偏光変換素子、偏光変換ユニット、投射装置、及び偏光変換素子の製造方法
【課題】長寿命で光学特性に優れた偏光変換素子、偏光変換ユニット、投射装置、及び偏光変換素子の製造方法の提供。
【解決手段】
偏光変換素子３００は、互いに略平行な光入射面３１０Ａ及び光出射面３１０Ｂを有する素子本体３１０と、この素子本体３１０の光出射面３１０Ｂに接合される位相差板３２０とを備え、素子本体３１０は、光出射面３１０Ｂに所定の角度をもって順次接合された複数の透光性基板３１１と、この複数の透光性基板３１１の間に交互に設けられた偏光分離膜３１２及び反射膜３１３と、複数の透光性基板３１１の間にそれぞれ形成された接着層３１４とを有し、接着層３１４は、紫外線硬化型の接着剤により形成され、かつ、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である。
【解決手段】
偏光変換素子３００は、互いに略平行な光入射面３１０Ａ及び光出射面３１０Ｂを有する素子本体３１０と、この素子本体３１０の光出射面３１０Ｂに接合される位相差板３２０とを備え、素子本体３１０は、光出射面３１０Ｂに所定の角度をもって順次接合された複数の透光性基板３１１と、この複数の透光性基板３１１の間に交互に設けられた偏光分離膜３１２及び反射膜３１３と、複数の透光性基板３１１の間にそれぞれ形成された接着層３１４とを有し、接着層３１４は、紫外線硬化型の接着剤により形成され、かつ、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換素子、偏光変換ユニット、投射装置、及び偏光変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターなどの投射装置には、光源の光を１種類の偏光光に変換する偏光変換素子が組み込まれている。
偏光変換素子は、複数の透光性部材の間に偏光分離膜と反射膜とが交互に設けられるとともに、複数の透光性部材の間にそれぞれ接着剤にて接着層が形成された素子本体を有する。この素子本体の光出射面には、選択的に位相差板が配置されている（特許文献１，２）。
図１５，１６に示すように、このような偏光変換素子を製造する際には、まず、偏光分離膜９１及び反射膜９２が形成された透光性板材と、これらの膜が形成されていない透光性板材とが接着層９３により交互に貼り合わされる。ここで、接着層９３の厚みは、例えば、２０μｍ程度である。そして、この貼り合わされた積層体がその表面と所定の角度で切り出される。その後、その切断面が研磨され、素子本体９５に光入射面９５１及び光出射面９５２が形成される。そして、素子本体９５に接合層９６を介して位相差板９７が接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９８２１２号公報
【特許文献２】特許第３３０９８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２のような偏光変換素子を製造する場合、従来の接着剤では、粘度が高く接着層９３が厚くなる。このような接着層９３が厚い積層体が切り出されると、接着層９３の端部に歪みが生じてしまう。この歪みが生じた状態で、切断面が研磨されると、図１５，１６に示すように、接着層９３近傍における透光性部材９８の角部９８１が削られてしまう。
これにより、例えば、特開２０１０−１１３０５６号公報に記載されたプラズマ重合法により接合層９６が形成される場合、接合層９６に隙間が生じて、位相差板９７が剥がれやすくなったり、気泡９６１が形成されて光の透過率が低下するなどの問題がある。
また、接着剤により光出射面９５２Ａに位相差板９７が接合される場合でも、接着層９１近傍における透光性部材９８の角部９８１が削られるため、光が有効に透過する領域が小さくなるという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、長寿命で光学特性に優れた偏光変換素子、偏光変換ユニット、投射装置、及び偏光変換素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［適用例１］
本適用例に係わる偏光変換素子は、互いに略平行な光入射面及び光出射面を有する素子本体と、この素子本体の前記光出射面に接合される位相差板とを備える偏光変換素子であって、前記素子本体は、前記光出射面に所定の角度をもって順次接合された複数の透光性基板と、この複数の透光性基板の間に交互に設けられた偏光分離膜及び反射膜と、前記複数の透光性基板の間にそれぞれ形成された接着層とを有し、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤により形成され、かつ、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
この構成の本適用例では、接着層の厚みが５μｍ以上であるため、接着層にごみなどが混入しても、接着層の弾性によりごみの影響を低減して、透光性基板同士を良好に接着できる。また、ごみなどを完全に除去するための特別な洗浄工程を設ける必要がないので、製造効率を向上させることができる。
一方、接着層の厚みが１０μｍ以下であり、薄いため、光入射面などを研磨する際に透光性基板の角部が削られてしまうことがない。従って、例えば、プラズマ重合法などにより素子本体と位相差板とを隙間無く強力に接合できる。よって、長寿命で光学特性に優れた偏光変換素子とすることができる。
【０００８】
［適用例２］
本適用例に係る偏光変換素子では、前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする。
この構成の本適用例では、変性アクリレート等を主成分とするため、粘度が比較的低いので、接着層の厚みを５μｍ以上１０μｍ以下に設定できる。これにより、接着層の端部に歪みが生じることを防止でき、光入射面などを研磨する際に、透光性部材の角部がけずれてしまうことを防止できる。
また、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とするため、耐熱性に優れているので、さらに長寿命の偏光変換素子を実現できる。
【０００９】
［適用例３］
本適用例に係る偏光変換素子では、前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、前記接合層は、プラズマ重合法により形成されシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格とこのＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含み、エネルギーを付与して表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより発現した接着性を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成の本適用例では、接着層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であるため、透光性基板の角部が削れることがないので、前述のプラズマ重合法により隙間無く接合層を形成して透光性部材と位相差板とを強力に接合できる。
【００１１】
［適用例４］
本適用例に係る偏光変換素子は、前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちのいずれか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、いずれか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成されることを特徴とする。
【００１２】
この構成の本適用例では、接着層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であるため、前述の原子拡散接合法により隙間無く接合層を形成して透光性部材と位相差板とを強力に接合できる。
【００１３】
［適用例５］
本適用例に係る偏光変換素子では、前記位相差板は、水晶により形成されることを特徴とする。
この構成の本適用例では、水晶は耐熱性に優れるため、長時間光に照射されても劣化しにくい。従って、さらに長寿命の偏光変換素子とすることができる。
【００１４】
［適用例６］
本適用例に係る偏光変換ユニットは、上述の偏光変換素子と、この偏光変換素子の光入射側に配置されるレンズアレイとを備えることを特徴とする。
この構成の本適用例では、本発明の偏光変換素子を備えるため、長寿命で光学特性に優れた偏光変換ユニットとすることができる。
【００１５】
［適用例７］
本適用例に係る投射装置は、光を出射する光源装置と、この光源装置からの光を１種類の偏光光に変換する上述の偏光変換ユニットと、この偏光変換ユニットからの前記偏光光を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、この光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置とを備えることを特徴とする。
この構成の本適用例では、本発明の偏光変換素子を備えるため、長寿命で光学特性に優れた投射装置とすることができる。
【００１６】
［適用例８］
本適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、互いに略平行な第１面及び第２面を有する複数の透光性板材の間に偏光分離膜及び反射膜を交互に設ける膜形成工程と、前記複数の透光性板材の間にそれぞれ接着層を形成する接着工程と、前記複数の透光性板材を、前記第１面及び前記第２面に対して所定の角度で切断して互いに略平行な光入射面及び光出射面を有する積層ブロックを形成する切断工程と、前記積層ブロックの光入射面及び光出射面を研磨して素子本体を形成する研磨工程と、前記素子本体の光出射面に位相差板を接合する接合工程とを実施し、前記接着工程では、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤により厚みが５μｍ以上１０μｍ以下となるように形成されることを特徴とする。
この構成の本適用例では、紫外線硬化型の接着剤により５μｍ以上１０μｍ以下の厚みとなるように接着層を形成するため、長寿命で光学特性に優れた偏光変換素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る投射装置を示す概略構成図。
【図２】前記投射装置に設けられる偏光変換ユニットを示す概略分解斜視図。
【図３】前記投射装置に設けられる偏光変換素子を示す断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る偏光変換素子の製造における膜形成工程を示す図。
【図５】前記偏光変換素子の製造における接着工程を示す図。
【図６】前記接着工程における紫外線が照射される状態を示す図。
【図７】（Ａ）（Ｂ）硬化試験における引張強度の測定結果を示す図。
【図８】（Ａ）（Ｂ）硬化試験におけるせん断強度の測定結果を示す図。
【図９】前記偏光変換素子の製造における切断工程を示す図。
【図１０】前記偏光変換素子の製造における研磨工程を示す図。
【図１１】本発明に係る実施例および比較例の耐熱性試験の結果を示す図。
【図１２】本発明に係る実施例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１３】本発明に係る他の実施例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１４】比較例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１５】従来の偏光変換素子を示す断面図。
【図１６】図１５の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［投射装置の構成］
本発明の実施形態に係る投射装置を図１から図３までに基づいて説明する。本実施形態では投射装置として液晶プロジェクターを例示して説明する。図１はプロジェクターの概略構成図である。図２は、プロジェクターに設けられた偏光変換ユニットの分解斜視図である。図３は、プロジェクターに設けられた偏光変換素子の断面図である。
図１において、プロジェクター１００は、インテグレーター照明光学系１１０と、色分離光学系１２０と、リレー光学系１３０と、光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置１４０と、光変調装置１４０で変調された光を拡大投射する投射光学装置１５０とを備える。
【００１９】
インテグレーター照明光学系１１０は、光変調装置１４０を構成する３枚の透過型液晶パネル１４１（赤、緑、青の色光毎にそれぞれ液晶パネル１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂとする）の画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系である。このインテグレーター照明光学系１１０は、光源装置１１１と、第１レンズアレイ１１２と、偏光変換ユニット２００と、重畳レンズ１１３とを備える。
【００２０】
光源装置１１１は、光源ランプ１１４とリフレクター１１５とを備え、光源ランプ１１４から射出された輻射状の光線をリフレクター１１５で反射して略平行光線とし、この略平行光線を外部へと射出する。
第１レンズアレイ１１２は、光軸方向から見てほぼ矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有する。
【００２１】
偏光変換ユニット２００は、図２に示すように、第１レンズアレイ１１２から出射された光を１種類の直線偏光光に変換する機能を有する。この偏光変換ユニット２００は、第２レンズアレイ２１０と、遮光板２２０と、偏光変換素子３００と、これらの第２レンズアレイ２１０、遮光板２２０及び偏光変換素子３００を保持する枠体２３０と、第２レンズアレイ２１０、遮光板２２０及び偏光変換素子３００を枠体２３０に固定するための固定具２４０とを備える。
第２レンズアレイ２１０は、偏光変換素子３００の光入射側に配置され、第１レンズアレイ１１２と同様の構成を有しており、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有する。この第２レンズアレイ２１０は、重畳レンズ１１３とともに、第１レンズアレイ１１２の各小レンズの像を透過型液晶パネル１４１上に結像させる機能を有する。
遮光板２２０は、スリット状の複数の孔２２１を有し、これらの孔２２１が偏光変換素子３００の偏光分離膜３１２に対応するように配置される。これにより、遮光板２２０は、偏光変換素子３００の偏光分離膜３１２に対応する光入射面３１０Ａにのみ光を入射させる。なお、図２では、孔２２１と偏光分離膜３１２との対応関係は、概略的に示されている。
【００２２】
偏光変換素子３００は、第２レンズアレイ２１０からの光（ｐ偏光光及びｓ偏光光）を１種類のｓ偏光光に変換するものである。図１，２では、２つの偏光変換素子３００が互いに接合している。
偏光変換ユニット２００を組み立てる際には、枠体２３０の一方の開口面（図２では下面）側からは２つの偏光変換素子３００が挿入され、もう一方の開口面（図２では上面）側からは、遮光板２２０と第２レンズアレイ１１２とがこの順に挿入される。これらの第２レンズアレイ２１０、遮光板２２０及び偏光変換素子３００は、枠体２３０に収納された状態で、４つの固定具２４０で上下２方向から挟持される。
【００２３】
図１に示すように、色分離光学系１２０は、２枚のダイクロイックミラー１２１，１２２と、反射ミラー１２３とを備え、ダイクロイックミラー１２１、１２２によりインテグレーター照明光学系１１０から射出された複数の光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する。ダイクロイックミラー１２１で分離された青色光は、反射ミラー１２３によって反射され、フィールドレンズ１４２を通って、青色用の透過型液晶パネル１４１Ｂに到達する。
【００２４】
ダイクロイックミラー１２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー１２２によって反射され、フィールドレンズ１４２を通って、緑色用の透過型液晶パネル１４１Ｇに到達する。
リレー光学系１３０は、入射側レンズ１３１と、リレーレンズ１３３と、反射ミラー１３２、１３４とを備える。色分離光学系１２０で分離された赤色光は、ダイクロイックミラー１２２を透過して、リレー光学系１３０を通り、さらにフィールドレンズ１４２を通って、赤色光用の透過型液晶パネル１４１Ｒに到達する。
【００２５】
光変調装置１４０は、入射された光を画像情報に応じて変調してカラーの光学像を形成する。この光変調装置１４０は、透過型液晶パネル１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１４３とを備える。
クロスダイクロイックプリズム１４３は、各色光毎に変調された光学像を合成してカラーの光学像を形成するものであり、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成される。
投射光学装置１５０は、複数の投射レンズを含んで構成され、光変調装置１４０で変調された光を拡大投射する。
【００２６】
［偏光変換素子の構成］
図３に示すように、偏光変換素子３００は、素子本体３１０と、素子本体３１０に選択的に接合された位相差板３２０とを備える。
素子本体３１０は、複数の透光性基板３１１と、複数の透光性基板３１１間に交互に設けられた偏光分離膜３１２及び反射膜３１３と、複数の透光性基板３１１の間にそれぞれ設けられた接着層３１４とを備える。
複数の透光性基板３１１は、互いに略平行な光入射面３１０Ａと光出射面３１０Ｂとを有する。
偏光分離膜３１２は、第２レンズアレイ２１０からの光（ｓ偏光光及びｐ偏光光）のうち、ｐ偏光光を選択的に透過させ、ｓ偏光光を反射させる。
反射膜３１３は、偏光分離膜３１２にて反射されたｓ偏光光を光出射面３１０Ｂに向けて反射させる。
【００２７】
接着層３１４は、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である。接着層３１４は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤により形成されるため、前記特定範囲の厚みとすることができる。一方、従来の紫外線硬化型の接着剤では、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分としないため、粘度が高く、接着層の厚みが１０μｍ超２０μｍ以下となっていた。
従来の接着層のように、厚みが１０μｍを超える場合、偏光変換素子を製造する際に、接着層の端部に歪みが生じてしまう。そのため、光入射面３１０Ａ及び光出射面３１０Ｂを研磨する際、歪み近傍の透光性基板３１１の角部が削られる（図１６参照）。その結果、透光性基板３１１の光出射面３１０Ｂに位相差板３２０を接合する際、透光性基板３１１と位相差板３２０との間の接合層に隙間が生じ気泡が発生してしまう。これにより、透光性基板３１１と位相差板３２０とが十分に接合されず、位相差板３２０が剥がれやすくなる。また、透光性基板３１１と位相差板３２０との間に形成された気泡により光の透過率が落ちる。
【００２８】
一方、接着層の厚みが５μｍ未満の場合、接着層にごみなどが混入した場合、ごみなどによって、接着層の接着強度が低下する。
本実施形態に用いられる接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ１５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられるなどが挙げられる。
【００２９】
位相差板３２０は、接合層３２１により透光性基板３１１の光出射面３１０Ｂに接合される。この位相差板３２０は、水晶により形成された１／２波長板であり、偏光分離膜３１２を透過したｐ偏光光をｓ偏光光に変換する。
接合層３２１は、分子接合するプラズマ重合膜であり、その主材料はポリオルガノシロキサンである。プラズマ重合膜は、プラズマ重合法により形成されシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格とこのＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含む。そして、エネルギーを付与して表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより接着性を発現する。
このプラズマ重合膜は、エネルギーが付与されると、その表面および内部に活性手が生じるため、プラズマ重合膜に強力な接着性が発現する。
【００３０】
［偏光変換素子の製造方法］
次に、本実施形態の偏光変換素子の製造方法について図４から図９までに基づいて説明する。図４は、膜形成工程を示す図であり、図５は、接着工程を示す図であり、図６は、接着工程における紫外線が照射される状態を示す図である。図７（Ａ）（Ｂ）は、硬化試験における引張強度の測定結果を示す図であり、図８（Ａ）（Ｂ）は、硬化試験におけるせん断強度の測定結果を示す図である。図９は、切断工程を示す図であり、図１０は、研磨工程を示す図である。
偏光変換素子の製造方法では、膜形成工程と、接着工程と、切断工程と、研磨工程と、接合工程とが順に実施される。
【００３１】
［膜形成工程］
膜形成工程では、図４に示すように、複数の透光性板材３１１Ａが準備される。これら透光性板材３１１Ａは、互いに略平行な第１面３１１Ａ１及び第２面３１１Ａ２を有する。
いくつかの透光性板材３１１Ａの第１面３１１Ａ１には、偏光分離膜３１２が形成され、第２面３１１Ａ２には反射膜３１３が形成される。その他の透光性板材３１１Ａの透光性板材３１１Ａの第１面３１１Ａ１及び第２面３１１Ａ２には、これらの膜のいずれも形成されない。
【００３２】
［接着工程］
接着工程では、図５に示すように、偏光分離膜３１２及び反射膜３１３が形成された透光性板材３１１Ａと、これらの膜が形成されていない透光性板材３１１Ａとが接着剤３１４Ａによって交互に貼り合わされる。ここで、接着剤３１４Ａの塗布量は、硬化後の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下となるように調整される。
また、接着工程では、図６に示すように、透光性板材３１１Ａの第１面３１１Ａ１にほぼ垂直な方向から紫外線が照射される。紫外線は、偏光分離膜３１２及び反射膜３１３を通過する。このように、透光性板材３１１Ａの第１面３１１Ａ１にほぼ垂直な方向から紫外線が照射されて、接着剤３１４Ａが同時に硬化される。
これにより、偏光分離膜３１２及び透光性板材３１１Ａの間と、反射膜３１３及び第２の透光性板材３１１Ａの間にそれぞれ接着層３１４が形成される。そして、複数の透光性板材３１１Ａが接合された積層体４００が形成される。
なお、透光性基板３１１の第１面３１１Ａ１にほぼ平行な方向から紫外線を照射してもよい。
【００３３】
ここで、接着剤３１４Ａの硬化条件と、各硬化条件によって得られた接着層３１４の接合強度との関係について説明する。
表１に示すように、紫外線（ＵＶ）照射量を変化させて硬化試験１から硬化試験７までを実施した。その結果、引張強度については、表１，図７（Ａ），（Ｂ）に示すようになり、せん断強度については、表１，図８（Ａ），（Ｂ）に示すようになった。
すなわち、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上４５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に、２０，０００ｍＪ／ｃｍ２以上３５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合、接着層３１４の引張強度が高くなるため好ましい。また、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上６０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上５０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合、接着層３１４のせん断強度が高くなるため好ましい。なお、表１中、各硬化試験は、２回ずつ実施している。
引張り強度試験、せん断強度試験は、以下の試験方法で実施した。すなわち、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの白板ガラス２枚を接着剤３１４Ａで接着して作成した試験品を引張り試験機で、接着面に対し垂直あるいは平行方向に引張り加重をかけ、２枚の白板ガラスが分離した時の加重を測定した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
［切断工程、研磨工程、接合工程］
切断工程では、図９に示すように、第１面３１１Ａ１と所定の角度θをなす切断面（図中、破線で示す）でほぼ平行に積層体４００が切断されて、積層ブロック４１０が切り出される。θの値は、約４５度であることが好ましい。
研磨工程では、図１０に示すように、切り出された積層ブロック４１０の切断面４１０Ａを研磨装置５００により研磨することにより、素子本体３１０が得られる。
そして、接合工程では、プラズマ重合法により偏光分離膜３１２の光出射面３１０Ｂに位相差板３２０が接合される。これにより、素子本体３１０に位相差板３２０が接合された偏光変換素子３００が得られる。
【００３６】
本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）偏光変換素子３００の接着層３１４は、厚みが５μｍ以上であるため、接着層３１４にごみなどが混入しても、接着層３１４の弾性によりごみの影響を低減して、透光性基板３１１同士を良好に接着できる。
一方、接着層３１４の厚みが１０μｍ以下であるため、光入射面３１０Ａなどを研磨する際に透光性基板３１１の角部が削られてしまうことがない。従って、例えば、プラズマ重合法などにより隙間無く接合層３２１を形成して素子本体３１０と位相差板３２０とを強力に接合できる。
【００３７】
（２）接着層３１４を形成する際、紫外線照射量が２０，０００ｍＪ／ｃｍ２以上３５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下である場合、接着層３１４の引張強度を高くできる。紫外線照射量が２５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上５０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下である場合、接着層３１４のせん断強度を高くできる。
（３）接着層３１４を形成する接着剤３１４Ａは、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とするため、接着層３１４の厚みを５μｍ以上１０μｍ以下に設定できる。また、接着剤３１４Ａは、変性アクリレートなどを主成分とするため、耐熱性に優れているので、さらに長寿命の偏光変換素子３００を実現できる。
【００３８】
（４）接着層３１４の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であるため、研磨する際に、透光性基板３１１の角部が削れない。
従って、プラズマ重合法を用いて、素子本体３１０と位相差板３２０とが接合された場合、その接合層３２１には、気泡が形成されないため、良好な接合強度及び光の透過率が発揮できる。
（５）位相差板３２０は、耐熱性に優れた水晶にて形成されているため、長時間光に照射されても劣化しにくい。従って、さらに長寿命の偏光変換素子３００にできる。
【００３９】
（６）プロジェクター１００及び偏光変換ユニット２００は、偏光変換素子３００を備えるため、長寿命で光学特性に優れたプロジェクター１００及び偏光変換ユニット２００を実現できる。
（７）本実施形態の偏光変換素子の製造方法は、接着工程において、紫外線硬化型の接着剤により５μｍ以上１０μｍ以下の厚みとなるように接着層３１４を形成するため、長寿命で光学特性に優れた偏光変換素子３００を得ることができる。
【００４０】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、接合層をプラズマ重合法により形成する構成を説明したが、原子拡散接合法により、接合層を形成してもよい。
ここで、原子拡散接合法とは、まず、真空容器内においてスパッタリングやイオンプレーティング等の真空成膜により真空中で透光性基板及び位相差板にそれぞれ微結晶連続薄膜を成膜する。そして、微結晶連続薄膜同士を、成膜中又は成膜後に重ね合わせて、接合界面及び結晶粒界において原子拡散を生じさせることにより透光性基板及び位相差板の間で強固に接合する方法である。
なお、微結晶連続薄膜同士を重ね合わせるだけでなく、透光性基板及び位相差板のいずれか一方に微結晶連続薄膜を形成し、いずれか他方に微結晶構造を形成する。そして、これら微結晶連続薄膜と微結晶構造とを重ね合わせることにより、原子拡散接合を実施することもできる。
【００４１】
また、本実施形態では、偏光分離膜に対応する光出射面に位相差板を設ける構成を例示したが、これに限らず、反射膜に対応する光出射面に位相差板を設けてもよい。また、さらに、偏光分離膜や反射膜に位相差板を重ねて設けてもよい。
この場合、偏光分離膜で透過した偏光光は、そのまま光出射面から出射する。一方、偏光分離膜で反射された偏光光は、さらに反射膜で反射された後、光出射面から出射され、位相差板（１／２波長板）により位相が変換される。これにより、偏光変換素子から出射される光は、ｐ偏光光に偏光状態が揃えられることになる。
そして、偏光変換素子をプロジェクターに用いたが、本発明では、プロジェクター以外の装置、例えば、撮像装置等にも用いることができる。
【実施例】
【００４２】
本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
［耐熱性試験］
（実施例１及び比較例１）
実施例１及び比較例１により、本発明に用いる接着層の耐熱性について評価した。図１１は、実施例１および比較例１の耐熱性試験を示す図である。
実施例１では、本発明の接着剤（ＵＴ２０ 株式会社アーデル製）により２枚のガラス板を貼り合せ、所定量の紫外線を照射した。これにより実施例１の試験片６００を作製した。
一方、比較例１では、従来の接着剤（ＰＨＯＴＯボンド ３００、サンライズＭＳＩ株式会社）により２枚のガラス板を貼り合せ、所定量の紫外線を照射した。これにより、比較例１の試験片６０１を作製した。
これら試験片６００，６０１を固定枠６１０内に固定した後、試験片６００，６０１をプロジェクターの偏光変換素子を設置すべき場所に組み込み、試験片６００，６０１に光源ランプの光が照射された時、試験片の温度が１２０℃になるようプロジェクターの冷却機構を調整した。３８００時間この環境下に放置した時の試験結果を図１１に示す。
図１１に示すように、試験片６０１の接着層では一部に黄変６２０が見られた。一方、試験片６００の接着層では、黄変は見られなかった。
さらに、試験片６００，６０１をこの環境下に放置し続けた結果、４８００時間後、試験片６０１の接着層では、激しい黄変が見られた。一方、試験片６００の接着層では若干黄変したが、光学特性に影響はない程度であった。
従って、本発明の接着剤により形成された接着層は、耐熱性に優れることが分かる。
【００４３】
［平坦度試験］
（実施例２から実施例１１まで及び比較例２）
実施例２から実施例１１まで及び比較例２により、本発明の偏光変換素子における光入射面及び光出射面の平坦度について評価した。
図１２は、本発明に係る実施例２から実施例６までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１３は、本発明に係る実施例７から実施例１１までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１４は、比較例２の平坦度試験の結果を示す図である。
【００４４】
（実施例２から実施例６まで）
実施例２では、実施例１と同様の接着剤を用いて、図２に示すような素子本体３１０を作製した。そして、図２に示される左右の２つの素子本体３１０のうち左側の素子本体３１０を用いた。そして、下記測定方法により、その素子本体３１０の光入射面３１０Ａの略中央における断面図を得た。ここで、断面図とは、図２の左右方向の断面図である。
そして、得られた断面図において、比較的上側に大きく膨らんだ凸部を選び、その凸部の左右近傍の凹部の頂点を線で結んだ。この線から凸部の頂点までの距離を縦軸のスケールで換算して「高低差」を算出した。
実施例３から実施例６でも、実施例２と同様に素子本体３１０を作製して、その光入射面３１０Ａについて測定し断面図を得た。そして、断面図より実施例２と同様に、「高低差」を２点算出した。それらの結果を図１２に示す。
【００４５】
（実施例７から実施例１１まで及び比較例２）
実施例７から実施例１１まででは、それぞれ実施例２から実施例６までで作製した素子本体３１０の光出射面３１０Ｂについて、実施例２と同様に測定して断面図を得た。得られた断面図より実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
比較例２では、接着剤として、比較例１と同様の接着剤を用いた以外は、実施例２と同様にして、素子本体を作製し、その光出射面を測定して断面図を得た。得られた断面図より実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
実施例７から実施例１１まで及び比較例２の結果を図１３，１４に示す。
【００４６】
（断面図の測定方法）
レーザー干渉計Ｇ１０２Ｓ（フジノン株式会社（現富士フィルム株式会社）製）により、素子本体の光入射面又は光出射面に平行光を照射して、素子本体からの反射光と元々の平行光とを干渉させることによって干渉縞を得る。なお、レーザー干渉計で設定した光の波長は、６８５ｎｍである。
得られた干渉縞を干渉縞解析ソフトウェア（フジノン株式会社（現富士フィルム株式会社）製）で解析することにより、光入射面又は光出射面の断面図を得る。
【００４７】
図１２，１３に示すように、本発明の接着剤を用いた実施例２から実施例１１まででは、光入射面及び光出射面における高低差が小さいため、平坦度が優れることが分かった。
一方、図１４に示すように、従来の接着剤を用いた比較例２では、光入射面における高低差が大きいため、平坦度が悪いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、プロジェクターなどの投射装置に組み込まれる偏光変換素子として利用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１００…プロジェクター（投射装置）、１１１…光源装置、１４０…光変調装置、１５０…投射光学装置、２００…偏光変換ユニット、２１０…第２レンズアレイ、３００…偏光変換素子、３１０…素子本体、３１０Ａ…光入射面、３１０Ｂ…光出射面、３１１…透光性基板、３１１Ａ…透光性板材、３１１Ａ１…第１面、３１１Ａ２…第２面、３１２…偏光分離膜、３１３…反射膜、３１４…接着層、３２０…位相差板、３２１…接合層、４１０…積層ブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換素子、偏光変換ユニット、投射装置、及び偏光変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、プロジェクターなどの投射装置には、光源の光を１種類の偏光光に変換する偏光変換素子が組み込まれている。
偏光変換素子は、複数の透光性部材の間に偏光分離膜と反射膜とが交互に設けられるとともに、複数の透光性部材の間にそれぞれ接着剤にて接着層が形成された素子本体を有する。この素子本体の光出射面には、選択的に位相差板が配置されている（特許文献１，２）。
図１５，１６に示すように、このような偏光変換素子を製造する際には、まず、偏光分離膜９１及び反射膜９２が形成された透光性板材と、これらの膜が形成されていない透光性板材とが接着層９３により交互に貼り合わされる。ここで、接着層９３の厚みは、例えば、２０μｍ程度である。そして、この貼り合わされた積層体がその表面と所定の角度で切り出される。その後、その切断面が研磨され、素子本体９５に光入射面９５１及び光出射面９５２が形成される。そして、素子本体９５に接合層９６を介して位相差板９７が接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２９８２１２号公報
【特許文献２】特許第３３０９８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１，２のような偏光変換素子を製造する場合、従来の接着剤では、粘度が高く接着層９３が厚くなる。このような接着層９３が厚い積層体が切り出されると、接着層９３の端部に歪みが生じてしまう。この歪みが生じた状態で、切断面が研磨されると、図１５，１６に示すように、接着層９３近傍における透光性部材９８の角部９８１が削られてしまう。
これにより、例えば、特開２０１０−１１３０５６号公報に記載されたプラズマ重合法により接合層９６が形成される場合、接合層９６に隙間が生じて、位相差板９７が剥がれやすくなったり、気泡９６１が形成されて光の透過率が低下するなどの問題がある。
また、接着剤により光出射面９５２Ａに位相差板９７が接合される場合でも、接着層９１近傍における透光性部材９８の角部９８１が削られるため、光が有効に透過する領域が小さくなるという問題もある。
【０００５】
本発明の目的は、長寿命で光学特性に優れた偏光変換素子、偏光変換ユニット、投射装置、及び偏光変換素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［適用例１］
本適用例に係わる偏光変換素子は、互いに略平行な光入射面及び光出射面を有する素子本体と、この素子本体の前記光出射面に接合される位相差板とを備える偏光変換素子であって、前記素子本体は、前記光出射面に所定の角度をもって順次接合された複数の透光性基板と、この複数の透光性基板の間に交互に設けられた偏光分離膜及び反射膜と、前記複数の透光性基板の間にそれぞれ形成された接着層とを有し、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤により形成され、かつ、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
この構成の本適用例では、接着層の厚みが５μｍ以上であるため、接着層にごみなどが混入しても、接着層の弾性によりごみの影響を低減して、透光性基板同士を良好に接着できる。また、ごみなどを完全に除去するための特別な洗浄工程を設ける必要がないので、製造効率を向上させることができる。
一方、接着層の厚みが１０μｍ以下であり、薄いため、光入射面などを研磨する際に透光性基板の角部が削られてしまうことがない。従って、例えば、プラズマ重合法などにより素子本体と位相差板とを隙間無く強力に接合できる。よって、長寿命で光学特性に優れた偏光変換素子とすることができる。
【０００８】
［適用例２］
本適用例に係る偏光変換素子では、前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とすることを特徴とする。
この構成の本適用例では、変性アクリレート等を主成分とするため、粘度が比較的低いので、接着層の厚みを５μｍ以上１０μｍ以下に設定できる。これにより、接着層の端部に歪みが生じることを防止でき、光入射面などを研磨する際に、透光性部材の角部がけずれてしまうことを防止できる。
また、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とするため、耐熱性に優れているので、さらに長寿命の偏光変換素子を実現できる。
【０００９】
［適用例３］
本適用例に係る偏光変換素子では、前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、前記接合層は、プラズマ重合法により形成されシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格とこのＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含み、エネルギーを付与して表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより発現した接着性を有することを特徴とする。
【００１０】
この構成の本適用例では、接着層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であるため、透光性基板の角部が削れることがないので、前述のプラズマ重合法により隙間無く接合層を形成して透光性部材と位相差板とを強力に接合できる。
【００１１】
［適用例４］
本適用例に係る偏光変換素子は、前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちのいずれか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、いずれか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成されることを特徴とする。
【００１２】
この構成の本適用例では、接着層の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であるため、前述の原子拡散接合法により隙間無く接合層を形成して透光性部材と位相差板とを強力に接合できる。
【００１３】
［適用例５］
本適用例に係る偏光変換素子では、前記位相差板は、水晶により形成されることを特徴とする。
この構成の本適用例では、水晶は耐熱性に優れるため、長時間光に照射されても劣化しにくい。従って、さらに長寿命の偏光変換素子とすることができる。
【００１４】
［適用例６］
本適用例に係る偏光変換ユニットは、上述の偏光変換素子と、この偏光変換素子の光入射側に配置されるレンズアレイとを備えることを特徴とする。
この構成の本適用例では、本発明の偏光変換素子を備えるため、長寿命で光学特性に優れた偏光変換ユニットとすることができる。
【００１５】
［適用例７］
本適用例に係る投射装置は、光を出射する光源装置と、この光源装置からの光を１種類の偏光光に変換する上述の偏光変換ユニットと、この偏光変換ユニットからの前記偏光光を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、この光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置とを備えることを特徴とする。
この構成の本適用例では、本発明の偏光変換素子を備えるため、長寿命で光学特性に優れた投射装置とすることができる。
【００１６】
［適用例８］
本適用例に係る偏光変換素子の製造方法は、互いに略平行な第１面及び第２面を有する複数の透光性板材の間に偏光分離膜及び反射膜を交互に設ける膜形成工程と、前記複数の透光性板材の間にそれぞれ接着層を形成する接着工程と、前記複数の透光性板材を、前記第１面及び前記第２面に対して所定の角度で切断して互いに略平行な光入射面及び光出射面を有する積層ブロックを形成する切断工程と、前記積層ブロックの光入射面及び光出射面を研磨して素子本体を形成する研磨工程と、前記素子本体の光出射面に位相差板を接合する接合工程とを実施し、前記接着工程では、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤により厚みが５μｍ以上１０μｍ以下となるように形成されることを特徴とする。
この構成の本適用例では、紫外線硬化型の接着剤により５μｍ以上１０μｍ以下の厚みとなるように接着層を形成するため、長寿命で光学特性に優れた偏光変換素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る投射装置を示す概略構成図。
【図２】前記投射装置に設けられる偏光変換ユニットを示す概略分解斜視図。
【図３】前記投射装置に設けられる偏光変換素子を示す断面図。
【図４】本発明の実施形態に係る偏光変換素子の製造における膜形成工程を示す図。
【図５】前記偏光変換素子の製造における接着工程を示す図。
【図６】前記接着工程における紫外線が照射される状態を示す図。
【図７】（Ａ）（Ｂ）硬化試験における引張強度の測定結果を示す図。
【図８】（Ａ）（Ｂ）硬化試験におけるせん断強度の測定結果を示す図。
【図９】前記偏光変換素子の製造における切断工程を示す図。
【図１０】前記偏光変換素子の製造における研磨工程を示す図。
【図１１】本発明に係る実施例および比較例の耐熱性試験の結果を示す図。
【図１２】本発明に係る実施例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１３】本発明に係る他の実施例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１４】比較例の平坦度試験の結果を示す図。
【図１５】従来の偏光変換素子を示す断面図。
【図１６】図１５の拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［投射装置の構成］
本発明の実施形態に係る投射装置を図１から図３までに基づいて説明する。本実施形態では投射装置として液晶プロジェクターを例示して説明する。図１はプロジェクターの概略構成図である。図２は、プロジェクターに設けられた偏光変換ユニットの分解斜視図である。図３は、プロジェクターに設けられた偏光変換素子の断面図である。
図１において、プロジェクター１００は、インテグレーター照明光学系１１０と、色分離光学系１２０と、リレー光学系１３０と、光源から射出された光を画像情報に応じて変調する光変調装置１４０と、光変調装置１４０で変調された光を拡大投射する投射光学装置１５０とを備える。
【００１９】
インテグレーター照明光学系１１０は、光変調装置１４０を構成する３枚の透過型液晶パネル１４１（赤、緑、青の色光毎にそれぞれ液晶パネル１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂとする）の画像形成領域をほぼ均一に照明するための光学系である。このインテグレーター照明光学系１１０は、光源装置１１１と、第１レンズアレイ１１２と、偏光変換ユニット２００と、重畳レンズ１１３とを備える。
【００２０】
光源装置１１１は、光源ランプ１１４とリフレクター１１５とを備え、光源ランプ１１４から射出された輻射状の光線をリフレクター１１５で反射して略平行光線とし、この略平行光線を外部へと射出する。
第１レンズアレイ１１２は、光軸方向から見てほぼ矩形状の輪郭を有する小レンズがマトリクス状に配列された構成を有する。
【００２１】
偏光変換ユニット２００は、図２に示すように、第１レンズアレイ１１２から出射された光を１種類の直線偏光光に変換する機能を有する。この偏光変換ユニット２００は、第２レンズアレイ２１０と、遮光板２２０と、偏光変換素子３００と、これらの第２レンズアレイ２１０、遮光板２２０及び偏光変換素子３００を保持する枠体２３０と、第２レンズアレイ２１０、遮光板２２０及び偏光変換素子３００を枠体２３０に固定するための固定具２４０とを備える。
第２レンズアレイ２１０は、偏光変換素子３００の光入射側に配置され、第１レンズアレイ１１２と同様の構成を有しており、小レンズがマトリクス状に配列された構成を有する。この第２レンズアレイ２１０は、重畳レンズ１１３とともに、第１レンズアレイ１１２の各小レンズの像を透過型液晶パネル１４１上に結像させる機能を有する。
遮光板２２０は、スリット状の複数の孔２２１を有し、これらの孔２２１が偏光変換素子３００の偏光分離膜３１２に対応するように配置される。これにより、遮光板２２０は、偏光変換素子３００の偏光分離膜３１２に対応する光入射面３１０Ａにのみ光を入射させる。なお、図２では、孔２２１と偏光分離膜３１２との対応関係は、概略的に示されている。
【００２２】
偏光変換素子３００は、第２レンズアレイ２１０からの光（ｐ偏光光及びｓ偏光光）を１種類のｓ偏光光に変換するものである。図１，２では、２つの偏光変換素子３００が互いに接合している。
偏光変換ユニット２００を組み立てる際には、枠体２３０の一方の開口面（図２では下面）側からは２つの偏光変換素子３００が挿入され、もう一方の開口面（図２では上面）側からは、遮光板２２０と第２レンズアレイ１１２とがこの順に挿入される。これらの第２レンズアレイ２１０、遮光板２２０及び偏光変換素子３００は、枠体２３０に収納された状態で、４つの固定具２４０で上下２方向から挟持される。
【００２３】
図１に示すように、色分離光学系１２０は、２枚のダイクロイックミラー１２１，１２２と、反射ミラー１２３とを備え、ダイクロイックミラー１２１、１２２によりインテグレーター照明光学系１１０から射出された複数の光を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色の色光に分離する。ダイクロイックミラー１２１で分離された青色光は、反射ミラー１２３によって反射され、フィールドレンズ１４２を通って、青色用の透過型液晶パネル１４１Ｂに到達する。
【００２４】
ダイクロイックミラー１２１を透過した赤色光と緑色光のうちで、緑色光は、ダイクロイックミラー１２２によって反射され、フィールドレンズ１４２を通って、緑色用の透過型液晶パネル１４１Ｇに到達する。
リレー光学系１３０は、入射側レンズ１３１と、リレーレンズ１３３と、反射ミラー１３２、１３４とを備える。色分離光学系１２０で分離された赤色光は、ダイクロイックミラー１２２を透過して、リレー光学系１３０を通り、さらにフィールドレンズ１４２を通って、赤色光用の透過型液晶パネル１４１Ｒに到達する。
【００２５】
光変調装置１４０は、入射された光を画像情報に応じて変調してカラーの光学像を形成する。この光変調装置１４０は、透過型液晶パネル１４１Ｒ，１４１Ｇ，１４１Ｂと、クロスダイクロイックプリズム１４３とを備える。
クロスダイクロイックプリズム１４３は、各色光毎に変調された光学像を合成してカラーの光学像を形成するものであり、赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが４つの直角プリズムの界面に沿って略Ｘ字状に設けられ、これらの誘電体多層膜により３つの色光が合成される。
投射光学装置１５０は、複数の投射レンズを含んで構成され、光変調装置１４０で変調された光を拡大投射する。
【００２６】
［偏光変換素子の構成］
図３に示すように、偏光変換素子３００は、素子本体３１０と、素子本体３１０に選択的に接合された位相差板３２０とを備える。
素子本体３１０は、複数の透光性基板３１１と、複数の透光性基板３１１間に交互に設けられた偏光分離膜３１２及び反射膜３１３と、複数の透光性基板３１１の間にそれぞれ設けられた接着層３１４とを備える。
複数の透光性基板３１１は、互いに略平行な光入射面３１０Ａと光出射面３１０Ｂとを有する。
偏光分離膜３１２は、第２レンズアレイ２１０からの光（ｓ偏光光及びｐ偏光光）のうち、ｐ偏光光を選択的に透過させ、ｓ偏光光を反射させる。
反射膜３１３は、偏光分離膜３１２にて反射されたｓ偏光光を光出射面３１０Ｂに向けて反射させる。
【００２７】
接着層３１４は、厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である。接着層３１４は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする紫外線硬化型の接着剤により形成されるため、前記特定範囲の厚みとすることができる。一方、従来の紫外線硬化型の接着剤では、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分としないため、粘度が高く、接着層の厚みが１０μｍ超２０μｍ以下となっていた。
従来の接着層のように、厚みが１０μｍを超える場合、偏光変換素子を製造する際に、接着層の端部に歪みが生じてしまう。そのため、光入射面３１０Ａ及び光出射面３１０Ｂを研磨する際、歪み近傍の透光性基板３１１の角部が削られる（図１６参照）。その結果、透光性基板３１１の光出射面３１０Ｂに位相差板３２０を接合する際、透光性基板３１１と位相差板３２０との間の接合層に隙間が生じ気泡が発生してしまう。これにより、透光性基板３１１と位相差板３２０とが十分に接合されず、位相差板３２０が剥がれやすくなる。また、透光性基板３１１と位相差板３２０との間に形成された気泡により光の透過率が落ちる。
【００２８】
一方、接着層の厚みが５μｍ未満の場合、接着層にごみなどが混入した場合、ごみなどによって、接着層の接着強度が低下する。
本実施形態に用いられる接着剤としては、例えば、ＵＴ２０、ＨＲ１５４（商品名、株式会社アーデル製）などが挙げられるなどが挙げられる。
【００２９】
位相差板３２０は、接合層３２１により透光性基板３１１の光出射面３１０Ｂに接合される。この位相差板３２０は、水晶により形成された１／２波長板であり、偏光分離膜３１２を透過したｐ偏光光をｓ偏光光に変換する。
接合層３２１は、分子接合するプラズマ重合膜であり、その主材料はポリオルガノシロキサンである。プラズマ重合膜は、プラズマ重合法により形成されシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格とこのＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含む。そして、エネルギーを付与して表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより接着性を発現する。
このプラズマ重合膜は、エネルギーが付与されると、その表面および内部に活性手が生じるため、プラズマ重合膜に強力な接着性が発現する。
【００３０】
［偏光変換素子の製造方法］
次に、本実施形態の偏光変換素子の製造方法について図４から図９までに基づいて説明する。図４は、膜形成工程を示す図であり、図５は、接着工程を示す図であり、図６は、接着工程における紫外線が照射される状態を示す図である。図７（Ａ）（Ｂ）は、硬化試験における引張強度の測定結果を示す図であり、図８（Ａ）（Ｂ）は、硬化試験におけるせん断強度の測定結果を示す図である。図９は、切断工程を示す図であり、図１０は、研磨工程を示す図である。
偏光変換素子の製造方法では、膜形成工程と、接着工程と、切断工程と、研磨工程と、接合工程とが順に実施される。
【００３１】
［膜形成工程］
膜形成工程では、図４に示すように、複数の透光性板材３１１Ａが準備される。これら透光性板材３１１Ａは、互いに略平行な第１面３１１Ａ１及び第２面３１１Ａ２を有する。
いくつかの透光性板材３１１Ａの第１面３１１Ａ１には、偏光分離膜３１２が形成され、第２面３１１Ａ２には反射膜３１３が形成される。その他の透光性板材３１１Ａの透光性板材３１１Ａの第１面３１１Ａ１及び第２面３１１Ａ２には、これらの膜のいずれも形成されない。
【００３２】
［接着工程］
接着工程では、図５に示すように、偏光分離膜３１２及び反射膜３１３が形成された透光性板材３１１Ａと、これらの膜が形成されていない透光性板材３１１Ａとが接着剤３１４Ａによって交互に貼り合わされる。ここで、接着剤３１４Ａの塗布量は、硬化後の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下となるように調整される。
また、接着工程では、図６に示すように、透光性板材３１１Ａの第１面３１１Ａ１にほぼ垂直な方向から紫外線が照射される。紫外線は、偏光分離膜３１２及び反射膜３１３を通過する。このように、透光性板材３１１Ａの第１面３１１Ａ１にほぼ垂直な方向から紫外線が照射されて、接着剤３１４Ａが同時に硬化される。
これにより、偏光分離膜３１２及び透光性板材３１１Ａの間と、反射膜３１３及び第２の透光性板材３１１Ａの間にそれぞれ接着層３１４が形成される。そして、複数の透光性板材３１１Ａが接合された積層体４００が形成される。
なお、透光性基板３１１の第１面３１１Ａ１にほぼ平行な方向から紫外線を照射してもよい。
【００３３】
ここで、接着剤３１４Ａの硬化条件と、各硬化条件によって得られた接着層３１４の接合強度との関係について説明する。
表１に示すように、紫外線（ＵＶ）照射量を変化させて硬化試験１から硬化試験７までを実施した。その結果、引張強度については、表１，図７（Ａ），（Ｂ）に示すようになり、せん断強度については、表１，図８（Ａ），（Ｂ）に示すようになった。
すなわち、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上４５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に、２０，０００ｍＪ／ｃｍ２以上３５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合、接着層３１４の引張強度が高くなるため好ましい。また、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、紫外線照射量が１５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上６０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下、特に２５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上５０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下の場合、接着層３１４のせん断強度が高くなるため好ましい。なお、表１中、各硬化試験は、２回ずつ実施している。
引張り強度試験、せん断強度試験は、以下の試験方法で実施した。すなわち、１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさの白板ガラス２枚を接着剤３１４Ａで接着して作成した試験品を引張り試験機で、接着面に対し垂直あるいは平行方向に引張り加重をかけ、２枚の白板ガラスが分離した時の加重を測定した。
【００３４】
【表１】
【００３５】
［切断工程、研磨工程、接合工程］
切断工程では、図９に示すように、第１面３１１Ａ１と所定の角度θをなす切断面（図中、破線で示す）でほぼ平行に積層体４００が切断されて、積層ブロック４１０が切り出される。θの値は、約４５度であることが好ましい。
研磨工程では、図１０に示すように、切り出された積層ブロック４１０の切断面４１０Ａを研磨装置５００により研磨することにより、素子本体３１０が得られる。
そして、接合工程では、プラズマ重合法により偏光分離膜３１２の光出射面３１０Ｂに位相差板３２０が接合される。これにより、素子本体３１０に位相差板３２０が接合された偏光変換素子３００が得られる。
【００３６】
本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）偏光変換素子３００の接着層３１４は、厚みが５μｍ以上であるため、接着層３１４にごみなどが混入しても、接着層３１４の弾性によりごみの影響を低減して、透光性基板３１１同士を良好に接着できる。
一方、接着層３１４の厚みが１０μｍ以下であるため、光入射面３１０Ａなどを研磨する際に透光性基板３１１の角部が削られてしまうことがない。従って、例えば、プラズマ重合法などにより隙間無く接合層３２１を形成して素子本体３１０と位相差板３２０とを強力に接合できる。
【００３７】
（２）接着層３１４を形成する際、紫外線照射量が２０，０００ｍＪ／ｃｍ２以上３５，０００ｍＪ／ｃｍ２以下である場合、接着層３１４の引張強度を高くできる。紫外線照射量が２５，０００ｍＪ／ｃｍ２以上５０，０００ｍＪ／ｃｍ２以下である場合、接着層３１４のせん断強度を高くできる。
（３）接着層３１４を形成する接着剤３１４Ａは、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とするため、接着層３１４の厚みを５μｍ以上１０μｍ以下に設定できる。また、接着剤３１４Ａは、変性アクリレートなどを主成分とするため、耐熱性に優れているので、さらに長寿命の偏光変換素子３００を実現できる。
【００３８】
（４）接着層３１４の厚みが５μｍ以上１０μｍ以下であるため、研磨する際に、透光性基板３１１の角部が削れない。
従って、プラズマ重合法を用いて、素子本体３１０と位相差板３２０とが接合された場合、その接合層３２１には、気泡が形成されないため、良好な接合強度及び光の透過率が発揮できる。
（５）位相差板３２０は、耐熱性に優れた水晶にて形成されているため、長時間光に照射されても劣化しにくい。従って、さらに長寿命の偏光変換素子３００にできる。
【００３９】
（６）プロジェクター１００及び偏光変換ユニット２００は、偏光変換素子３００を備えるため、長寿命で光学特性に優れたプロジェクター１００及び偏光変換ユニット２００を実現できる。
（７）本実施形態の偏光変換素子の製造方法は、接着工程において、紫外線硬化型の接着剤により５μｍ以上１０μｍ以下の厚みとなるように接着層３１４を形成するため、長寿命で光学特性に優れた偏光変換素子３００を得ることができる。
【００４０】
なお、本発明は本実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、接合層をプラズマ重合法により形成する構成を説明したが、原子拡散接合法により、接合層を形成してもよい。
ここで、原子拡散接合法とは、まず、真空容器内においてスパッタリングやイオンプレーティング等の真空成膜により真空中で透光性基板及び位相差板にそれぞれ微結晶連続薄膜を成膜する。そして、微結晶連続薄膜同士を、成膜中又は成膜後に重ね合わせて、接合界面及び結晶粒界において原子拡散を生じさせることにより透光性基板及び位相差板の間で強固に接合する方法である。
なお、微結晶連続薄膜同士を重ね合わせるだけでなく、透光性基板及び位相差板のいずれか一方に微結晶連続薄膜を形成し、いずれか他方に微結晶構造を形成する。そして、これら微結晶連続薄膜と微結晶構造とを重ね合わせることにより、原子拡散接合を実施することもできる。
【００４１】
また、本実施形態では、偏光分離膜に対応する光出射面に位相差板を設ける構成を例示したが、これに限らず、反射膜に対応する光出射面に位相差板を設けてもよい。また、さらに、偏光分離膜や反射膜に位相差板を重ねて設けてもよい。
この場合、偏光分離膜で透過した偏光光は、そのまま光出射面から出射する。一方、偏光分離膜で反射された偏光光は、さらに反射膜で反射された後、光出射面から出射され、位相差板（１／２波長板）により位相が変換される。これにより、偏光変換素子から出射される光は、ｐ偏光光に偏光状態が揃えられることになる。
そして、偏光変換素子をプロジェクターに用いたが、本発明では、プロジェクター以外の装置、例えば、撮像装置等にも用いることができる。
【実施例】
【００４２】
本発明の実施例について説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。
［耐熱性試験］
（実施例１及び比較例１）
実施例１及び比較例１により、本発明に用いる接着層の耐熱性について評価した。図１１は、実施例１および比較例１の耐熱性試験を示す図である。
実施例１では、本発明の接着剤（ＵＴ２０ 株式会社アーデル製）により２枚のガラス板を貼り合せ、所定量の紫外線を照射した。これにより実施例１の試験片６００を作製した。
一方、比較例１では、従来の接着剤（ＰＨＯＴＯボンド ３００、サンライズＭＳＩ株式会社）により２枚のガラス板を貼り合せ、所定量の紫外線を照射した。これにより、比較例１の試験片６０１を作製した。
これら試験片６００，６０１を固定枠６１０内に固定した後、試験片６００，６０１をプロジェクターの偏光変換素子を設置すべき場所に組み込み、試験片６００，６０１に光源ランプの光が照射された時、試験片の温度が１２０℃になるようプロジェクターの冷却機構を調整した。３８００時間この環境下に放置した時の試験結果を図１１に示す。
図１１に示すように、試験片６０１の接着層では一部に黄変６２０が見られた。一方、試験片６００の接着層では、黄変は見られなかった。
さらに、試験片６００，６０１をこの環境下に放置し続けた結果、４８００時間後、試験片６０１の接着層では、激しい黄変が見られた。一方、試験片６００の接着層では若干黄変したが、光学特性に影響はない程度であった。
従って、本発明の接着剤により形成された接着層は、耐熱性に優れることが分かる。
【００４３】
［平坦度試験］
（実施例２から実施例１１まで及び比較例２）
実施例２から実施例１１まで及び比較例２により、本発明の偏光変換素子における光入射面及び光出射面の平坦度について評価した。
図１２は、本発明に係る実施例２から実施例６までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１３は、本発明に係る実施例７から実施例１１までの平坦度試験の結果を示す図であり、図１４は、比較例２の平坦度試験の結果を示す図である。
【００４４】
（実施例２から実施例６まで）
実施例２では、実施例１と同様の接着剤を用いて、図２に示すような素子本体３１０を作製した。そして、図２に示される左右の２つの素子本体３１０のうち左側の素子本体３１０を用いた。そして、下記測定方法により、その素子本体３１０の光入射面３１０Ａの略中央における断面図を得た。ここで、断面図とは、図２の左右方向の断面図である。
そして、得られた断面図において、比較的上側に大きく膨らんだ凸部を選び、その凸部の左右近傍の凹部の頂点を線で結んだ。この線から凸部の頂点までの距離を縦軸のスケールで換算して「高低差」を算出した。
実施例３から実施例６でも、実施例２と同様に素子本体３１０を作製して、その光入射面３１０Ａについて測定し断面図を得た。そして、断面図より実施例２と同様に、「高低差」を２点算出した。それらの結果を図１２に示す。
【００４５】
（実施例７から実施例１１まで及び比較例２）
実施例７から実施例１１まででは、それぞれ実施例２から実施例６までで作製した素子本体３１０の光出射面３１０Ｂについて、実施例２と同様に測定して断面図を得た。得られた断面図より実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
比較例２では、接着剤として、比較例１と同様の接着剤を用いた以外は、実施例２と同様にして、素子本体を作製し、その光出射面を測定して断面図を得た。得られた断面図より実施例２と同様にして、「高低差」を２点算出した。
実施例７から実施例１１まで及び比較例２の結果を図１３，１４に示す。
【００４６】
（断面図の測定方法）
レーザー干渉計Ｇ１０２Ｓ（フジノン株式会社（現富士フィルム株式会社）製）により、素子本体の光入射面又は光出射面に平行光を照射して、素子本体からの反射光と元々の平行光とを干渉させることによって干渉縞を得る。なお、レーザー干渉計で設定した光の波長は、６８５ｎｍである。
得られた干渉縞を干渉縞解析ソフトウェア（フジノン株式会社（現富士フィルム株式会社）製）で解析することにより、光入射面又は光出射面の断面図を得る。
【００４７】
図１２，１３に示すように、本発明の接着剤を用いた実施例２から実施例１１まででは、光入射面及び光出射面における高低差が小さいため、平坦度が優れることが分かった。
一方、図１４に示すように、従来の接着剤を用いた比較例２では、光入射面における高低差が大きいため、平坦度が悪いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明は、プロジェクターなどの投射装置に組み込まれる偏光変換素子として利用できる。
【符号の説明】
【００４９】
１００…プロジェクター（投射装置）、１１１…光源装置、１４０…光変調装置、１５０…投射光学装置、２００…偏光変換ユニット、２１０…第２レンズアレイ、３００…偏光変換素子、３１０…素子本体、３１０Ａ…光入射面、３１０Ｂ…光出射面、３１１…透光性基板、３１１Ａ…透光性板材、３１１Ａ１…第１面、３１１Ａ２…第２面、３１２…偏光分離膜、３１３…反射膜、３１４…接着層、３２０…位相差板、３２１…接合層、４１０…積層ブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに略平行な光入射面及び光出射面を有する素子本体と、この素子本体の前記光出射面に接合される位相差板とを備える偏光変換素子であって、
前記素子本体は、
前記光出射面に所定の角度をもって順次接合された複数の透光性基板と、
この複数の透光性基板の間に交互に設けられた偏光分離膜及び反射膜と、
前記複数の透光性基板の間にそれぞれ形成された接着層とを有し、
前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤により形成され、かつ、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光変換素子において、
前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の偏光変換素子において、
前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、
前記接合層は、プラズマ重合法により形成されシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格とこのＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含み、エネルギーを付与して表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより発現した接着性を有する
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の偏光変換素子において、
前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、
前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちのいずれか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、いずれか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の偏光変換素子において、
前記位相差板は、水晶により形成されている
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の偏光変換素子と、
この偏光変換素子の光入射側に配置されるレンズアレイとを備える
ことを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項７】
光を出射する光源装置と、
この光源装置からの光を１種類の偏光光に変換する請求項６に記載の偏光変換ユニットと、
この偏光変換ユニットからの前記偏光光を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、
この光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置とを備える
ことを特徴とする投射装置。
【請求項８】
互いに略平行な第１面及び第２面を有する複数の透光性板材の間に偏光分離膜及び反射膜を交互に設ける膜形成工程と、
前記複数の透光性板材の間にそれぞれ接着層を形成する接着工程と、
前記複数の透光性板材を、前記第１面及び前記第２面に対して所定の角度で切断して互いに略平行な光入射面及び光出射面を有する積層ブロックを形成する切断工程と、
前記積層ブロックの光入射面及び光出射面を研磨して素子本体を形成する研磨工程と、
前記素子本体の光出射面に位相差板を接合する接合工程とを実施し、
前記接着工程では、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤により厚みが５μｍ以上１０μｍ以下となるように形成される
ことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【請求項１】
互いに略平行な光入射面及び光出射面を有する素子本体と、この素子本体の前記光出射面に接合される位相差板とを備える偏光変換素子であって、
前記素子本体は、
前記光出射面に所定の角度をもって順次接合された複数の透光性基板と、
この複数の透光性基板の間に交互に設けられた偏光分離膜及び反射膜と、
前記複数の透光性基板の間にそれぞれ形成された接着層とを有し、
前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤により形成され、かつ、その厚みが５μｍ以上１０μｍ以下である
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の偏光変換素子において、
前記接着層は、変性アクリレート又は変性メタクリレートを主成分とする
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の偏光変換素子において、
前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、
前記接合層は、プラズマ重合法により形成されシロキサン結合を含み、結晶化度が４５％以下であるＳｉ骨格とこのＳｉ骨格に結合する有機基からなる脱離基とを含み、エネルギーを付与して表面付近に存在する前記脱離基が前記Ｓｉ骨格から脱離することにより発現した接着性を有する
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項４】
請求項１又は請求項２に記載の偏光変換素子において、
前記透光性基板と前記位相差板とは、接合層により接合され、
前記接合層は、前記透光性基板に設けられた微結晶連続薄膜と、前記位相差板に設けられた微結晶連続薄膜とを接触させて、前記透光性基板の微結晶連続薄膜と前記位相差板の微結晶連続薄膜との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される、又は、前記透光性基板及び前記位相差板のうちのいずれか一方に設けられた微結晶連続薄膜と、いずれか他方に設けられた微結晶構造とを接触させて、前記微結晶連続薄膜と前記微結晶構造との接触界面及び結晶粒界に原子拡散を生じさせる原子拡散接合法により形成される
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項５】
請求項１から請求項４までのいずれかに記載の偏光変換素子において、
前記位相差板は、水晶により形成されている
ことを特徴とする偏光変換素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかに記載の偏光変換素子と、
この偏光変換素子の光入射側に配置されるレンズアレイとを備える
ことを特徴とする偏光変換ユニット。
【請求項７】
光を出射する光源装置と、
この光源装置からの光を１種類の偏光光に変換する請求項６に記載の偏光変換ユニットと、
この偏光変換ユニットからの前記偏光光を画像情報に応じて変調して光学像を形成する光変調装置と、
この光変調装置にて形成された前記光学像を拡大投射する投射光学装置とを備える
ことを特徴とする投射装置。
【請求項８】
互いに略平行な第１面及び第２面を有する複数の透光性板材の間に偏光分離膜及び反射膜を交互に設ける膜形成工程と、
前記複数の透光性板材の間にそれぞれ接着層を形成する接着工程と、
前記複数の透光性板材を、前記第１面及び前記第２面に対して所定の角度で切断して互いに略平行な光入射面及び光出射面を有する積層ブロックを形成する切断工程と、
前記積層ブロックの光入射面及び光出射面を研磨して素子本体を形成する研磨工程と、
前記素子本体の光出射面に位相差板を接合する接合工程とを実施し、
前記接着工程では、前記接着層は、紫外線硬化型の接着剤により厚みが５μｍ以上１０μｍ以下となるように形成される
ことを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
【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】
【公開番号】特開２０１２−７８６０５（Ｐ２０１２−７８６０５Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２４４０３（Ｐ２０１０−２２４４０３）
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月１日（２０１０．１０．１）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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