偏光コンバーター
【課題】 本発明は，光の損失の少ない偏光コンバーターを有する光源又は光源モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は，基本的には，２つの波長板部分を交互に有するアレイを２枚対向させ，これら２枚のアレイ間に伝搬層を設け，この伝搬層の厚さを所定のものとすることで，偏光コンバーターの損失を効果的に防止できるという知見に基づくものである。偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，伝搬層１２０と，を有する。第１の波長板アレイ１０３は，帯状の第１の波長板１０１と，帯状の第２の波長板１０２とを交互に複数有する。第２の波長板アレイ１１５は，第３の波長板１１３と第４の波長板１１４とを交互に複数有する。
【解決手段】 本発明は，基本的には，２つの波長板部分を交互に有するアレイを２枚対向させ，これら２枚のアレイ間に伝搬層を設け，この伝搬層の厚さを所定のものとすることで，偏光コンバーターの損失を効果的に防止できるという知見に基づくものである。偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，伝搬層１２０と，を有する。第１の波長板アレイ１０３は，帯状の第１の波長板１０１と，帯状の第２の波長板１０２とを交互に複数有する。第２の波長板アレイ１１５は，第３の波長板１１３と第４の波長板１１４とを交互に複数有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，偏光コンバーターに関する。より詳しく説明すると，本発明は，２つの波長板部分を交互に有するアレイを２枚用いた簡便な装置で偏光利用効率を高める偏光コンバーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置，及び画像投射装置には液晶技術が広く用いられる。液晶による画像表示システムの光源としてインコヒーレント光源が一般的に用いられている。そして，インコヒーレント光源の出力光の偏光状態はランダム偏光である。
【０００３】
図１は，従来の液晶表示パネルの構成例を示す構成図である。液晶パネルは，ランダム偏光を有するインコヒーレント光源を有するため，一般的に図１に示されるような構成を採用する。そして，この液晶表示パネルは，ランダム偏光の光束を，１次偏光子（偏光フィルター）１を用いて，直線偏光とする。そして，光束は，ガラス基板２を経た後に液晶セル３へと導かれる。液晶セル３は，電気信号により複屈折をピクセルごとに制御される。そして，液晶セル３を経た光は，楕円偏光を有する光となる。この光は，カラーフィルター４ａ，４ｂ，４ｃへと至る。カラーフィルターは，例えば，青４ａ，緑４ｂ，及び赤４ｃのカラーフィルターである。カラーフィルター４ａ，４ｂ，４ｃを経た光は偏光フィルター５を経て出力される。偏光フィルター５は，１次偏光子と直交した透過軸をもつ２次偏光子である。なお，カラーフィルター４ａ，４ｂ，４ｃへ入射する光は，透明電極６などの電極により液晶セル３が制御されるので，制御された後の光である。また，偏光フィルター１への入射光は，バックライト７からの光である。液晶表示パネルにおいて，１次偏光子，液晶セルのマトリクス，及び２次偏光子は，通常一体の薄板状をなす。このように複数の光学素子が一体となった部分は，スイッチ行列とよぶ。
【０００４】
図１の構成を有する液晶パネルは，最初に１次偏光子において照射光の半分が無条件に減衰され損失になる。
【０００５】
この偏光子による損失を防止するための技術が検討された。図２は，光路分離型偏光コンバーターの構成例を示す概念図である（特許文献１，特許文献２）。図２に示される偏光コンバーターは，偏光ビームスプリッター膜８，１／２波長板９及びカマボコレンズ列１０を有する。図２に示される偏光コンバーターは，かまぼこレンズ列により入射光を周期的に収束させる。そして収束した光を偏光によって異なる二通りの光路を通し，光路によって異なる二通りの偏光操作により１種類の偏光に揃える。図２に示される偏光コンバーターは，例えば，液晶拡大投影機において水銀灯の直後に設置される。図２に示される偏光コンバーターは，カマボコレンズによる集光の代償として光束の角度が広がりを持つため，点光源度の低い（即ち発光領域の面積の大きい）ＬＥＤ光源系においては利用できない。また，この偏光コンバーターを後述のＬＥＤバックライト型テレビジョン受像機に利用することも現実的でない。図２に示される偏光コンバーターは，偏光ビームスプリッター膜のついたガラス基板を多数貼り合わせ，切断，及び研磨し，さらに多数の波長板をはりつけることにより作製されるため，ＬＥＤバックライト型テレビジョン受像機に用いると，装置が大型となり，しかも製造コストが高まる。
【０００６】
図３は，偏光依存多重反射構造型偏光コンバーターの構成例を示す概念図である。図３に示される偏光コンバーターは，特定偏光反射偏光子１１，偏光変換性及び部分透過性を有する反射膜１２及び光源１３を有する。図３に示される偏光コンバーターは，特定偏光を通過させ，それと直交する偏光成分を反射させる型の偏光子１１と偏光変換性をもつ反射鏡１２とを対向させ，反射した光を多重反射させ目的に適う偏光になった成分を取り出す。この偏光コンバーターは，偏光子１１や反射鏡１２が光束を邪魔する。このため，偏光依存多重反射構造型偏光コンバーターは，所望の偏光を取り出す場合，光の損失が高くなる。
【０００７】
特開２００７−１８３３０３号公報（特許文献４）には，所定の条件を満たす光のみを抽出できる２つの波長板部分を交互に有するアレイを２枚用いた光学モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１０７５０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１３０５６号公報
【特許文献３】特開２００３−９８４８３号公報
【特許文献４】特開２００７−１８３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は，光の損失の少ない偏光コンバーターを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は，光の損失の少ない偏光コンバーターを有する光源又は光源モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明は，光の損失の少ない偏光コンバーターを有する液晶セル駆動型拡大投影機を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明は，光の損失の少ない偏光コンバーターを有するテレビジョン受信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は，基本的には，２つの波長板部分を交互に有するアレイを２枚対向させ，これら２枚のアレイ間に伝搬層を設け，この伝搬層の厚さを所定のものとすることで，偏光コンバーターの損失を効果的に防止できるという知見に基づくものである。
【００１４】
本発明の第１の側面は，偏光コンバーターに関する。この偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，第１の波長板アレイ１０３及び第２の波長板アレイ１１５の間に存在する伝搬層１２０と，を有する。第１の波長板アレイ１０３は，帯状の第１の波長板１０１と，第１の波長板１０１と接続され，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第２の波長板１０２とを交互に複数有する。第２の波長板アレイ１１５は，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第３の波長板１１３と，第３の波長板１１３と接続され，第３の波長板１１３と同じ幅を有する帯状の第４の波長板１１４とを交互に複数有する。
【００１５】
第１の波長板１０１及び第３の波長板１１３は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。また第２の波長板１０２及び第４の波長板１１４は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。
【００１６】
偏光コンバーター１００への入射光の波長をλ［ｍ］とし，伝搬層１２０の屈折率をｎとし，第１の波長板１０１の幅をｄ［ｍ］とすると，伝搬層１２０の厚さは，αｎｄ２／λで示され，αは，１．５以上２．５以下の数である。第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２は，共通の位相差９０度をもち，遅波軸が互いに角度βをなす１／４波長板である。また，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４は，共通の位相差１８０度をもち，遅波軸が互いに角度γをなす１／２波長板である。そして，角度βは７０度以上１１０度以下であり，角度γは３５度以上５５度以下である。
【００１７】
第１の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４が，自己クローニング型フォトニック結晶である。
【００１８】
第１の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の幅が，偏光コンバーター１００への入射光の波長の１倍以上５倍以下である。
【００１９】
本発明の第２の側面も偏光コンバーターに関する。この偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，第１の波長板アレイ１０３及び第２の波長板アレイ１１５の間に存在する伝搬層１２０とを有する。
【００２０】
第１の波長板アレイ１０３は，帯状の第１の波長板１０１と，第１の波長板１０１と接続され，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第２の波長板１０２とを交互に複数有する。また，第２の波長板アレイ１１５は，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第３の波長板１１３と，第３の波長板１１３と接続され，第３の波長板１１３と同じ幅を有する帯状の第４の波長板１１４とを交互に複数有する。
【００２１】
第１の波長板１０１及び第３の波長板１１３は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。第２の波長板１０２及び第４の波長板１１４は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。
【００２２】
偏光コンバーター１００への入射光の波長をλ［ｍ］とし，伝搬層１２０の屈折率をｎとし，第１の波長板１０１の幅をｄ［ｍ］とすると，伝搬層１２０の厚さは，αｎｄ２／λで示され，αは，１．５以上２．５以下の数である。
【００２３】
第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２は，それぞれ遅波軸が角度θまたは−θをなす１／２波長板である。第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４は，それぞれ遅波軸が角度θまたは−θをなす１／４波長板である。そして，θは１７度以上３７度以下である。
【００２４】
第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４が，自己クローニング型フォトニック結晶である。
【００２５】
第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３，第４の波長板１１４及び伝搬層１２０は，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶である偏光コンバーター。
【００２６】
第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の幅が，偏光コンバーター１００への入射光の波長の１．５倍以上５倍以下である。
【００２７】
上記第１の側面及び第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の遅波軸及び速波軸，第２の波長板１０２の遅波軸及び速波軸は，それぞれ第１の波長板アレイ１０３面内で全て同じ方向をとり，第３の波長板１１３の遅波軸及び速波軸，及び第４の波長板１１４の遅波軸及び速波軸は，それぞれ第２の波長板アレイ１１５面内で全て同じ方向をとるものである。
【００２８】
本発明の第３の側面は，光源モジュールに関する。この光源モジュールは，発光ダイオード（ＬＥＤ）と，ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターと，を有する光源モジュールである。そして，この光源モジュールは，偏光コンバーターとして，上記したいずれかの偏光コンバーターを有する。
【００２９】
本発明の第４の側面は，液晶セル駆動型拡大投影機に関する。この液晶セル駆動型拡大投影機は，偏光コンバーターと，偏光コンバーターを経た光が入射する偏光子と，偏光子を経た光が入射する液晶セルとを有する。この液晶セル駆動型拡大投影機は，偏光コンバーターとして，上記したいずれかの偏光コンバーターを有する。
【００３０】
本発明の第５の側面は，液晶テレビジョン受像機に関する。この液晶テレビジョン受像機は，バックライト用ＬＥＤと，バックライト用ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターとを有する液晶テレビジョン受像機である。そして，この液晶テレビジョン受像機は，偏光コンバーターとして，上記いずれかに記載の偏光コンバーターを有する。
【００３１】
本発明の第６の側面は，偏光コンバーターの製造方法に関する。この方法は，先に説明した第２の側面の偏光コンバーターを製造する方法である。そして，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３，第４の波長板１１４及び伝搬層１２０を，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶として製造する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば，光の損失の少ない偏光コンバーターを提供することができる。
【００３３】
本発明によれば，光の損失の少ない偏光コンバーターを有する光源又は光源モジュールを提供することができる。
【００３４】
本発明によれば，光の損失の少ない偏光コンバーターを有する液晶セル駆動型拡大投影機を提供することができる。
【００３５】
本発明によれば，光の損失の少ない偏光コンバーターを有するテレビジョン受信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は，従来の液晶表示パネルの構成例を示す構成図である。
【図２】図２は，光路分離型偏光コンバーターの構成例を示す概念図である。
【図３】図３は，偏光依存多重反射構造型偏光コンバーターの構成例を示す概念図である。
【図４】図４は，本発明のある実施形態を示す概略斜視図である。
【図５】図５は，本発明のフォトニック結晶の構造および配置を示す概念図である。
【図６】図６は，本発明の第１の実施形態を示す偏光コンバーターの動作原理を示す模式図である。
【図７】図７は，入射光が本発明の第１の実施形態を示す偏光コンバーターにより出射する偏光の回折成分の出射方向を示す概念図である
【図８】図８は，角度広がりを持つ入射光が入射した場合に本発明の偏光コンバーターから出射する偏光が複数の光束に分かれる挙動を示す概念図である。
【図９】図９は，本発明の第２の実施例を示す概念斜視図である。
【図１０】図１０は，本発明のフォトニック結晶の構造および配置概念図である。
【図１１】図１１は，偏光コンバーターの動作原理を示す模式図である。
【図１２】図１２は，発散光の光束を用いる偏光コンバーターを説明するための概念図である。
【図１３】図１３は，収束光の光束を用いる偏光コンバーターを説明するための概念図である。
【図１４】図１４は，自己クローニング法に基づいてフォトニック結晶である波長板アレイをスパッタリングにより成膜する際に基板にかかる高周波電気力線の様子を示す模式図である。
【図１５】図１５は，波長板アレイを放射状に配置した波長板アレイの例を示す概念図である。
【図１６】図１６は，３色のＬＥＤを光源とし表示部分に液晶を有する拡大投影機のエンジン部分の構成例を示す構成図である。
【図１７】図１７は偏光コンバーターを拡大投影機に組み込んだ構成図である。
【図１８】図１８は偏光コンバーターにおける発散系または集束系光束が入射したときの回折光の角度を説明するための図である。
【図１９】図１９は，直下型構成を有するＬＥＤバックライト・液晶テレビジョン受像機の概念図である。
【図２０】図２０は，本発明の偏光コンバーターを導入した液晶テレビジョン受信機の構成図である。
【図２１】図２１は，本発明の波長板アレイの構造図である。
【図２２】図２２は，本発明の波長板アレイの構造図である。
【図２３】図２３は，本発明の偏光コンバーターの動作原理を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の第１の側面は，偏光コンバーターに関する。偏光コンバーターは，入射光を所定の偏光を有する光に変換するための装置である。この偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，第１の波長板アレイ１０３及び第２の波長板アレイ１１５の間に存在する伝搬層１２０と，を有する。第１の波長板アレイ１０３は，帯状の第１の波長板１０１と，第１の波長板１０１と接続され，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第２の波長板１０２とを交互に複数有する。第２の波長板アレイ１１５は，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第３の波長板１１３と，第３の波長板１１３と接続され，第３の波長板１１３と同じ幅を有する帯状の第４の波長板１１４とを交互に複数有する。
【００３８】
第１の波長板１０１の素材は，たとえば自己クローニングフォトニック結晶に用いられる公知の素材を用いることができる。なお，自己クローニング法により，波長板アレイを作成する場合，第１の波長板１０１と第２の波長板１０２とは同時に同じ材料により製造される。第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４も同じ材料であってもよい。自己クローニング法により製造される波長板は，高屈折率層と低屈折率層が共通の平行溝状凹凸をもって交互に積層された構造をもつ。高屈折率層の組成例は，５酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）または５酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）である。一方,低屈折率層の組成例は，２酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。１／４波長板を自己クローニング結晶として製造する場合の周期数の例は，２５層前後（たとえば，２０層以上３０層以下）である。１／２波長板を自己クローニング結晶として製造する場合の周期数の例は，５０層前後（たとえば，４０層以上６０層以下）である。
【００３９】
第１の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の幅が，偏光コンバーター１００への入射光の波長の１倍以上５倍以下である。第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５は，複数の波長板の束が存在する。それぞれの波長板の幅は同じであることが望ましい。本発明では，通常可視光を入射光とするので，波長板の幅は，可視光の１倍以上５倍以下が好ましい。具体的な幅は，３６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下があげられ，５００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下でもよく，５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下でもよい。
【００４０】
第１の波長板１０１及び第３の波長板１１３は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。また第２の波長板１０２及び第４の波長板１１４は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。伝搬層１２０の材料は，波長板に用いられる高屈折率層の素材でもよく，波長板に用いられる低屈折率層の素材でもよい。また，任意の透明材料であってもよい。
【００４１】
偏光コンバーター１００への入射光の波長をλ［ｍ］とし，伝搬層１２０の屈折率をｎとし，第１の波長板１０１の幅をｄ［ｍ］とする。この場合，伝搬層１２０の厚さは，αｎｄ２／λで示され，αの例は，１．５以上２．５以下の数である。αは，１．８以上２．２以下でもよいし，αは２であってもよい。αが２の場合に，理論上複数の波長板から出射された光が集群作用を受けることとなるので好ましい。第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２は，共通の位相差９０度をもち，遅波軸が互いに角度βをなす１／４波長板である。また，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４は，共通の位相差１８０度をもち，遅波軸が互いに角度γをなす１／２波長板である。そして，角度βは７０度以上１１０度以下（８０°以上１００度以下でもよく，８５度以上９５度以下でもよく，９０度でもよい）であり，角度γは３５度以上５５度以下（４０度以上５０度以下でもよく，４５度でもよい）である。遅波軸は遅軸又は遅相軸ともよばれ，位相が遅れる方位を意味する。遅波軸が互いに角度βをなすとは，２つの波長板の遅波軸がなす角がβであることを意味する。これは，角度γにおいても同様である。
【００４２】
伝搬層１２０の厚さの具体例は，偏光コンバーターが対象とする入力光に応じて調整すればよい。たとえば，伝搬層１２０の厚さを，入射波長の１０倍以上４０倍以下（好ましくは１５倍以上２５倍以下）とすればよい。入射波長が５００ｎｍの場合，伝搬層１２０の厚さの例は，５マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下であり，８マイクロメートル以上１５マイクロメートル以下でもよい。
【００４３】
第１の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４が，自己クローニング型フォトニック結晶の偏光コンバーターである。たとえば，１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５とを別々に製造し，第１の波長板１０１及び第３の波長板１１３は，伝搬層１２０を介して平行となるように伝搬層１２０に貼り付けてもよい。
【００４４】
自己クローニング法に基づいてフォトニック結晶を作成する技術はすでに知られている。たとえば，特開２００７−１８３３０３号公報に開示された方法を適宜修正して用いることで，本発明の波長板アレイを製造できる。
【００４５】
本発明の第２の側面も偏光コンバーターに関する。この偏光コンバーターのうち第１の側面に関する偏光コンバーターと同様の部分は記載を引用することとして説明を省略する。この第２の側面の偏光コンバーターも，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，第１の波長板アレイ１０３及び第２の波長板アレイ１１５の間に存在する伝搬層１２０とを有する。
【００４６】
第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２は，それぞれ遅波軸がｘ軸に対して角度θまたは−θをなす１／２波長板である。第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４は，それぞれ遅波軸がx軸に対して角度θまたは−θをなす１／４波長板である。そして，θは１７度以上３７度以下である。θは２２度以上３２度以下でもよく，θは２４度以上３０度以下でもよい。なお，第１の波長板１０１の遅波軸が角度θの場合は，第２の波長板１０２の遅波軸が角度−θであることが好ましい。第３の波長板１１３の遅波軸が角度θの場合は，第４の波長板１１４の遅波軸が角度−θであることが好ましい。
【００４７】
第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の幅（したがって全ての波長板の幅）が，偏光コンバーター１００への入射光の波長の１．５倍以上５倍以下である。具体的には，幅が４００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下であり，４５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下でもよい。
【００４８】
上記第１の側面及び第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２の遅波軸及び速波軸が，それぞれ第１の波長板アレイ１０３面内で全て同じ方向をとるものである。また，この態様は，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４の遅波軸及び速波軸が，それぞれ第２の波長板アレイ１１５面内で全て同じ方向をとるものである。すなわち，たとえば第１の波長板１０１の遅波軸は第１の波長板アレイ１０３面内で全て同じ方向をとるものが好ましい。
【００４９】
第２の偏光コンバーターは，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３，第４の波長板１１４及び伝搬層１２０を，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶として製造することができる。すなわち，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５とは，通常高屈折率層及び低屈折率層の繰り返しによって製造される。通常の自己クローニング結晶は，これら２種の層がほぼ同様の厚みを持って繰り返される。この第２の側面の偏光コンバーターの製造方法においては，高屈折率層及び低屈折率層を交互に複数段製造した後，高屈折率層及び低屈折率層のいずれか一方のみを複数段相当分蓄積させ，その後に再度高屈折率層及び低屈折率層を交互に蓄積させる。高屈折率層及び低屈折率層のいずれか一方のみを複数段相当分蓄積させた部分が，伝搬層に相当することとなる。
【００５０】
本発明の第３の側面は，光源モジュールに関する。この光源モジュールは，発光ダイオード（ＬＥＤ）と，ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターと，を有する光源モジュールである。そして，この光源モジュールは，偏光コンバーターとして，上記したいずれかの偏光コンバーターを有する。光源モジュールは，光源モジュールが有する公知の構成を適宜有していてもよい。そのような光源モジュールが有する公知の構成の例は，筐体，電源，及び制御部（コンピュータ）である。
【００５１】
本発明の第４の側面は，液晶セル駆動型拡大投影機に関する。この液晶セル駆動型拡大投影機は，偏光コンバーターと，偏光コンバーターを経た光が入射する偏光子と，偏光子を経た光が入射する液晶セルとを有する。この液晶セル駆動型拡大投影機は，偏光コンバーターとして，上記したいずれかの偏光コンバーターを有する。拡大投影機は，拡大投影機が有する公知の構成を適宜有していてもよい。そのような拡大投影機が有する公知の構成の例は，筐体，電源，及び制御部（コンピュータ）である。
【００５２】
本発明の第５の側面は，液晶テレビジョン受像機に関する。この液晶テレビジョン受像機は，バックライト用ＬＥＤと，バックライト用ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターとを有する液晶テレビジョン受像機である。そして，この液晶テレビジョン受像機は，偏光コンバーターとして，上記いずれかに記載の偏光コンバーターを有する。テレビジョン受信機は，テレビジョン受信機が有する公知の構成を適宜有していてもよい。そのようなテレビジョン受信機が有する公知の構成の例は，筐体，電源，及び制御部（コンピュータ）である。
【００５３】
上記の技術を応用することで，偏光方向を保存したまま光の進行方向を拡散させる拡散板を得ることができる。この拡散板は，透明材料の薄板である。そして，拡散板の第１の面には，面に沿う特定の方向に平行な凹凸がランダムである第１の溝列を有する。一方，第１の面の裏面である第２の面には，第１の溝列とは直交する方向に凹凸がランダムである第２の溝列を有する。このような構成を有するので，この拡散板は，第１の溝列または第２の溝列に平行または垂直な振動方向をもち上記薄板に入射する光の偏光面を変えることなく出射光の進行する方向の拡散作用を発揮することができる。すなわち，本発明は，透明材料からなる拡散板であって，一つの面は面に沿う特定の方向に平行な凹凸がランダムである溝列を有し，他の面には前記の溝列とは直交する方向の凹凸がランダムである第２の溝列を有することにより，第１または第2の溝列に平行または垂直な振動方向をもち前記薄板に入射する光の偏光面を変えることなく出射光の進行する方向の拡散作用をもつ拡散板をも提供する。
【実施例１】
【００５４】
以下，実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。本発明は，以下の実施例に限定されるものではなく，当業者に自明な範囲で適宜修正を加えたものも含む。
【００５５】
図４は，本発明のある実施形態を示す概略斜視図である。図４に示されるように，この実施例の偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１６（１０３），伝搬層１５（１２０），及び第２の波長板アレイ１４（１１５）を有する。図中符号２４は基板である。
【００５６】
第1の波長板アレイ１６は，ｘ軸方向に幅ｄ,ｙ軸方向に十分な長さをもつ２種類の波長板の交互配列構造であって，遅波軸がｘ軸に対してプラスマイナス４５°，速波軸は遅波軸と直角をなす。以下の説明では，プラス４５°の角をなす領域を領域Ａ，マイナス４５°の角をなす領域を領域Ｂとする。第２の波長板アレイ１４も同様にｘ軸方向に幅ｄ,ｙ軸方向に十分な長さをもつ２種類の波長板の交互配列構造であって，遅波軸がx軸に対してプラスマイナス２２．５°，速波軸は遅波軸と直角をなす。プラス４５°の角をなす領域を領域Ｃ，マイナス２２．５°の角をなす領域を領域Ｄとする。領域Ａと領域Ｃ，領域Ｂと領域Ｄとは正しく対向する。第１の波長板アレイ１６は１／４波長板の集まり，第２の波長板アレイ１４は半波長板の集まりであって，それぞれ自己クローニングフォトニック結晶で作製される。なお，自己クローニング法で作製される波長板の遅波方向はフォトニック結晶の溝列あるいは稜線列の方向と一致する。図４のアレイの各波長板上の斜線群はその遅波方向を単に概念的に示したものである。例えば図４を詳しく描けば後述する図２１のようになる。
【００５７】
第1の波長板アレイと第2の波長板アレイの間は屈折率ｎ，厚さがおおよそ２ｎｄ２/λの伝搬層で隔てられている。λは使用波長（自由空間）である。
【００５８】
以上の構造に対し，任意の偏光状態の光を-ｚ方向から入射させる。第1の波長板アレイに入射する光は領域Ａの遅波軸方向の直線偏光成分（ｐ成分）と，それに直角をなす直線偏光成分（ｑ成分）の重ね合わせとして表される。
【００５９】
まず，前記のp成分の挙動から説明する。図６は，本発明の第１の実施形態を示す偏光コンバーターの動作原理を示す模式図である。−ｚ方向から入射した光は，領域Ａを通過した後と，領域Ｂを通った後とでは位相が９０°ずれる。z方向のp方向直線偏光平面波（電界の振幅E1）が入射した場合の出射波はp方向直線偏光であることに変わりはない。一方，周期２ｄ，正のピークから負のピークまで９０°の方形波位相変調を受ける。この波がおおよそ厚さ２ｎｄ２/λの伝搬層を通ったあと，位相変調は振幅変調に変換される。即ち，領域Ｃの直前で振幅がほぼ２１／２Ｅ１，領域Ｄの直前で振幅ほぼ０の方形振幅変調波に変換される。この関係は比２ｄ/λが大きいほど精度が高い。図６に示されるようにp偏光成分は伝搬中に集群され領域Ｃに集まる。
【００６０】
前記と同様に，−ｚ方向から入射した光のうちq偏光成分は集群され領域Ｄに集まる。第２の波長板アレイ（半波長板列）は領域Ｃに集まるp偏光成分，領域Ｄに集まるq偏光成分にそれぞれ独立に作用してそれらを共にx偏光にする。すなわち，主軸をx軸に対してプラスマイナス２２．５°にする。なお，プラスマイナス４５°の領域とマイナスプラス２２．５°の領域とをこの順に対応させると出力はｙ偏光となる。前記した第１の波長板アレイと第２の波長板アレイを，それぞれ別の基板の上にフォトニック結晶の自己クローニング法で作製することができる。それらを，位置を合わせて貼り合わせることにより偏光コンバーターを作成できる。
【００６１】
次に，偏光コンバーターの出力光の指向特性について説明する。図７は，入射光が本発明の第１の実施形態を示す偏光コンバーターにより出射する偏光の回折成分の出射方向を示す概念図である。ランダム偏光をもつ一様な平面波が偏光コンバーターに入射するとき，出力の各偏光成分はそれぞれx方向に周期２ｄをもって振幅変調されているので，出力波は一般に複数の回折成分をもつ。図５において光線がz方向から入射したとき，図７に示される通り，出力はz軸からx軸に向かいθnだけ傾いた複数の光線に分かれる。ここでnは零または正負の整数で，θnはsinθn ＝ｎλ／２ｄの関係を満たす。また，入射波が角度拡がりをもつ光束である場合も同様に複数の光束に分かれる。図８は，角度広がりを持つ入射光が入射した場合に本発明の偏光コンバーターから出射する偏光が複数の光束に分かれる挙動を示す概念図である。
【００６２】
輝度不変の定理(高橋秀俊 藤村靖 著，高橋秀俊の物理学講義 −物理学汎論−，丸善，１９９０, ｐ.１０４−ｐ.１０８）との関係を念のため付言する。光束において，偏光自由度・光束の断面積・光束の立体角・波長幅あたりの光パワーは輝度に比例し，光束の伝搬・変形に際して保存される。この例においては周期構造における回折作用が光束の立体角を拡げるので輝度不変の定理と矛盾しない。
【実施例２】
【００６３】
次に説明するのは，上述の位置あわせ・貼り合わせ操作によらない簡便な作製方法を可能にする構造である。そのポイントは第１，第２の波長板アレイの遅波軸及び速波軸方位が共通であり得るような波の伝搬機構を用いることである。以下説明するように，この偏光コンバーターは，円偏光が１／４波長板及び１／２波長板によって受ける変形規則を活用する。
【００６４】
図９は，本発明の第２の実施例を示す概念斜視図である。図９に示されるように，この実施例の偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層２１（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）を有する。図中符号１８は基板である。
【００６５】
この実施例の偏光コンバーターの第１の波長板アレイ２０は，x軸方向に幅d,y軸方向に十分な長さをもつ２種類の波長板の交互配列構造であって，遅波軸がx軸に対してプラスマイナスθ，速波軸は遅波軸と直角をなす。θは１０度〜３５度の間の角である。プラスθの角をなす領域を領域Ａ，マイナスθの角をなす領域を領域Ｂとする。第2の波長板アレイも同様にx軸方向に幅ｄ,ｙ軸方向に十分な長さをもつ２種類の波長板の交互配列構造であって，遅波軸がx軸に対してプラスマイナスθ，速波軸は遅波軸と直角をなす。プラスθの角をなす領域を領域Ｃ，マイナスθの角をなす領域を領域Ｄとする。領域Ａと領域Ｃ，領域Ｂと領域Ｄとはそれぞれ正しく対向する。第１の波長板アレイ２０は半波長板の集まり，第２の波長板アレイ１９は１／４波長板の集まりであって，それぞれ自己クローニングフォトニック結晶で作製される。第１の波長板アレイ２０と第２の波長板アレイ１９の間は屈折率ｎ，厚さがおおよそ２ｎｄ2／λの伝搬層で隔てられている。λは使用波長（自由空間）である。
【００６６】
以上の構造に対し，任意の偏光状態の光を−ｚ方向から入射させる。第１の波長板アレイ２０に入射する光は時計回り円偏光成分
（Ex,Ey）=E1(j,1) (数式１）
と反時計回り円偏光成分
（Ex,Ey）=E2(-j,1) （数式２）
の重ね合わせとして表される。
時計回り成分の挙動から説明する。
【００６７】
z方向の平面波（時計回り円偏光）が入射した場合の第１の波長板アレイ２０の出射波は反時計回り円偏光であって，領域Ａ部分で基準位相より2θ遅れ，領域Ｂ部分で基準位相より2θ進む。この円偏光は周期２ｄ，正のピークから負のピークまで４θの方形波位相変調を受ける。この波がおおよそ厚さ２ｎｄ2／λの伝搬層を通ったあと，位相変調は振幅変調に変換される。領域Cの直前で振幅E1(cos2θ+sin2θ)，領域Ｄの直前で振幅E1(cos2θ-sin2θ)の方形振幅変調波に近似的に変換される。この関係は比2d/λが大きいほど近似の精度が高い。2θは３０°から６０°の間で考えれば良いので，(cos2θ+sin2θ)は(cos2θ-sin2θ)より十分大きい。特にθが２２．５°の時は(cos2θ-sin2θ)はゼロとなる。故に，z方向の平面波（時計回り円偏光）が第１の波長板アレイ２０へ入射した場合，第２の波長板アレイ１９の直前で主要な成分（メジャー成分）は領域Ｃに集束され，領域Ｄに集まる成分は小さい（マイナー成分である）。
【００６８】
次に第１の波長板アレイ２０に入射する反時計回り円偏光成分を説明する。出射すると時計回り円偏光となり，第２の波長板アレイ１９に入射するとき，領域Cの直前で振幅E2(cos2θ-sin2θ)，Ｄの直前で振幅Ｅ２(ｃｏｓ２θ+ｓｉｎ２θ)の方形振幅変調波に近似的に変換される。第２の波長板アレイ１９の直前で主要な成分は領域Ｄに集束され，領域Ｃに集まる成分は小さい（マイナー成分である）。これらの概念を図１１に示す。図１１に示される偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）を有する。符号１８は，基板である。
【００６９】
次に第２の波長板アレイ１９の作用を説明する。第２の波長板アレイ１９は1/4波長板であるから円偏光波が入射すると出射波は直線偏光となる。
領域Ｄに入射する時計周り円偏光成分（メジャー）の対する出力は(cos2θ+sin2θ)に比例し，x軸に対し（４５°-θ）をなす直線偏光である。
領域Ｃに入射する時計回り円偏光成分（マイナー）に対する出力は(cos2θ-sin2θ)に比例し，x軸に対し（４５°+θ）をなす直線偏光である。
第2アレイに入射する反時計回り円偏光入力については次のようになる。
領域Ｃの出力（メジャー）は(cos2θ+sin2θ)に比例する直線偏光でx軸に対し−（４５°−θ）をなす。
領域Ｄの出力（マイナー）は(cos2θ-sin2θ)に比例する直線偏光でx軸に対し-（４５°+θ）をなす。
【００７０】
概念を簡単に説明するためθ=22.5°の場合を取り上げる。cos 2θ = sin 2θ= １／√２であるからマイナー成分は完全に0となり，領域Ｃの出力振幅，領域Ｄの出力振幅はそれぞれx軸からマイナスプラス22.5°だけ傾いた方向の（差は45°）直線偏光となる。偏光コンバーターへの入射光がLED出力光のようなインコヒーレント光である場合，波長板第1アレイに入射する光のうち時計回り円偏光のパワー，反時計回り円偏光のパワーは独立である。偏光コンバーターの出力を，偏光子を通して直線偏光にする場合，偏光子の透過偏光軸をx軸から時計方向に２２．５°傾ければE12に比例する成分は100%, E22に比例する成分は50%透過する。逆に２２．５°傾けるとE12に比例する成分は50%, E22に比例する成分は１００%透過する。平均的にはその中間（x軸方向）に透過偏光軸を設定するのが良く，両方向成分とも85%が透過する。
即ち，偏光コンバーターに入射するランダム偏光のパワーの85%を特定方向の直線偏光に変換できる。
【００７１】
θは２２．５°に限定されるものではなく，22．5°より増大させると二つの直線偏光の間の角が45°より小さくなり有利となる。解析の結果，θ=27°の付近（たとえば，２４〜３０°，２６°〜２８°）が最も有利であり，ランダム偏光のパワーの88%を特定方向の偏光パワーに変換することができる。
【００７２】
この実施例の偏光コンバーターの特徴は，一つのパターン化された基板の上に自己クローニングプロセスによって第１の波長板アレイ２０，伝搬層，第２の波長板アレイ１９を一貫した連続な工程により作製でき，位置あわせを不要にする点である。
【００７３】
つまり，自己クローニングフォトニック結晶は，第１の物質層と第２の物質層を交互に積み重ねて作成される。そして，この実施例では，ある程度，第１の物質層及び第２の物質層を交互に積み重ねた後，第１の物質層又は第２の物質層のみを数層分積み重ね，その後第１の物質層及び第２の物質層を積み重ねる。すると，第１の物質層又は第２の物質層のみを数層分積み重ねた部分が，伝搬層となる。この場合は，領域Ａと領域Ｃ，領域Ｂと領域Ｄが正確に対向するので偏光コンバーターの精度が高くなり，しかも簡単に製造できる。
【実施例３】
【００７４】
図１２は，発散光の光束を用いる偏光コンバーターを説明するための概念図である。図１２に示される偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層２１（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）を有する。符号１３は光源であり，符号１８は基板である。
【００７５】
図１３は，収束光の光束を用いる偏光コンバーターを説明するための概念図である。図１３に示される偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層２１（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）を有する。符号１３は光源であり，符号１８は基板であり，符号２２は集光レンズである。
【００７６】
図１２及び図１３に示す偏光コンバーターにおいて，光束の場所ごとに，向きが近い光線群のうちでも中心的な方向をもつ光線にその場所の光束を代表させる。第１の波長板アレイ２０，第２の波長板アレイ１９の各要素をその場所での光束を代表する光線に基づいて作製することが好ましい。自己クローニング法を用いて偏光コンバーターを作成する場合，凹凸構造をスパッタリングの時の高周波電界に沿って形成することができる。金属電極近傍においては電界あるいは電気力線は金属表面に直角をなす性質がある。図１４は，自己クローニング法に基づいてフォトニック結晶である波長板アレイをスパッタリングにより成膜する際に基板にかかる高周波電気力線の様子を示す模式図である。図１４において，符号２３はフォトニック結晶アレイパタン部であり，符号２４はフォトニック結晶基板であり，符号２５はメタルサブストレート（金属材料）である。図１４において矢印が高周波電気力線を示す。図１４に示される電極構造を用いることによって高周波電界を発散あるいは収束型に形成することができる。なお，図９においては基板上に第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層２１（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）の順に作製することを想定している。しかし，この順序を逆転することも容易に実行できる。よって，自己クローニング法による製膜時に凹凸2種類の基板電極を用意する必要はない。
【実施例４】
【００７７】
偏光コンバーターにおいて，第１の波長板アレイにおける２種類の波長板のそれぞれ，第２の波長板アレイ１９における２種類の波長板のそれぞれは素子の全面で共通の主軸を持つことが好ましい。しかし，２種類の波長板の境界は一様な方向を向く必要はない。図１５は，波長板アレイを放射状に配置した波長板アレイの例を示す概念図である。例えば図１５に示されるように，波長板のパターンを放射型にすることができる。このような構造は，発散性あるいは収束性の光束を用いる拡大投影機と共に用いられる偏光コンバーターにおいて，投射レンズのF値が過小（レンズ直径が過大）にならないために有利である。システム応用の詳細は実施例５において示す。図１５と同様の考え方に基づき，波長板アレイに含まれる２種類の波長板の境界を等間隔の同心円群とすることもできる。
【実施例５】
【００７８】
本発明の偏光コンバーターは，拡大投影機に用いることができる。図１６は，３色のＬＥＤを光源とし表示部分に液晶を有する拡大投影機のエンジン部分の構成例を示す構成図である。図１６に示されるように，赤のＬＥＤ光源３４ａ，青のＬＥＤ光源３４ｃ，緑のＬＥＤ光源３４ｂから放出された光は，集光レンズ３３，拡散板３２，偏光フィルム３１，液晶３０及び偏光フィルム２９を経て，クロスプリズム２８へと導かれる。クロスプリズム２８からの光は投影レンズ（Ｆ値大）を経て，スクリーン２６へ投影される。一般にＬＥＤ光源は水銀灯に比べ発光部分の面積が大きく，出力の角度拡がりが大きいため，ＬＥＤ光源からの光を集光することは難しい。ＬＥＤ光源を用いた場合，光路には，視野内での光強度が均一でなければならないという制約があり，Ｆナンバーを十分小さく選べない状況が多い。特に，可搬用小型拡大投影機（いわゆるピコプロジェクタ）では光路設計に制約が大きく，クロスプリズムに入射する光の角度拡がりを十分大きく選定できない。それらの状況下でクロスプリズムに入射する光量が小さくなる。その上さらに偏光子によって入力光を半分捨てなければならない。このため，スクリーン２６に投影されず像が暗くなるという問題がある。本発明の偏光コンバーターを有する拡大投影機は，そのような問題を有効に解決できる。
【００７９】
図１７は偏光コンバーターを拡大投影機に組み込んだ構成図である。図１７に示されるように，赤のＬＥＤ光源３４ａ，青のＬＥＤ光源３４ｃ，緑のＬＥＤ光源３４ｂから放出された光は，集光レンズ３３，偏光コンバーター１７，拡散板３２，偏光フィルム３１，液晶３０及び偏光フィルム２９を経て，クロスプリズム２８へと導かれる。クロスプリズム２８からの光は投影レンズ（Ｆ値小）を経て，スクリーン２６へ投影される。各色用のスイッチ行列において，光源を向く面に近接または密接して偏光コンバーターをおくことによりLED光源の出力の両偏光成分をともに投射に有効に利用することができる。なお，偏光コンバーターを通すと，光束の広がり角は一般に増大する。そのため拡大投影機の投射レンズは（偏光コンバーターを用いない場合と比較して）より明るく（Ｆ値はより小さく）する。
【００８０】
この構成において，光はしばしば収束系の光束，あるいは時として発散系の光束の形でスイッチ行列を照射する。そのような構成において，図１５に示すパターンをもった偏光コンバーターは投射レンズの選択において有利である。図１８は偏光コンバーターにおける発散系または集束系光束が入射したとき，θx，θyをもつ光線Ａに対しての零次，プラスマイナス１次の回折光の角度を表す。回折光のz軸となす角が拡がる効果を最も効果的に抑制する。
【実施例６】
【００８１】
本発明の偏光コンバーターは，ＬＥＤ等をバックライト光源として用いる液晶テレビジョン受信機に用いることができる。図１９は，ＬＥＤバックライト・液晶テレビジョン受像機のいわゆる直下型構成を示す。赤のＬＥＤ光源３４ａ，青のＬＥＤ光源３４ｃ，緑のＬＥＤ光源３４ｂから放出された光は，レンズ４１を経て拡散板４０に到達し，拡散板４０において拡散される。拡散板４０において拡散された光は，液晶パネル４２へと到達する。その際，拡散光は，偏光フィルム３９及び液晶セル３８を経て，カラーフィルター３７へと至る。カラーフィルターを透過した光は，偏光フィルム３６を経て，液晶パネル４２に表示色をもたらす。従来の液晶テレビジョン受信機では，拡散板を通して光を均一化したのち液晶セルアレイに光が導かれ，偏光フィルターにより光の半分が捨てられることとなる。
【００８２】
図２０は，本発明の偏光コンバーターを導入した液晶テレビジョン受信機の構成図である。各ＬＥＤにそれぞれの波長用の偏光コンバーターが組合わされる。この例では，偏光コンバーター１７を経た光が，かまぼこ状拡散板４３を経る構成とした。すなわち，ＬＥＤからの光は，偏光コンバーターにより必要な偏光に変換された後，拡散板４３（かまぼこ列状の形状をもつ）で均一化される。かまぼこ列状の形状は，列に並行な偏光，列に垂直な偏光に対しては偏光を変換せず斜めの偏光に対しては変換作用がある。故に，拡散板は偏光に平行な列と垂直な列を両面に片方ずつ配置するのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は，光学機器の分野で利用され得る。
【符号の説明】
【００８４】
１・・・偏光フィルター、２・・・ガラス基板、３・・・液晶セル、４ａ・・・カラーフィルター青、
４ｂ・・・カラーフィルター緑、４ｃカラーフィルター・・・カラーフィルター赤、５偏光フィルター、６・・・透明電極、７・・・バックライト、８・・・偏光ビームスプリッタ膜、
９・・・１／２ 波長板、１０・・・カマボコレンズ列、１１・・・特定偏光反射型偏光子、
１２・・・偏光変換性と部分透過性をもつ反射鏡、１３・・・光源、１４・・・フォトニック結晶波長板第２アレイ、１５・・・スペーサと接着層、１６・・・フォトニック結晶波長板第１アレイ、
１７・・・ナノ偏光コンバーター、１８・・・ガラス基板、１９・・・フォトニック結晶波長板第２アレイ、２０・・・フォトニック結晶波長板第１アレイ、２１・・・伝搬部、２２・・・集光レンズ、
２３・・・フォトニック結晶基板アレイパタン部、２４・・・フォトニック結晶基板、２５・・・メタルサブストレート、２６・・・スクリーン、２７・・・投射レンズＦ値大、２８・・・クロスプリズム、２９・・・偏光フィルム、３０・・・液晶、３１・・・偏光フィルム、３２・・・拡散板、
３３・・・集光レンズ、３４ａ・・・ＬＥＤ光源（赤）、３４ｂ・・・ＬＥＤ光源（緑）、
３４ｃ・・・ＬＥＤ光源（青）、３５・・・投射レンズF値小、３６・・・偏光フィルム、３７カラーフィルター、３８・・・液晶セル、３９・・・偏光フィルム、４０・・・拡散板、４１・・・レンズ、４２・・・液晶パネル、４３・・・カマボコ状拡散板、
【技術分野】
【０００１】
本発明は，偏光コンバーターに関する。より詳しく説明すると，本発明は，２つの波長板部分を交互に有するアレイを２枚用いた簡便な装置で偏光利用効率を高める偏光コンバーターに関する。
【背景技術】
【０００２】
画像表示装置，及び画像投射装置には液晶技術が広く用いられる。液晶による画像表示システムの光源としてインコヒーレント光源が一般的に用いられている。そして，インコヒーレント光源の出力光の偏光状態はランダム偏光である。
【０００３】
図１は，従来の液晶表示パネルの構成例を示す構成図である。液晶パネルは，ランダム偏光を有するインコヒーレント光源を有するため，一般的に図１に示されるような構成を採用する。そして，この液晶表示パネルは，ランダム偏光の光束を，１次偏光子（偏光フィルター）１を用いて，直線偏光とする。そして，光束は，ガラス基板２を経た後に液晶セル３へと導かれる。液晶セル３は，電気信号により複屈折をピクセルごとに制御される。そして，液晶セル３を経た光は，楕円偏光を有する光となる。この光は，カラーフィルター４ａ，４ｂ，４ｃへと至る。カラーフィルターは，例えば，青４ａ，緑４ｂ，及び赤４ｃのカラーフィルターである。カラーフィルター４ａ，４ｂ，４ｃを経た光は偏光フィルター５を経て出力される。偏光フィルター５は，１次偏光子と直交した透過軸をもつ２次偏光子である。なお，カラーフィルター４ａ，４ｂ，４ｃへ入射する光は，透明電極６などの電極により液晶セル３が制御されるので，制御された後の光である。また，偏光フィルター１への入射光は，バックライト７からの光である。液晶表示パネルにおいて，１次偏光子，液晶セルのマトリクス，及び２次偏光子は，通常一体の薄板状をなす。このように複数の光学素子が一体となった部分は，スイッチ行列とよぶ。
【０００４】
図１の構成を有する液晶パネルは，最初に１次偏光子において照射光の半分が無条件に減衰され損失になる。
【０００５】
この偏光子による損失を防止するための技術が検討された。図２は，光路分離型偏光コンバーターの構成例を示す概念図である（特許文献１，特許文献２）。図２に示される偏光コンバーターは，偏光ビームスプリッター膜８，１／２波長板９及びカマボコレンズ列１０を有する。図２に示される偏光コンバーターは，かまぼこレンズ列により入射光を周期的に収束させる。そして収束した光を偏光によって異なる二通りの光路を通し，光路によって異なる二通りの偏光操作により１種類の偏光に揃える。図２に示される偏光コンバーターは，例えば，液晶拡大投影機において水銀灯の直後に設置される。図２に示される偏光コンバーターは，カマボコレンズによる集光の代償として光束の角度が広がりを持つため，点光源度の低い（即ち発光領域の面積の大きい）ＬＥＤ光源系においては利用できない。また，この偏光コンバーターを後述のＬＥＤバックライト型テレビジョン受像機に利用することも現実的でない。図２に示される偏光コンバーターは，偏光ビームスプリッター膜のついたガラス基板を多数貼り合わせ，切断，及び研磨し，さらに多数の波長板をはりつけることにより作製されるため，ＬＥＤバックライト型テレビジョン受像機に用いると，装置が大型となり，しかも製造コストが高まる。
【０００６】
図３は，偏光依存多重反射構造型偏光コンバーターの構成例を示す概念図である。図３に示される偏光コンバーターは，特定偏光反射偏光子１１，偏光変換性及び部分透過性を有する反射膜１２及び光源１３を有する。図３に示される偏光コンバーターは，特定偏光を通過させ，それと直交する偏光成分を反射させる型の偏光子１１と偏光変換性をもつ反射鏡１２とを対向させ，反射した光を多重反射させ目的に適う偏光になった成分を取り出す。この偏光コンバーターは，偏光子１１や反射鏡１２が光束を邪魔する。このため，偏光依存多重反射構造型偏光コンバーターは，所望の偏光を取り出す場合，光の損失が高くなる。
【０００７】
特開２００７−１８３３０３号公報（特許文献４）には，所定の条件を満たす光のみを抽出できる２つの波長板部分を交互に有するアレイを２枚用いた光学モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１０７５０５号公報
【特許文献２】特開２０１０−１１３０５６号公報
【特許文献３】特開２００３−９８４８３号公報
【特許文献４】特開２００７−１８３３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は，光の損失の少ない偏光コンバーターを提供することを目的とする。
【００１０】
本発明は，光の損失の少ない偏光コンバーターを有する光源又は光源モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明は，光の損失の少ない偏光コンバーターを有する液晶セル駆動型拡大投影機を提供することを目的とする。
【００１２】
本発明は，光の損失の少ない偏光コンバーターを有するテレビジョン受信機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は，基本的には，２つの波長板部分を交互に有するアレイを２枚対向させ，これら２枚のアレイ間に伝搬層を設け，この伝搬層の厚さを所定のものとすることで，偏光コンバーターの損失を効果的に防止できるという知見に基づくものである。
【００１４】
本発明の第１の側面は，偏光コンバーターに関する。この偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，第１の波長板アレイ１０３及び第２の波長板アレイ１１５の間に存在する伝搬層１２０と，を有する。第１の波長板アレイ１０３は，帯状の第１の波長板１０１と，第１の波長板１０１と接続され，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第２の波長板１０２とを交互に複数有する。第２の波長板アレイ１１５は，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第３の波長板１１３と，第３の波長板１１３と接続され，第３の波長板１１３と同じ幅を有する帯状の第４の波長板１１４とを交互に複数有する。
【００１５】
第１の波長板１０１及び第３の波長板１１３は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。また第２の波長板１０２及び第４の波長板１１４は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。
【００１６】
偏光コンバーター１００への入射光の波長をλ［ｍ］とし，伝搬層１２０の屈折率をｎとし，第１の波長板１０１の幅をｄ［ｍ］とすると，伝搬層１２０の厚さは，αｎｄ２／λで示され，αは，１．５以上２．５以下の数である。第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２は，共通の位相差９０度をもち，遅波軸が互いに角度βをなす１／４波長板である。また，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４は，共通の位相差１８０度をもち，遅波軸が互いに角度γをなす１／２波長板である。そして，角度βは７０度以上１１０度以下であり，角度γは３５度以上５５度以下である。
【００１７】
第１の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４が，自己クローニング型フォトニック結晶である。
【００１８】
第１の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の幅が，偏光コンバーター１００への入射光の波長の１倍以上５倍以下である。
【００１９】
本発明の第２の側面も偏光コンバーターに関する。この偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，第１の波長板アレイ１０３及び第２の波長板アレイ１１５の間に存在する伝搬層１２０とを有する。
【００２０】
第１の波長板アレイ１０３は，帯状の第１の波長板１０１と，第１の波長板１０１と接続され，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第２の波長板１０２とを交互に複数有する。また，第２の波長板アレイ１１５は，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第３の波長板１１３と，第３の波長板１１３と接続され，第３の波長板１１３と同じ幅を有する帯状の第４の波長板１１４とを交互に複数有する。
【００２１】
第１の波長板１０１及び第３の波長板１１３は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。第２の波長板１０２及び第４の波長板１１４は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。
【００２２】
偏光コンバーター１００への入射光の波長をλ［ｍ］とし，伝搬層１２０の屈折率をｎとし，第１の波長板１０１の幅をｄ［ｍ］とすると，伝搬層１２０の厚さは，αｎｄ２／λで示され，αは，１．５以上２．５以下の数である。
【００２３】
第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２は，それぞれ遅波軸が角度θまたは−θをなす１／２波長板である。第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４は，それぞれ遅波軸が角度θまたは−θをなす１／４波長板である。そして，θは１７度以上３７度以下である。
【００２４】
第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４が，自己クローニング型フォトニック結晶である。
【００２５】
第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３，第４の波長板１１４及び伝搬層１２０は，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶である偏光コンバーター。
【００２６】
第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の幅が，偏光コンバーター１００への入射光の波長の１．５倍以上５倍以下である。
【００２７】
上記第１の側面及び第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の遅波軸及び速波軸，第２の波長板１０２の遅波軸及び速波軸は，それぞれ第１の波長板アレイ１０３面内で全て同じ方向をとり，第３の波長板１１３の遅波軸及び速波軸，及び第４の波長板１１４の遅波軸及び速波軸は，それぞれ第２の波長板アレイ１１５面内で全て同じ方向をとるものである。
【００２８】
本発明の第３の側面は，光源モジュールに関する。この光源モジュールは，発光ダイオード（ＬＥＤ）と，ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターと，を有する光源モジュールである。そして，この光源モジュールは，偏光コンバーターとして，上記したいずれかの偏光コンバーターを有する。
【００２９】
本発明の第４の側面は，液晶セル駆動型拡大投影機に関する。この液晶セル駆動型拡大投影機は，偏光コンバーターと，偏光コンバーターを経た光が入射する偏光子と，偏光子を経た光が入射する液晶セルとを有する。この液晶セル駆動型拡大投影機は，偏光コンバーターとして，上記したいずれかの偏光コンバーターを有する。
【００３０】
本発明の第５の側面は，液晶テレビジョン受像機に関する。この液晶テレビジョン受像機は，バックライト用ＬＥＤと，バックライト用ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターとを有する液晶テレビジョン受像機である。そして，この液晶テレビジョン受像機は，偏光コンバーターとして，上記いずれかに記載の偏光コンバーターを有する。
【００３１】
本発明の第６の側面は，偏光コンバーターの製造方法に関する。この方法は，先に説明した第２の側面の偏光コンバーターを製造する方法である。そして，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３，第４の波長板１１４及び伝搬層１２０を，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶として製造する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば，光の損失の少ない偏光コンバーターを提供することができる。
【００３３】
本発明によれば，光の損失の少ない偏光コンバーターを有する光源又は光源モジュールを提供することができる。
【００３４】
本発明によれば，光の損失の少ない偏光コンバーターを有する液晶セル駆動型拡大投影機を提供することができる。
【００３５】
本発明によれば，光の損失の少ない偏光コンバーターを有するテレビジョン受信機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は，従来の液晶表示パネルの構成例を示す構成図である。
【図２】図２は，光路分離型偏光コンバーターの構成例を示す概念図である。
【図３】図３は，偏光依存多重反射構造型偏光コンバーターの構成例を示す概念図である。
【図４】図４は，本発明のある実施形態を示す概略斜視図である。
【図５】図５は，本発明のフォトニック結晶の構造および配置を示す概念図である。
【図６】図６は，本発明の第１の実施形態を示す偏光コンバーターの動作原理を示す模式図である。
【図７】図７は，入射光が本発明の第１の実施形態を示す偏光コンバーターにより出射する偏光の回折成分の出射方向を示す概念図である
【図８】図８は，角度広がりを持つ入射光が入射した場合に本発明の偏光コンバーターから出射する偏光が複数の光束に分かれる挙動を示す概念図である。
【図９】図９は，本発明の第２の実施例を示す概念斜視図である。
【図１０】図１０は，本発明のフォトニック結晶の構造および配置概念図である。
【図１１】図１１は，偏光コンバーターの動作原理を示す模式図である。
【図１２】図１２は，発散光の光束を用いる偏光コンバーターを説明するための概念図である。
【図１３】図１３は，収束光の光束を用いる偏光コンバーターを説明するための概念図である。
【図１４】図１４は，自己クローニング法に基づいてフォトニック結晶である波長板アレイをスパッタリングにより成膜する際に基板にかかる高周波電気力線の様子を示す模式図である。
【図１５】図１５は，波長板アレイを放射状に配置した波長板アレイの例を示す概念図である。
【図１６】図１６は，３色のＬＥＤを光源とし表示部分に液晶を有する拡大投影機のエンジン部分の構成例を示す構成図である。
【図１７】図１７は偏光コンバーターを拡大投影機に組み込んだ構成図である。
【図１８】図１８は偏光コンバーターにおける発散系または集束系光束が入射したときの回折光の角度を説明するための図である。
【図１９】図１９は，直下型構成を有するＬＥＤバックライト・液晶テレビジョン受像機の概念図である。
【図２０】図２０は，本発明の偏光コンバーターを導入した液晶テレビジョン受信機の構成図である。
【図２１】図２１は，本発明の波長板アレイの構造図である。
【図２２】図２２は，本発明の波長板アレイの構造図である。
【図２３】図２３は，本発明の偏光コンバーターの動作原理を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
本発明の第１の側面は，偏光コンバーターに関する。偏光コンバーターは，入射光を所定の偏光を有する光に変換するための装置である。この偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，第１の波長板アレイ１０３及び第２の波長板アレイ１１５の間に存在する伝搬層１２０と，を有する。第１の波長板アレイ１０３は，帯状の第１の波長板１０１と，第１の波長板１０１と接続され，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第２の波長板１０２とを交互に複数有する。第２の波長板アレイ１１５は，第１の波長板１０１と同じ幅を有する帯状の第３の波長板１１３と，第３の波長板１１３と接続され，第３の波長板１１３と同じ幅を有する帯状の第４の波長板１１４とを交互に複数有する。
【００３８】
第１の波長板１０１の素材は，たとえば自己クローニングフォトニック結晶に用いられる公知の素材を用いることができる。なお，自己クローニング法により，波長板アレイを作成する場合，第１の波長板１０１と第２の波長板１０２とは同時に同じ材料により製造される。第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４も同じ材料であってもよい。自己クローニング法により製造される波長板は，高屈折率層と低屈折率層が共通の平行溝状凹凸をもって交互に積層された構造をもつ。高屈折率層の組成例は，５酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）または５酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）である。一方,低屈折率層の組成例は，２酸化シリコン（ＳｉＯ２）である。１／４波長板を自己クローニング結晶として製造する場合の周期数の例は，２５層前後（たとえば，２０層以上３０層以下）である。１／２波長板を自己クローニング結晶として製造する場合の周期数の例は，５０層前後（たとえば，４０層以上６０層以下）である。
【００３９】
第１の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の幅が，偏光コンバーター１００への入射光の波長の１倍以上５倍以下である。第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５は，複数の波長板の束が存在する。それぞれの波長板の幅は同じであることが望ましい。本発明では，通常可視光を入射光とするので，波長板の幅は，可視光の１倍以上５倍以下が好ましい。具体的な幅は，３６０ｎｍ以上４０００ｎｍ以下があげられ，５００ｎｍ以上２５００ｎｍ以下でもよく，５００ｎｍ以上１５００ｎｍ以下でもよい。
【００４０】
第１の波長板１０１及び第３の波長板１１３は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。また第２の波長板１０２及び第４の波長板１１４は，伝搬層１２０を介して平行となるように対向して設けられる。伝搬層１２０の材料は，波長板に用いられる高屈折率層の素材でもよく，波長板に用いられる低屈折率層の素材でもよい。また，任意の透明材料であってもよい。
【００４１】
偏光コンバーター１００への入射光の波長をλ［ｍ］とし，伝搬層１２０の屈折率をｎとし，第１の波長板１０１の幅をｄ［ｍ］とする。この場合，伝搬層１２０の厚さは，αｎｄ２／λで示され，αの例は，１．５以上２．５以下の数である。αは，１．８以上２．２以下でもよいし，αは２であってもよい。αが２の場合に，理論上複数の波長板から出射された光が集群作用を受けることとなるので好ましい。第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２は，共通の位相差９０度をもち，遅波軸が互いに角度βをなす１／４波長板である。また，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４は，共通の位相差１８０度をもち，遅波軸が互いに角度γをなす１／２波長板である。そして，角度βは７０度以上１１０度以下（８０°以上１００度以下でもよく，８５度以上９５度以下でもよく，９０度でもよい）であり，角度γは３５度以上５５度以下（４０度以上５０度以下でもよく，４５度でもよい）である。遅波軸は遅軸又は遅相軸ともよばれ，位相が遅れる方位を意味する。遅波軸が互いに角度βをなすとは，２つの波長板の遅波軸がなす角がβであることを意味する。これは，角度γにおいても同様である。
【００４２】
伝搬層１２０の厚さの具体例は，偏光コンバーターが対象とする入力光に応じて調整すればよい。たとえば，伝搬層１２０の厚さを，入射波長の１０倍以上４０倍以下（好ましくは１５倍以上２５倍以下）とすればよい。入射波長が５００ｎｍの場合，伝搬層１２０の厚さの例は，５マイクロメートル以上２０マイクロメートル以下であり，８マイクロメートル以上１５マイクロメートル以下でもよい。
【００４３】
第１の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４が，自己クローニング型フォトニック結晶の偏光コンバーターである。たとえば，１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５とを別々に製造し，第１の波長板１０１及び第３の波長板１１３は，伝搬層１２０を介して平行となるように伝搬層１２０に貼り付けてもよい。
【００４４】
自己クローニング法に基づいてフォトニック結晶を作成する技術はすでに知られている。たとえば，特開２００７−１８３３０３号公報に開示された方法を適宜修正して用いることで，本発明の波長板アレイを製造できる。
【００４５】
本発明の第２の側面も偏光コンバーターに関する。この偏光コンバーターのうち第１の側面に関する偏光コンバーターと同様の部分は記載を引用することとして説明を省略する。この第２の側面の偏光コンバーターも，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５と，第１の波長板アレイ１０３及び第２の波長板アレイ１１５の間に存在する伝搬層１２０とを有する。
【００４６】
第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２は，それぞれ遅波軸がｘ軸に対して角度θまたは−θをなす１／２波長板である。第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４は，それぞれ遅波軸がx軸に対して角度θまたは−θをなす１／４波長板である。そして，θは１７度以上３７度以下である。θは２２度以上３２度以下でもよく，θは２４度以上３０度以下でもよい。なお，第１の波長板１０１の遅波軸が角度θの場合は，第２の波長板１０２の遅波軸が角度−θであることが好ましい。第３の波長板１１３の遅波軸が角度θの場合は，第４の波長板１１４の遅波軸が角度−θであることが好ましい。
【００４７】
第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１の幅（したがって全ての波長板の幅）が，偏光コンバーター１００への入射光の波長の１．５倍以上５倍以下である。具体的には，幅が４００ｎｍ以上４０００ｎｍ以下であり，４５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下でもよい。
【００４８】
上記第１の側面及び第２の側面の好ましい態様は，第１の波長板１０１及び第２の波長板１０２の遅波軸及び速波軸が，それぞれ第１の波長板アレイ１０３面内で全て同じ方向をとるものである。また，この態様は，第３の波長板１１３及び第４の波長板１１４の遅波軸及び速波軸が，それぞれ第２の波長板アレイ１１５面内で全て同じ方向をとるものである。すなわち，たとえば第１の波長板１０１の遅波軸は第１の波長板アレイ１０３面内で全て同じ方向をとるものが好ましい。
【００４９】
第２の偏光コンバーターは，第１の波長板１０１，第２の波長板１０２，第３の波長板１１３，第４の波長板１１４及び伝搬層１２０を，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶として製造することができる。すなわち，第１の波長板アレイ１０３と，第２の波長板アレイ１１５とは，通常高屈折率層及び低屈折率層の繰り返しによって製造される。通常の自己クローニング結晶は，これら２種の層がほぼ同様の厚みを持って繰り返される。この第２の側面の偏光コンバーターの製造方法においては，高屈折率層及び低屈折率層を交互に複数段製造した後，高屈折率層及び低屈折率層のいずれか一方のみを複数段相当分蓄積させ，その後に再度高屈折率層及び低屈折率層を交互に蓄積させる。高屈折率層及び低屈折率層のいずれか一方のみを複数段相当分蓄積させた部分が，伝搬層に相当することとなる。
【００５０】
本発明の第３の側面は，光源モジュールに関する。この光源モジュールは，発光ダイオード（ＬＥＤ）と，ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターと，を有する光源モジュールである。そして，この光源モジュールは，偏光コンバーターとして，上記したいずれかの偏光コンバーターを有する。光源モジュールは，光源モジュールが有する公知の構成を適宜有していてもよい。そのような光源モジュールが有する公知の構成の例は，筐体，電源，及び制御部（コンピュータ）である。
【００５１】
本発明の第４の側面は，液晶セル駆動型拡大投影機に関する。この液晶セル駆動型拡大投影機は，偏光コンバーターと，偏光コンバーターを経た光が入射する偏光子と，偏光子を経た光が入射する液晶セルとを有する。この液晶セル駆動型拡大投影機は，偏光コンバーターとして，上記したいずれかの偏光コンバーターを有する。拡大投影機は，拡大投影機が有する公知の構成を適宜有していてもよい。そのような拡大投影機が有する公知の構成の例は，筐体，電源，及び制御部（コンピュータ）である。
【００５２】
本発明の第５の側面は，液晶テレビジョン受像機に関する。この液晶テレビジョン受像機は，バックライト用ＬＥＤと，バックライト用ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターとを有する液晶テレビジョン受像機である。そして，この液晶テレビジョン受像機は，偏光コンバーターとして，上記いずれかに記載の偏光コンバーターを有する。テレビジョン受信機は，テレビジョン受信機が有する公知の構成を適宜有していてもよい。そのようなテレビジョン受信機が有する公知の構成の例は，筐体，電源，及び制御部（コンピュータ）である。
【００５３】
上記の技術を応用することで，偏光方向を保存したまま光の進行方向を拡散させる拡散板を得ることができる。この拡散板は，透明材料の薄板である。そして，拡散板の第１の面には，面に沿う特定の方向に平行な凹凸がランダムである第１の溝列を有する。一方，第１の面の裏面である第２の面には，第１の溝列とは直交する方向に凹凸がランダムである第２の溝列を有する。このような構成を有するので，この拡散板は，第１の溝列または第２の溝列に平行または垂直な振動方向をもち上記薄板に入射する光の偏光面を変えることなく出射光の進行する方向の拡散作用を発揮することができる。すなわち，本発明は，透明材料からなる拡散板であって，一つの面は面に沿う特定の方向に平行な凹凸がランダムである溝列を有し，他の面には前記の溝列とは直交する方向の凹凸がランダムである第２の溝列を有することにより，第１または第2の溝列に平行または垂直な振動方向をもち前記薄板に入射する光の偏光面を変えることなく出射光の進行する方向の拡散作用をもつ拡散板をも提供する。
【実施例１】
【００５４】
以下，実施例に基づいて本発明を具体的に説明する。本発明は，以下の実施例に限定されるものではなく，当業者に自明な範囲で適宜修正を加えたものも含む。
【００５５】
図４は，本発明のある実施形態を示す概略斜視図である。図４に示されるように，この実施例の偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ１６（１０３），伝搬層１５（１２０），及び第２の波長板アレイ１４（１１５）を有する。図中符号２４は基板である。
【００５６】
第1の波長板アレイ１６は，ｘ軸方向に幅ｄ,ｙ軸方向に十分な長さをもつ２種類の波長板の交互配列構造であって，遅波軸がｘ軸に対してプラスマイナス４５°，速波軸は遅波軸と直角をなす。以下の説明では，プラス４５°の角をなす領域を領域Ａ，マイナス４５°の角をなす領域を領域Ｂとする。第２の波長板アレイ１４も同様にｘ軸方向に幅ｄ,ｙ軸方向に十分な長さをもつ２種類の波長板の交互配列構造であって，遅波軸がx軸に対してプラスマイナス２２．５°，速波軸は遅波軸と直角をなす。プラス４５°の角をなす領域を領域Ｃ，マイナス２２．５°の角をなす領域を領域Ｄとする。領域Ａと領域Ｃ，領域Ｂと領域Ｄとは正しく対向する。第１の波長板アレイ１６は１／４波長板の集まり，第２の波長板アレイ１４は半波長板の集まりであって，それぞれ自己クローニングフォトニック結晶で作製される。なお，自己クローニング法で作製される波長板の遅波方向はフォトニック結晶の溝列あるいは稜線列の方向と一致する。図４のアレイの各波長板上の斜線群はその遅波方向を単に概念的に示したものである。例えば図４を詳しく描けば後述する図２１のようになる。
【００５７】
第1の波長板アレイと第2の波長板アレイの間は屈折率ｎ，厚さがおおよそ２ｎｄ２/λの伝搬層で隔てられている。λは使用波長（自由空間）である。
【００５８】
以上の構造に対し，任意の偏光状態の光を-ｚ方向から入射させる。第1の波長板アレイに入射する光は領域Ａの遅波軸方向の直線偏光成分（ｐ成分）と，それに直角をなす直線偏光成分（ｑ成分）の重ね合わせとして表される。
【００５９】
まず，前記のp成分の挙動から説明する。図６は，本発明の第１の実施形態を示す偏光コンバーターの動作原理を示す模式図である。−ｚ方向から入射した光は，領域Ａを通過した後と，領域Ｂを通った後とでは位相が９０°ずれる。z方向のp方向直線偏光平面波（電界の振幅E1）が入射した場合の出射波はp方向直線偏光であることに変わりはない。一方，周期２ｄ，正のピークから負のピークまで９０°の方形波位相変調を受ける。この波がおおよそ厚さ２ｎｄ２/λの伝搬層を通ったあと，位相変調は振幅変調に変換される。即ち，領域Ｃの直前で振幅がほぼ２１／２Ｅ１，領域Ｄの直前で振幅ほぼ０の方形振幅変調波に変換される。この関係は比２ｄ/λが大きいほど精度が高い。図６に示されるようにp偏光成分は伝搬中に集群され領域Ｃに集まる。
【００６０】
前記と同様に，−ｚ方向から入射した光のうちq偏光成分は集群され領域Ｄに集まる。第２の波長板アレイ（半波長板列）は領域Ｃに集まるp偏光成分，領域Ｄに集まるq偏光成分にそれぞれ独立に作用してそれらを共にx偏光にする。すなわち，主軸をx軸に対してプラスマイナス２２．５°にする。なお，プラスマイナス４５°の領域とマイナスプラス２２．５°の領域とをこの順に対応させると出力はｙ偏光となる。前記した第１の波長板アレイと第２の波長板アレイを，それぞれ別の基板の上にフォトニック結晶の自己クローニング法で作製することができる。それらを，位置を合わせて貼り合わせることにより偏光コンバーターを作成できる。
【００６１】
次に，偏光コンバーターの出力光の指向特性について説明する。図７は，入射光が本発明の第１の実施形態を示す偏光コンバーターにより出射する偏光の回折成分の出射方向を示す概念図である。ランダム偏光をもつ一様な平面波が偏光コンバーターに入射するとき，出力の各偏光成分はそれぞれx方向に周期２ｄをもって振幅変調されているので，出力波は一般に複数の回折成分をもつ。図５において光線がz方向から入射したとき，図７に示される通り，出力はz軸からx軸に向かいθnだけ傾いた複数の光線に分かれる。ここでnは零または正負の整数で，θnはsinθn ＝ｎλ／２ｄの関係を満たす。また，入射波が角度拡がりをもつ光束である場合も同様に複数の光束に分かれる。図８は，角度広がりを持つ入射光が入射した場合に本発明の偏光コンバーターから出射する偏光が複数の光束に分かれる挙動を示す概念図である。
【００６２】
輝度不変の定理(高橋秀俊 藤村靖 著，高橋秀俊の物理学講義 −物理学汎論−，丸善，１９９０, ｐ.１０４−ｐ.１０８）との関係を念のため付言する。光束において，偏光自由度・光束の断面積・光束の立体角・波長幅あたりの光パワーは輝度に比例し，光束の伝搬・変形に際して保存される。この例においては周期構造における回折作用が光束の立体角を拡げるので輝度不変の定理と矛盾しない。
【実施例２】
【００６３】
次に説明するのは，上述の位置あわせ・貼り合わせ操作によらない簡便な作製方法を可能にする構造である。そのポイントは第１，第２の波長板アレイの遅波軸及び速波軸方位が共通であり得るような波の伝搬機構を用いることである。以下説明するように，この偏光コンバーターは，円偏光が１／４波長板及び１／２波長板によって受ける変形規則を活用する。
【００６４】
図９は，本発明の第２の実施例を示す概念斜視図である。図９に示されるように，この実施例の偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層２１（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）を有する。図中符号１８は基板である。
【００６５】
この実施例の偏光コンバーターの第１の波長板アレイ２０は，x軸方向に幅d,y軸方向に十分な長さをもつ２種類の波長板の交互配列構造であって，遅波軸がx軸に対してプラスマイナスθ，速波軸は遅波軸と直角をなす。θは１０度〜３５度の間の角である。プラスθの角をなす領域を領域Ａ，マイナスθの角をなす領域を領域Ｂとする。第2の波長板アレイも同様にx軸方向に幅ｄ,ｙ軸方向に十分な長さをもつ２種類の波長板の交互配列構造であって，遅波軸がx軸に対してプラスマイナスθ，速波軸は遅波軸と直角をなす。プラスθの角をなす領域を領域Ｃ，マイナスθの角をなす領域を領域Ｄとする。領域Ａと領域Ｃ，領域Ｂと領域Ｄとはそれぞれ正しく対向する。第１の波長板アレイ２０は半波長板の集まり，第２の波長板アレイ１９は１／４波長板の集まりであって，それぞれ自己クローニングフォトニック結晶で作製される。第１の波長板アレイ２０と第２の波長板アレイ１９の間は屈折率ｎ，厚さがおおよそ２ｎｄ2／λの伝搬層で隔てられている。λは使用波長（自由空間）である。
【００６６】
以上の構造に対し，任意の偏光状態の光を−ｚ方向から入射させる。第１の波長板アレイ２０に入射する光は時計回り円偏光成分
（Ex,Ey）=E1(j,1) (数式１）
と反時計回り円偏光成分
（Ex,Ey）=E2(-j,1) （数式２）
の重ね合わせとして表される。
時計回り成分の挙動から説明する。
【００６７】
z方向の平面波（時計回り円偏光）が入射した場合の第１の波長板アレイ２０の出射波は反時計回り円偏光であって，領域Ａ部分で基準位相より2θ遅れ，領域Ｂ部分で基準位相より2θ進む。この円偏光は周期２ｄ，正のピークから負のピークまで４θの方形波位相変調を受ける。この波がおおよそ厚さ２ｎｄ2／λの伝搬層を通ったあと，位相変調は振幅変調に変換される。領域Cの直前で振幅E1(cos2θ+sin2θ)，領域Ｄの直前で振幅E1(cos2θ-sin2θ)の方形振幅変調波に近似的に変換される。この関係は比2d/λが大きいほど近似の精度が高い。2θは３０°から６０°の間で考えれば良いので，(cos2θ+sin2θ)は(cos2θ-sin2θ)より十分大きい。特にθが２２．５°の時は(cos2θ-sin2θ)はゼロとなる。故に，z方向の平面波（時計回り円偏光）が第１の波長板アレイ２０へ入射した場合，第２の波長板アレイ１９の直前で主要な成分（メジャー成分）は領域Ｃに集束され，領域Ｄに集まる成分は小さい（マイナー成分である）。
【００６８】
次に第１の波長板アレイ２０に入射する反時計回り円偏光成分を説明する。出射すると時計回り円偏光となり，第２の波長板アレイ１９に入射するとき，領域Cの直前で振幅E2(cos2θ-sin2θ)，Ｄの直前で振幅Ｅ２(ｃｏｓ２θ+ｓｉｎ２θ)の方形振幅変調波に近似的に変換される。第２の波長板アレイ１９の直前で主要な成分は領域Ｄに集束され，領域Ｃに集まる成分は小さい（マイナー成分である）。これらの概念を図１１に示す。図１１に示される偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）を有する。符号１８は，基板である。
【００６９】
次に第２の波長板アレイ１９の作用を説明する。第２の波長板アレイ１９は1/4波長板であるから円偏光波が入射すると出射波は直線偏光となる。
領域Ｄに入射する時計周り円偏光成分（メジャー）の対する出力は(cos2θ+sin2θ)に比例し，x軸に対し（４５°-θ）をなす直線偏光である。
領域Ｃに入射する時計回り円偏光成分（マイナー）に対する出力は(cos2θ-sin2θ)に比例し，x軸に対し（４５°+θ）をなす直線偏光である。
第2アレイに入射する反時計回り円偏光入力については次のようになる。
領域Ｃの出力（メジャー）は(cos2θ+sin2θ)に比例する直線偏光でx軸に対し−（４５°−θ）をなす。
領域Ｄの出力（マイナー）は(cos2θ-sin2θ)に比例する直線偏光でx軸に対し-（４５°+θ）をなす。
【００７０】
概念を簡単に説明するためθ=22.5°の場合を取り上げる。cos 2θ = sin 2θ= １／√２であるからマイナー成分は完全に0となり，領域Ｃの出力振幅，領域Ｄの出力振幅はそれぞれx軸からマイナスプラス22.5°だけ傾いた方向の（差は45°）直線偏光となる。偏光コンバーターへの入射光がLED出力光のようなインコヒーレント光である場合，波長板第1アレイに入射する光のうち時計回り円偏光のパワー，反時計回り円偏光のパワーは独立である。偏光コンバーターの出力を，偏光子を通して直線偏光にする場合，偏光子の透過偏光軸をx軸から時計方向に２２．５°傾ければE12に比例する成分は100%, E22に比例する成分は50%透過する。逆に２２．５°傾けるとE12に比例する成分は50%, E22に比例する成分は１００%透過する。平均的にはその中間（x軸方向）に透過偏光軸を設定するのが良く，両方向成分とも85%が透過する。
即ち，偏光コンバーターに入射するランダム偏光のパワーの85%を特定方向の直線偏光に変換できる。
【００７１】
θは２２．５°に限定されるものではなく，22．5°より増大させると二つの直線偏光の間の角が45°より小さくなり有利となる。解析の結果，θ=27°の付近（たとえば，２４〜３０°，２６°〜２８°）が最も有利であり，ランダム偏光のパワーの88%を特定方向の偏光パワーに変換することができる。
【００７２】
この実施例の偏光コンバーターの特徴は，一つのパターン化された基板の上に自己クローニングプロセスによって第１の波長板アレイ２０，伝搬層，第２の波長板アレイ１９を一貫した連続な工程により作製でき，位置あわせを不要にする点である。
【００７３】
つまり，自己クローニングフォトニック結晶は，第１の物質層と第２の物質層を交互に積み重ねて作成される。そして，この実施例では，ある程度，第１の物質層及び第２の物質層を交互に積み重ねた後，第１の物質層又は第２の物質層のみを数層分積み重ね，その後第１の物質層及び第２の物質層を積み重ねる。すると，第１の物質層又は第２の物質層のみを数層分積み重ねた部分が，伝搬層となる。この場合は，領域Ａと領域Ｃ，領域Ｂと領域Ｄが正確に対向するので偏光コンバーターの精度が高くなり，しかも簡単に製造できる。
【実施例３】
【００７４】
図１２は，発散光の光束を用いる偏光コンバーターを説明するための概念図である。図１２に示される偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層２１（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）を有する。符号１３は光源であり，符号１８は基板である。
【００７５】
図１３は，収束光の光束を用いる偏光コンバーターを説明するための概念図である。図１３に示される偏光コンバーターは，第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層２１（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）を有する。符号１３は光源であり，符号１８は基板であり，符号２２は集光レンズである。
【００７６】
図１２及び図１３に示す偏光コンバーターにおいて，光束の場所ごとに，向きが近い光線群のうちでも中心的な方向をもつ光線にその場所の光束を代表させる。第１の波長板アレイ２０，第２の波長板アレイ１９の各要素をその場所での光束を代表する光線に基づいて作製することが好ましい。自己クローニング法を用いて偏光コンバーターを作成する場合，凹凸構造をスパッタリングの時の高周波電界に沿って形成することができる。金属電極近傍においては電界あるいは電気力線は金属表面に直角をなす性質がある。図１４は，自己クローニング法に基づいてフォトニック結晶である波長板アレイをスパッタリングにより成膜する際に基板にかかる高周波電気力線の様子を示す模式図である。図１４において，符号２３はフォトニック結晶アレイパタン部であり，符号２４はフォトニック結晶基板であり，符号２５はメタルサブストレート（金属材料）である。図１４において矢印が高周波電気力線を示す。図１４に示される電極構造を用いることによって高周波電界を発散あるいは収束型に形成することができる。なお，図９においては基板上に第１の波長板アレイ２０（１０３），伝搬層２１（１２０），及び第２の波長板アレイ１９（１１５）の順に作製することを想定している。しかし，この順序を逆転することも容易に実行できる。よって，自己クローニング法による製膜時に凹凸2種類の基板電極を用意する必要はない。
【実施例４】
【００７７】
偏光コンバーターにおいて，第１の波長板アレイにおける２種類の波長板のそれぞれ，第２の波長板アレイ１９における２種類の波長板のそれぞれは素子の全面で共通の主軸を持つことが好ましい。しかし，２種類の波長板の境界は一様な方向を向く必要はない。図１５は，波長板アレイを放射状に配置した波長板アレイの例を示す概念図である。例えば図１５に示されるように，波長板のパターンを放射型にすることができる。このような構造は，発散性あるいは収束性の光束を用いる拡大投影機と共に用いられる偏光コンバーターにおいて，投射レンズのF値が過小（レンズ直径が過大）にならないために有利である。システム応用の詳細は実施例５において示す。図１５と同様の考え方に基づき，波長板アレイに含まれる２種類の波長板の境界を等間隔の同心円群とすることもできる。
【実施例５】
【００７８】
本発明の偏光コンバーターは，拡大投影機に用いることができる。図１６は，３色のＬＥＤを光源とし表示部分に液晶を有する拡大投影機のエンジン部分の構成例を示す構成図である。図１６に示されるように，赤のＬＥＤ光源３４ａ，青のＬＥＤ光源３４ｃ，緑のＬＥＤ光源３４ｂから放出された光は，集光レンズ３３，拡散板３２，偏光フィルム３１，液晶３０及び偏光フィルム２９を経て，クロスプリズム２８へと導かれる。クロスプリズム２８からの光は投影レンズ（Ｆ値大）を経て，スクリーン２６へ投影される。一般にＬＥＤ光源は水銀灯に比べ発光部分の面積が大きく，出力の角度拡がりが大きいため，ＬＥＤ光源からの光を集光することは難しい。ＬＥＤ光源を用いた場合，光路には，視野内での光強度が均一でなければならないという制約があり，Ｆナンバーを十分小さく選べない状況が多い。特に，可搬用小型拡大投影機（いわゆるピコプロジェクタ）では光路設計に制約が大きく，クロスプリズムに入射する光の角度拡がりを十分大きく選定できない。それらの状況下でクロスプリズムに入射する光量が小さくなる。その上さらに偏光子によって入力光を半分捨てなければならない。このため，スクリーン２６に投影されず像が暗くなるという問題がある。本発明の偏光コンバーターを有する拡大投影機は，そのような問題を有効に解決できる。
【００７９】
図１７は偏光コンバーターを拡大投影機に組み込んだ構成図である。図１７に示されるように，赤のＬＥＤ光源３４ａ，青のＬＥＤ光源３４ｃ，緑のＬＥＤ光源３４ｂから放出された光は，集光レンズ３３，偏光コンバーター１７，拡散板３２，偏光フィルム３１，液晶３０及び偏光フィルム２９を経て，クロスプリズム２８へと導かれる。クロスプリズム２８からの光は投影レンズ（Ｆ値小）を経て，スクリーン２６へ投影される。各色用のスイッチ行列において，光源を向く面に近接または密接して偏光コンバーターをおくことによりLED光源の出力の両偏光成分をともに投射に有効に利用することができる。なお，偏光コンバーターを通すと，光束の広がり角は一般に増大する。そのため拡大投影機の投射レンズは（偏光コンバーターを用いない場合と比較して）より明るく（Ｆ値はより小さく）する。
【００８０】
この構成において，光はしばしば収束系の光束，あるいは時として発散系の光束の形でスイッチ行列を照射する。そのような構成において，図１５に示すパターンをもった偏光コンバーターは投射レンズの選択において有利である。図１８は偏光コンバーターにおける発散系または集束系光束が入射したとき，θx，θyをもつ光線Ａに対しての零次，プラスマイナス１次の回折光の角度を表す。回折光のz軸となす角が拡がる効果を最も効果的に抑制する。
【実施例６】
【００８１】
本発明の偏光コンバーターは，ＬＥＤ等をバックライト光源として用いる液晶テレビジョン受信機に用いることができる。図１９は，ＬＥＤバックライト・液晶テレビジョン受像機のいわゆる直下型構成を示す。赤のＬＥＤ光源３４ａ，青のＬＥＤ光源３４ｃ，緑のＬＥＤ光源３４ｂから放出された光は，レンズ４１を経て拡散板４０に到達し，拡散板４０において拡散される。拡散板４０において拡散された光は，液晶パネル４２へと到達する。その際，拡散光は，偏光フィルム３９及び液晶セル３８を経て，カラーフィルター３７へと至る。カラーフィルターを透過した光は，偏光フィルム３６を経て，液晶パネル４２に表示色をもたらす。従来の液晶テレビジョン受信機では，拡散板を通して光を均一化したのち液晶セルアレイに光が導かれ，偏光フィルターにより光の半分が捨てられることとなる。
【００８２】
図２０は，本発明の偏光コンバーターを導入した液晶テレビジョン受信機の構成図である。各ＬＥＤにそれぞれの波長用の偏光コンバーターが組合わされる。この例では，偏光コンバーター１７を経た光が，かまぼこ状拡散板４３を経る構成とした。すなわち，ＬＥＤからの光は，偏光コンバーターにより必要な偏光に変換された後，拡散板４３（かまぼこ列状の形状をもつ）で均一化される。かまぼこ列状の形状は，列に並行な偏光，列に垂直な偏光に対しては偏光を変換せず斜めの偏光に対しては変換作用がある。故に，拡散板は偏光に平行な列と垂直な列を両面に片方ずつ配置するのが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は，光学機器の分野で利用され得る。
【符号の説明】
【００８４】
１・・・偏光フィルター、２・・・ガラス基板、３・・・液晶セル、４ａ・・・カラーフィルター青、
４ｂ・・・カラーフィルター緑、４ｃカラーフィルター・・・カラーフィルター赤、５偏光フィルター、６・・・透明電極、７・・・バックライト、８・・・偏光ビームスプリッタ膜、
９・・・１／２ 波長板、１０・・・カマボコレンズ列、１１・・・特定偏光反射型偏光子、
１２・・・偏光変換性と部分透過性をもつ反射鏡、１３・・・光源、１４・・・フォトニック結晶波長板第２アレイ、１５・・・スペーサと接着層、１６・・・フォトニック結晶波長板第１アレイ、
１７・・・ナノ偏光コンバーター、１８・・・ガラス基板、１９・・・フォトニック結晶波長板第２アレイ、２０・・・フォトニック結晶波長板第１アレイ、２１・・・伝搬部、２２・・・集光レンズ、
２３・・・フォトニック結晶基板アレイパタン部、２４・・・フォトニック結晶基板、２５・・・メタルサブストレート、２６・・・スクリーン、２７・・・投射レンズＦ値大、２８・・・クロスプリズム、２９・・・偏光フィルム、３０・・・液晶、３１・・・偏光フィルム、３２・・・拡散板、
３３・・・集光レンズ、３４ａ・・・ＬＥＤ光源（赤）、３４ｂ・・・ＬＥＤ光源（緑）、
３４ｃ・・・ＬＥＤ光源（青）、３５・・・投射レンズF値小、３６・・・偏光フィルム、３７カラーフィルター、３８・・・液晶セル、３９・・・偏光フィルム、４０・・・拡散板、４１・・・レンズ、４２・・・液晶パネル、４３・・・カマボコ状拡散板、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状の第１の波長板（１０１）と，前記第１の波長板（１０１）と接続され，前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第２の波長板（１０２）とを交互に複数有する第１の波長板アレイ（１０３）と，
前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第３の波長板（１１３）と，前記第３の波長板（１１３）と接続され，前記第３の波長板（１１３）と同じ幅を有する帯状の第４の波長板（１１４）とを交互に複数有する第２の波長板アレイ（１１５）と，
前記第１の波長板アレイ（１０３）及び前記第２の波長板アレイ（１１５）の間に存在する伝搬層（１２０）と，を有し，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第３の波長板（１１３）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられ，
前記第２の波長板（１０２）及び前記第４の波長板（１１４）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられる，偏光コンバーター（１００）において，
前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長をλ［ｍ］とし，前記伝搬層（１２０）の屈折率をｎとし，前記第１の波長板（１０１）の幅をｄ［ｍ］とすると，前記伝搬層（１２０）の厚さは，αｎｄ２／λで示され，前記αは，１．５以上２．５以下の数であり，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第２の波長板（１０２）は，共通の位相差９０度をもち，遅波軸が互いに角度βをなす１／４波長板であり，
前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，共通の位相差１８０度をもち，遅波軸が互いに角度γをなす１／２波長板であり，
前記角度βは７０度以上１１０度以下であり，前記角度γは３５度以上５５度以下である
ことを特徴とする，偏光コンバーター。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１），前記第２の波長板（１０２），前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，自己クローニング型フォトニック結晶である偏光コンバーター。
【請求項３】
請求項１に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１）の幅が，前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長の１倍以上５倍以下である，偏光コンバーター。
【請求項４】
帯状の第１の波長板（１０１）と，前記第１の波長板（１０１）と接続され，前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第２の波長板（１０２）とを交互に複数有する第１の波長板アレイ（１０３）と，
前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第３の波長板（１１３）と，前記第３の波長板（１１３）と接続され，前記第３の波長板（１１３）と同じ幅を有する帯状の第４の波長板（１１４）とを交互に複数有する第２の波長板アレイ（１１５）と，
前記第１の波長板アレイ（１０３）及び前記第２の波長板アレイ（１１５）の間に存在する伝搬層（１２０）と，を有し，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第３の波長板（１１３）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられ，
前記第２の波長板（１０２）及び前記第４の波長板（１１４）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられる，偏光コンバーター（１００）において，
前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長をλ［ｍ］とし，前記伝搬層（１２０）の屈折率をｎとし，前記第１の波長板（１０１）の幅をｄ［ｍ］とすると，前記伝搬層（１２０）の厚さは，αｎｄ２／λで示され，前記αは，１．５以上２．５以下の数であり，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第２の波長板（１０２）は，それぞれ遅波軸が角度θまたは−θをなす１／２波長板であり，
前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，それぞれ遅波軸が角度θまたは−θをなす１／４波長板であり，
前記θは１７度以上３７度以下であることを特徴とする，偏光コンバーター。
【請求項５】
請求項４に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１），前記第２の波長板（１０２），前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，自己クローニング型フォトニック結晶である偏光コンバーター。
【請求項６】
請求項４に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１），前記第２の波長板（１０２），前記第３の波長板（１１３），前記第４の波長板（１１４）及び前記伝搬層（１２０）は，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶である偏光コンバーター。
【請求項７】
請求項４に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１）の幅が，前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長の１．５倍以上５倍以下である，偏光コンバーター。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の偏光コンバーターであって，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第２の波長板（１０２）の遅波軸及び速波軸は，それぞれ前記第１の波長板アレイ（１０３）面内で全て同じ方向をとり，
前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）の遅波軸及び速波軸は，それぞれ前記第２の波長板アレイ（１１５）面内で全て同じ方向をとる，
偏光コンバーター。
【請求項９】
ＬＥＤと，前記ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターと，を有する光源モジュールであって，
前記偏光コンバーターが，請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光コンバーターである光源モジュール。
【請求項１０】
偏光コンバーターと，前記偏光コンバーターを経た光が入射する偏光子と，前記偏光子を経た光が入射する液晶セルとを有する液晶セル駆動型拡大投影機であって，
前記偏光コンバーターが，請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光コンバーターである，液晶セル駆動型拡大投影機。
【請求項１１】
バックライト用ＬＥＤと，前記バックライト用ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターとを有する液晶テレビジョン受像機であって，
前記偏光コンバーターが，請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光コンバーターである，液晶テレビジョン受像機。
【請求項１２】
帯状の第１の波長板（１０１）と，前記第１の波長板（１０１）と接続され，前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第２の波長板（１０２）とを交互に複数有する第１の波長板アレイ（１０３）と，
前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第３の波長板（１１３）と，前記第３の波長板（１１３）と接続され，前記第３の波長板（１１３）と同じ幅を有する帯状の第４の波長板（１１４）とを交互に複数有する第２の波長板アレイ（１１５）と，
前記第１の波長板アレイ（１０３）及び前記第２の波長板アレイ（１１５）の間に存在する伝搬層（１２０）と，を有し，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第３の波長板（１１３）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられ，
前記第２の波長板（１０２）及び前記第４の波長板（１１４）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられる，偏光コンバーター（１００）の製造方法において，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第２の波長板（１０２）は，共通の位相差９０度をもち，それぞれ遅波軸が所定角度θまたは−θをなす波長板であり，
前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，共通の位相差１８０度をもち，それぞれ遅波軸が所定角度θまたは−θをなす波長板であり，
前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長をλ［ｍ］とし，前記伝搬層（１２０）の屈折率をｎとし，前記第１の波長板（１０１）の幅をｄ［ｍ］とすると，前記伝搬層（１２０）の厚さを，αｎｄ２／λで示されるように製造し，前記αは，１．５以上２．５以下の数であり，
前記第１の波長板（１０１），前記第２の波長板（１０２），前記第３の波長板（１１３），前記第４の波長板（１１４）及び前記伝搬層（１２０）を，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶として製造する，ことを特徴とする偏光コンバーターの製造方法。
【請求項１】
帯状の第１の波長板（１０１）と，前記第１の波長板（１０１）と接続され，前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第２の波長板（１０２）とを交互に複数有する第１の波長板アレイ（１０３）と，
前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第３の波長板（１１３）と，前記第３の波長板（１１３）と接続され，前記第３の波長板（１１３）と同じ幅を有する帯状の第４の波長板（１１４）とを交互に複数有する第２の波長板アレイ（１１５）と，
前記第１の波長板アレイ（１０３）及び前記第２の波長板アレイ（１１５）の間に存在する伝搬層（１２０）と，を有し，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第３の波長板（１１３）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられ，
前記第２の波長板（１０２）及び前記第４の波長板（１１４）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられる，偏光コンバーター（１００）において，
前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長をλ［ｍ］とし，前記伝搬層（１２０）の屈折率をｎとし，前記第１の波長板（１０１）の幅をｄ［ｍ］とすると，前記伝搬層（１２０）の厚さは，αｎｄ２／λで示され，前記αは，１．５以上２．５以下の数であり，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第２の波長板（１０２）は，共通の位相差９０度をもち，遅波軸が互いに角度βをなす１／４波長板であり，
前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，共通の位相差１８０度をもち，遅波軸が互いに角度γをなす１／２波長板であり，
前記角度βは７０度以上１１０度以下であり，前記角度γは３５度以上５５度以下である
ことを特徴とする，偏光コンバーター。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１），前記第２の波長板（１０２），前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，自己クローニング型フォトニック結晶である偏光コンバーター。
【請求項３】
請求項１に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１）の幅が，前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長の１倍以上５倍以下である，偏光コンバーター。
【請求項４】
帯状の第１の波長板（１０１）と，前記第１の波長板（１０１）と接続され，前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第２の波長板（１０２）とを交互に複数有する第１の波長板アレイ（１０３）と，
前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第３の波長板（１１３）と，前記第３の波長板（１１３）と接続され，前記第３の波長板（１１３）と同じ幅を有する帯状の第４の波長板（１１４）とを交互に複数有する第２の波長板アレイ（１１５）と，
前記第１の波長板アレイ（１０３）及び前記第２の波長板アレイ（１１５）の間に存在する伝搬層（１２０）と，を有し，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第３の波長板（１１３）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられ，
前記第２の波長板（１０２）及び前記第４の波長板（１１４）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられる，偏光コンバーター（１００）において，
前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長をλ［ｍ］とし，前記伝搬層（１２０）の屈折率をｎとし，前記第１の波長板（１０１）の幅をｄ［ｍ］とすると，前記伝搬層（１２０）の厚さは，αｎｄ２／λで示され，前記αは，１．５以上２．５以下の数であり，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第２の波長板（１０２）は，それぞれ遅波軸が角度θまたは−θをなす１／２波長板であり，
前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，それぞれ遅波軸が角度θまたは−θをなす１／４波長板であり，
前記θは１７度以上３７度以下であることを特徴とする，偏光コンバーター。
【請求項５】
請求項４に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１），前記第２の波長板（１０２），前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，自己クローニング型フォトニック結晶である偏光コンバーター。
【請求項６】
請求項４に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１），前記第２の波長板（１０２），前記第３の波長板（１１３），前記第４の波長板（１１４）及び前記伝搬層（１２０）は，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶である偏光コンバーター。
【請求項７】
請求項４に記載の偏光コンバーターであって，前記第１の波長板（１０１）の幅が，前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長の１．５倍以上５倍以下である，偏光コンバーター。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の偏光コンバーターであって，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第２の波長板（１０２）の遅波軸及び速波軸は，それぞれ前記第１の波長板アレイ（１０３）面内で全て同じ方向をとり，
前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）の遅波軸及び速波軸は，それぞれ前記第２の波長板アレイ（１１５）面内で全て同じ方向をとる，
偏光コンバーター。
【請求項９】
ＬＥＤと，前記ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターと，を有する光源モジュールであって，
前記偏光コンバーターが，請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光コンバーターである光源モジュール。
【請求項１０】
偏光コンバーターと，前記偏光コンバーターを経た光が入射する偏光子と，前記偏光子を経た光が入射する液晶セルとを有する液晶セル駆動型拡大投影機であって，
前記偏光コンバーターが，請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光コンバーターである，液晶セル駆動型拡大投影機。
【請求項１１】
バックライト用ＬＥＤと，前記バックライト用ＬＥＤからの光が入射する偏光コンバーターとを有する液晶テレビジョン受像機であって，
前記偏光コンバーターが，請求項１〜８のいずれか１項に記載の偏光コンバーターである，液晶テレビジョン受像機。
【請求項１２】
帯状の第１の波長板（１０１）と，前記第１の波長板（１０１）と接続され，前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第２の波長板（１０２）とを交互に複数有する第１の波長板アレイ（１０３）と，
前記第１の波長板（１０１）と同じ幅を有する帯状の第３の波長板（１１３）と，前記第３の波長板（１１３）と接続され，前記第３の波長板（１１３）と同じ幅を有する帯状の第４の波長板（１１４）とを交互に複数有する第２の波長板アレイ（１１５）と，
前記第１の波長板アレイ（１０３）及び前記第２の波長板アレイ（１１５）の間に存在する伝搬層（１２０）と，を有し，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第３の波長板（１１３）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられ，
前記第２の波長板（１０２）及び前記第４の波長板（１１４）は，前記伝搬層（１２０）を介して平行となるように対向して設けられる，偏光コンバーター（１００）の製造方法において，
前記第１の波長板（１０１）及び前記第２の波長板（１０２）は，共通の位相差９０度をもち，それぞれ遅波軸が所定角度θまたは−θをなす波長板であり，
前記第３の波長板（１１３）及び前記第４の波長板（１１４）は，共通の位相差１８０度をもち，それぞれ遅波軸が所定角度θまたは−θをなす波長板であり，
前記偏光コンバーター（１００）への入射光の波長をλ［ｍ］とし，前記伝搬層（１２０）の屈折率をｎとし，前記第１の波長板（１０１）の幅をｄ［ｍ］とすると，前記伝搬層（１２０）の厚さを，αｎｄ２／λで示されるように製造し，前記αは，１．５以上２．５以下の数であり，
前記第１の波長板（１０１），前記第２の波長板（１０２），前記第３の波長板（１１３），前記第４の波長板（１１４）及び前記伝搬層（１２０）を，ひとつの自己クローニング型フォトニック結晶として製造する，ことを特徴とする偏光コンバーターの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−１８１３８５（Ｐ２０１２−１８１３８５Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４４７０５（Ｐ２０１１−４４７０５）
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（３０２０６０６５０）株式会社フォトニックラティス (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（３０２０６０６５０）株式会社フォトニックラティス (22)
【Ｆターム（参考）】
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