ) に 示 す よ う に 、 上記セ ル 1 1 5 5 に U V硬化型 の液晶 1 1 5 3 を 大気中 ま た は真空 中 に お い て 注入 し 、 液晶セ ル 1 1 5 6 を 形成す る 。 ( 5 ) 図 6 ( d ) に 示 す よ う に 、 上記液晶 セ ル 1 1 5 6 に 例 え ば 前記図 5 に 示 す よ う なパ タ ー ン で 開 口 部 1 1 5 4 a が形成 さ れた フ ォ ト マ ス ク 1 1 5 4 を 密着 さ せ、 概ね均一 な 光強度 を 有 し 波長が 3 0 0 η π！ 〜 4 0 0 r m程度 の 紫外領域の レ 一ザ光 ま た は水銀 ラ ン プ 光 を 照射す る 。 こ れ に よ り 、 フ ォ ト マ ス ク 1 1 5 4 の 開 口 部 1 1 5 4 a に 対応す る 部分の液晶 1 1 5 3 だ け が硬化 す る 。

なお、 上記の よ う に フ ォ ト マ ス ク 1 1 5 4 を 密着 さ せ る の に代え て 、 レ ン ズ系 を 介 し て 、 ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 上 に所定のノ "5 タ ー ン の 像 を 結像 さ せ る な ど し て も よ い 。

( 6 ) 図 6 ( e ) に 示 す よ う に 、 一方 の ガ ラ ス 基板 1 Γ 4 2 を 剥 が し 、 ア ル コ ー ル ま た は ア セ ト ン 等 に よ る 洗浄 を 行 っ て 、 露光 さ れ ず に 未硬化な ま ま の液晶 1 1 5 3 を 除去 す る 。 こ れ に よ り 、 ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 上 に 所定のノ¹; タ ー ン の偏光変換部 1 1 4 3 が形成 さ れ た位相差板 1 1 4 1 が得 ら れ る 。 こ こ で 、 ガ ラ ス 基板の 一方 だ け を 容易 に剥が し得 る よ う に す る た め に は、 例 え ば 1 対の ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 に 塗布 す る 配向膜材料 と し て そ れ そ れ互 い に 異 な る 種類の も の を 用 い る な ど す れば よ い 。

な お、 位相差板 1 1 4 1 を製造 す る 方 法 は 上記の 方 法 に 限 ら ず 、 例 え ば液晶セ ル 1 1 5 6 の全面 に 均一 な U V 光 を 照射 して 液晶 1 1 5 3 全体 を硬化 さ せ た後、 一方 の ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 を 剥が し、 上 記硬化 し た液晶 1 1 5 3 に所定の ネ ガノ"？ タ ー ン の マ ス ク を 密着 さ せ て フ ッ 素 系 の ガス 等 に よ る ド ラ イ エ ッ チ ン グ を 行 う こ と に よ り 、 偏 光変換部 1 1 4 3 を形成 す る 以外の部 分 を 除去 す る な ど し て も よ い ま た 、 位相差板 を 構成 す る 基板 と し て 単独 の基板で は な く 回折光 学素子 を構成す る ガ ラ ス 基板等 を 兼用 す る よ う に し て も よ い 。 す な わ ち 、 図 7 に 示 す よ う に 、 上記の よ う に し て ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 上 に 偏光変換部 1 1 4 3 を 形成 し た り 、 ま た は ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 に 均 一 な位相差 フ ィ ル ム を 貼 り 付 け る か成膜す る か し た後 に マ ス ク を 用 い た エ ッ チ ン グ に よ り ノ、 ° 夕 一ニ ン グす る な ど し て 偏光変換部 1 1 4 3 を 形成 し た り し た 後、 例 え ば後述す る 実施の形態 B 1 に 示 す よ う に 、 上記 ガ ラ ス 基板 1 1 4 2 と 対向 す る ガ ラ ス 基板 1 1 4 4 と の 間 に 光学媒体 1 1 4 5 を 配置 し て ガ ラ ス 基板 1 1 4 4 側 か ら 干渉光 の露光 を す る こ と に よ り 回折光学 素子 を 形成す る よ う に し て も よ い 上記の よ う に し て 作製 し だ 回折光学素子 を 用 い て 後述 す る 実施の 形態 A 3 ( 図 4 ) や実施の形態 C 3 ( 図 2 3 ) に 示 す偏光変換素子 を 有 す る 偏光照明装置 を 作製 し て 光 の利用 効率 を 測定 し た と こ ろ 、 偏光変換素子 を 用 いな い場合 に 比べ、 偏波面 が揃 っ た 光波の利用 効 率は 1 . 2 〜 1 . 6 程度 に 向上 し 、 偏光照明装置 と し て 有効で あ る こ と が確認 さ れ た 。

上記の よ う な 方法 に よ り 、 微細 な周期構造 な どの位相差板 を精度 良 く 作製す る こ と が可能で あ る 。 ま た 、 イ ン テ グ レ 一 タ 1 1 0 4 が 微細 に な っ た 場合 に も 回折光学素子の製造方 法お よ び偏光変換素子 の構成 を 大 き く 変 え る こ と な く 使用 す る こ と が可能で あ り 、 将来の 技術向上 に追随可能な 有 望 な 方 法 と 期待 さ れ る 。 (実施の形態 B 1 )

前記各 実施の 形 態 に お け る 回 折 光学 素 子 1 1 0 5 等 と し て は 、 種 々 の公知 の 回折光学素 子 を 用 い る こ と も で き る が、 以下の よ う な 回折光学素子 を 用 い る こ と に よ っ て 、 光利 用 効率 を よ り 高 く す る こ と が容易 に で き る 。

ま ず、 回折光学素子 の表面 に 平 行 な 方 向 に 屈折率分布 の周期構造 が形成 さ れ た 回折光学素子 に つ い て 説明 す る 。 こ の 回折光学素子 1 2 0 1 は 、 図 8 に 示 す よ う に 、 例 え ば 1 0 〃 m の 間隔で 対向 し た 1 対の透明絶縁性基板で あ る ガ ラ ス 基板 1 2 0 2 の 間 に 、 ほぼ 1 m の ビ ヅ チで 、 高分子柱 1 2 0 3 (高分子壁 ） と 、 上記高分子柱 1 2 0 3 の壁面 に対 し て 垂直 な 方 向 に 配向 し た 液 晶分子か ら 成 る 液晶 1 2 0 4 と が設け ら れて 構成 さ れて い る 。 上記 高分子柱 1 2 0 3 と し て は、 例 え ばモ ノ マ 一 や オ リ ゴマ ーの 混合物 を 硬化 さ せ た も の な どが用 い ら れ る 。 ま た 、 液晶 1 2 0 4 と し て は、 例 え ば ネ マ テ ィ ッ ク 液晶 が用 レゝ ら れ る 。

上 記の よ う な 高分子の屈折率 は 一般 に 1 . 5 程度 で あ り 、 通常 よ く 用 い ら れ る ネ マ テ ィ ヅ ク 液晶の 常光屈折率 N o と 概ね等 し い。 こ の た め、 常光線の 入射光束 （ 図 8 の S 波 に 相 当 ） に 対 し て は、 液 晶 1 2 0 4 の屈折率は N o で あ り 高分子柱 1 2 0 3 の屈折率 も N o 程 度 と な る た め、 回折光学素子 1 2 0 1 は等 方 媒体 と し て 作 用 し、 入 射 し た 常光線は そ の ま ま 透過す る 。

一方、 異 常光線の入射光束 （ 図 8 の P 波 に 相 当 ） に 対 し て は、 液 晶分子が高分子柱 1 2 0 3 の 壁面 に対 し て 垂直 の 方 向 に 配向 し て い る の で液晶 1 2 0 4 の屈折率は N e と な る 。 と こ ろ が高分子柱 1 2 0 3 は屈折率異方性 を 有 し な い の で N o の ま ま で あ る 。し た が っ て 、 液晶 1 2 0 4 と 高分子柱 1 2 0 3 と で屈折率 が異 な る 領域の周期構 造 が生 じ る こ と に な る 。 そ こ で、 入射 し た 異 常 光線 は上記周 期構造 (屈折率分布） に応 じ た特定の方 向 に 回折 さ れ る 。

上記液晶 1 2 0 4 は、 後述す る メ カ ニ ズ ム に よ っ て 上記の よ う に 配 向 し 、 高 い 回折効率 と 偏光選択性 と を 有 し て い る 。 そ れゆえ 、 前 記各実施の形態 に お け る 回折光学素子 1 1 0 5 等 と し て 上 記 回折光 学 素子 1 2 0 1 を 用 い る こ と に よ り 、 偏光 変換効率お よ び光利用 効 率 を 大幅 に 向 上 さ せ る こ と がで き る 。 次 に 、 回折光学素子の表面 に 垂直な 方 向 （厚 さ 方 向 ） に屈折率分 布 の周期構造が形成 さ れ た 回折光学素子 に つ い て 説明す る 。

こ の 回折光学素子 1 3 0 1 は、 図 9 に 示 す よ う に 、 例 え ば 1 0 〃 mの 間隔 で 対向 し た 1 対 の透明絶縁性基板で あ る ガ ラ ス 基板 1 3 0 2 の 間 に、 ほぼ 1 〃 mの ピ ッ チ で 、 高分子層 1 3 0 3 と 、 上記高分 子層 1 3 0 3 に対 し て 垂直 な 方 向 に配向 し た 液晶分子 か ら 成 る 液晶 層 1 3 0 4 と が設 け ら れて構成 さ れて い る 。 上記高分子層 1 3 0 3 お よ び液晶層 1 3 0 4 と し て は 、 上記回折光学素子 1 2 0 1 と 同様 の も の が用 い ら れ る 。

こ の よ う に厚 さ 方 向 に 周期構造 を 有 す る よ う に 構成す る こ と で 、 ブ ラ ッ グ の 回折条件 が適用 さ れ る こ と に な る 。 す な わ ち 、 あ る 波長 を 有す る 光が周期構造を 形成す る 各層 に 入射 し た 場合、 各層 で 散乱 さ れた 光は そ の 波長 と 入射角 度及び層間の ピ ッ チ に 対応す る 特定方 向 に散乱成分が強め合 う 現象を 生 じ る 。 こ れが、 ブ ラ ッ グの 回折条 件 と 呼 ば れ る も の で あ り 、 こ の よ う な 条件 は従来の 2 次元的 な 回折 光学素子 に対 し、 3 次元 的 な構成 と な り 、 ブ レ ーズ化 （ 1 つ の 方 向 に光 を 収束す る ） の作用 を 有 す る こ と に な る 。 し た が っ て 、 従来の 回折光学素子 に 対 し、 回折効率 を 飛躍 的 に 向上 さ せ る こ と がで き 、 理論的 に は 1 0 0 % の効率 が可能で あ る 。 （ な お、 こ の よ う な 理論的 な 回折効率の計算結果は H . K o g e l n i k 、 （ B e l l S y s t . T e c h . J . , 4 8 , 1 9 6 9 , P . 2 9 0 9 - 2 9 4 7 ) の解析 に 開示 さ れて い る 。）

ま た 、 こ の 回折光学素子 1 3 0 1 も 、 上記回折光学素子 1 2 0 1 と 同様 に高 い 回折効率 と 偏光選択性 と を 有 し て い る 。 そ れ ゆ え 、 や は り 、 こ れ を 用 い る こ と に よ り 、 偏光 変換効率お よ び光利 用 効率 を 大幅 に 向上 さ せ る こ と がで き る 。

次 に、 上記の よ う な 回折光学素子の作製方法 を 図 1 0 に 基づ い て 説明 す る 。

ま ず、 ガ ラ ス 基板 1 2 0 2 を 洗浄 して ダス ト を 除去 し た 後、 こ の ガ ラ ス 基板 1 2 0 2 上 に液晶 と 高分子前駆体 と を 混合 し た 光学媒体 を ス ノ "？ チ ユ ラ 等 で 滴下 し、 こ の上 に も う 1 枚の ガ ラ ス 基板 1 2 0 2 を 上 方 か ら 張 り 合わせて 、 2 枚の ガ ラ ス基板 1 2 0 2 の 間隙 に 光学 媒体が封入 さ れ た 液晶セ ル （ サ ン プル） を 作製す る 。

上記光学媒体 と して は、 ネ マ テ ィ ッ ク 液晶、 高分子前駆体 と し て は モ ノ マ 一や オ リ ゴ マ ー の 混合物が用 い ら れ る 。 よ り 具体的 に は 、 Phenylglycidi 1 ether ac r 1 ate hexamethy 1 ene d i i socyanate ur e th ane prepolymer,2-Hydroxyethyl Methacrylate, Dimethylol tricyclodecane diacrylate 等力 s禾 ij用 で き る 。 今回使用 し た液晶 （ メ ル ク 社製 T L 2 1 6 ) は正 の 誘電異方性 を 有 す る も の で あ る が、 負 の誘電異 方性 を 有 す る も の を 使用 す る こ と も 可能で あ る 。 さ ら に 、 屈折率異 方性 を 有 す る 光学媒体 と して は、 ニ オ ブ酸 リ チ ウ ム 、 K D

₂ P 0 ₄ 、 ^ — B a B ₂ 0 ₄ 、 P L Z T 等の電気光学効果等 を 有 す る一軸性 の 結晶 を 用 い る こ と も 可能で あ り 、 ま た 、 K T i P 0 ₄ 等 の二軸性の 光学結晶等 も 含め屈折率異 方性 を 有 す る 媒体を 用 い る こ と も 可能で あ る 。 ま た 、 光重合開始剤 と し て N- Phenylglycine、 ま た 5 1 5 n m 付 近 波長 の レ ー ザ光 を 吸収 さ せ る た め の 色 素 と し て Dibromof luoresceine 等 を 添加 し て も よ レヽ 。 ま た 、 セ ル の ギ ャ ッ プ の均一性 を保っ た め数 〃 m〜 1 0 〃 m 径程度 の ビ ー ズ を 添加 し て も よ い。

上記の よ う に し て 形成 さ れた 液晶セ ル を レ ー ザ光 を 用 い た 干渉縞 に よ っ て 露光す る 。 上記 レ ーザ光 と し て は、 例 え ば 、 A r レ ーザ か ら の 5 1 5 η ιη前後の波長の 出射光が利用 で き る 。 こ れ を ビー ム ェ キ ス ノ ン ダ等 に よ っ て 直径が 3 0 m m〜 5 0 m mや 3 O m n！ 〜 1 0 0 m m程度の ビ ー ム に広 げた後、 ビ一 ム ス プ リ ヅ タ 等 に よ っ て 2 光 束 に 分割 し、 ミ ラ 一等 を組み合わせて 所定の 光路 を と る よ う に す る こ と に よ り 、 液晶 セ ル に照射す る 例 え ば ピ ッ チ 力 1 〃 m程度 の 干涉 縞 を形成す る 。 上記 A r レ ーザ に よ る 照射光強度は 、 例 え ば 5 0 m W - 1 0 O m W程度 に な る よ う に す る 。

こ こ で 液晶セ ル の位置 に形成 さ れ る 干渉縞の ピ ッ チ p と 、 ミ ラ ー を 介 し て 入射 す る レ ーザの 2 光束 の交角 0 と 、 レ ー ザ光の 波長 久 と の 関係 は、 以下 の式で 表す こ と がで き る 。

ピ ッ チ ： p Z Z s i n S ' · ' (式 1 )

す な わ ち 、 液晶セ ル上 に形成さ れ る 干渉縞の ピ ッ チ は 2 光束の 交 角 が大 き い ほ ど、 ま た レ ーザ光の波長が短 い ほ ど 小 さ く な る 。

ま た 、 作成 さ れた 回折光学素子 に入射す る 光束の 回折 方 向 （ 回折 角 ） の 設定は、 露光時の液晶セ ルの セ ッ テ ィ ン グ角 度 に よ っ て 行 う こ と が で き る 。 例 え ば、 2 光束が そ れぞれ入射 す る 角 度 を 、 液晶 セ ル の ガ ラ ス 基板 1 2 0 2 の 法線 に 対 し て 対称 に 1 5 ° ず つ 、 つ ま り 交角 （ 露光角 ） を 3 0 ° と し た場合、 干 渉縞の ピ ッ チ は （ 式 1 ) よ り 1 / m に な る と と も に 、 格子 （高分子柱 1 2 0 3 ) の 向 き は ガ ラ ス 基板面 に 対 し て 垂直 に形成さ れ る 。 こ れ に 対 し 、 液晶 セ ル を 例 え ば 1 5 ° 傾 け て セ ッ テ ィ ン グ し た 場合、 格子 ピ ッ チ は 同 じ 1 mで あ る が、 格子 は ガ ラ ス 基板 1 2 0 2 の法線か ら 1 5 ° 傾い た 方 向 に 向 け て 形成 さ れ る 。 こ の と き 、 回折光学素子 1 1 0 5 の ガ ラ ス 面 に 垂直 に 入射 し た P 波 は進行方 向 に 対 し 3 0 ° 左 （ 上記液晶セ ル を 傾 け た 向 き と 逆 の 向 き に 3 0 ° の 方 向） に 回折 す る 。 上 記の よ う に 、 レ ーザ露光時 に液晶セ ル の セ ッ テ ィ ン グ角 度 を 調整 す る こ と に よ つ て 回折方 向 を 設定 す る こ と かで き る 。 ま た 、 実施の形態 A 1 で説明 し た よ う に、 光束の 入射位置 に応 じて 、 光軸 を 含 む 面 に対 して 対称 な 方 向 に 回折 さ せ る 回折光学素子 を作製す る 場合 に は、 液晶セ ル の セ ッ テ ィ ン グ角度 を対称 に 変化 さ せ て 2 回露光 を 行 え ば よ い。 具体 的 に は 、 ま ず液晶セ ルの 中 心 に 対 し左右 ど ち ら か半分の領域 を マ ス ク で 覆 っ て レ 一ザ光が照射 さ れな い よ う に す る と と も に 、 セ ッ テ ィ ン グ角 度 を 1 5 ° と して 露光 す る 。 こ の後、 マ ス ク の位置 を 左右反 対 に す る と と も に 、 セ ッ テ ィ ン グ角度 を 一 1 5 ° に 変 え た後、 1 回 目 の 露光 で 露光 さ れ な か っ た領域 を を 露光 す る 。 こ の よ う な 方法 に よ り 、 光軸 に対 し て 左右側 の領域で 回折方 向 が対称 と な る 回折光学 素子 な ど を作製す る こ と がで き る 。 こ の よ う に し て 作製 さ れ る 回折 光学素子 は、 単 一 の素子で、 光束 の入射位 置 に 応 じ て 回折 方 向 を 異 ら せ る よ う に す る こ と がで き る の で、 構成が簡単 で あ り 、 均一性 も 高 い も の が容易 に得 ら れ る 。 さ ら に 、 液晶 セ ル を 傾 け る 方 向 を 変化 さ せ た り 、 セ ッ テ ィ ン グ角度 を 大小の 角 度 に 変化 さ せ た り す る こ と に よ り 、 実施の形態 A 1 ， A 3 で 説明 し た よ う な 種 々 の 回折光学素 子 を 作製す る こ と も で き る 。

レ ー ザ光の 干渉縞に よ る 液晶セ ルの露光は、 ペルチ ヱ 素子か ら 成 る 温度制御装匿等 に よ っ て 液晶 セ ル を所定の 温度 に 保 っ た 状態で例 え ば 5 分間程度行 う 。 上記所定の 温度 は、 例 え ば 5 0 °C〜 7 0 °C程 度 の 温度範囲 で あ る が、 こ の 点 に 関 し て は後 に 詳述 す る 。 露光時間 は 、 レ ーザ光の 光路 中 に 設け ら れ た シ ャ ッ 夕 に よ っ て 調整 さ れ る 。 こ の 露光 に よ っ て 、 回折光学素子 1 2 0 1 は 、 大 き く 分 け て 2 段階 の過程 を 経て 形成 さ れ る 。

す な わ ち 、 露光が開始 さ れ る と （第 1 段階）、 ま ず 、 レ ー ザの 2 光 束の 干渉 に よ る 干 渉縞の 光強度 が高 い 明部 の 部分で 、 高分子前駆体 の硬化 が始 ま る 。 こ の過程で 、 図 1 0 ( a ) に 示 す よ う に 、 周期 的 , な 配置 の高分子柱 1 2 0 3 が形成 さ れ る 。 ま た 、 同時 に 、 液晶は レ —ザ露光 に よ り 硬化反応が生 じ な い た め上記硬化す る 高分子の領域 か ら 押 し 出 さ れ、 光強度 が弱 い暗部 の領域に 集 ま る よ う に な る 。 つ ま り 、 高分子 と 液晶 と の相分離 の現象が起 こ り 、 高分子 と 液晶の周 期的 な 密度分布 が生 じ る 。 こ の 場合、 液晶 の密度 が高 い部分で は 高 分子柱 1 2 0 3 の部分 に 比べて 屈折率の 平均値 が高 く な る の で 周期 的 な屈折率分布 が生 じ る 。 こ の状態の セ ルは、 上 記屈折率分布 に よ つ て 、 回折作用 を 有 す る も の と な る 。 し か し 、 液晶 は 配向 し て い な い た め屈折率異 方性 を 有 す る 部分 は存在せ ず 、 入射光束 を 偏光方 向 に応 じて 透過 ま た は 回折 さ せ る 偏 光選択性は 有 し て い な い と 考 え ら れ る 。

さ ら に露光が続 く と （第 2 段階 ）、 図 1 0 ( b ) に 示 す よ う に 、 暗 部 に集 ま っ た液晶分子が、 硬化 し た高分子柱 1 2 0 3 の壁面 に対 し て 垂直 な 方 向 に 巨視的 に 一様 に 配 向 す る よ う に な る 。 こ れは、 素子 内 に お いて 、 高分子の柱が微少領域で 周期 的 に 形成 さ れ、 ま た液晶 は未硬化 の ま ま 存在 す る た め、 素子全体 に お い て 高分子層 と 液晶層 と の 間で応力 分布があ る 程度急峻な時間 内 に生 じ る 。 こ の よ う な 物 理的な要 因 に よ り 、 液晶 の 配向状態が規定 さ れ る た めで は ない か と 考 え ら れ る 。 こ れ に よ り 、 セ ル 内 に高分子柱 1 2 0 3 と 屈折率異 方 性 を 有 す る 液晶 1 2 0 4 と が交互 に 周期 的 に 並 ん だ 周期構造が形成 さ れ、前記 の よ う に 入射光束偏波成分 に応 じ て 回折作用 が異 な る（入 射 す る P 波 に対 し て 強い 回折特性 を 有 す る ） 偏光選択性 を 有 す る よ う に な る 。

な お、 上記の よ う な露光過程 に お け る 2 つ の段階は、 露光時の レ 一ザ光強度 を 変化 さ せ た り 、 添加す る 光重合開始剤 や色素 の 量 を 変 ィ匕 さ せ た り し た 場合で も 、 同様 に 生 じ た 。

上記の よ う に し て 形成 さ れた セ ル に 、 水銀 ラ ン プの概ね均一 な 光 を 5 分程度照射 し 、 セ ル全体に わ た っ て 未硬化部分 の高分子前駆体 が安定 に硬化 す る よ う に し て 、 回折光学素子 1 2 0 1 が完成す る 。 上記の よ う に し て 作製 さ れ た 回折光学素 子 は 、 前記の よ う に高い 回折効率 と 偏光選択性 と を 有 し て い る が、 こ れ に は 、 露光時 の 温度 が大 き く 影響 し て い る と 考 え ら れ る 。 そ こ で 、 以下、 露光温度 と 回 折効率 と の 関係 に つ い て 説明 す る 。

ま ず、 露光時 に 室温で あ る 場合 と加熱 し た 場合 と に お け る 、 露光 プ ロ セ ス の進行 と 偏光光 に 対す る 回折光強度 の 変化 に つ いて 説明 す る 。 回折光学素子 の 内部格子構造の作成過程 を 推測す る た め に 、 P 波 と S 波の入射光 （ H e - N e レ ーザ ） に 対す る 回折光強度の時問変化 を 、 レ ー ザ露光 中 の保持温度 を 異 な ら せて 調べ た 。 （ こ こ で 、 上記入 射光 と して は、 格子形成 に 対 し 影響 を 与 え る こ と がな い よ う に 、 光 強度 が弱 く 、 液晶サ ン プル の 吸収帯か ら 外れた 6 3 3 n m の 波長の H e — N e レ ー ザ光 を モ ニ タ と して 用 い た 。）図 1 1 に 室温 と 6 5 "C に 加熱 し た場合 に 得 ら れ た結果 を 示す。 1 つ は恒温 ブ レ ー ト 及びべ ルチ ェ 素子の加熱 を 行 わ ず室温 に 試料及び ガ ラ ス 基板 を保持 し て レ 一ザ露光 を 行 っ た 。 他方 は試料及びガ ラ ス 基板 を 6 5 に加熱保持 し て サ ン プル を 組み立て 、 ぺ-ルチ ヱ 素 子 で 同温度 に 制御 し た 支持台 に 取 り 付 けて レ ー ザ露光 を 行 っ た 。 試料は ど ち ら も 同 じ も の （液 晶 T L 2 1 6 使用 ） を 用 い た 。

こ の結果、 作製温度 が室温の場合、 レ ーザ露光後 の サ ン プル に お い て S 偏光入射時 の 回折光強度 が P 偏 光入射時の そ れ に 比較 し て 大 き く 現れた 。 作製時の モ ニ タ 一光 の時間的 な 変化 と して は、 レ ーザ 露光開始後 内部で の格子形成反応が生 じ ず 回折光強度がほ と ん ど変 ィ匕 し な い 図 中 の a 領域、 時間 と 共 に 回折光強度が増加 す る b 領域、 回折光強度 が飽和 し て ほ と ん ど変化がな く な っ た c 領域の 3 つ の過 程 に 大 き く 別 れ た 。 こ の 変化 は P 偏光入射、 S 偏光入射 に 関わ ら ず 同様で あ っ た 。 こ の 変ィ匕過程 に つ い て は 、 R. L. Sutherland, L. V. Natar a j an , and V. P. Tondigl ia, Chem . Mater . Vol . 5. 1993 , pp 1533- 1538 に お い て 開示 さ れて い る よ う な 液晶 と 高分子 と の相分 離現象か ら な る 干 渉縞の形成過程 と 同様で あ り 、 入射す る 光波 の 偏 光特性 に 対 し て 大 き な依存性は有 さ な い 。

一方、 作製温度 を 6 5 °C と し た 場合 に つ い て モ ニ タ ー光強度 の 時 間変化は以下の よ う に な っ た 。 レ ーザ露光 開始後、 反応が開始せ ず 回折光強度がほ と ん ど変化 し な い a領域、 時間 と 共 に 回折光強度 が 増加す る b 領域、回折光強度の増加割合が急激 に 大 き く な る b '領域 回折光強度 が飽和 し ほ と ん ど変化 がな く な っ た c 領域の 4 つ の過程 に 別れて い る 。 こ の 6 5 °C に加熱 し た 場合 に は、 入射す る 光波の 偏 光特性に 対 し て 回折光強度 の時間的 な 変化 が大 き く 異 な っ て い る 。 す な わ ち 、 P 波、 S 波 と も a領域、 b 領域で は 同様の 変化 を 示 す が、 b ' 領域に お い て は 大 き く 異 な る 。つ ま り P 波 の入射 に 対 し て は 回折 光強度 が急激に増加 す る の に 対 し 、 S 波の 入射 に対 し て は 、 逆 に 回 折光強度 が減少 す る 。 こ の領域で は、 入射光 の偏 光方 向 に よ っ て 回 折効率の 変化 が大 き く 異 な り 、 内部 に お い て 複屈折性が増加 す る 反 応が進んで い る と 考 え ら れ る 。

図 1 0 の レ ー ザ露光時の格子 の 形成過程 の モ デル で 示 し た よ う に 硬化 し た高分子の柱 に 対 し て 液晶分子 が配 向 す る よ う な 変化が格子 形成過程で 生 じ 、 こ の結果 と して 入射 光 に 対 す る 偏光依存性が顕著 に な る の で は な い か と 思わ れ る 。作製温度条件が図 1 1 に お け る b， の領域で 示 さ れ る 偏光依存性 を 発現さ せ る 重要 な 要 因で あ る こ と が 判明 し た 。

図 1 1 を み る と 作製温度 に 対 し て P I 次、 s i 次 の交 λ率は大 き く 変化 し て お り 、 室温 （ 2 3 °C ) 付近で は S 波 の 回折効率が高い 。 一 方、 6 5 °C で は P 波の 回折効率が高 く な り P 1 次 と S 1 次の大 き さ が逆転す る 。 室温 に お い て S 波の 回折特性が大 き い と い う こ と は 、 液晶分子が高分子 の柱 に 対 し て 平行 と な る よ う な モ デル と して 考 え ら れ る 。 こ の様子 を 図 1 0 ( c ) に 示す。 ま た.、 温度 を 増加 し て い く と 図 1 0 ( b ) に 示 す よ う に 液晶分子が高分子 の 柱 に対 し て 證 直 に 立 っ て 並ぶ よ う な モ デルが予想 さ れ る 。 こ の よ う に 作製温度 に 対 し て 液 晶 の配向 方 向 が変化 す る の は温度 に 対 して 液 晶 の粘性が変化 し、 先 に 述べた高分子 の硬化 に よ る 周期構造形成時 に体積収縮等 に 基づ く 応力 分布 が周期的 に 生 じ、 こ の物理的 な作用 に よ り 液晶分子 の 配列 変化が起 こ る の で は な い か と 考 え ら れ る 。 次 に 、 液晶 の N— I 点、 加熱温度、 お よ び 回折効率 の 関係 に つ い て 説明 す る 。

液晶サ ン プルの レ ーザ露光 中 に お け る 基板保持温度 を い く つ か変 化 さ せ て サ ン プル の作製 を 試み た 。 液晶材料 と し て は 、 N— I 点 が 8 0 の も の と 、 1 1 3 の も の と を 用 い た 。 図 1 2 は、 作製 し た し た 回折光学素子 に お け る 、 レ ーザ露光 中 の基板保持温度 と 回折効 率 の 評価結果で あ る 。 こ こ で 、 波長 5 4 4 n m の 緑色の レ ーザ光 を 用 い偏光子 に よ り 入射光 の偏波方 向 を 変化 さ せ て 回 折効率 を 調べ た 図 1 2 に お い て P 1 次は P 波 を 入射 し た と き 、 素 子 を そ の ま ま 通過 せ ず特定方 向 に 回折 さ れた 光強度割合 を 示 す 。 ま た 、 S 1 次は S 波 を 入射 し た と き の 同様の 割合で あ る 。 p 1 次 と s 1 次の効率の 比 が 大 き い ほ ど （ 一方 が 1 0 0 % に近 く 、 他方 が 0 に近 い ）、 入射光 に 対 す る 偏光分離度 が高 く な り 、 本発明に 用 い る 回折光学素子 と して 優 れた特性 と な る 。

図 1 2 に よ れば、 作製温度 に応 じて P 1 次 、 S 1 次の効率は大 き く 変化 し て お り 、 室温付近 （ 2 5 ） 〜 4 0 程度 ま で の低い温度 で は S 波の 回折効率が高い。 一方 こ れ よ り 温度が上昇す る と P 波の 回折効率が高 く な り （ a )、 ( b ) と も あ る 特定温度付近で ピー ク を 有 して い る 。 効率 と して は P 1 次の ピー ク 効率が S 1 次 に 比べ高 く 8 0 %程度の値 と な っ て い る 。

S 波の 回折特性が大 き い と い う こ と は 、 液晶分子 が図 8 と は異 な り 高分子 の柱 に 対 し て 平行 に倒れ る 方 向 に な っ て い る と 考 え ら れる こ の よ う に作製温度 に 対 し て 液晶の配向 方 向 が変化 す る の は温度 に 対 し て 液晶の粘性が変化 し、 先 に述べ た 高分子の硬化 に よ る 周期構 造形成過程時の応力分布 に 対す る の液晶分子 の移動割合が異 な っ て く る た めで は な い か と 思われ る 。

つ ま り 、 温度 が高 く な る に つ れ液晶の粘性 が下 が り 移動 し や す く な る こ の た め、 図 8 に 示 す よ う に液晶が高分子 の柱 に 対 し て 概ね垂 直 方 向 に 立つ よ う な 向 き に ま で大 き く 変化 す る よ う に な る の で は な い か と 予想 さ れる 。 ま た 、 温度 に 対 し て 効率 が ピー ク を持つ の は応 力 と 液晶 の粘性 に よ る 物理的 な 力 がパ ラ ン ス す る よ う な状態の存在 に よ る も の ま た は、 温度が高い と 液晶分子 が動 き や す く な り す ぎ る た め 一様な 方 向 に 安定 さ せ る こ と が困難 に な る た め効率が減少 す る 等 の理 由 が考え ら れる 。

さ ら に 、 こ の 図 か ら 、 P 1 次の ピー ク を 有 す る 温度 は、 液晶の N 一 I 点が 8 0 °C の場合に は 6 5 °C程度 （ 図 1 2 ( a ) )、 液晶の N — I 点が 1 1 3 °C の場合 に は 8 5 °C程度 （ 図 1 2 ( b ) ) で あ る こ と が わ か る 。 こ れ よ り 液晶 の N — I 点 に対応 し て 回折光学素子 の効率 が ピー ク と な る 作製温度 も 上昇 し て お り 、 液晶の N — I 点 に 対応 し て 作製温度 を 制御 す る こ と が重要 で あ る こ と がわ か っ た 。

ま た 、 回折光学素子 の作成後 に お け る 温度変化 と 回折効率 と の 関 係 を 図 1 3 に 示 す 。 同 図 に 示 す よ う に 、 回折効率の 変化は 温度変化 に 対 し て 可逆的 で あ り 、 ヒ ス テ リ シス も な く 、 かつ 、 2 0 ~ 7 0 °C 程度 の温度範囲で 高い 回折効率お よ び偏光選択性 が維持 さ れ る 。 次 に 、 回折効率お よ び光束の入射角 と コ ン ト ラ ス ト と の 関係 に つ い て 説明 す る 。

上記の よ う に して 作製 し た 回折光学素子 に 対 し 、 G 光 （ H e — N e レ 一 ザの 5 4 4 n m波長） を 入射 さ せ て 回折、 透過特性を 調べ た 。 P 偏光光 を 入射 し た 場合は 、 回折効率が最高で 約 9 0 % を 示 し、 透 過成分は 1 % 以下 と 非 常 に 高 い 回折特性 を 示 し た 。 ま た、 S 偏光光 を 入射 し た 場合は、 回折効率 は 0 . 1 % 以下 、 透過率は 9 5 %程度 で あ り （ そ の他の光 は基板の表面反射 に よ る 損 失等 ）、 非常 に 高い透 過特性 を 示 し た 。 こ の よ う に 、 こ こ で作製 し た 回折光学素子は高い 偏光分離特性及び 回折効率 を 有 し て い る こ と が確認 さ れた 。

ま た 、 R、 G、 B の 各波長 に 対す る 回折効率 （ P 1 次、 S 1 次） の入射角度依存性 を 測定 し た 結果 を 図 1 4 ( a ) に 示 す。 G 光の ピ 一 ク は レ 一ザ露光時の 露光角 に 対応す る 1 5 ° 付近で 得 ら れて い る ま た B 光 で は 1 3 ° 、 R 光 で は 1 7 ° と 、 G 光 の 前後 に ピー ク を 有 し て い る 。 ま た 、 例 え ば G 光 で は 、 入射角 1 5 ° ± 2 . 5 ° の 範 囲 内 に お い て P 1 次効率 は 8 0 % 以上 と な っ て い た 。

こ れ に 対 し、 S 1 次効率は R、 G、 B 光 そ れ ぞ れ に 対 し全て の 入 射角 で ほ と ん ど回折作用 を 有 さ ず透過 さ れ る こ と がわ か る 。

ま た 、 入射 角 1 5 ° 付 近 で の P 1 次 と S 1 次 と の 強度 比 は 5 0 0 ： 1 程度で あ っ た 。

次 に 光源 と し て 白 色平行光 を 用 い て 上記 と 同 一サ ン プル の効率評 価 を 行 っ た結果 を 図 1 4 ( b ) に 示す 。 測定 は 白 色光源 と し て 冷陰 極 ラ ン プか ら の光 を ビー ム エ キ ス ノ ン ダに よ り φ = 1 0 m m程度 の 平行光 と し 、 こ れ を ホ ロ グ ラ ム サ ン プル の 露光領域 に 入射 し、 レ ー ザ を 用 い た 場合 と 同様 に効率 を 評価す る こ と に よ り 行 っ た 。 検出器 と し て は照度計 を 用 い た 。 ま た 、 入射 S 偏光光 は色分離す る こ と な く 透過す る が、 P 偏光光 に つ い て はサ ン プル か ら 出射光が離れ る と 回折作用 に伴い R 、 G 、 B に 対応す る 色分離が生 じ る 。 こ の た め 、 R 、 G 、 B の光 がほぼ重な る 領域で強度検出 を 行 っ た 。

図 1 4 ( b ) の グ ラ フ にお い て 入射角 度 1 5 ° 付近 に緩や か な ピ — ク を 持 っ て お り 、 P 1 次効 率 と し て 入射角 1 5 ° ± 2 . 5 ° の 範 囲で 8 0 %程度 を 有 し て い る 。 一 方、 S 1 次 に つ い て は ほ と ん ど 回 折 さ れて い な い の が わ か る 。 こ の よ う に 白 色 平 行 光 に 対 し て も 8 0 % 以上の高い P 1 次効率 と 偏光分離特性 を 有 す る こ と が確認 さ れ た 。

ま た 、 P 1 次 / S 1 次の 比、 す なわ ち コ ン ト ラ ス ト に 関 し て は 、 図 1 5 に 示す よ う に 、 入射角 度 の 変化 に 対 し て 変 わ ら ず概ね一定値 を 保 っ て い る こ と がわ か る 。 な お、 上記の例で は説明 の便宜上、 基板面 に平行 な 力 向 に 周期構 造 が形成 さ れ る 例 を説明 し た が、 レ ーザ光の 強度分布 を 液晶 セ ルの 厚 さ 方 向 に 分布 さ せ る こ と に よ っ て 、 前記図 9 に 示 し た よ う な層構 造の 回折光学素子 1 3 0 1 も 同様 に作製す る こ と がで き 、 同様の 特 性 を 得 る こ と がで き る 。

(実施の形態 B 2 )

回折光学素子の 表面 に 垂直な 方 向 （厚 さ 方 向 ） に 屈折率分布 の 周 期構造 が形成 さ れ た 回折光学素子お よ びそ の製造方法 の他の例 に つ い て 説.明 す る 。

図 1 6 に 回折光学素子 2 5 0 1 の 内部構成の 断 面 図 を 示 す。 回折 光学素子 2 5 0 1 は屈折率異 方性 を 有 す る 光学媒体 を 用 い て 構成 さ れて い る 。

こ の 素子 内部 は 光の 入射す る 表面か ら 、 厚 さ 方 向 に 対 し 周期的 な 層構造 を 有 し て い る 。 そ し て 、 隣合 う 層 間で は屈折率異方性 を 有 す る 光学媒体の光軸の傾 き が、 1 つ は 回折光学素子 2 5 0 1 の表面 に 平行 と な る よ う に 配列 し て お り 、 も う 1 つ は表面 に 対 して 垂直方 向 に配列 し て い る 。

今、屈折率異 方性 を 有 す る 光学媒体に 光が入射す る 場合 を 考 え る 。 光学媒体の 光軸 と 偏光方 向 が平行 な 光が入射 し た 場合は異常光線 と な る た め、 屈折率 と して は N e の値 を 示す。 ま た 、 光学媒体の 光軸 と 偏光方 向 が垂直 と な る 場合は 常 光線 と な り 、 N o の屈折率 を 示 す こ と に な る 。 こ こ で 、 N e > N o で あ る 。

次 に 、 図 1 6 に 示 す 回折光学素子 2 5 0 1 に お い て 、 紙面 に 対 し て 垂直方 向 に 偏 光 方 向 を 有 す る 光 を 常光線 （ S 波 ） と し、 紙面 と 平 行方 向 に 偏光 方 向 を 有 す る 光 を 異常光線 （ P 波 ） と し て 、 こ れ ら の 光が回折光学素子 2 5 0 1 に 入射 し た と き の振 る 舞 い に つ い て 考 え る 。

ま ず、 常光線が入射 し た 場合、 各層 を 構成す る 光学媒体の 光軸 に 対 し偏光 方 向は どの場合 も 垂直 と な る 。 こ の た め 、 各層 間で の 光軸 の 向 き に 関係 な く 、 各層 で の屈折率は N o と な る 。 つ ま り 、 屈折率 が N o の 一様な 媒体が存在す る の と 等 し い た め、 こ れ に 入射す る 常 光線は 回折の作用 を 受け ず、 図 1 6 に 図示 し た よ う に そ の ま ま 透過 す る こ と に な る 。

次 に異 常光線が入射 す る 場合に つ い て 考 え る 。 屈折率異方性 を 有 す る 光学媒体の光軸が入射面 と 平行 に 配列 し て い る 層 に お い て は 、 入射光の偏光方 向 が光軸 と 平行 と な る 。 こ の た め 、 N e の屈折率 を 有 す る 層 を 通過 す る 場合 に 相 当 す る 。 ま た 、 回折光学素子 2 5 0 1 の入射面 に 対 し光学媒体の光軸が垂直方 向 で あ る 層 に 対 し て は 、 偏 光方 向 が 光軸 と 垂直の 場合 に 相 当 す る の で 、 こ の 層 は N o の 屈折率 を 有 す る も の と し て 作用 す る 。 そ れゆ え 、 異常 光線 に 対 し て は 回折 光学素子 2 5 0 1 は 、 そ の入射光の進 行方 向 で あ る 厚 さ 方 向 に お い て屈折率が周期 的 に 異 な る 複数の層 を 通過 す る こ と に な る 。 こ の 結 果、 入射光線は こ の層 の周期 ピ ッ チ に 対応 す る 特定 の 方 向 に光が集 光 さ れ る 、 い わ ゆ る ブラ ッ グの 回折作用 を 受 け る こ と に な る 。 図 1 6 に 示 し た よ う に 異常光線は 回折光学素子 2 5 0 1 の素子の 内部 に 形成 さ れた 層構造 に よ っ て 反射 さ れ紙面右上 方 に 光路 を 変化 す る こ と に な る 。

し た が っ て 、 こ の よ う に構成さ れた 回折光学素子 2 5 0 1 も 、 前 記実施の形態 B 1 で 示 し た 回折光学素子 と 同様 に 、 高い 回折効率 と 偏光選択性 と を 得 る こ と がで き る 。 上記の よ う な 回折光学素子 2 5 0 1 は 、 例 え ば U V 硬化型 の液晶 を 用 い て ス ビ ン コ 一 ト 塗布 に よ り 周期構造 を 積層 し て 作製す る こ と がで き る 。

ま ず、 図 1 7 ( a ) に示 す よ う に 、 洗浄 して ダス ト を 除去 し た ガ ラ ス 基板 2 5 0 2 に 、 高分子か ら な る 配向膜、 例 え ば ポ リ イ ミ ド を ス ピ ン コ ー ト 法等 に よ り 塗布 し、 加熱処理 を 行 う こ と な どで水平 配 '向膜 2 5 0 3 を形成 し た 。 こ の後、 ロ ー ラ 等 に よ り 所定の 方 向 に ラ ビ ン グ処理 を施 し た。

次 に 、 図 1 7 ( b ) に 示 す よ う に、 上記 ガ ラ ス 基板 2 5 0 2 を ス ピナ 一 2 5 1 0 上 に セ ッ テ ィ ン グ し、 光重合性液晶モ ノ マ ー ま た は 光架橋可能液晶 ポ リ マ ー等が含 ま れた U V 硬化型液晶 を ス ピ ン コ 一 ト 塗布 し た 。 膜厚 と し て は 1 0 0 0 〜 1 0 0 0 O A程度 で あ る 。 こ の 塗布膜 に 対 し 図 1 7 ( c ) に 示す よ う に U V 光照射 を 行 い液晶 分 子 が基板 に 平行 に 並ん だ状態で硬化 さ せて 水平配 向液 晶層 2 5 0 4 を 形成 し た 。 な お、 こ の硬化過程は雰西気 中 の酸素 に よ り 阻害 さ れ な い よ う に窒素等 の不活性ガ ス 雰囲気中 で 行 っ た 。

こ の後、 図 1 7 ( d ) に 示 す よ う に 、 液晶分子 を 基板に 対 し垂直 に 立て る た めの垂直配向膜 2 5 0 5 を 上記硬化 し た液 晶上 に形成 し た 。

さ ら に 、 図 1 7 ( b ) と 同様に ス ピ ナ 一 2 5 1 0 上 に再びセ ッ テ イ ン グ し U V硬化型の液晶 を 同様 に塗布 し硬化 さ せ て 垂直配向液 晶 層 2 5 0 6 を 形成 し た 。 ま た 、 連続形成 に 先立 っ て 予 め他の ガ ラ ス 基板 に 対 し 1 層 の み水平配向 と 垂直配向用 の配 向 目 を そ れそれ形成 し、 U V 硬化型 の液晶が水平 ま た は垂直 に 配向 す る こ と を ク ロ ス 二 コ ル の偏光板の 下 に サ ン プル を 配置 し て 顕微鏡で観察す る こ と で 確 口' し ο

以下 、 上記の 工程 を 繰 り 返 し行 う こ と に よ り 、 図 1 7 ( e ) に 示 す よ う に 、 液晶 分子 の配向 方 向 が基板 に 対 し水平 な も の と 垂直 な も の が交互 に 連続 し た 多層構造 を形成 し た 。 こ の過程 に よ り 図 1 6 に 示 す .も の と 同様 な 回折光学素子 が 出来上 が っ た 。 上記の よ う に して 作製 さ れ た 回折光学 素子 2 5 0 1 に 、 波長 5 4 4 n mの緑色の レ ーザ光 を 入射 し、 ま た 、 入射角 度 を 変化 さ せ て 回 折効率の 評価 を し た と こ ろ S 波は概ね透過 し 、 P 波成分の み が反射 さ れ、 液晶分子の配向 方 向 が異 な る 多層構造 が形成 さ れて い る こ と が確認 さ れた 。 ま た 、 光束の入射角度 変化 に 対 し て P 1 次は低下 す る も の の、 S 1 次は增加 す る こ と な く コ ン ト ラ ス ト は 入射角 度 変化 に 対 し て 変わ ら な か っ た 。

(実施の形態 B 3 )

回折光学素子の 表面 に 垂直 な 方 向 （厚 さ 方 向 ） に 屈折率分 布の 周 期構造が形成 さ れた 回折光学素子お よ びそ の製造 方 法 の さ ら に他 の 例 に つ い て 説明 す る 。

上記実施の形態 B 2 と 同様に して ス ピ ン コ ー ト 塗布 に よ り U V硬 化型 の液晶 を 積層 さ せ る 際 に 、 液晶分子 を 水 平配 向 と 垂直方 向 に 交 互 に積層 さ せ る の で は な く 水平 方 向の みの 一 方 向 に 配 向 さ せ た 。 こ の と き 、 1 層 目 の液晶の塗布 は実施の形態 B 2 と 同様 に 行 っ た 。 次 に 2 層 目 の液晶の種類 を 常光屈折率 は概ね 1 . 5 程度 で 等 し い が、 異 常光屈折率が 0 . 1 程度大 き い液晶 を 使用 し た 。 具体的 に は 1 層 目 の 液晶は （ N o : 1 . 4 8 , N e ： 1 . 5 5 )、 2 層 目 の液晶 は （ N o : 1 . 4 8 ， N e : 1 . 6 5 ) の も の を 使用 し た 。

こ の よ う に 1 層 目 と 2 層 目 で液晶の配向方 向 を 等 し く で き る た め 配向膜を 1 種類 と す る こ と がで き 、 ま た周期構造 と し て も 交互 に 異 な る 配向 を 行 う よ り も よ り 簡略な 設計 と な る 。 さ ら に 、 最初の ラ ビ ン グ を施 し た 配 向膜に 対 し液晶 を 塗布 し て 配向 方 向 を 規定 す る こ と で 2 層 目 以降の 配向 方 向 に 対 し て も あ る 程度制御 を 行 う こ と が で き る た め、 液晶塗布前 の配向膜形成を 省略で き る 可能性 を も 有 し て お り 実施の形態 B 2 に 比べ よ り 簡 略で確実 な 製造方 法 を 提供 で き る 。 以上 の よ う な 工程で 完成 し た 回折光学素子 2 5 0 1 の概略図 を 図

1 8 に 示 す。 1 層 目 の液晶 と 2 層 目 の液晶は 同 じ 方 向 に配向 し て お り 異常光 の屈折率が異な っ て い る 。 い ま こ の素子上 に図 1 6 の よ う に 光波が入射 し た 場合 を 考 え る 。 S 波の入射 に 対 し て は 1 層 目 、 2 層 目 の液晶 の常光屈折率は 1 . 4 8 と 等 し い た め、 等方媒体 と 見 な さ れそ の ま ま 直進 して 通過 し 回折の影響 は 受 け な い 。

次 に、 P 波が入射 し た 場合は、 第 1 層 目 の 液晶 の 異常光屈折率 は

1 . 5 5 で あ り 、 2 層 目 の異 常光屈折率は 1 . 6 5 で あ り 、 0 . 1 の屈折率差 が生 じ る 。 こ の た め、 こ れ ら の 液晶層 が交互 に 積層 さ れ た 周期構造 に よ っ て P 波は 回折作用 を 受 け 基板 に 対 し 図 1 6 と 同様 に反射す る 方 向 に 出射す る こ と に な る 。

こ の 回折光学素子 を 実施の形態 B 2 と 同様 に し て 回折効率 の 評価 を 行 っ た 。 こ の結果、 S 波は透過 し、 P 波は反射 す る 特性 を 示 し た 。 ま た 、 入射方 向 の 角度依存性 に つ い て は S 波 は入射角度 が変化 す る に つ れ減少 し て お り 、 コ ン ト ラ ス ト の 角度依存性 は ほ と ん どな か つ た 。

(実施の形態 B 4 )

前記実施の形態 B 1 ( 図 8 ) で 示 し た 、 回折光 学素子の 表面 に 平 行 な 方 向 に屈折率分布 の周期構造 が形成 さ れ た 回折光学素子 に つ い て 、 さ ら に 回折効率 を 向上 さ せ得 る 製造方法 を 説明 す る 。 す な わ ち 、 実施の形態 8 の製造方法 に お いて 、 ガ ラ ス 基板上 に 高分子か ら な る 配向膜を 塗布 し、 こ れ を ラ ビ ン グ処理 し た 後 に 、 レ ーザ照射 に よ る 周期構造の形成を 試み た 。 こ の プ ロ セ ス に つ い て 以下 に 詳 し く 述べ る 。 ま ず ガ ラ ス 基板を 用 意 し 、 こ の基板 を ダス ト を 除去す る た め に 洗 浄 し た後、 高分子 か ら な る 配向膜、 例 え ばポ リ イ ミ ド を ス ピ ン コ 一 ト 法等 に よ り 塗布 し、 加熱処理 を 行 う こ と な どで配向膜を 基板上 に 形成 し た 。 こ の後、 ロ ー ラ 等 に よ り 所定の 方 向 に ラ ビ ン グ処理 を施 し た 。 こ の ラ ビ ン グ処理 と し て は 図 8 に 示 す 1 組の ガ ラ ス 基板 に 対 し て ア ン チノ、 ° ラ レ ル ラ ビ ン グ （ ラ ビ ン グ方 向 は等 し く 、 ラ ビ ン グ の 向 き が互い に逆方 向 ） と し た 。

上記の よ う な処理 を施 し た ガ ラ ス 基板 3 1 0 1 を 用 い て 、 実施の 形態 B 1 と 同様液晶 と 高分子 か ら な る 試料 を ガ ラ ス 基板 に滴下 し セ ル の組立 を 行 っ た 。 こ の 時、 セ ル厚 を 調整す る た め の ビ一ズの径 を 3 z m〜 1 O z m程度 の も の か ら い く つ か選択 し て 用 い た 。

ま た 、 レ ーザ露光 に よ り 形成 さ れ る 周期構造の 向 き を 配 向膜 に施 し た ラ ビ ン グ方 向 と 平行 方 向 と 垂直方 向の 2 つ の種類を 作製 し た。 作製 し た サ ン ブル に対 し、 実施の形態 B 1 と 同様 に P 波、 S 波の レ ーザ光 を 照射 し て効率 の評価 を 行 っ た 。 こ の結果、 サ ン ブル の セ ル厚が 1 0 m程度の も の は P 波の 回折効率が高 く 、 S 波はほ と ん ど透過 し ガ ラ ス 基板に施 し た ラ ビ ン グ処理方 向 と の依存性は ほ と ん ど生 じ な か っ た 。

サ ン プル の セ ル厚 が 5 m程度 の も の は 、 P 波 と S 波 の 回折効率 が ラ ビ ン グ処理の 方向 に よ り 変化 が生 じ た 。

ラ ビ ン グ処理の 方 向が図 8 に 示 す液晶分子 が配 向 し て い る 方 向 に 対 して 垂直 （紙面の鉛直方 向 ） の場合、 P 波 は透過率が回折効率 よ り も 大 き く 、 S 波は 回折効率が透過率 よ り も 大 き く 生 じ た 。 ま た 、 図 8 の液晶配 向 と 同 じ方 向 に ラ ビ ン グ処理 を 行 っ た 場合は S 波は 9 5 % 以上透過 し、 P 波の 回折効率 が 9 0 % を 越 え る 良好 な 光学特性 が得 ら れた も の が あ っ た 。 サ ン プル の セ ル厚 を 3 〃 m程度 と し た 場合、 ラ ビ ン グ処理方 向 と P 波、 S 波に 対す る 回折効率の依存性は 5 At m ビ 一 ズ を 用 い た 場合 よ り 大 き く 生 じ た 。 し か し、 回折効率 に つ い て は 6 0 %程度 が最大 で あ り 、 こ れ以外の 方向へ の 回折光が増加 し た 。

以上の よ う に ラ ビ ン グ処理はサ ン ブル の セ ル厚 が小 さ く な る ほ ど 効果が大 き い こ と がわ か る 。 こ れは、 ラ ビ ン グ は基板表面 に 対す る 配.向規制力 の た め セ ル厚 が厚い場合は 中 心部 に 存在 す る 液晶分子 に 対 す る 影響は 小 さ い か ら と 考 え ら れ る 。

一方、 セ ル厚が小 さ く な れば基板表面 の 配 向規制 力 が支配的 に な り 、 実施の形態 B 1 で 述べ た周期構造形成過程で の 応力等 に よ る 物 理的 な 要 因 よ り も 上 回 る こ と に な る た め で は な い か と 思わ れ る 。 こ の時、 セ ル厚が周期構造 ピ ッ チ と 等価程度 ま で 小 さ く な る と 実施の 形態 B 1 で説明 し た よ う な ブラ ッ グ回折の効果が低下 す る た め、 回 折効率が低下 す る 。 こ れ ら の こ と を考慮 に 入れて 回折光学素子 の 設 計 を 行 う こ と が重要 と 思われ る 。 こ こ で の作成例 で は 周期 ピ ッ チ 1 m に 対 し、 セ ル厚 5 ^ m程度で は回折効率 を 比較的高 く 保 っ た ま ま ラ ビ ン グ に よ る 制御があ る 程度 可能 と 思わ れ る 。

こ の よ う な 方 法は周期構造パ タ ー ン が単純な格子構造で は な く 特 定形状を 有 す る パ タ ー ン を形成 し、 液晶分子 の配向 方 向 と 格子形状 を 独立 に 制御 し た い場合や、 入射光波の偏波面依存性 を 任意 に定 め た い 場合 に 有効 と 考 え ら れ る 。

(実施の形態 B 5 )

レ ーザ 2 光束干渉 に よ る 〃 m オーダーの 微細 な 周 期構造の形成 と は 別 に 、 所定 のノ、" タ ー ン の フ ォ ト マ ス ク を 用 い た 露光 を 行 う 回折光 学素子 の形成方法 を 説明す る 。 図 1 9 に 示 す よ う に 、 1 対の ガ ラ ス 基板 3 1 0 1 で 挟 ま れ た 領 域 に は実施の形態 B 1 と 同様の光学媒体 3 6 0 2 が含 ま れて い る 。

こ の ガ ラ ス 基板 に 対 し フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 を 用 い て 部分的 に 光 照射 を行 う 。 図 1 9 に 置い て 説明の便宜上、 フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 と ガ ラ ス 基板 3 1 0 1 間 に 隙間が存在 して い る よ う に 描い て い る が フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 を 直接 ガ ラ ス基板 に接 す る よ う に す る か、 レ ン ズ係で ガ ラ ス 基板上 にノ タ ー ン が結像 さ れ る よ う に し て も よ い こ と は 言 う ま で も な レヽ。

フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 を 用 い て 光照射 を 行 う 過程 に つ い て 次 に 説 明す る 。 図 1 9 に 示 す フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 は ガ ラ ス 基板の周 辺 の み に マ ス ク が形成 さ れて お ら ず、 こ の 部分 の み光 を 通過す る 。 今、 こ の部分 に 5 1 5 n m程度以下の概ね均一 な レ ーザ光 ま た は水銀 ラ ン プ等か ら の光 が照射 さ れ る と 光 が通過す る 領域に 対応 す る ガ ラ ス 基板下の高分子 が硬化 し始め、 柱 3 6 0 3 (壁 ） を 両端 （周 囲 ） に 形成す る 。

こ の後、 フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 を 取 り 外 し 、 実施の形態 B 1 と 同 様 に レ 一ザ光の 2 光束 の干渉か ら な る 干渉縞 に 対応す る 強度分布 を 照射 し、 〃 m オ ー ダ一 の周期構造 を形成す る も の と す る 。

以上の よ う な工程 に お い て 先 に フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 に よ り 光照 射 を 行 い ガ ラ ス 基板の周辺 を 硬化 さ せ る と 、 周辺部分の み が優先 的 に高分子層 で シ ー ル さ れ る こ と に な る 。 こ れ は、 作製 し た サ ン ブル の周辺 に U V硬化樹脂等 を 新 た に 塗布 し て U V 光で硬化 す る 工程 を す る こ と と プ ロ セ ス 的 に は 等価で あ る 。 従 っ て 、 素子の密封性 が保 た れ高湿放置等 に 対す る 耐信頼性 が向上 す る こ と に な る 。

さ ら に 周辺 に 高分子 の柱 を あ ら か じ め形成す る こ と で サ ン プル全 体に お け る セル厚 の均 一性 を 保 た せ る こ と に も な る 。 こ れ よ り 後 に 続 く 微細 な周期構造作製時 に セ ル厚が基板全体 に 渡 っ て 均一 に保 た れ る 。 こ の た め周期構造が 中 央だ けで な く 周 辺に お いて も 均一 に形 成 さ れ、 回折効率が素子全体で 向上す る 。

ま た 、 上記 フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 のノ"？ タ ー ン を 例 え ば概ね l m m 〜数十 m m ピ ッ チ で複数組含むパ 夕 一 ン の フ ォ ト マ ス ク を 用 い て 露 光 を 行 う こ と を 考 え る 。 フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 を 用 い て露光 を 行 つ た 後、 微細 な 周期構造 を 形成 し、 実施の形態 B 1 と 同様 に サ ン ブル を 完成 さ せ る 。 こ の 完成 し た 回折光学素子 の サ ン プル を フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 1 に よ り 周辺が シ ール さ れた 部分で カ ツ ト を 行 う 。す る と 、 同 じ特性 を 有 す る 比較的サ イ ズ の 小 さ い、 ま た は微小なサ イ ズ の 回 折光学素子サ ン ブル を 一度 に複数作製す る こ と がで き る 。す な わ ち 、 周辺があ ら か じ め高分子層で 遮蔽 さ れて い る た め、 ガ ラ ス カ ツ ト を 行 っ て も 液晶 が外部へ流出 し素子性能が劣化 す る 心配がな い 。 こ の よ う な 方法は光ヘ ッ ド ア ッ プに用 い ら れて い る よ う な 比較的サイ ズ の 小 さ い 、 ま た は微細 な サ イ ズの 回折光学素子 を 多数作製す る 場合 に効果的で あ り 、 作製 コ ス ト の 削減 に も 非 常 に 有効 で あ る と 考 え ら れ る 。

ま た 、 図 2 0 ( a ) に 示 す よ う に 、 柱 （ 壁 ） に し よ う と す る 部分 を 覆 う フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 4 を 用 い て 先 に 干 渉縞 に よ る 露光 を 行 つ た後 に 、 図 2 0 ( b ) に 示 す よ う に 上記 フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 4 と は ネ ガ の 関係 に あ る フ ォ ト マ ス ク 3 6 0 5 を 用 い て シ ール部 を 形成 す る よ う に し て も 、 同様の効果 を 得 る こ と が で き る 。

(実施の形態 C 1 )

前記実施の形態 B 1 等で 説明 し た 回折光学素子 を 用 い て 構成 さ れ た 偏光照明装置 を 有 す る 画像表示装 置 の例 を 説明 す る 。 偏光照明装置は、 図 2 1 に 示 す よ う に 、 光源 2 1 0 1 と 、 回折光 学素子 2 1 0 2 と か ら 構成 さ れて い る 。 ま た 、 画像表示装置は、 上 記偏光照明装置 と 、 ラ イ ト ノ ル ブ 2 1 0 3 と 、 投写 レ ン ズ 2 1 0 4 と か ら 構成さ れて い る 。

光源 2 1 0 1 は、 発光部 2 1 0 1 a と 、 発光部 2 1 0 1 a か ら の 光朿 を ほぼ平行光束 に し て 出射す る リ フ レ ク タ 2 1 0 1 b と を 備 え て い る 。 上記発光部 2 1 0 l a と し て は、 例 え ば蛍光 ラ ン プや、 キ セ ノ ン ラ ン プ、 メ タ ルノヽ ラ イ ド ラ ン プ、 水銀 ラ ン プ、 L E D 、 F E D 、 レ ーザ光、 無機 ま た は有機 E L 素子等が用 い ら れ る 。

回折光学素子 2 1 0 2 は 、 光源 2 1 0 1 か ら 出射 さ れ る 光束の う ち 、 同 図の紙面 に 平行 な 方 向 に偏光方 向 を 有 す る 光束 （ こ こ で P 波 と し て 定義す る ） を 回折 さ せ て 除去す る 一方 、 同 図 の紙面 に 垂直 な 方 向 に偏光方 向 を有 す る 光束 （ こ こ で S 波 と し て 定義す る ） を 透過 さ せて ラ イ ト ノ ル ブ 2 1 0 3 に入射 さ せ る よ う に な っ て い る 。 回折 光学素子 2 1 0 2 は 、 ま た 、 ラ イ ト ノ、 'ル ブ 2 1 0 3 か ら 反射 さ れ る 光束の う ち の S 波 を 透過 さ せ、 P 波だ け を 投写 レ ン ズ 2 1 0 4 に 向 け て 回折 さ せ る よ う に な つ て い る 。

上記 ラ イ ト ノ、 'ル ブ 2 1 0 3 は、 入射 し た S 波 を 画像信号 に応 じ て 偏光変調 し、 P 波 と S 波 と の 混在 し た 光束 を 反射す る よ う に な っ て い る 。 よ り 詳 し く は、 表示画像の黒 に 対応す る 画素で は偏光方 向 の 変調 を 行 わ ず に S 波の ま ま 反射 し、 白 ま た は 中 間調 の 画素で は各画 素 に 印加 さ れた電界 に応 じて 偏光変調 さ れた P 波成分 を 含む光波 を 反射 す る 。 すな わ ち 、 ラ イ ト ノ、 'ル ブ 2 1 0 3 に 入射 し て反射 さ れ た 光束は 、 そ の 入射位置 に 対応 し た 画素 の 電界の有無 に よ り 偏光方 向 が異 な る こ と に な る 。 上記 ラ イ ト ノ ル ブ 2 1 0 3 と し て は、 例 え ば ヅ イ ス テ ヅ ド ネ マ テ ィ ッ ク 液晶表示素子や、 ホ メ ォ ト ロ ピ ッ ク タ イ プの V A モ ー ド 液晶素子、 ま た 、 電界の極性 に よ り 液晶分子の 配列 の 方 向 が異な る 強誘電性液晶や反強誘電液晶等が用 い ら れ る 。

投写 レ ン ズ 2 1 0 4 は、 ラ イ ト ノ、 "ル ブ 2 1 0 3 か ら の反射光束の う ち 、 前記の よ う に 回折光学素子 2 1 0 2 に よ っ て 回折 し た P 波 を 図示 し な い ス ク リ ー ン に拡大投写す る よ う に な っ て い る 。

こ こ で 、 上記回折光学素子 2 1 0 2 と し て 、 前記実施の形態 B 1 等で 説明 し た よ う に 高い偏光選択性 と 回折効率 と を 有 す る 回折光 学 素子 を 用 い る こ と に よ り 、 光源 2 1 0 1 か ら 入射す る P 波や ラ イ ト ノ、'ル ブ 2 1 0 3 か ら 入射す る S 波は、 ほ と ん ど ラ イ ト ノヽ ル ブ 2 1 0 3 ま た は投写 レ ン ズ 2 1 0 4 に 入射 し な い 一 方 、 光源 2 1 0 1 か ら 入射す る S 波や ラ イ ト ノヽ 'ル ブ 2 1 0 3 か ら 入射 す る P 波は 、 ほ と ん ど ラ イ ト ノ ル ブ 2 1 0 3 ま た は投写 レ ン ズ 2 1 0 4 に 入射 す る た め コ ン ト ラ ス ト が高 く 、 かつ 明 る い 画像 を 表示 す る こ と がで き る 。 ま た 、 回折効率の 入射角依存性が低い た め、 F 値 の 小 さ な投写 レ ン ズ 2 1 0 4 を コ ン ト ラ ス ト の低下 を 招 く こ と な く 用 い る こ と がで き る す な わ ち 、 前記実施の形態 B 1 で 示 し た 回折光学素子が本実施の 形態の よ う な 画像表示装置 に適 し て い る 理 由 を 上記回折光学素子 の 特性 （ 図 1 4 、 図 1 5 ) に基づ い て よ り 詳 し く 説明 す る と 、 図 1 4 に お け る S 1 次は 回折光学素子 を 透過せ ず 回折す る 成分で あ り 、 こ の値 と して は 小 さ い ほ ど偏光照明装置 に適す る 。 ま た 、 P 1 次は こ の 回折光学素子 に よ っ て 回折 さ れ反射光 と し て 投写 レ ン ズ 2 1 0 4 に 入射 し利用 さ れ る 成分で あ る 。 つ ま り 、 P 1 次 Z S 1 次の 比は ス ク リ ー ン上で の コ ン ト ラ ス ト に 対応 し こ の 値 が大 き い ほ ど偏光照 明 装置 に 甩い る 場合 に好 ま し い こ と に な る 。 こ の コ ン ト ラ ス ト は、 図 1 5 に 示 す よ う に 少 な く と も ± 1 0 ° の 範 囲で は概ね 一定の値 を 保 つ て い る 。 こ れは 、 P 1 次お よ び S 1 次の 回折光強度 に 関 して は、 P 1 次は角度変化 に よ り 強度が低下す る が、 S 1 次は角 度変化 に 対 し て 値 が増加せず、 逆 に低下 し、 角度の ズ レ に対す る 浮 き 上が り の 現象は生 じ て い な い た めで あ る 。 上記入射角 は光軸か ら の ズ レ と し て は F = 3 . 0 程度 の レ ン ズ を 用 い た 場合に相 当 す る 。 そ れゆ え 、 上記の よ う な 回折光学素子 を適用 し た場合、 F 値 の 小 さ な レ ン ズ に 対 し て も ラ イ 'ル ブ 2 1 0 3 か ら 反射 さ れ た成分の う ち S 波 が投 写 レ ン ズ 2 1 0 4 に 入射 す る 割合は 小 さ レヽ。 従 っ て 、 コ ン ト ラ ス ト の低下の 少 な い偏光照明装置を 提供す る こ と がで き る 。 さ ら に 、 こ の 画像表示装置で は光源 2 1 0 1 か ら の S 波 を ラ イ ル ブ 2 1 0 3 に 入射 す る よ う に構成 し て い る 。 回折光学素子 に 対 し て S 波の 透 過波は高次 に 回折 さ れ る こ と な く 概ね全て ラ イ ル ブ 2 1 0 3 に 入射 す る た め光利用効率 を 高 く 設定す る こ と がで き る 。 な お、 図 1 に 示 し た よ う に P 1 次の 回折効率は角度 が大 き く な る と 減少 し 、 こ れは 白 レ ベル の輝度低下 に 結びつ く が、 液晶サ ン ブル の Δ η を 大 き く す る こ と で 改善す る こ と も 可能で あ る 。 光学媒体 と し て 用 い る 液晶 の Δ η の値 は広 く 選択す る こ と が可能な た め、 Ρ 1 次の 回折効 率 を よ り 高 く 、 角 度依存性が緩和 さ れ た 回折光学素 子 を 同 じ 方 法 に よ り 製造で き 、 優れた偏光照明装 置 を 提供で き る と 考 え ら れ る 。 ( 実施の形態 C 2 )

前記実施の形態 Β 1 等で 説明 し た 回折光学素子 を 用 い て 構成 さ れ た 偏 光照 明装置 を 有 す る 画像表示装置 の他の 例 を 説明 す る 。

こ の画像表示装置は 、 色分解、 色合成系 を 備 え た カ ラ 一で の 画像 表示 が可能な投写型画像表示装置で あ り 、 図 2 2 ( a ) に 示 す部分 は 2 階部分の色分解系 で、 光源 2 1 0 1 か ら の 光 を R (赤）、 G (緑） B ( 青 ） の各波長の光 に 分解す る よ う に な っ て い る 。 ま た 、 図 2 2 ( b ) に 示 す部分は 1 階部分 に配置 さ れ る 色合成系で 、 上記 2 階部 分の色分解系 か ら 導かれた 各波長の光が反射型 ラ イ ト バル ブ 2 3 1 1 〜 2 3 1 3 で反射 さ れた後、色合成が行わ れ る よ う に な っ て い る 。 上記 2 階部分 と 1 階部分 と が上下 に重ね合わ さ れて 投写型表示装置 が構成 さ れて い る 。

こ の 反射型 シ ス テ ム の 画像表示装置 に つ い て 更 に詳 し く 説明 す る ， 光源 2 1 0 1 か ら 出射 さ れた光束は第 1 レ ン ズ群 と 第 2 レ ン ズ群か ら な る ィ ン テ グ レ 一タ 2 3 0 1 を 介 し て 、 光束の 中央部 と 周辺部 と で の 光強度 が均一化 さ れて ダイ ク ロ イ ッ ク プ リ ズ ム 2 3 0 3 に 入射 す る 。

こ の ダイ ク ロ イ ヅ ク プ リ ズム 2 3 0 3 は各帯域の波長 フ ィ ル 夕 が 内部 に形成 さ れ た構成 と な っ て い る 。 こ の た め、 光源 2 1 0 1 か ら の 白 色光 は前記波長 フ ィ ル 夕 に 対応 して 、 例 え ば色の 三原色で あ る R 、 G 、 B の各波長 に 対応 し た 光 に 分解 さ れ る 。 そ し て 、 図 中 矢 印 で 示 さ れた 方 向 に 上記分解 さ れた R 、 G 、 B の光 が そ れ ぞれ 出射 す る 。 上記 ダイ ク ロ イ ツ ク プ リ ズ ム 2 3 0 3 は三枚構成の ダイ ク ロ イ ヅ ク ミ ラ 一 と 同様の機能 を 有 す る が、 プ リ ズ ム構成の た め、 広 い 空 間 を 使用 す る こ と な く 色の 分解が可能で あ り 、 コ ン ノ ク ト な シ ス テ ム を 構成す る こ と がで き る 。 な お、 ダイ ク ロ イ ヅ ク プ リ ズ ム と 概ね 等 し い構成の ダイ ク ロ イ ッ ク ミ ラ ー を 用 い る こ と も 可能で あ る 。

上記 3 つ の 方 向 に 出射 さ れ た 光は全反射 ミ ラ ー 2 3 0 5 〜 2 3 0 7 に よ り 反射 さ れて 下方 の 1 階部分へ導かれ る 。 そ し て 、 こ れ ら の 3 つ の 光 は 回折光学素子 2 3 0 8 〜 2 3 1 0 に入射 し 、 S 偏 光成分 が そ の ま ま 透過 し て 反射型 ラ イ ト ノ、 'ル ブ 2 3 1 1 〜 2 3 1 3 に 入射 す る 。 反射型 ラ イ ト ノ ル ブ 2 3 1 1 〜 2 3 1 3 で 反射 さ れた 光波 は 回折光学素子 2 3 0 8 〜 2 3 1 0 に再び入射 し、 P 波成分 が反射 さ れて ダイ ク ロ イ ヅ ク プ リ ズ ム 2 3 0 4 に入射 す る 。

こ の ダイ ク ロ イ ツ ク プ リ ズ ム 2 3 0 4 は 前記ダイ ク ロ イ ツ ク プ リ ズ ム 2 3 0 3 と 逆の機能 を 有 し、 それそれ分かれて 入射 し た R、 G、 B の 光の色合成を行い、 1 方 向 （投写 レ ン ズ 2 1 0 4 の 方 向 ） に 進 行 す る 光 と して 出射 さ せ る 。 投写 レ ン ズ 2 1 0 4 を 通過 し た 光は ス ク リ ー ン 2 3 0 2 上 に拡大 さ れた 画像 と し て 表示 さ れ る 。

上記の よ う な 画像表示装置 に お いて も 、 回折光学素子 2 3 0 8 〜 2 3 1 0 と して 、 前記実施の形態 B 1 等で 説明 し た よ う に 高い偏光 選択性 と 回折効率 と を 有 す る 回折光学素子 を 用 い る こ と に よ り 、 コ ン ト ラ ス ト が高 く 、 かつ 明 る レ、 画像を 表示 す る こ と がで き る 。 こ こ で、 回折光学素子 2 3 0 8 〜 2 3 1 0 に は 、 そ れそれ、 ダイ ク ロ イ ヅ ク プ リ ズム 2 3 0 3 に よ っ て 色分解 さ れた R、 G 、 B の い ず れか の 波長の光が入射す る 。 そ こ で 、 各回折光学素子 2 3 0 8 - 2 3 1 0 に お け る 屈折率分布の周期構造の ピ ッ チ を 入射 す る 光の波長 に 対 し て 最適化 すれば、 す な わ ち 、 R、 G、 B と 短波長 に な る に つ れ ピ ツ チ が小 さ く な る よ う に形成すれば、 回折光学素子 2 3 0 8 〜 2 3 1 0 の 回折効率 を よ り 向上 さ せ る こ と がで き る 。

(実施の形態 C 3 )

前記実施の形態 B 1 等で 説明 し た 回折光学素子 を 用 いて 構成さ れ た 偏 光照明装置 の例 を 説明す る 。

こ の偏光照明装置は、 図 2 3 に 示す よ う に 、 前記実施の形態 1 の 偏光照明装置 に お け る 回折光学素子 1 1 0 5 ， 1 1 0 6 に代 え て 、 入射 し た P 波 を 全て 同 一 の 方 向 に 回折 さ せ る 回折光学素子 3 4 0 5 3 4 0 6 が設 け ら れた も の で あ る 。こ の よ う に構成 さ れ る 場合に は、 入射 し た 光 の被長 に応 じ て 回折角 が異 な る た め に 色 ご と の 光の 光路 が ずれ る こ と に起因 す る ラ イ ト バル ブ （不図示 ） の周辺部で の色度 お よ び光強度 の 不均 一 は生 じ る が、 上記回折光学素子 3 4 0 5 , 3 4 0 6 と し て 前記実施の形態 B 1 等で 説明 し た よ う に 高い偏光選択 性 と 回折効率 と を 有 す る 回折光学素子 を 用 い る こ と に よ っ て 高い偏 光変換効率 を得 る こ と は で き る 。

な お 、 上記色 ご と の 光の光路の ずれは、 ラ イ ト ノ、 'ル ブの 中 央部 を 含む 大部分 の 領域で は、 イ ン テ グ レ 一 タ 1 1 0 4 を 構成す る 各 レ ン ズか ら の 光束 が重畳 さ れ る こ と に よ っ て 補償 さ れ る た め、 上記の よ う な 色度 お よ び光強度 の 不均一 が生 じ る の は ラ イ ト ノ ル ブの周辺部 に お い て だ けで あ り 、 そ の影響 も 、 回折光学素子 3 4 0 5 , 3 4 0 6 問 の距離 を 小 さ く 設定 す る こ と に よ っ て 低減す る こ と は で き る 。 ま た 、 一般に 回折光学素子 3 4 0 5 … は入射す る 光 の波長 に応 じ て 回折効率が異 な る が、 こ の 点 に 関 し て は、 回折光学素子 3 4 0 5 … を構成す る 液晶の Δ η等 を 適宜選択す る こ と で、 可視光波長領域 の あ る 程度広 い範囲 に わ た っ て 効率 を 高 く 維持す る こ と で 対応 す る こ と は可能で あ る 。

( 実施の形態 C 4 )

前記実施の形態 Β 1 等 で 説明 し た 回折光学素子 を 用 い て構成 さ れ た偏光照明装置 の他の例 を 説明 す る 。

こ の偏光照明装置は、 図 2 4 に 示す よ う に 、 光源 1 1 0 1 と 、 回 折光学素子 3 5 0 1 〜 3 5 0 4 と 、 位相差板 3 5 0 5 ， 3 5 0 6 と か ら 構成 さ れて い る 。 光源 1 1 0 1 か ら 出射 し た Ρ 波 と S 波 と を 含 む 光束が 回折光学素子 3 5 0 I , 5 0 2 に 入射 す る と 、 回折光学素 子 3 5 0 1 , 5 0 2 は 、 偏光 分離作用 に よ り 、 S 波 を 透過 さ せ る 一 方、 Ρ 波 を 光軸 に 対称 に 互 い に 逆の 方 向 に 回折 さ せ る 。 回折光学素 子 3 5 0 1 , 5 0 2 で 回折 さ れた 光束は、 そ れぞれ回折光学素 子 3 5 0 3 , 3 5 0 4 に 入射す る 。 回折光学素 子 3 5 0 3 , 3 5 0 4 は、 そ れぞれ回折光学素子 3 5 0 1 , 3 5 0 2 と 等 し い 回折特性 （ た だ し 回折方 向 は互い に逆） を有 して い る 。 こ の た め、 こ れ ら に 入射 し た Ρ 波 は 回折作用 に よ り 進行 方 向が光源 1 1 0 1 か ら の 出射方 向 と 等 し く な る 。 回折光学素子 3 5 0 3 , 3 5 0 4 か ら 出射 し た 回折光 は、 1 Z 2 波長板で あ る 位相差板 3 5 0 5 , 3 5 0 6 に よ っ て S 波 に 変換 さ れて 出射す る 。 す な わ ち 、 光源 1 1 0 1 か ら の 出射光 は 全 て S 波 と な り 、 偏光方 向 が揃 っ た 光波 と し て 偏光照明装置 か ら 出射 さ れ る 。

上記の よ う な 偏光照明装置 に お いて 、 回折光学素子 3 5 0 1 〜 3 5 0 4 と し て 、 前記実施の形態 Β 1 等で説明 し た よ う に高い偏光選 択性 と 回折効率 と を 有 す る 回折光学素子 を 用 い る こ と に よ り 、 偏 光 変換効率 を 向上 さ せ る こ と が容易 に で き る 。 ま た 、 上記の よ う な構 成で は照射面積 が光源 1 1 0 1 に 対 し倍程度 と 大 き く な る が、 光 源 に 直接組み合わせ て 利用 で き る た め、 こ の偏光照明装置 を適用 す る 装 置 の構成の 自 由 度 が 向 上 し広 い応用 が期待 で き る 。 ま た、 回折光 学素子 3 5 0 1 〜 3 5 0 4 を 用 い て 構成す る こ と で光波の 回折方 向 を 任意 に 設定す る こ と が で き る 。 こ の た め、 回折角度 を 大 き く す れ ば奥行 き 方 向の サ イ ズ を 薄 く す る 構成も 可能で あ る 。

( 実施の形態 D 1 )

前記実施の形態 Β 1 等で 説明 し た 回折光学素子 を 用 い て構成 さ れ た 画像表示装 置 の他 の例 を 説明 す る 。

ま ず、 概要 を 説明 す る 。

図 2 5 に 示 す よ う に 、 外部光 4 1 0 1 は 、 Ρ 偏光及 び S 偏光成分 を含ん だ 光波か ら な る 。 こ こ で、 同図 の紙面 に 平行 な 方 向 に 偏光 方 向 を 有 す る 成分 を 図 中 の矢印 で示す よ う に S 偏光 と し て 定義 し、 同 図 の紙面 に 垂直 な 方 向 に偏光方 向 を 有 す る も の を 図 中 黒丸で 示 す P 偏光 と し て 定義す る 。

P 及び S 偏光成分 を 含む外部光 4 1 0 1 が斜め上方 か ら 回折光学 素子 4 1 0 2 に 入射す る と 、 回折光学素子 4 1 0 2 は、 屈折率異方 性 を 有 す る た め、 S 偏光成分 を透過 さ せ、 P 偏光成分の み を 表面 に 対 し概ね垂直方 向 に 回折 さ せ る 。 回折 さ れた P 偏光成分は位相差 フ イ ル ム 4 1 0 3 を 通過 し偏光変調素子 4 1 0 4 の 各画素 を 通過 し 、 反射板 4 1 0 5 で反射 さ れ、 再び偏光変調素子 を 通過 す る 。 偏光変 調素子 を 2 回通過 し て 各画素毎 に 偏波面が異 な る よ う に 変調 さ れ た 光波は位相差 フ ィ ル ム を 通過 して 最終的 に 偏波面 が最適化 さ れ る 。

こ こ で 0 N 画素 を 通過 し た 光波は偏 波面 が変化せ ず P 偏光 と し て 同 図 の左 方 向か ら 回折光学素子 4 1 0 2 に 入射 し 、 同図 の 上 方 に 回 折 す る 。 一方、 O F F 画素 を 通過 し た 光波 は偏波面 が 回転 さ れ S 偏 光 と し て 回折光学素子 4 1 0 2 に 入射 す る た め 回折作用 を 受 け ず 直 進 して 観察者 4 1 0 6 に 到達す る 。

こ の よ う に観察者 4 1 0 6 は偏光変調素子 4 1 0 4 の各画 素 に 対 応 し た 明暗のノ タ ー ン か ら な る 画像を 認識 す る こ と がで き る 。 さ ら に 観察者が観察す る 画像は 回折光学素子 4 1 0 2 に よ る 回折作用 の 影響 を 受け て い な い透過光で あ る 。 こ の た め、 回折光学素子 の 特性 で あ る 回折角 の 入射波長依存性の影響 を 受 け な い。 従 っ て 、 白 色光 に 対 して 回折光学素子 4 1 0 2 を 通過後 も 波長毎 に 回折方 向 が変 化 す る 結果生 ず る 色ズ レ 等 の影響 の な い 明晾 な 画像 を 認識す る こ と が 可能 と な る 。

以下 、 よ り 詳 し く 説明す る 。 外部光 4 1 0 1 が回折光学素子 4 1 0 2 に 入射す る と 以下 の よ う な作用 を 生 ず る 。 上述 し た よ う に 回折光学素子 4 1 0 2 は屈折率異 方性 を 有 す る 光学媒体を 用 い て形成 さ れて お り 、 厚 さ が 1 0 m程 度 と 厚 い た め、 屈折率分布が厚 さ 方向 に も 周期的 に 分布 して い る 。 こ の た め、 偏光方 向 に よ り 回折作用 が異 な り 、 ま た 回折作用 と し て は 1 方 向 に高い 回折効率 を 示 す特性 を 有 す る 。

P 偏光 は 回折光学素子 4 1 0 2 に 対 し て 異 常光成分 と し て 働 く た め、前記素子 内 に形成 さ れた周期構造の屈折率分布 に よ り 変調 さ れ、 図 2 5 で 示 す よ う に 回折光学素子 の表面 に 対 し て 垂直 方 向 に 曲 げ ら れ、 位相差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 に 入射す る 。

一 方 、 S 偏光は 回祈光学素子 4 1 0 2 に 対 し て 常光成分 と し て 作 用 す る た め 、 回折光学素子 4 1 0 2 に対 し て 周期構造か ら な る 屈折 率分布 の影響 を 受 け ず、 等方的 な均一 な屈折率の媒体を通過す る 時 と 同様 の 特性 を 示 す。 こ の た め、 S 偏光 は 回折光学素子 4 1 0 2 を そ の ま ま 通過 す る こ と に な る 。 従 っ て 、 回折光学素子 4 1 0 2 を 通 過 し た後、 偏光 方 向 が揃 っ た P 偏光の みが位相差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 を 通過 し 、 偏光 変調素子 4 1 0 4 に 入射 す る 。

こ こ で は、 偏光変調素子 4 1 0 4 と して 、 入射面 と 出射面 と で 液 晶分子 の 方 向 がね じ れて 構成さ れて い る ヅ イ ス ト ネ マ テ ィ ッ ク 液晶 を 用 い た 。 こ の素子 に はパ タ ー ニ ン グ さ れ た 透明電極が形成 さ れて お り 各画素 毎 に 電界の 印加 が可能で あ る 。 液晶 を 完全 に ス ィ ッ チ ン グで き る だ け の電界が印加 さ れて い る 画素 （ O N ) は 、 液晶分子 の ね じ れが解け 、 入射面 に 対 し て 液晶分子が等 方 的 に 立 っ た状態 （ ホ メ オ ト D ピ ッ ク ） に な っ て い る 。 こ の た め、 こ の 画素 に 入射 し た P 偏光は 変調 を 受 け る こ と な く そ の偏光状態 を 維持 し た ま ま 液晶素子 を 通過 し て 反射板 4 1 0 5 で反射 さ れ、 再 び偏光 変調素子 を 通過 し P 偏光の ま ま 出射 す る 。

こ こ で反射板 4 1 0 5 は金属 か ら 構成 さ れた も の や誘電体多層膜 か ら 構成 さ れた も の等が利用 で き る 。 今回 は A 1 を 蒸着 に よ り 形成 し た し た も の を 用 い た 。 ま た反射板の表面 に微少な 凹 凸や ブ レ ー ズ 化 さ れた ノ コ ギ リ 形状を形成 して 視野角特性 を制御 す る こ と も 可能 で あ る 。

次 に電界が印加 さ れて い な い 画素 （ O F F ) で は液晶分子 は入射 面か ら 出射面 ま で の厚 さ 方 向 に お い て 液晶分子 の角 度 がね じ れた 状 態 と な つ て い る 。 こ の た め、 こ の 画素 に入射 し た P 偏光 は反射板 4 1 0 5 で反射 さ れ、 偏光変調素子 4 1 0 4 を 2 度通過 す る 問 に液晶 のね じ れ に起因 す る ッ イ ス ト ネ マ テ ィ ッ ク 効果 に よ り そ の偏波 面 が 概ね 9 0 ° 回転す る 。 従 っ て 、 O F F 画素 を 通過 し た 後、 先 の 光は S 波 と な っ て 出射す る こ と に な る 。

位相差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 は偏光変調 素子 4 1 0 4 に よ っ て 変調 さ れた偏波面 を 最適化制御す る た め に 用 い ら れ る 。 位相差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 と し て は例 え ば偏波 面 の 向 き を 往復通過 に よ り 9 0 ° 変化 さ せ る た め の え / 4 板が利用 で き る 。 ま た 、 回折光学素子 4 1 0 2 で 偏光方 向 が揃え ら れ る が、 さ ら に 偏波面 を 整 え て コ ン ト ラ ス 卜 特性 を 向上 さ せ る た め偏光子の利用 も 可能で あ る 。 こ の 時、 回折光学素 子 4 1 0 2 で偏波面の 変調 も 行 わ れ る た め、 偏光子 と し て 偏光度の 低い も の を 使用 す る こ と も 可能で あ る 。 つ ま り 、 偏光度 の低い も の を利用 す れば単独で偏光度 の 高 い偏光子 を 利用 す る こ と に 比べ透過 特性が大 き く な り 、 光 の利用効率 を 向上 さ せ る こ と がで き る 。 ま た 、 位相差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 と し て 散乱板 を 用 い れば ホ ロ グ ラ ム 出射後 の視野角 特性 を 広 げ る こ と も 可能で あ る 。

こ の よ う に 位相差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 と し て 各種 の フ ィ ル ム を 選択 ま た は組み合わ せ る こ と で 表示画像特性 を 所望の 状態 に す る こ と が 可能 と な る 。

以上の よ う に 偏光変調素子 を 通過 し た後、 通過位置 に 対応 し た 画素 の電界の有無 に よ り 光の偏光方向 が異 な る こ と に な る 。 こ れ ら の 光が 回折光学素子 4 1 0 2 に入射す る と O N 画素 を 通過 し た P 偏 光は 、 回折光学素子 4 1 0 2 に よ り 図 2 5 の 上 方 に進行 方 向 が曲 げ ら れて 回折 さ れ る 。 ま た 、 O F F 画素 を 通過 し た S 偏光は 回折光学 素子 4 1 0 2 に よ り 変調 を 受け な い た め そ の ま ま 直進 す る 。

従 っ て 液晶素子の各画素 を 通過 し た 光 は 、 画素 に 印加 さ れ る 電界 に 応 じ て 偏光方 向 が変調 さ れ、 こ の結果 と し て 回折光学素子 4 1 0 2 を 通過す る 光の進行方 向 が異な る こ と に な る 。 観察者 4 1 0 6 に と っ て 、 O N 画素 を 通過 し た P 偏光は進行方 向 が 回折作用 に よ り 曲 げ ら れ る た め、 視野域の外側 に 出射 さ れ観察者 4 1 0 6 に は認識 さ れ な い 。 一方、 O F F 画素 を 通過 し た S 偏光 は 、 回折光学素子 4 1 0 2 を そ の ま ま 直進す る た め、観察者 4 1 0 6 の視野領域内 に 入 り 、 明パ タ ー ン と し て 認識 さ れる 。 従 っ て 、 回折光学素子 4 1 0 2 を 出 射 し た後、 偏光変調素子 4 1 0 4 の各画素 に 対応 し た 画像が観察者 4 1 0 6 に と つ て 認識 さ れ る こ と に な る 。 ま た 、 各画素 に 印加 す る 電界量 を 制御す る こ と で液晶を 通過す る 光の偏光方 向 を 先の P 偏光 と S 偏光の 中 間状態、 つ ま り 楕 円偏光の よ う に 設定 す る こ と がで き る 。 こ の と き 、 回折光学素子 4 1 0 2 に入射 し た 光 は各画素 に 印加 す る 電圧 に 応 じ て 直進 す る 成分 と 回折 さ れ る 成分 と に 分割 さ れ る た め 、 中 間調の 表示 も 可能 と な る 。

今、 偏光変調素子 4 1 0 4 と し て ッ イ ス ト ネ マ テ ィ ッ ク タ イ プの も の を例 と し て 説明 を 行 っ た が入射光 に 対 し て そ の偏光方 向 を 変調 す る 作用 を 有 す る も の で あ れば、 い ずれの 夕 ィ ブの も の で も よ い 。 9 0 ° 以上の ね じ れの角度 を 有す る ス 一ノ、 "一 ツ イ ス ト ネ マ テ ィ ッ ク ( S T N ) 液晶 も 同様 に利用 可能で あ る 。 ま た 、 液晶分子が そ の厚 さ 方 向 に 対 し て 一様に ホ モ ジ ニ ァ ス 配列 し て お り 、 電界の 印加 に 対 して ホ メ オ ト 口 ピ ッ ク 配列 を 行 う （ ま た は、 ホ メ オ ト 口 ピ ッ ク 配列 か ら ホ モ ジ ニ ァ ス 配列へ と 変化 す る も の も 同様） の よ う な V A ( V e r t i c a l A l i g n e ) モー ド の液晶 を 使用 し て も 同様 の 効果 を 得 る こ と がで き る 。

ま た 、 反射板 4 1 0 5 を 設 け る の に代え て 、 偏光変調素子 4 1 0 4 に お け る 画素電極 と し て 反射性の材料 を 用 い る よ う に して も よ い 更 に 、 電界の極性 に よ り 液晶分子の 配列 の 方 向 が異 な る 強誘電性 液晶 や反強誘電液晶等 の利用 も 可能で あ る 。

偏光 変調素子 4 1 0 4 に利用 さ れ る 液晶素子 と し て は 、 通常、 液 晶デ ィ ス プ レ イ と し て 用 い ら れて い る 液晶パ ネ ル と 同様の も の で あ る 。 従 っ て 、 液晶素子 に使用 さ れて い る 前後の偏光板 と 回折光学素 子 4 1 0 2 と の 置 き 換 え に よ っ て 画像表示装置 を構成で き 、 他の 照 明 系や駆動系等 は そ の ま ま の状態で適用 す る こ と がで き る た め非 常 に 汎用性 に 優れて い る 。

具体的 に偏光 変調素子 4 1 0 4 と し て 3 イ ン チ程度 の V G A ( 6 4 0 X 4 8 0 ) の 分解能 を 有 す る 液晶パ ネ ル を 使用 し た 。 こ れ に 画 像信号 を 入力 し 、 観察者 4 1 0 6 の位置付近 に お い て 室 内照明光 の 下で観察 し た と こ ろ 、 色 の 渗み も な く 入力 し た 画像を 正 し く 認識す る こ と がで き た 。 コ ン ト ラ ス ト と し て は 1 0 ： 1 程度で あ っ た 。 さ ら に位相 差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 と し て偏光度 の低い偏光子 を 配置 し た 場合は コ ン ト ラ ス ト は 3 0 ： 1 程度 ま で 向 上 し た 。 こ の時輝度 と し て は 1 割 〜 2 割程度減少 し た 。

な お、 図 2 5 に お け る 回折光学素子 4 1 0 2 を 通過 し て P偏光 が 回折 し て 出射 し た 同図 の上方 に観察位置 を 移動 し た と こ ろ 、 先の 画 像 に対 し 明暗が反転 し た 画像が認識さ れ、 こ の位置で は色ズ レ が観 察 さ れ た 。

以上 の よ う に屈折率異方性 を 有 す る 光学媒体か ら 構成 さ れ た 屈折 率分布型 の 回折光学素子 4 1 0 2 と 偏光変調素子 4 1 0 4 と を 組み 合わせ て 構成 し、 回折光学素子 4 1 0 2 か ら の透過光 を 画像表示 に 用 い る こ と で 色 ズ レ の な い視認性 の よ い 画像表示装置 を作製で き る こ と が確認 さ れた 。

さ ら に 、 内部の ノ、" ッ ク ラ イ ト を 必要 と し な い た め、 低消費電力 化 及び小型化 に と っ て 有望で あ る 。

(実施の形態 D 2 )

前記実施の形態 B 1 等で 説明 し た 回折光学素子 を 用 い て構成 さ れ た 画像表示装置 の他の例 を 説明す る 。

こ の 画像表示装置は、 図 2 6 に 示す よ う に 光源 4 2 0 2 を 備 え て い る 。 上記光源 4 2 0 2 と して は、 蛍光 ラ ン プ、 キ セ ノ ン ラ ン プ、 メ タ ルノヽ ラ イ ド ラ ン プ、 水銀 ラ ン プ、 L E D 、 F E D . レ 一ザ光、 無機 ま た は有機 E L 素子等が利用 で き る 。

本実施の形態で は、 光源 4 2 0 2 と し て 蛍光 ラ ン.ブを 用 い、 配匿 を 回折光学素子 4 1 0 2 の 下側付近か ら 透明 な ア ク リ ル の導光板 4 2 0 3 を 介 し て 光 を 照射す る サ イ ド ラ イ ト の構成 と し た 。

ま た 、 偏光 変換 フ ィ ル ム 4 2 0 1 を 回折光学素子 4 1 0 2 と 導光 板の 問 に 配置 し た 。 偏光変換 フ ィ ル ム 4 2 0 1 は特定の偏波成分の み を 透過 し、 他 の偏波成分は反射す る 特性 を 有 す る も の で例 え ば N I P O C S ( 日 東電工社製 ） があ る 。 図 2 6 で は S 偏光光 を 透過 し P 偏光光 を 反射 す る 特性 を 有 し た も の を 配置 し て い る 。 こ の 場合反 射 し た S 偏光光は導光板 4 2 0 3 に戻 り こ こ で再び反射 さ れ る 。 こ の時偏光状態が直線偏光状態か ら 楕 円偏光状態 に若干変化 す る 。 従 つ て こ の 光波が偏光変換 フ ィ ル ム 4 2 0 1 に 入 る と き に 楕 円偏光 の 中 の S 偏光成分が新た に透過す る 。

こ の よ う に偏光変換 フ ィ ル ム 4 2 0 1 と 導光板 4 2 0 3 と の 間で 多 重反射 を 繰 り 返 す こ と で偏光方 向 が一方 向 に 整 え ら れて 偏光変換 フ ィ ル ム 4 2 0 1 を 通過す る 。 従 っ て 光源 4 2 0 2 か ら の 光波の偏 光変換 を 行 っ て 偏光変調素子 4 1 0 4 で利用 す る こ と がで き 光利用 効率 を 向上 さ せ る こ と が可能 と な る 。

偏光変調素子 4 1 0 4 は実施の形態 D 1 と 同様の液晶パ ネ ル を 用 い た 。 ま た 、 他の構成 に つ い て も 実施の形態 D 1 と 概ね 同様の も の を 使用 し た 。 偏光 変換 フ ィ ル ム 4 2 0 1 で概ね S 偏光 と な っ た光波 は続 い て 配 置 さ れた 回折光学素子 4 1 0 2 に 入射 す る 。 こ こ で再び S 偏光 は透過 し偏光変調素子 4 1 0 4 の各画素へ と 入射す る 。

偏光 変調素子 4 1 0 4 を 通過す る 光は画素 の 印加信号 に 対応 し て 偏光方 向 が変調 さ れ、 位相差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 で偏光方 向 が最適化 さ れ、 も う 1 つ の 回折光学素子 4 1 0 2 に 入射す る 。

こ こ で 、 P 偏光は紙面上方 に 回折 さ れ観察者 4 1 0 6 の視域外へ と 出射 さ れ る 。 S 偏光はは 回折光学素子 4 1 0 2 を そ の ま ま 通過 し 、 観察者 4 1 0 6 に よ っ て 認識 さ れ る こ と に な る 。

観察者 4 1 0 6 の位置か ら 回折光学素子 4 1 0 2 方 向 を 観察 し た 場合、 印加 さ れ た 入力信号 に 対応 す る 画像が色の 滲み も な く 正 し く 認識 さ れ た 。 ま た 、 観察者 4 1 0 6 付近の位置 か ら 回折光学素子 4 1 0 2 を 通 し て.外界の風景 を 観察す る こ と も 可能で あ っ た 。

以上 の よ う に 、 こ こ で構成 し た 画像表示装置 は、 画像表示 と 外界 の風景 と を 同時 に 、 ま た は外界の風景 だ け を 切 り 換 え て 認識す る こ と が可能で あ り 、 シ ー ス ル一 タ イ プの デ ィ ス プ レ イ と し て 利用 可能 で あ る こ と が確認さ れた 。

(実施の形態 D 3 )

前記実施の形態 B 1 等で 説明 し た 回折光学素子 を 用 い て構成 さ れ た 画像表示装置の他の例 を 説明 す る 。

図 2 7 に 実施の形態 B 1 等 と 同様 に し て 作製 し た 回折光学素子 4 1 0 2 を 用 い て構成 し た外部光及び内 部光源の併用 夕 ィ プの 画像表 示装置 を 示す。 偏光変調素子 4 1 0 4 は実施の形態 D 1 と 同様の液 晶パ ネ ル を 用 い た 。 ま た、 他の反射板 4 1 0 5 ま た は位相差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 も 実施の形態 D 1 と概ね同様の も の を 使用 し た 。 光源 4 2 0 2 と し て は 白 色 L E D に ラ イ ト ガ イ ド （ 図 2 7 中 に は不指示 ） を 配置 し た 小型の 光源 を 用 い た 。

外部光 4 1 0 1 に よ る 画像表示作用 は実施の形態 D 1 と 同様で あ る 。

次 に 光源 4 2 0 2 を 用 い た場合 に つ い て 説明 す る 。 導光板 4 2 0 3 は 1 m m程度の厚 さ で表面の 断面が ノ コ ギ リ 形状 を し た プ リ ズ ム' シ ー ト か ら な る 。 い ま 光源 4 2 0 2 の 白 色 L E D か ら の 出射光 は ラ ィ ト ガイ ド を 介 し て 導光板 4 2 0 3 に入射 す る 。 そ し て 導光板 4 2 0 3 の表面 の ノ コ ギ リ 状の 凹 凸で反射 さ れ た 光波が 回折光学素子 4 1 0 2 に 入射す る 。 ま た 導光板 4 2 0 3 か ら の漏れ光 は観察者 4 1 0 6 の 方 向 に 入 っ て こ ず、 導光板 4 2 0 3 に 概ね平行 に 出射す る よ う に形状が加工 さ れて い る 。 こ こ で 導光板 4 2 0 3 か ら の反射光 の う ち 、 回折光学素子 4 1 0 2 内部の周期構造 に よ っ て規定 さ れ た 方 向 か ら の P 偏光光 のみが優先的 に 回折 さ れ、 回折光学素子 4 1 0 2 の 表 面 に 対 し垂直方 向 に 曲 げ ら れて 偏光変調素子 4 1 0 4 へ と 入射

フ 4 す る 。 こ の後の作 用 は実施の形態 D 1 で 説明 し た の と 同様で あ る 。 つ ま り 、 偏光変調素子 4 1 0 4 の各画素毎で 変調が行 わ れ、 位相 差 フ ィ ル ム 4 1 0 3 を通過 し て 回折光学素子 4 1 0 2 を 透過 し た S 偏 光 の みが出射す る た め、 観察者 4 1 0 6 は画像を 認識す る こ と がで ぎ る 。

実際、 こ こ で構成 し た 画像表示装置 を 観察者 4 1 0 6 か ら 観察 し た 結果、 暗い 部屋で は光源 4 2 0 2 を 用 い 、 明晾 に 画像 を 認識す る こ と が で き 、 明 る い照明光の 下で は光源 4 2 0 2 を 点灯す る こ と な く 画像の 認識 を 行 う こ と がで き た 。 こ の こ と か ら 、 こ こ で構成 し た 画像表示装置 を 用 い て 暗い場所や 明 る い照明光の下 な ど環境 に応 じ て 光源 を 選択す る こ と が可能で あ る こ と が確認 さ れた 。し た が っ て 、 消 費電力 の 低減 と 多種の環境下 で の画像の視認性 を 向上 さ せ る こ と が 可能で あ る 。

さ ら に 、 画像表示装置が置かれ る環境で の 照明光の 明 る さ を 検出 し 、 自 動的 に 光源 を 選択 ま た は光源の 強度 を 設定す る よ う な使い 方 も 可能で あ り 、 表示能力 を 一層 向上 さ せ る こ と が可能で あ り 幅広 い 用 途 が期待で き る 。

( 実施の形態 D 4 )

前記実施の形態 B 1 等で説明 し た 回折光学素子 を 用 いて 構成さ れ た 画像表示装置 の他の例 を 説明す る 。

図 2 8 に 実施の形態 B 1 等 で作製 し た 回折光学素子 4 1 0 2 と 力 ラ 一 フ ィ ル タ 4 4 0 1 を 組み合わ せて 構成 し た 画像表示装置 を 示 す 外部光 4 1 0 1 に よ る 回折光学素子 4 1 0 2 で の偏光分離及び回折 作用 に つ い て は実施の形態 D 1 と 同様で あ る 。 偏光変調素子 4 1 0 4 と し て は、 R 、 G 、 B に 対応す る 各画素 を 有 し て い る 液晶パ ネ ル を使用 し た 。

カ ラ 一 フ ィ ル 夕 4 4 0 1 は R 、 G 、 B の 選択 さ れた そ れそ れの 波 長の光 を 透過 し 、 他の光 を 吸収す る 。 ま た 各画素は、 後 に続 く 液晶 素子の各画素 と 対応す る よ う に形成さ れて い る 。 カ ラ 一 フ ィ ル タ 4 4 0 1 を 通過 し た 、 R 、 G 、 B の各波長に 対応す る 光 は偏光変調素 子 4 1 0 4 の各画素 に 入射 す る 。 そ し て 、 各画素 の O N 、 O F F に 対応 し て 偏光方 向 が変調 さ れ る 。

こ の結果、 O N 画素 を 通過 し た P 偏光光は 回折光学素子 4 1 0 2 で 紙面上 方 に 回折 さ れ、 観察者 4 1 0 6 の視野域外 と な り 、 光強度 と し て 認識 さ れな レヽ暗ノ タ ー ン と な る 。 R 、 G 、 B そ れぞれの光 に 対 し て 回折角 は若千異 な る が、 図 2 8 に 示 し た よ う に 回折角 が 小 さ い B 光 も 観察者の視野域外 と な る よ う に 回折角 が設定 さ れて い る た め波長 に よ る 影響は受け な い。

一方 、 O F F 画素 を 通過 し た S 偏光光は 回折光学素子 4 1 0 2 を そ の ま ま 透過 し観察者 4 1 0 6 に 到達す る 。

図 2 8 で は簡単化 の た め R 、 G 、 B に 対応 す る 各画素 がすべて 0 N と 〇 F F の場合 を 示 し て あ る が、 そ れ ぞ れの波長の 光 が入射す る 各画素 に 対 し 、 印加す る 電界を 独立に制御 し 回折光学素子 4 1 0 2 を 通過 さ せ る 。 こ の こ と で観察者 4 1 0 6 に は R 、 G 、 B の そ れ そ れの 波長の 光 の 内、 選択 さ れた 光 が到達す る こ と に な る 。 こ の た め、 そ れぞれの組み合わせ と して の カ ラ 一画像の 表示が可能 に な る 。

こ こ で 、 観察者 4 1 0 6 に 認識 さ れ る 表示画像は 回折光学素子 4 1 0 2 か ら の 透過光成分で あ る 。 し た が っ て 、 R 、 G 、 B 各波長 に 対 し て も 回折光学素子 4 1 0 2 に よ る 波長分散の影響 は受 け な い 。 結果 と して こ こ で の カ ラ ー フ ィ ル タ 4 4 0 1 を 用 い た カ ラ 一表示 の 場合 に お い て も 、 画像に対 して 色 ズ レ 等 の 問題は生 じ な い 。

フ 6 実際、 こ こ で構成 し た 画像表示装置 に R 、 G 、 B の カ ラ 一画像信 号 を 入力 し、 回折光学素子 4 1 0 2 か ら 3 0 c m程度離れて 観察 し た と こ ろ 、 混色や色の滲み等は な く 明瞭な カ ラ 一画像 を 観察す る こ と が可能で あ っ た 。

ま た 、 こ こ で の カ ラ 一 フ ィ ル 夕 の組み合わせは 図 2 8 の構成 に お い て の み限定 さ れ る も の で は な く 、 実施の形態 D 2 ま た は実施の形 態 D 3 に お け る 透過 タ イ プ、 透過 と 反射の兼用 タ イ プ、 ま た 、 こ れ ら の 変 更 さ れた構成 に お い て も 適用 で き る こ と は 言 う ま で も な い 。 ( 実施の形態 D 5 )

ブラ ス チ ヅ ク フ ィ ル ム を基板 と し て 用 い た 回折光学素子、 お よ び そ の製造方法 に つ いて 説明す る 。

図 2 9 に透明絶縁性基板 4 5 0 1 と して 厚 さ が数十〜数百 z m程 度、 例 え ば約 1 0 0 m の プラ ス チ ッ ク フ ィ ル ム を 用 い た 場合の 回 折光学素子の形成方法 を 示 す。

ブラ ス チ ッ ク 基板 と し て は例 え ば ァ モ レ ッ ク ス フ ィ ル ム （藤森ェ 業製 ） 等 が利用 で き る 。 ブ ラ ス チ ヅ ク 基板 を 用 い る こ と で 素子 の低 コ ス ト イ匕 と フ ィ ル ム 単体 と し て後付で 液晶パ ネ ル等 の表面 に 張 り 付 け て 使用 す る こ と がで き る た め利便性が向 上 す る 。

プラ ス チ ッ ク 基板を 用 い た場合、 l O O /z m程度 と 簿 く 容易 に 変 形 し て し ま う た め、 製造段階で は剛性 を 有 す る 別 の基板上 に 設置 し て 取 り 扱 う こ と が必要 と な る 。 図 2 9 で は 色 ガ ラ ス 基板 4 7 0 1 上 に 透明絶縁性基板 4 5 0 1 と し て の プラ ス チ ッ ク フ ィ ル ム を 設置 す る 場合に つ いて 示 して あ る 。 図 2 9 に は 図示 し て い な い が、 照射光 の 入射側 に は反射防止膜付 の ガ ラ ス 基板 を 色 ガ ラ ス 基板 4 7 0 1 と 対 向さ せて 設け、 間 に 1 対の 透明絶縁性基板 4 5 0 1 お よ び液晶 と 高分子前駆体等 を 含む光学媒体 4 5 0 2 を サ ン ド ィ ツ チ し て 照射光 に よ る 露光 を 行 う 。

上記色 ガ ラ ス基板 4 7 0 1 は 回折格子の形成の た め に 用 い る 5 1 4 . 5 n mの波長の光 を概ね全て 吸収す る 特性 を 有 す る オ レ ン ジ 色 の も の を使用 し た 。 ま た表面 に は反射防止膜を 形成 して い る 。 透明 絶縁性基板 4 5 0 1 と し て 用 い た プ ラ ス チ ッ ク フ ィ ル ム と 色 ガ ラ ス 基板 4 7 0 1 ,ま た は対向 し て 設け ら れ る ガ ラ ス 基板 と の付着 は基板 と 概ね屈折率が等 し い オ プテ ィ カ ルマ ッ チ ン グ液や水分 に よ る 吸着 等 に よ っ て 行 う こ と がで き る 。

次 に 図 2 9 の構成に お い て レ 一ザ光 に よ る 格子形成が精度 よ く 行 わ れ る 過程 に つ い て 説明 す る 。 通常、 サ ン プル を 透過 し た レ ーザ光 成分は ガ ラ ス 基板の 出射面 ま た はサ ン プル を 保持 し て い る ジ グ等 に よ っ て 反射 さ れ、 再びサ ン ブル に 入射 さ れ る 。 こ れ ら の反射光の 干 渉 に よ り 設計値 と は別 の ピ ッ チ を 有 す る 格子 がサ ン プル 内 に形成 さ れ た り 、 ジ グ等か ら の反射光は散乱す る た め ス ペ ッ ク ル ノ イ ズ を 付 与 す る こ と に な る 。 し た が っ て 、 こ れ ら の構造 に起 因 す る 回折 ま た は 散乱作用 が生 じ、 所望の格子構造か ら の 回折機能 を 低下 さ せ効率 を 落 と す こ と に な る 。

こ こ で 色 ガ ラ ス 基板 4 7 0 1 を 用 い る こ と で 、 ブラ ス チ ッ ク フ ィ ル ム を 平行 に保持 し て フ ィ ル ム 間の厚 さ を 均 一 に す る ベー ス 基板 と し て の役割 と サ ン プル を 透過 し た レ ーザ光成分 を 吸収す る 2 つ の 目 的 を 同 時 に 満足 す る こ と がで き る 。 こ の た めサ ン プルは プラ ス チ ヅ ク フ ィ ル ム 間 に 均 一 な厚 さ で保持 さ れ、 し か も サ ン プル裏面 か ら の 反射光等 の 影響 を 受け な い た め効率の 高 い 素子の作製 を 行 う こ と が で き る 。

実際 に 、 透明絶縁性基板 4 5 0 1 と し て 1 0 0 m の ァモ レ ッ ク ス フ イ ル ム を用 い、 色 ガ ラ ス 基板 4 7 0 1 と し て オ レ ン ジ基板 を 用 い て 、 レ ーザ干渉 に よ り 回折光学素子 4 1 0 2 を 作製 し た 。 実施の 形態 B 1 と 同様 に 5 4 4 n m 波長の H e — N e レ ーザで効率評価 を 行 っ た と こ ろ P 偏光入射 に対 し て 9 0 % 以上 の 回折効率 を 有 し 、 S 偏光 の入射 に対 し て は 9 5 % 以上の透過率 を 示 し た 。

以上 の よ う に 本発明 の 回折光学素子 の製造方 法 を 用 い る こ と に よ つ て 非常 に 薄い ブ ラ ス チ ッ ク フ ィ ル ム を 用 い て 優れ た偏光分離特性 と 高い効率 を 有 す る 素子 を 作製で き る 。 ま た 、 こ の 方法 に よ り 回折 光学素子 4 1 0 2 を フ ィ ル ムィ匕す る こ と が で き る た め、 適用 範囲が 広 が り 幅広 い応用 分野が期待 さ れ る 。

な お、 上記の よ う に 製造段階で は 剛性 を 有 す る 別 の 基板上 に 設置 し て 取 り 扱 う の に 代 え て 、 実際 に 回折光学素子 を 用 い る ュ ニ ッ ト の 基板な ど に ブラ ス チ ッ ク フ ィ ル ム を貼 り 付 けて 回折光学素子 を 形成 す る よ う に して も よ い 。 こ の 場合 に は、 で き 上が っ た 回折光学素子 を 上記ュ ニ ヅ ト な ど に貼 り 付 け る 手問 を 省 く こ と がで き る 。

( 実施の形態 D 6 )

図 3 0 に散乱異方性 フ ィ ル ム を 用 い た 回折 光学素子 4 1 0 2 の 作 製方 法 を 示す。 散乱異方性 フ ィ ル ム 4 8 0 1 は所定 の 入射角 度範囲 内 か ら 入射す る 光束 に対 し て 散乱特性 を 示 し 、 所定の入射角度範囲 外か ら の 光束は透過す る と い う 特性を 有 し た も の で あ る 。 例 え ば 散 乱異方性 フ ィ ル ム 4 8 0 1 は、 図 3 0 に お い て 物体光 と 参照光 と の 2 つ の 方 向 か ら の 光束 を 示 し て い る が、 物体光 の 方 向 か ら の 光束 に 対 し て は散乱 さ せ、 参照光 の 方 向 か ら の 光束 に 対 し て は透過 さ せ る 特性 を 示 す。 こ の よ う な特性 を 有 す る 散乱異 方性 フ ィ ル ム 4 8 0 1 と して は例 え ばル ミ ス テ ィ （住友化学工業製 ） が利 用 で き る 。 い ま 実施の形態 D 5 と 同様 に し て 透明絶縁性基板 4 5 0 1 と し て 1 0 O z m厚の ァ モ レ ッ ク ス フ ィ ルム を 用 レヽ 、 色 ガ ラ ス 基板 4 7 0 1 と し て は オ レ ン ジ色の タ イ プを使用 し て 回折光学素 子 4 1 0 2 の 作製 を 行 っ た 。

今回、 散乱異 方性 フ ィ ル ム 4 8 0 1 の 表 面 に は反射防止の処理 を 施 し、 透明絶緣性基板 4 5 0 1 と は オ プテ ィ カ ル マ ッ チ ン グ液 に よ つ て付着 さ せ た 。 レ ーザ露光 に お いて 物体光 に 対 し て は 散乱特性 を 示す た め、 参照光 と 物体光 と の 角 度 に 対応す る 格子 に 対 し て 散乱成 分 が寄与 し た形の周期構造が 内部 に形成 さ れ る こ と に な る 。

こ の よ う に して 作製 し た 回折光学素子 4 1 0 2 の効率 を 5 4 4 n m の H e — N e レ 一ザ を 用 い て 評価 し た 。 参照光 に 対応 す る 方 向 か ら H e ― N e レ ーザの P 偏光 を 入射す る と 物体光の 入射方 向 に 散乱 成分 を 含 ん だ 回折光 が生 じ た 。 ま た 、 物体光 の 方 向 か ら 入射 し た 場 合は、 参照光方 向 に 回折光が観察 さ れ た が、 こ の場合は散乱成分は 見 ら れ な か っ た 。

な お、 参照光や物体光 と し て 平行光 で は な く 究散光や収束光 を 用 い る こ と も 可能で あ る 。 こ の場合、 回折光学素子 に 入射す る 光波 に 対 し て 回折光は 発散 ま た は収束 す る 作用 を 生 じ る こ と に な る 。

以上 の よ う に 散乱異方性 フ ィ ル ム 4 8 0 1 を 用 い る こ と に よ り 、 散乱特性 を 付与 し た 回折光学素子 4 1 0 2 を 容易 に 作製す る こ と が 可能で あ る 。 ま た、 レ ーザ露光時の 2 光束光 を 発散光 ま た は収束光 と す る こ と で 回折光学素子 か ら 回折す る 光波 の広 が り 角 に 変化 を 持 た せ る こ と がで き る 。 こ の機能 を 有 す る 回折光学素子 を 用 い れば 画 像表示装置 の視野域を 容易 に 変 え る こ と も 可能 と な る 。

(実施の形態！ 7 ) 図 3 1 に 上記実施の形態 D 5 ま たは D 6 に お い て 作製 し た 回折光 学 フ ィ ル ム 4 9 0 1 を後付で 偏光変調デ ィ ス ブ レ イ 4 9 0 2 に張 り 付 け た 構成例 を 示す。 回折光学 フ ィ ル ム 4 9 0 1 は厚 さ が 2 0 0 n m程度 と 非常 に 薄 く 作製す る こ と がで き る 。 実施の形態 D 1 で述べ た よ う な液晶パ ネ ル の偏光板の換わ り に 容易 に 配 置 す る こ と が可能 で、 こ の構成に よ り 偏光変調 と 表示方 向制御 の 両特性 を 同時 に 有 す る デ ィ ス プ レ イ と し て 用 い る こ と が で き る 。

ま た 実施の形態 D 5 ま た は D 6 の よ う な 製造方 法 を 用 い て 回折光 に 対す る 散乱特性 ま た は広 が り 角 を制御 す る こ と に よ っ て 、 画像 を 認識で き る 視野域 を 変化 す る こ と がで き る 。 例 え ば散乱特性 を 有 す る 回折光学 フ ィ ル ム 4 9 0 1 を 用 いて 図 3 1 に 示 す よ う な 画像表示 装置 を 構成すれば、 散乱特性 に よ り 視野角 を 大 き く と る こ と が で き 広 い範囲か ら 画像の 認識が可能な 直視型モ ニ タ 一 と し て 利 用 す る こ と も 可能 と な る 。

(実施の形態 D 8 )

回折光学素子を R ( 0 . 6 5 ^ m ) , G ( 0 . 5 5 〃 m )、 B ( 0 . 4 5 ^ m ) の 各波長の 光 に よ る 多重露光 に よ っ て 形成す る 例 を 説明 す る 。

回折光学素子 の作製プロ セ ス に ついて 以下 に述べ る 。 ま す 、 前 記 実施の形態 B 1 と 同様 に し て サ ン プル を作製 し た 。 こ れ を 実施の形 態 B 1 と 同様 に して A r レ ーザか ら な る 光学系 に セ ッ テ ィ ン グ し 、 G ( 0 . 5 5 / m ) の波長 に 対応す る 干渉縞の 明 部 に 対す る 露光 を 行 っ た 。 次 に 、 ミ ラ 一の角 度 を 変化 さ せ、 前記の 第一 の行程 を 繰 り 返 し 、 R ( 0 . 6 5 〃 m ) の 波長 に対応す る 露光 を お こ な っ た 。 B ( 0 . 4 5 m ) に 対応す る 干渉縞を 同様 に し て 作製 し露光 を 行 つ た 。 こ の後、 実施の形態 B 1 と 同様に して均 一 な 光 を 回折光学素 子 に 照射 す る 第二の 行程を 行 う こ と で 干渉縞が重畳 さ れ た 回折光学 素 子 を作製 し た。

以上の よ う に し て 作製 し た 回折光学素子 を 実施の形態 D 4 ( 図 2 8 ) の 画像表示装置 に お け る 回折光学素子 4 1 0 2 と し て 用 い、 偏 光変調素子 4 1 0 4 に カ ラ 一の 映像信号 を 入力 し、 観察者 4 1 0 6 の位置か ら 観察 し た と こ ろ 、 色 の 滲みや混色等の 問題 も な く 明瞭 な 画像 を 認識す る こ と がで き た 。 更 に 、 観察位置 を 前後 に 3 0 c m程 度移動 さ せ て も 画質の 劣化等の 影響は生 じ な か っ た 。

(実施の形態 D 9 )

回折光学素子 を R ( 0 . 6 5 u m ) G ( 0 . 5 5 // m ) , B ( 0 .

4 5 u m ) の 各波長の 光 に よ る 露光 に よ っ て 形成 さ れた 回折光学素 子 を 積層 し て構成す る 例 を 説明 す る 。 前記実施の形態 B 1 と 同様 に して 、 R ( 0 . 6 5 ^ m )、 G ( 0 .

5 5 〃 m )、 B ( 0 . 4 5 〃 m ) の各波長に 対応 す る よ う に レ ーザ光 を 露光位置 ま で 導 く ミ ラ ー の角 度 を 変化 さ せ て 露光 を 行 い、 3 枚 の 回折光学素子 を そ れぞれ作製 し た 。 こ れ を 積層 し て 1 組の 回折光学 素子 と し、 実施の形態 D 4 ( 図 2 8 ) の 画像表示装置 に お け る 回折 光学素子 4 1 0 2 と し て 用 い、 偏光変調素子 4 1 0 4 に カ ラ 一の 映 像信号 を 入力 し 、 観察者 4 1 0 6 の位置 か ら 観察 し た と こ ろ 、 や は り 、 色の 摻みや混色等 の 問題 も な く 明瞭 な 画像 を 認識す る こ と がで き た 。 更 に 、 観察位置 を 前後 に 3 0 c m程度移動 さ せて も 画質の 劣 化等の影響は生 じ な か っ た 。 (実施の形態 D 1 0 )

図 3 2 に 示 す よ う に 、 実施の形態！） 1 で構成 し た 反射型 の画像表 示装置 を 携帯電話ゃモパイ ル ツ ールの よ う な携帯情報端末装置 4 9 1 1 の 画像表示装置 4 9 ' 1 2 と して 用 い た セ ッ ト を 作製 し た 。 同 図 に 示 す よ う な携帯情報端末装置 4 9 1 1 に お い て は観察者 4 1 0 6 単独でパ ー ソ ナ ルユース と し て 使用 す る 場合がほ と ん どで あ る 。 こ の た め、 表示画像 は観察者 4 1 0 6 だ け に効率的 に 表示 さ れ る こ と が好 ま し い。

従 っ て 、 回折光学素子 と し て は散乱特性 を 有 さ ず特定の 回折方 向 に 光束が集光 さ れ る も の を 用 い た 。 こ の構成で は外部光か ら 回折光 学素子 に よ り 回折 さ れ偏光変調素子 に 入射す る 光束 は 回折特性 に よ つ て 入射角 度が制限 さ れ る 。 こ の結果、 反射板で反射 さ れて 回折光 学素子 を 透過 し て 表示 画像 と し て 出射 さ れ る 光束の表示範囲は 、 画 面 に ほぼ垂直な 方 向の あ る 画角領域に 限定 さ れ る 。 従 っ て 、 観察者 4 1 0 6 が こ の領域内 に 目 を 向 ければ、 観察者の 目 の 中 に効率的 に 光束が入射 し、 明 る い 表示画像 を 認識す る こ と がで き る 。

実際 に実施の形態 D 1 で構成 し た 画像表 示装置 を 携帯電話の 表示 部 に 配置 し た 。 そ し て 信号入力 を 行 っ て 室 内 照明光 の 下 で 視認性 を 確認 し た 。 す る と 画面 に対 し 垂直方 向 か ら 観察 す る と 、 表面反射 に よ る ち ら つ き ゃ コ ン ト ラ ス ト の低下 も な く 表示情報 を 明 る く 明瞭 に 観察す る こ と がで き た 。 さ ら に 手 に持 っ て 装置 の 入力部 を操作 し な が ら の位置で観察者 4 1 0 6 の 目 の 方 向 に 画像が効率的 に 表示 さ れ て お り 、視認性 と 操作性 に おい て 非常 に 優れて い る こ と が判明 し た 。

以上の よ う に 本発明 の 画像表示装置 を携帯情報端末装置 に適用 す る こ と で 観察者 に 対す る 画像認識 を 容易 に し 旦っ携 帯情報端末装置 の操作性 も 併せ て 向上す る こ と が可能 と い う 新規の効果 を 得 る こ と がで き た 。

(実施の形態 D 1 1 )

図 3 3 に 本発明 の実施の形態！ 2 で作製 し た透過型 の画像表示装 置 を 用 い て 構成 し た 車載用 のヘ ッ ド ア ッ プデ ィ ス プ レ イ の構成例 を 示 す。 実施の形態 D 2 で述べ た よ う に本発 明の 回折光学素子 4 1 0

2 を 用 い る こ と で 装置表示部 と外界風景 と の観察の切 り 換え が可能 な シ 一ス ル一デ ィ ス プ レ イ 4 9 2 1 を 構成す る こ と がで き る 。

こ の装置 を 車載用 の表示装置 と して 用 い る と 以下 の よ う な新 し い 機能 を 得 る こ と がで き る 。 画像の 表示方 向 を 制御 可能な た め、 観察 者 4 1 0 6 の座席 に座 っ た と き の観察位置 に 限定 し て 画像情報 を 効 率的 に 表示 し た り 、表面反射光 と 表示方 向 を 分離す る こ と がで き る 。 こ の た め明 る い 画像を 提供 す る こ と が可能で あ る 。

さ ら に 表示部全体が回折光学素子 を含めた透過率 の高い素子か ら 構成 さ れて い る ので、 回折光学素子 に よ る 表示位 置 か ら 観察位 置 を ず ら せ ば 、 た や す く 外界の風景や情報 を 画面 を 介 して 認識す る こ と が可能で あ る 。 こ の た め、 車載用 と し て 用 い た 場合の 安全性 に 優れ て い る 。

以上 の よ う に 本発 明 の 画像表示装置 を シ ー ス ルデ ィ ス プ レ イ と し て 車載用 の へ ッ ド ア ッ プデ ィ ス プ レ イ に 用 い れば、 優れ た 表示特性 及び利便性 を 兼ね備 え た新た な 装置 と して の効果 を 発揮す る こ と が で き る 。

(実施 の形態 D 1 2 )

液晶表示装置 のノ、' ッ ク ラ イ ト 等 と し て 用 い る こ と の で き る 偏光照 明装置 に つ い て 説明 す る 。 こ の偏光照明装置は、 図 3 4 に 示す よ う に 、 光源 5 0 0 1 と 、 光 源 5 0 0 1 の 出射光側 に設け ら れた 回折光学 素子 5 0 0 2 お よ び導 光板 5 0 0 3 と 、 5 0 0 3 の下方 に設け ら れ た位相差板 5 0 0 4 ( 1 / 4 波長板） お よ び反射板 5 0 0 5 と を 備 え て 構成 さ れて い る 。 上 記回折光学素子 5 0 0 2 と し て は、 例 え ば前記実施の形態 B 1 等 で 示 し た も の が用 い ら れ、 光源 5 0 0 1 か ら 入射 し た 光束の う ち の S 波 を 透過 さ せ る 一方、 P 波 を斜め下方 に 回折 さ せ る よ う に な つ て い る 。 上記 S 波は、 導光板 5 0 0 3 の斜辺部分で反射 さ れて 出射 す る よ う に な つ て い る 。 ま た 、 回折光学素子 5 0 0 2 に よ っ て 回折 し た P 波 は、 位相差板 5 0 0 4 を 介 して反射板 5 0 0 5 に よ っ て 反射 さ れ、 再度、 位相差板 5 0 0 4 を 透過す る こ と に よ り 、 P 波 に 変換 さ れて 出射す る よ う に な っ て い る 。 すな わ ち 、 導光板 5 0 0 3 の 上面 か ら は偏光方 向 の揃 っ た S 波 が 出射す る 。 そ れゆ え 、 導光板 5 0 0 3 上 に 例 え ば偏光板 5 0 1 1 , 5 0 1 3 を 備 え た液晶表示素子 5 0 1 2 を 配置 す る こ と に よ り 、 明 る く 高 コ ン ト ラ ス ト な 画像を 表 示 さ せ る こ と がで き る 。

産業上 の利 用 可能性 以上 に 説明 し た よ う に 、 本発明 に よ れば、 所定 の 温度 の下 に 液 晶 と 高分子前駆体 と を レ ーザ光の 2 光束干渉光 に よ っ て 露光 す る こ と に よ り 、 高い偏光選択性 と 回折効率の 回折光学素子 を 得 る こ と が で る 。 ま た 、 回折光学素子 に よ る 光 源光 の 回祈パ タ ー ン の 最適化 を 図 る こ と に よ り 、 高い偏光変換効率 を得 る こ と が で き る 。 こ れ ら に よ り 、 明 る く 高 コ ン ト ラ ス ト な 画像 を 表示 し 得 る 偏光照明装 置 や画像 /i:W ϊζιεε/ο DOMι

^艇 ¾

Θ

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Claims

請 求 の 範 囲

( 1 )

光源 と 第 1 レ ン ズア レ イ 及び第 2 レ ン ズア レ イ か ら な る ィ ン テ グ レ 一 タ と 周期構造 中 に 配向 し た液晶分子 を 含ん だ複数の 回折光学素 子 を 少な く と も 具備 し、 前記回折光学素子は前記光源か ら の入射光 を 光軸 ま た は光軸 を 含む 少 な く と も 1 つ の 平 面 に対 し対称 な 角度 で 回折 さ せ る こ と を 特徴 と す る 偏光照明装置。

( 2 )

光源 と 第 1 レ ン ズ ア レ イ 及び第 2 レ ン ズア レ イ か ら な る イ ン テ グ レ ー 夕 と 周期構造 中 に 配向 し た 液晶分子 を 含ん だ 第 1 お よ び第 2 の 回折光学素子 を 少な く と も 具備 し 、 前記回折光学素子は、 前記光源 か ら の 入射光 を 回折 さ せ る 角 度が光軸近傍の 中央部 に 対 し、 周 辺部 で は 小 さ く な る よ う に 回折光学素子の周期構造が形成 さ れて い る こ と を 特徴 と す る 偏光照明装置。

( 3 )

前記ィ ン テ グ レ ー 夕 よ り 前記回折光学素子 に 集光 さ れ る 光束 の 幅 を a と し 、 光 の進行方 向 に お け る 第 1 と 第 2 の 回折光学素子間 の 間 隔 を d と す る と き 、 前記第 1 の 回折光学素子か ら の 回折角 0 は 、 Θ ≥ t a n — ¹ a / d を満た す こ と を特徴 と す る 請 求項 2 に 記載の偏 光照明装 置 。

( 4 )

光源 と 第 1 レ ン ズア レ イ 及び第 2 レ ン ズ ア レ イ か ら な る イ ン テ グ レ ー 夕 と 第 1 レ ン ズ ア レ イ と 第 2 レ ン ズア レ イ の 中 間 に 配置 さ れ た 周期構造 中 に 配 向 し た液晶分子 を 含ん だ 回折光学素 子 と を 少な く と も 具備 し 、 前記第 2 レ ン ズ ア レ イ は 開 口 中 心 と 曲率 中 心が一致 す る レ ンズ と 開 口 中心 と 曲率 中心が異 な る レ ン ズが交互 に 並 ん だ レ ン ズ 群 に よ り 構成 さ れて い る こ と を 特徴 と す る 偏光照明装置。

( 5 )

前記回折光学素子か ら の透過光は開 口 中 心 と 曲率 中 心 が一致 し た レ ン ズ群 に 入射 し、 回折光は 開 口 中心 と 曲率 中 心が異な る レ ン ズ群 に 入射す る こ と を 特徴 と す る 請求項 4 に 記載の偏光照明装置。

( 6 )

光源 と 第 1 レ ン ズア レ イ 及び第 2 レ ン ズ ア レ イ か ら な る ィ ン テ グ レ ー 夕 と 周期構造 中 に 配向 し た液晶分子 を 含 ん だ 回折光学素子 と 複 数の え / 2 板か ら 成 る 位相板 を 少 な く と も 具備 し 、 前記位相板上 の 入 / 2 板の 面積が光軸近傍の 中 央部に対 し周辺部で は 小 さ く な る よ う に 構成 さ れて い る こ と を 特徴 と す る 偏光照明装置。

( 7 )

前記イ ン テ グ レ ー 夕 か ら 集光 さ れた 複数の 光束が前記位相板 に 入 射す る と き 、 前記複数の光束の位相板上で の 面積 と 前 記位相板上 の ぇ 2 板 の 面積 と が概ね等 し い こ と を 特徴 と す る 請求項 6 に 記載 の 偏光照明装置。

( 8 )

前 記位相板は ラ ビ ン グ に よ る 配向処理が施さ れ た 高分子 か ら な る 薄膜 を 形成 し た 透明絶縁性基板で 挟ま れた領域に 光硬化型液晶 を 封 入 し 、 マ ス ク を 介す る 光照射 に よ っ て 形成 さ れた こ と を 特徴 と す る 請求項 6 に 記載の偏光照明装置。

( 9 )

前記回折光学素子は入射光 の 1 方 向 の偏波成分 に対 し 光の 回折 を 生 じ且つ前記入射光 の偏波成分 に 対 し概ね直交す る 成分 に 対 し て は 概ね透過 さ せ る 機能 を 有 して い る こ と を 特徴 と す る 請求項 1 、 2 、 4 、 6 の い ずれか に記載の偏光照明装置。

( 1 0 )

前記回折光学素子は液晶分子の 光軸方 向 が周期的 に 異 な る 構造 を 有 す る こ と を 特徴 と す る 請求項 1 、 2 、 4 、 6 の い ずれか に 記載の 偏光照明装置。

( 1 1 )

前記回折光学素子は光重合開始剤及び色素 を 含む こ と を 特徴 と す る 請求項 1 、 2 、 4 、 6 の いずれか に 記載の偏光照 明装置。

( 1 2 )

前記回折光学素子 が配向 し た液晶 を含んで構成 さ れ、 且つ 光重合 性モ ノ マ 一 ま た は光架橋可能性液晶ポ リ マ ーあ る い は ォ リ ゴマ 一 が 添加 さ れ、 紫外領域の波長の光照射 に対 し 、 液晶の分子軸の 方 向 が 固定化 さ れ た こ と を 特徴 と す る 請求項 1 、 2 、 4 、 6 のい ずれか に 記載の偏光照明装置。

( 1 3 )

光源 と 周期構造 中 に配向 し た液晶分子 を 含 ん だ 回折光学素子 と 反 射型の ラ イ 卜 バル ブ と 前記 ラ イ ト バル ブ上 の 光学像 を拡大投写 す る 投写光学系 を 少 な く と も 具備 し 、 前記回折光学素子 は前記光源か ら の 入射光 の 1 方 向 の偏波成分 を 反射 し 、 前記入射光の偏波成分 に 対 し概ね直交 す る 偏波成分は前記ラ イ ト ノ ル ブに 入射 し、 ラ イ ト ノ、 - ル ブ上で反射 さ れた光波の 1 方 向 の偏波成分 を投写光学系へ と 導 く よ う に構成 さ れて い る こ と を 特徴 と す る 偏光照明装置。

( 1 4 )

光源 と 周期構造 中 に 配 向 し た 液晶分子 を 含ん だ 回折光学素子 と 反 射型 の ラ イ ト バ ル ブ と 前記 ラ イ ト バル ブ上 の 光学像 を拡大投写 す る 投写光学系 を 少 な く と も 具備 し 、 前記回折光学素子 は前記光源か ら の入射光 の 1 方 向 の偏波成分 を 反射 し、 前記入射光 の偏波成分 に 対 し概ね直交 す る 偏波成分 を 前記 ラ イ ト ノヽ -ル ブに 入射 し、 ラ イ ト バル ブ上で 反射 さ れた 光波の 1 方 向 の偏波成分 を投写光学系へ と 導 く よ う に構成 さ れて い る こ と を特徴 と す る 偏光照明装置で あ っ て 、 前記 光源か ら の 光耒 を 概ね赤、 緑、 青 に対応す る 3 つ の 光束に 色分解 し、 前記 3 つ の 光束 に 対 し て ピ ッ チ の異な る 周期構造 を 有 す る 複数の 回 折光学素子 を 組み合わせ る こ と を 特徴 と す る 偏光照明装置。

( 1 5 )

前記回折光学素子 は 入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し光 の 回折 を 生 じ 且つ 前記入射光 の偏波成分 に 対 し概ね直 交 す る 成分 に 対 し て は 概ね透過 さ せ る 機能 を 有 し て い る こ と を 特徴 と す る 請求項 1 3 、 1 4 の いず れか に 記載の偏光照明 装置。

( 1 6 )

前記回折光学素子 は液晶分子 の 光軸方 向 が周期的 に 異 な る 構造 を 有 す る こ と を 特徴 と す る 請求項 1 3 、 1 4 に 記載の偏光照明装置。 ( 1 7 )

透明絶緣性基板で 挟 ま れた領域 に液晶 と モ ノ マ 一 、 ォ リ ゴ マ 一 、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透明絶緣性基板上 に レ —ザ光の 2 光束干渉 に よ る 周期 的 な強度分布 を 照射 し 、 モ ノ マ ー 、 オ リ ゴマ ー、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上が部分的 に硬化す る 第 1 の工程 と 前記部分的 に硬化 し た 領域 に 対 し液晶分子が配向 す る 第 2 の工程 を 経 る こ と を 特徴 と す る 回折光学素子の製造方法。

( 1 8 )

前記 回折光学素 子は光重合開始剤及び色素 を 含む こ と を 特徴 と す る 請求項 1 7 に 記載 の 回折光学素子の製造方法。

( 1 9 ) 透明絶縁性基板上 に 高分子か ら な る 配向処理が施 さ れた 薄膜 を 形 成 し 、 前記薄膜上 に光 ま た は熱硬化型の液晶分子 を 配向 さ せ た後 に 硬化 さ せ る 第 1 の工程 と 、 前記液晶分子上 に 高分子薄膜 を 形成 し た 後 に 光 ま た は熱硬化型の液晶分子 を 前記液晶分子方 向 に 対 し概ね 直 交 す る 方 向 に 配向 さ せ る よ う に形成す る 第 2 の 工程か ら な り 、 第 1 と 第 2 の 工程 を 複数回行 う こ と を 特徴 と す る 回折光学素子の製造 方 法。

( 2 0 )

透 明絶縁性基板上 に 高分子か ら な る 配向処理 が施 さ れた 薄膜 を形 成 し、 前記薄膜上 に 光 ま た は熱硬化型 の液晶分子 を 配向 さ せ た後 に 硬化 さ せ る 複数回 の 工程 を含み、 前記液晶分子 の常光屈折率は概ね 等 し く 異 常 光屈折率が異 な る 液晶分子層 を 交互 に積層 す る こ と を 特 徴 と す る 回折光学素子の製造方法。

( 2 1 )

前記 回折光学素 子 が配向 し た 液晶分子 を 含ん で構成 さ れ、 且つ 光 重合性モ ノ マ 一 ま た は 光架橋可能性液晶ポ リ マ ーあ る い は オ リ ゴ マ 一 が添加 さ れ、 紫外領域の 波長の 光照射 に 対 し 、 液晶 の分子蚰 の 方 向が固定化 さ れ る こ と を 特徴 と す る 請 求項 1 9 、 2 0 に記載の偏光 照明装置 の製造方 法。

( 2 2 )

前記液 晶分子 の硬化工程は、 不活性 ガ ス 雰 囲気中 で 行わ れ る こ と を 特徴 と す る 請求項 1 9、 2 0 に 記載の偏光照 明装置 の製造方法。 ( 2 3 )

透明絶縁性基板で挟 ま れ た 領域に液晶 と モ ノ マ ー 、 オ リ ゴ マ ー 、 ポ リ マ 一 の 少 な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透明絶縁性基板上 に レ 一ザ光 の 2 光束干渉 に よ る 周期 的 な強度 分布 を 照射 し 、 モ ノ マ ー 、 オ リ ゴマ ー、 ポ リ マーの 少な く と も 1 つ 以上 が部分的 に硬化す る 第 1 の工程 と 前記部分的 に硬化 し た領域に対 し液晶分子 が配向 す る 第 2 の 工程 を 含み、 光照射 中 の前記透明絶縁性基板の 温度 を 液晶 の ネ マ テ ィ ヅ ク か ら ア イ ソ ト 口 ピ ッ ク への転移温度 （ 以下 N - 1 点温度 と 略記す る ） の概ね 1 2 か ら N — I 点 よ り 概ね 1 0 C低い 温度範囲 に保持す る こ と を 特徴 と す る 回折光学素子の製造方法。

( 2 4 )

ラ ビ ン グ に よ る 配向処理が施 さ れた 高分子か ら な る 簿膜を 形成 し た 透明絶縁性基板で挟 ま れた領域に液晶 と モ ノ マ 一 、 ォ リ ゴマ 一 、 ポ リ マ ー の 少な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透明絶縁性基板上 に レ —ザ光 の 2 光束干渉 に よ る 周期的 な強度分布 を 照射す る と き 、 モ ノ マ ー 、 オ リ ゴ マ ー、 ポ リ マ 一の少な く と も 1 つ 以上が部分的 に 硬化 す る 第 1 の 工程 と 前記部分的 に硬化 し た領域に 対 し液晶分子 が配向 す る 第 2 の 工程 を 含 んで お り 、 前記液晶分子の配向 方 向 が前記高分 子薄膜 に施 さ れた ラ ビ ン グ処理方 向 と 概ね一致す る こ と を 特徴 と す る 回折光学素子 の製造方法。

( 2 5 )

透 明絶縁性基板で 挟 ま れ た領域に液晶 と モ ノ マ ー、 オ リ ゴ マ ー、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透明絶縁性基板上 に お け る 所定 の領域 に 概ね 1 〃 m ~ 1 0 m の ピ ッ チ の周期構造 を 有 す る 光強度 を 照射 す る 工程 と 、 上記所定の領域 を 囲む領域に 光強度 を 照射 す る 工程 と を 有 す る こ と を 特徴 と す る 回折光学素子 の製造方 法 ( 2 6 )

透明絶縁性基板で 挟 ま れた領域 に液晶 と モ ノ マ 一 、 オ リ ゴマ ー、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透 明絶縁性基板上 に レ —ザ光 の 2 光束干渉 に よ る 周期 的 な 強度分布 を 照射 し、 モ ノ マ ー 、 オ リ ゴマー 、 ポ リ マ ーの 少な く と も 1 つ 以上が部分的 に硬化す る 第 1 の工程 と 前記部分的 に 硬化 し た領域に対 し液晶分子が配向 す る 第

2 の工程 を 含む と き 、 さ ら に 、 光照射側 と 反対側の前記透明絶縁性 基板上 に位相板 を 周期的 に形成す る 工程 を 有 す る こ と を特徴 と す る 回折光学素子 の製造方法。

( 2 7 )

前記位相板の ピ ッ チ が概ね数十 m m以下で あ る こ と を 特徴 と す る 請求項 2 6 に 記載の 回折光学素子 の製造方法。

( 2 8 )

前記回折光学素子 は 入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し光 の 回折 を 生 じ且つ 前記入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し概ね直交す る 成分 に 対 して は概ね透過 さ せ る 機能 を 有 して い る こ と を 特徴 と す る 請求項 2 3 ~ 2 6 の い ずれか に記載の 回折光学素子の製造方法。

( 2 9 )

前記回折光学素子 は液晶分子の 光軸の傾斜か ら な る 周期構造 を 有 す る こ と を 特徴 と す る 請求項 2 3 〜 2 6 の い ずれか に 記載の 回折光 学素子 の製造方法。

( 3 0 )

前記回折光学素子は光重合開始剤及び色素 を 含む こ と を 特徴 と す る 請求項 2 3 〜 2 6 のい ず れか に記載の 回折光学素子 の製造方 法。 ( 3 1 )

前記回折光学素子 が配向 し た 液 晶分子 を含ん で構成 さ れ、 且つ 光 重合性モ ノ マ ー ま た は光架橋可能性液晶ポ リ マ 一あ る い は オ リ ゴ マ —が添加 さ れ、 紫外領域の 波長の 光照射 に対 し、 液晶 の分子軸の 方 向 が 固定化 さ れ る こ と を 特徴 と す る 請求項 2 3 〜 2 6 の い ずれか に 記載の 回折光学素子の製造 方 法 。 ( 3 2 )

請求項 2 3 〜 2 6 の い ずれかの工程 を 2 つ 以上組み合わせ る こ と を 特徴 と す る 回折光学素子 の製造方法。

( 3 3 )

偏光変調素 子 と 周期構造 中 に配 向 し た液晶分子 を 含んだ 回折光学 素子 と を 少 な く と も 含んで構成 さ れる こ と を 特徴 と す る 画像表示装 置。

( 3 4 )

前記画像表示装置 は反射板 を 含む こ と を 特徴 と す る 請求項 3 3 に 記載の 画像表示装置。

( 3 5 )

前記偏光 変調素子は反射電極 を 含む こ と を 特徴 と す る 請求項 3 3 に記載の 画像表示装置。

( 3 6 )

前記画像表示装置は位相差 フ ィ ル ム を 含む こ と を 特徴 と す る 請求 項 3 3 に 記載の 画像表示装置。

( 3 7 )

前記位相差 フ ィ ル ム は え Z 4 板、 偏光子、 散乱板、 偏光 変換 フ ィ ル ム の い ずれか を含む こ と を 特徴 と す る 請求項 3 6 に 記載の 画像表 示装置。

( 3 8 )

請求項 3 3 に 記載の 画像表示装置 に お い て 前記偏光変調素子 の 片 側 に カ ラ 一 フ ィ ル 夕 を組み合わ せ た こ と を 特徴 と す る 画像表示装 置 ( 3 9 )

透明絶縁性基板で挟 ま れた領域に液晶 と モ ノ マ 一、 オ リ ゴ マ ー、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ 以上 を 含み 、 前記透明絶縁性基板上 に レ —ザ光の 2 光束干涉 に よ る 周期的 な 強度分布 を 照射 し 、 モ ノ マ ー ォ リ ゴマ ー 、 ポ リ マ ー の 少 な く と も 1 つ以上 が部分的 に硬化 す る 第 1 の工程 と 前記部分的 に硬化 し た 領域に 対 し液晶分子 が配向 す る 第 2 の工程 を 含む と き 、 光照射側 と 反対側 の絶縁性基板 は 前記 レ ーザ光 を概ね吸収 す る 基板上 に 設置 さ れて い る こ と を 特徴 と す る 回折光学 素子の製造方法。

( 4 0 )

透明絶縁性基板で挟 ま れた 領域 に液晶 と モ ノ マ 一 、 オ リ ゴマ ーポ リ マ ー の 少な く と も 1 つ 以上 を 含み、 前記透明絶縁性基板上 に レ 一 ザ光 の 2 光束干渉 に よ る 周期的 な強度分布 を 照射 し 、 モ ノ マ ー 、 ォ リ ゴマ 一 、 ポ リ マ ーの 少 な く と も 1 つ 以上 が部分的 に硬化 す る 第 1 の工程 と 、 前記部分的 に硬化 し た領域に 対 し液晶分子 が配向 す る 第 2 の工程 を 含む と き 、 光照射側 の 透明絶縁性基板上 に 所定の 入射角 度範囲 内 よ り 入射す る 光束 を 散乱せ し め、 かつ 前記所定の 入射角 度 範匪外 よ り 入射す る 光束 を 概ね透過せ し め る 散乱異 方性 を 有 す る フ ィ ル ム を 配置 し、 反対側 の透明絶縁性基板は 前記 レ ーザ光 を 概ね 吸 収す る 基板上 に 設置れて い る こ と を 特徴 と す る 回折光学素子の製造 方法。

( 4 1 )

前記透明絶縁性基板は概ね数十〜数百 ； a m の厚 さ を 有 す る こ と を 特徴 と す る 請求項 3 9 ま た は 4 0 の い ずれか に 記載 の 回折光学素子 の製造方法。

( 4 2 )

前記回折光学素子上 に照射 さ れ る レ 一 ザ光 は収束光 ま た は発散光 を 含んで い る こ と を 特徴 と す る 請求項 3 9 ま た は 4 0 の い ずれか に 記載の 回折光学素子の製造方法。 ( 3 )

前記回折光学素子は入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し光 の 回折 を 生 じ且つ前記入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し概ね 直交 す る 成分 に 対 して は概ね透過 さ せ る機能を 有 して い る こ と を 特徴 と す る 請求項 3 9 ま た は 4 0 に 記載の 回折光学素子の製造方法。

( 4 )

前記回折光学素子は液晶分子 の 光軸の傾斜か ら な る 周期構造 を 有 す る こ と を 特徴 と す る 請求項 4 3 に記載の 回折光学素子の製造方法 , ( 4 5 )

前記回折光学素子が配向 し た液晶分子 を 含んで 構成 さ れ、 旦っ 光 重合性モ ノ マ ー ま た は 光架橋 可能性液晶 ポ リ マ 一 あ る い は ォ リ ゴ マ 一が添加 さ れ、 紫外領域の波長の光照射 に 対 し 、 液晶の 分子軸の 方 向が 固定化 さ れる こ と を 特徴 と す る 請求項 3 0 ま た は 4 0 の い ず れ か に記載の 回折光学素子 の製造方法。

( 4 6 )

前記回折光学素子は光重合開始剤及び色素 を 含む こ と を 特徴 と す る 請求項 3 9 ま た は 4 0 の い ず れか に記載の 回折光学素子の製造 方 法。

( 4 7 )

前記回折光学素子は複数の異 な っ た 周期構造が重畳 し て 形成 さ れ た構造 を 含む こ と を 特徴 と す る 請求項 3 9 ま た は 4 0 の い ずれか に 記載の 回折光学素子の製造方法。

( 4 8 )

前記回折光学素子 は複数の異な っ た 周期構造の 回折光学素子 の積 層構造 を 含む こ と を 特徴 と す る 請 求項 3 9 ま た は 4 0 の い ず れか に 記載の 回折光学素子 の製造方法。 ( 4 9 )

請求項 3 3 に 記載の 画像表示装置 に よ り 構成 し た こ と を 特徴 と す る 携帯情報端末装置。

( 5 0 )

請求項 3 3 に 記載の 画像表示装 置 に よ り 構成 し た こ と を 特徴 と す る へ ヅ ド ア ヅ ブ デ ィ ス プ レ イ 。

( 5 1 )

請求項 3 9 ま た は 4 0 記載の製造方 法 に よ り 作製 さ れた 回折光学 素子 を 用 い た こ と を 特徴 と す る 請求項 3 3 に 記載の 画像表示装置 。 ( 5 2 ) '

光源 と 周期構造 中 に配向 し た液晶分子 を 含 ん だ 回折光学素子 と 位 相板 と 導光板 と を 少な く と も 含 んで構成さ れ る こ と を 特徴 と す る 偏 光照明装置。

( 5 3 )

前記回折光学素 子は入射光 の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し光 の 回折 を 生 じ且つ 前記入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し概ね直交す る 成分 に 対 し て は概ね透過 さ せ る 機能 を 有 し て い る こ と を 特徴 と す る 請求項 5 2 に記載の 偏光照明装置。

( 5 4 )

前記回折光学素子は液晶分子 の 光軸 の 傾斜か ら な る 周期構造 を 有 す る こ と を 特徴 と す る 請求項 5 2 に 記載の偏光照明装 置。

( 5 5 )

前記回折光学素子 が配向 し た 液晶分子 を 含んで構成 さ れ、 且つ 光 重合性モ ノ マ ー ま た は光架橋可能性液晶 ポ リ マ 一 あ る い は オ リ ゴ マ —が添加 さ れ、 紫外領域の波長の 光照射 に 対 し 、 液晶 の 分子軸 の 方 向が固定化 さ れた こ と を 特徴 と す る 請 求項 5 2 に 記載の偏光照明装 置。

( 5 6 )

前記回折光学素子は光重合開始剤及び色素 を 含む こ と を 特徴 と す る 請求項 5 2 に記載の偏光照明装置。

( 5 7 )

前記回折光学素子は複数の異 な っ た 周期構造が重畳 して形成 さ れ た構造 を含む こ と を 特徴 と す る 請求項 5 2 に 記載 の偏光照明装置。 ( 5 8 )

前記 回折光学素子は複数 の異 な っ た 周期構造の 回折光学素子の積 層構造 を 含む こ と を 特徴 と す る 請求項 5 2 に 記載の 偏光照明装 置。 ( 5 9 )

透明絶縁性基板で挟 ま れ た 領域に液晶 と モ ノ マ 一、 オ リ ゴマ ー、 ポ リ マ一 の少な く と も 1 つ 以上 を含み、 前記透明絶縁性基板上 に 複 数の領域に分割 さ れた マ ス ク を 介 して レ 一ザ光の 2 光束干渉 に よ る 周期的 な 強度分布 を照射 し た後、 前記マ ス ク と 反転 し た ノ、' タ ー ン を 有 す る マ ス ク を 介 し て 均一 な 光照射 を 行 う こ と を 特徴 と す る 回折光 学素子の製造方法。

( 6 0 )

前記回折光学素子は入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し光の 回折 を 生 じ旦っ前記入射光の 1 方 向 の偏波成分 に 対 し概ね直交す る 成分 に 対 し て は概ね透過 さ せ る 機能 を 有 し て い る こ と を 特徴 と す る 請求項 5 9 に 記載の 回折光学素子の製造方法。

( 6 1 )

前記回折光学素子は液晶分子の光軸 の 傾斜か ら な る 周期構造 を 有 す る こ と を 特徴 と す る 請求項 5 9 に 記載の 回 折光学素子の製造方 法 ( 6 2 ) 前記回折光学素子は光重合開始剤及び色素 を含む こ と を 特徴 と す る 請求項 5 9 に 記載の 回折光学素子の製造方 法。

( 6 3 )

前記回折光学素子が配向 し た液晶分子 を 含 ん で構成さ れ、 且つ 光 重合性モ ノ マ ー ま た は光架橋可能性液晶ポ リ マ 一あ る いは オ リ ゴ マ 一 が添加 さ れ、 紫外領域の 波長の光照射 に 対 し、 液晶 の分子軸 の 方 向 が 固定化 さ れ る こ と を 特徴 と す る 請求項 5 9 に 記載の 回折光学素 子 の製造方法。

( 6 4 )

透明絶縁性基板で挟 ま れ た 領域 に液晶 と モ ノ マ ー 、 オ リ ゴ マ ー、 ポ リ マ ー の少な く と も 1.つ 以上 を含み、 前記透明絶縁性基板上 に レ 一ザ光の 2 光束干渉に よ る 周期的 な強度分布 を 照射 し 、 モ ノ マ 一 、 オ リ ゴマ ー、 ポ リ マ ーの 少な く と も 1 つ 以上が部分的 に硬化す る 第 1 の工程 と 前記部分的 に硬化 し た 領域 に対 し 液晶分子 が配向 す る 第 2 の工程 と を経て 形成 さ れた こ と を特徴 と す る 回折光学素子。

( 6 5 )

前記第 2 の 工程 に お け る 液晶分子の 配向方 向 が、 前記第 1 の 工程 に お け る 前記部分的 に硬化 し た 部分の 壁面 に ほぼ垂直 な 方 向 で あ る こ と を 特徴 と す る 請求項 6 4 に 記載の 回折光学素子。

( 6 6 )

前記透明絶縁性基板への前記 レ ーザ光の照射が、 所定の 温度 に 加 熱 さ れた 状態で 行われ る こ と に よ り 形成 さ れた こ と を 特徴 と す る 請 求項 6 4 に 記載の 回折光学素子。

( 6 7 )

前記所定の 温度 が、 液晶 の ネ マ テ ィ ッ ク 力ゝ ら ァ イ ソ ト ロ ピ ッ ク へ の転移温度 （ 以下 N - I 点温度 と 略記す る ） の 概ね 1 Z 2 か ら N — I 点 よ り 概ね 1 0 °C低い温度範囲で あ る こ と を 特徴 と す る 請求項 6 6 に 記載の 回折光学素子。

( 6 8 )

請求項 1 の偏光照明装置で あ っ て、 前記回折光学素子 は 、 光軸 を 含み互 い に 直交す る 2 本の直線 を境界 と す る 4 つ の 領域 に 分割 さ れ 互 い に 対 向 す る 上記領域が、 そ れそれ、 前記光源か ら の入射光 を 光 軸 を含む 平 面 に 対 し対称な 角度で 回折 さ せ る こ と を 特徴 と す る 偏光 照明 装置。