偏光変換素子および投射型表示装置
【課題】偏光状態で入射する光を特定の偏光状態の光で出射させ、簡易的な構造を有する偏光変換素子を提供する。
【解決手段】反射層１３と、第１の偏光分離膜１２ａと、第２の偏光分離膜１２ｂと、第１の偏光分離膜１２ａと第２の偏光分離膜１２ｂとの間に、各々の偏光分離膜の領域の一部に波長板を有し、これらを、透明基板で挟持する偏光変換素子１０を構成する。偏光変換素子１０に入射する光は、第１の偏光分離膜１２ａで反射し、波長板１４および第２の偏光分離膜１２ｂを透過した光の偏光状態と、第１の偏光分離膜１２ａを透過し、反射膜１３を反射し、第１の偏光分離膜１２ａおよび第２の偏光分離膜１２ｂを透過した光の偏光状態と、を所望の偏光状態に揃って出射する。
【解決手段】反射層１３と、第１の偏光分離膜１２ａと、第２の偏光分離膜１２ｂと、第１の偏光分離膜１２ａと第２の偏光分離膜１２ｂとの間に、各々の偏光分離膜の領域の一部に波長板を有し、これらを、透明基板で挟持する偏光変換素子１０を構成する。偏光変換素子１０に入射する光は、第１の偏光分離膜１２ａで反射し、波長板１４および第２の偏光分離膜１２ｂを透過した光の偏光状態と、第１の偏光分離膜１２ａを透過し、反射膜１３を反射し、第１の偏光分離膜１２ａおよび第２の偏光分離膜１２ｂを透過した光の偏光状態と、を所望の偏光状態に揃って出射する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換素子およびそれを用いた投射型表示装置に係り、光源から発射された光を一方向に揃った偏光状態の光に変換する偏光変換素子および、該偏光変換素子と、とくに液晶を用いた画像表示用素子に表示された画像を投射光学系によってスクリーン等に投影する投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データプロジェクタあるいは背面投射型テレビジョン受像機のように、スクリーンに投影画像を表示する投射型表示装置において、画像表示素子として反射型液晶素子（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いるものが注目されている。反射型液晶素子を用いる投射型表示装置は、透過型の液晶素子とは異なり、光を反射させる側に、液晶を駆動するためのトランジスタ等の構造体を形成することができるので、画素密度を高くすることができる。これにより、高い解像度、高い開口率、さらに、高いコントラスト比が得られるという特徴を有する。
【０００３】
図８は、反射型液晶素子を用いた従来の投射型表示装置１００の一例を示す模式図である。投射型表示装置１００は、光源１０１と、集光レンズ１０２、偏光変換素子１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、反射型液晶素子１０５および投影レンズ１０６を有する。投射型表示装置１００は、光源１０１からの光を、集光レンズ１０２で集光し、偏光変換素子１０３によって所定の直線偏光の光に変換し、そして偏光ビームスプリッタ１０４によって、高い反射率で反射させ、反射型液晶素子１０５に光を照射する。反射型液晶素子１０５で反射した光情報によって画像が生成され、反射した光が偏光ビームスプリッタ１０４を透過して投影レンズ１０６によってスクリーン１０７等に画像が映し出される。なお、偏光変換素子１０３は、光源１０１と集光レンズ１０２との間の光路中に配置されるものであっても同様の機能を有する。
【０００４】
ここで、偏光変換素子１０３としては、複数の透光性部材と、透光性部材間に交互に配置された複数の偏光分離膜、反射膜を有し、さらに透光性部材の光出射側には、透光性部材一つおきに１／２波長板を有する構成のものが報告されている（例えば、特許文献１）。これにより、１／２波長板を有さない透光性部材を出射する直線偏光の光と、１／２波長板を出射する直線偏光の光は、いずれも同じ方向の直線偏光の光として出射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１５６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の投射型表示装置に用いられる偏光変換素子は、１／２波長板が交互にアレイ状に配置される複雑な構造であって、作製には高い精度が要求される。また、特定の直線偏光の光を反射型液晶素子で反射させるとともに、反射型液晶素子で反射した光を投影レンズに入射させるために偏光ビームスプリッタを用いるため、投射型表示装置が大型化してしまう、という問題があった。とくに、小型、薄型のモバイル型プロジェクタの開発が進められているが、このような構成では、装置の小型化の実現には、障害となっていた。
【０００７】
本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、ランダムな偏光状態で入射する光に対して、特定の偏光方向の光に揃えて出射するとともに、簡易的な構造でかつ、小型化が実現できる偏光変換素子を提供することを目的とする。さらに、この偏光変換素子を用いた投射型表示装置の小型化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入射する光を反射する反射層と、入射する光のうち互いに直交する第１の偏光と第２の偏光のうち、一方を直進透過させるとともに他方を反射する第１の偏光分離膜と第２の偏光分離膜と、がそれぞれ透明基板を介して、この順番に備えられ、さらに、前記第１の偏光分離膜と前記第２の偏光分離膜との間に、前記第２の偏光分離膜の一部の領域に重なるように、波長板が備えられ、前記波長板は、入射する光の偏光方向に対して透過する光の偏光方向が直交する機能を有する偏光変換素子を提供する。
【０００９】
また、前記波長板は、光学軸が厚さ方向に略９０°ツイストした旋光子の構成を有する上記の偏光変換素子を提供する。
【００１０】
また、前記反射層、前記第１の偏光分離膜、前記第１の偏光分離膜、および前記波長板は、いずれも平行に配置される上記の偏光変換素子を提供する。
【００１１】
また、少なくとも可視光領域を含む光を発射する光源と、反射した光に画像情報を与える反射型液晶素子と、画像情報を有する光を投射する投影レンズと、を有する投射型表示装置であって、前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路中に、前記光源から発射した光が、上記の偏光変換素子の前記第１の偏光分離膜の面に対して斜め方向に入射するように配置される投射型表示装置を提供する。
【００１２】
また、入射する光を反射する反射層と、入射する光のうち互いに直交する第１の偏光と第２の偏光のうち、一方を直進透過させるとともに他方を反射する第１の偏光分離膜、第２の偏光分離膜、第３の偏光分離膜および第４の偏光分離膜と、特定の波長帯域を有する波長λ１の光を透過するとともに、特定の波長帯域を有する波長λ２（λ１≠λ２）の光を反射する第１の波長選択性反射膜と、前記波長λ１の光および前記波長λ２の光を透過するとともに、特定の波長帯域を有する波長λ３（λ１≠λ２≠λ３）の光を反射する第１の波長選択性反射膜と、を有し、前記反射膜、前記第１の偏光分離膜、前記第１の波長選択性反射膜、前記第２の偏光分離膜、前記第２の波長選択性反射膜、前記第３の偏光分離膜、前記第４の偏光分離膜、がそれぞれ透明基板を介して、この順番に備えられ、さらに、前記第３の偏光分離膜と前記第４の偏光分離膜との間に、前記第４の偏光分離膜の一部の領域に重なるように、波長板が備えられ、前記波長板は、入射する光の偏光方向に対して透過する光の偏光方向が直交する機能を有する偏光変換素子を提供する。
【００１３】
また、前記波長板は、光学軸が厚さ方向に略９０°ツイストした旋光子の構成を有する上記の偏光変換素子を提供する。
【００１４】
また、前記反射層、前記第１の偏光分離膜、前記第２の偏光分離膜、前記第３の偏光分離膜、前記第４の偏光分離膜、前記第１の波長選択性反射膜、前記第１の波長選択性反射膜、および前記波長板は、いずれも平行に配置される上記の偏光変換素子を提供する。
【００１５】
また、特定の波長帯域を有する波長λ１の光を発射する第１の光源と、特定の波長帯域を有する波長λ２（λ１≠λ２）の光を発射する第２の光源と、特定の波長帯域を有する波長λ３（λ１≠λ２≠λ３）の光を発射する第３の光源と、反射した光に画像情報を与える反射型液晶素子と、画像情報を有する光を投射する投影レンズと、を有する投射型表示装置であって、前記第１の光源と前記反射型液晶素子との間の光路中に、前記第１の光源から発射した波長λ１の光、前記第２の光源から発射した波長λ２の光および前記第３の光源から発射した波長λ３の光が、上記に記載の偏光変換素子の、前記第１の偏光分離膜の面、前記第２の偏光分離膜の面、前記第３の偏光分離膜の面に対してそれぞれ、斜め方向に入射するように配置される投射型表示装置を提供する。
【００１６】
さらに、前記波長λ１、前記波長λ２および前記波長λ３は、４２０〜４８０ｎｍである４５０ｎｍ波長帯、５２０〜５６０ｎｍである５３３ｎｍ波長帯、６１０〜６７０ｎｍである６４５ｎｍ波長帯の組み合わせからなる上記の投射型表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、ランダムな偏光状態で入射する光に対して、特定の偏光方向の光に揃えて出射する偏光変換素子を、簡易的な構造とし、さらに、この偏光変換素子を用いることによって小型化が実現できる効果を有する投射型表示装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る偏光変換素子の構成概念図。
【図２】第１の実施形態に係る偏光変換素子を用いた投射型表示装置の構成概念図。
【図３】第２の実施形態に係る偏光変換素子の構成概念図。
【図４】第２の実施形態に係る偏光変換素子を用いた投射型表示装置の構成概念図。
【図５】（ａ）実施例の偏光変換素子を構成する旋光機能を有する波長板と、波長板に入射する光の様子を示す模式図。（ｂ）実施例の偏光変換素子を構成する偏光分離膜と、偏光分離膜に入射する光の様子を示す模式図。
【図６】実施例の偏光変換素子を構成する波長板における偏光透過率の波長依存性を示すグラフ。
【図７】（ａ）実施例の偏光変換素子を構成する波長選択性反射膜の反射率／透過率の波長依存性を示すグラフ（Ｓ偏光の光）。（ｂ）実施例の偏光変換素子を構成する波長選択性反射膜の反射率／透過率の波長依存性を示すグラフ（Ｐ偏光の光）。
【図８】従来の投射型表示装置の構成概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
図１に本実施形態に係る偏光変換素子１０の構成概念図を示す。偏光変換素子１０は、透明基板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを有し、透明基板１１ａと透明基板１１ｂとの間に第１の偏光分離膜１２ａを有し、透明基板１１ｂと透明基板１１ｃとの間に第２の偏光分離膜１２ｂを有する。また、第１の偏光分離膜１２ａと第２の偏光分離膜１２ｂとの間には、第２の偏光分離膜１２ｂの領域の一部に重なるように波長板１４が備えられる。なお、図１において、第１の偏光分離膜１２ａは、透明基板１１ａと透明基板１１ｂとの間の全面に配置されているが、第２の偏光分離膜１２ｂの領域の一部に重なるように配置されてもよい。また、透明基板１１ａと透明基板１１ｄとの間には、反射膜１３が備えられる。
【００２０】
透明基板１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄは、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。また、後述するように、反射膜１３は、入射する光を反射する機能を有するので、偏光変換素子１０は、透明基板１１ｄを除く構成であってもよい。また、透明基板１１ｂは、波長板１４を配置するスペースに合わせて、溝が形成されたガラスから構成されるものであってもよく、波長板１４の段差を埋める透明な接着剤と平坦なガラスから構成されるものであってもよい。
【００２１】
第１の偏光分離膜１２ａおよび第２の偏光分離膜１２ｂは、高屈折率の材料と低屈折率の材料と、が交互に積層された光学多層膜の構造を有し、入射する光のうち、第１の偏光方向の光を透過させ、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の光を透過させるかまたは、第１の偏光方向の光を反射させ、第２の偏光方向の光を透過させる偏光分離特性を有する。光学多層膜を構成する材料のうち、高屈折率の材料としては、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５などが挙げられ、低屈折率の材料としてはＳｉＯ２、ＭｇＦ２などが挙げられる。また、複屈折性材料を用いて、一方の直線偏光の光に対して高屈折の材料と低屈折の材料とが交互に積層され、直交する他方の直線偏光の光に対してこれらの材料間の屈折率の差がほぼ０となる設計に基づく光学多層膜によって、偏光分離特性を発生させるものであってもよい。
【００２２】
波長板１４は、とくに可視光となる波長帯域において、入射する光の偏光状態に対して略直交する偏光状態の光を出射する機能を有する。波長板１４は、複屈折性を発生する材料からなり、例えば、入射する光が直線偏光の光である場合、厚さ方向に螺旋軸を有して遅相軸が略９０°ツイストした、旋光子としての機能を有する位相差板であってもよい。また、光学軸（遅相軸または進相軸）が厚さ方向と直交する平面に揃い、かつ、厚さ方向にツイストしない位相差板であって、１／２波長に略等しい位相差、または１／２波長の奇数倍に略等しい位相差が与えられるものであってもよい。また、波長板１４を構成するする材料は、ポリカーボネートや高分子液晶などの有機材料、水晶やＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）などの単結晶を用いることができ、また、光学軸がツイストする位相差板とする場合、作製上、高分子液晶が好ましく使用できる。また、波長板１４は、異なる光学軸の方向を有する複数の位相差板が重ねられて構成するもの、光学軸が厚さ方向にツイストした複数の位相差板が重ねられて構成するもの、これらの組み合わせによって構成するものであってもよい。
【００２３】
また、図１の偏光変換素子１０において、波長板１４は、第２の偏光分離膜１２ｂの上部、つまり上半分を覆うように配置しているが、これに限らず、第２の偏光分離膜１２ｂの下部、つまり下半分を覆うように配置するものであってもよい。また、波長板１４は、第１の偏光分離膜１２ａの下部に配置するものであってもよい。さらに、波長板１４は、第１の偏光分離膜１２ａ、第２の偏光分離膜１２ｂの平面と平行に配置される構成に限らず、後述するように第１の偏光分離膜１２ａで分離した光のうち一方の光のみが透過すれば、これらの平面と非平行となる面に形成されてもよい。
【００２４】
反射膜１３は、入射する光に対して高い反射率で反射できればよく、アルミニウム、銀や金などの金属の膜や、高屈折率の材料と低屈折率の材料とが交互に積層された光学多層膜などで構成される。ここで、偏光変換素子１０は、第１の偏光分離膜１２ａ、第２の偏光分離膜１２ｂ、反射膜１３のそれぞれの膜面が互いに平行に配置される構成であっても、非平行に配置される構成であってもよいが、互いに平行に配置される構成であれば、光を反射する方向の制御性が向上するので好ましい。
【００２５】
次に、偏光変換素子１０に入射する光の作用について説明する。図２は、偏光変換素子１０を用いた投射型表示装置２０の模式図であり、具体的に偏光変換素子１０に入射する光の様子を示すものである。また、必要に応じて図１の偏光変換素子１０を参照する。投射型表示装置２０は、偏光変換素子１０に加え、可視光帯域の光（白色光）を発射する光源２１と、反射型液晶素子２２、投射レンズ２３を有する。また、図２において、偏光変換素子１０の断面をＹ−Ｚ平面とし、第１の偏光分離膜１２ａ、第２の偏光分離膜１２ｂ、反射膜１３および波長板１４は、Ｙ軸およびＺ軸に対し略４５°の角度をなす面に配置される。なお、波長板１４は、第２の偏光分離膜１２ｂと重なる一部の領域に配置されてもよいとしたが、反射型液晶素子２２の面の法線方向（Ｚ方向）、から見て重なることを意味する。
【００２６】
光源２１から発射した白色光は、ランダムな偏光状態を有して、偏光変換素子１０に入射する。光源２１は、ランダムな偏光状態の白色光を発射するものであったり、特定の偏光状態の白色光を発射するものであったりしてもよい。例えば、光源２１が、特定の偏光状態の白色光を発射する場合、光源２１と偏光変換素子１０との間に偏光状態を変える機能を有する光学素子が配置されてもよい。ここで、図２において、光源２１を発射する白色光３１は、−Ｙ方向に進行しながら透明基板１１ｂを透過して、第１の偏光分離膜１２ａに入射する。なお、白色光３１を直交する２つの成分、即ち、Ｘ軸方向の光の成分とＺ軸方向の光の成分と、に分けるとき、Ｘ軸方向の成分をＳ偏光の光とし、Ｓ偏光と直交する光の成分をＰ偏光の光とする。また、光の進行方向が±Ｚ方向である場合は、Ｙ軸方向の光の成分がＰ偏光の光となる。なお、Ｓ偏光を第１の直線偏光、Ｐ偏光を第２の直線偏光ともいう。
【００２７】
第１の偏光分離膜１２ａは、白色光３１に対してＰ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有し、Ｐ偏光の光である光３２と、Ｓ偏光の光である光３３と、に分離する。光３２は、反射膜１３で反射されて進行方向を＋Ｚ方向に変え、再び第１の偏光分離膜１２ａに入射するが、Ｐ偏光の光であるので、第１の偏光分離膜１２ａを直進透過する。一方、偏光分離膜１２ａで反射されたＳ偏光の光である光３３は、進行方向を＋Ｚ方向に変えて波長板１４に入射する。なお、第１の偏光分離膜１２ａは、第２の偏光分離膜１２ｂと重なる一部の領域に配置されてもよいとしたが、この場合、第１の偏光分離膜１２ａは、白色光３１の光路中にあって、反射膜１３を反射した光３２の光路中にない領域に配置されてもよい。ここで、第２の偏光分離膜１２ｂと重なるとは、反射型液晶素子２２の面の法線方向（Ｚ方向）、から見て重なることを意味する。
【００２８】
波長板１４に入射した光３３は、Ｐ偏光の光に変換されて第２の偏光分離膜１２ｂに入射する。第２の偏光分離膜１２ｂも、第１の偏光分離膜１２ａと同様に、Ｐ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有し、波長板１４によって、ほぼＰ偏光の光に変換された光３４は、第２の偏光分離膜１２ｂを直進透過する。また、反射層１３で反射された光３２も、Ｐ偏光の光であるので、第２の偏光分離膜１２ｂを直進透過し、２つの光路に分離されて生じた光３２および光３４は、いずれもＰ偏光の光となって、透明基板１１ｃを出射して、反射型液晶素子２２に入射する。
【００２９】
反射型液晶素子２２で反射される光は、投影する画像に合わせて各画素に対応するように偏光状態が変換されて反射される。このとき、反射される光３５および光３６は、Ｓ偏光の光およびＰ偏光の光が混在するが、いずれも、第２の偏光分離膜１２ｂに入射すると、Ｓ偏光の光のみが＋Ｙ方向に反射され、光３７および光３８となって、透明基板１１ｃを出射する。そして、投影レンズ２３によって投影されて、図示しないスクリーン等に画像が映し出される。また、光３５および光３６のうち、Ｐ偏光の光は、第２の偏光分離膜１２ｂを直進透過するので、投影レンズ２３の方向には進行しない。
【００３０】
また、偏光変換素子１０は、この構成に限らず、第１の偏光分離膜１２ａ、第２の偏光分離膜１２ｂにおける、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光の透過と反射の機能、波長板１４の配置を変えることで他の構成としてもよい。例えば、波長板１４を、光３３の光路中ではなく光３２の光路中に配置し、第２の偏光分離膜１２ｂが、Ｓ偏光の光を直進透過させるとともに、Ｐ偏光の光を反射する機能を有するものであってもよい。この場合、投影レンズ２３には、Ｐ偏光の光が入射して図示しないスクリーン等に画像が映し出される。
【００３１】
（第２の実施形態）
本実施形態に係る偏光変換素子は、第１の実施形態とは異なり、異なる複数の波長の光が、それぞれ光路が異なって入射する場合に対応できるものである。図３に本実施形態に係る偏光変換素子４０の構成概念図を示す。偏光変換素子４０は、透明基板４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ、４１ｇおよび４１ｈを有し、透明基板４１ａと透明基板４１ｂとの間に第１の偏光分離膜４２ａを有し、透明基板４１ｃと透明基板４１ｄとの間に第２の偏光分離膜４２ｂを有し、透明基板４１ｅと透明基板４１ｆとの間に第３の偏光分離膜４２ｃを有し、透明基板４１ｆと透明基板４１ｇとの間に第４の偏光分離膜４２ｄを有する。また、第３の偏光分離膜４２ｃと第４の偏光分離膜４２ｄとの間には、第４の偏光分離膜４２ｄの領域の一部に重なるように波長板４４が備えられる。なお、図３において、第１の偏光分離膜４２ａ、第２の偏光分離膜４２ｂ、第３の偏光分離膜４２ｃは、２つの透明基板の間の全面に配置されているが、第４の偏光分離膜４２ｄの領域の一部に重なるように配置されてもよい。
【００３２】
また、透明基板４１ａと透明基板４１ｈとの間には、反射膜４３を有し、透明基板４１ｂと透明基板４１ｃとの間に第１の波長選択性反射膜４５ａを有し、そして、透明基板４１ｄと透明基板４１ｅとの間に第２の波長選択性反射膜４５ｂを有する。なお、図３において、第１の波長選択性反射膜４５ａ、第２の波長選択性反射膜４５ｂは、２つの透明基板の間の全面に配置されているが、第４の偏光分離膜４２ｄの領域の一部に重なるように配置されてもよい。例えば、第１の波長選択性反射膜４５ａおよび第２の波長選択性反射膜４５ｂは、波長板４４と重ならないような領域に配置される。
【００３３】
透明基板４１ａ〜４１ｈは、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。また、後述するように、反射膜４３は、入射する光を反射する機能を有するので、偏光変換素子４０は、透明基板４１ｈを除く構成であってもよい。また、透明基板４１ｆは、波長板４４を配置するスペースに合わせて、溝が形成されたガラスから構成されるものであってもよく、波長板４４の段差を埋める透明な接着剤と平坦なガラスから構成されるものであってもよい。
【００３４】
第１の偏光分離膜４２ａ、第２の偏光分離膜４２ｂ、第３の偏光分離膜４２ｃおよび第４の偏光分離膜４２ｄは、高屈折率の材料と低屈折率の材料と、が交互に積層された光学多層膜の構造を有する。そして、入射する光のうち、第１の偏光方向の光を透過させ、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の光を透過させるかまたは、第１の偏光方向の光を反射させ、第２の偏光方向の光を透過させる偏光分離特性を有する。光学多層膜は、第１の実施形態と同様の材料を用いて構成できる。また、第１の波長選択性反射膜４５ａおよび第２の波長選択性反射膜４５ｂは、高屈折率の材料と低屈折率の材料と、が交互に積層された光学多層膜の構造を有する。光学多層膜を構成する材料のうち、高屈折率の材料としては、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５などが挙げられ、低屈折率の材料としてはＳｉＯ２、ＭｇＦ２などが挙げられる。また、複屈折性材料を用いて、一方の直線偏光の光に対して高屈折の材料と低屈折の材料とが交互に積層され、直交する他方の直線偏光の光に対してこれらの材料間の屈折率の差がほぼ０となる設計に基づく光学多層膜によって、偏光分離特性を発生させるものであってもよい。
【００３５】
波長板４４は、とくに可視光となる波長帯域において、入射する光の偏光状態に対して略直交する偏光状態の光を出射する機能を有する。そして、波長板４４は、第１の実施形態における波長板１４と同様の材料、構成を利用することができる。さらに、反射膜４３も、第１の実施形態における反射膜１３と同様の材料を用いて構成できる。ここで、偏光変換素子４０は、各々の偏光分離膜、各々の波長選択性反射膜、反射膜４３が互いに平行して配置される構成であっても、非平行に配置される構成であってもよいが、互いに平行して配置される構成であれば、光を反射する方向の制御性が向上するので好ましい。
【００３６】
次に、偏光変換素子４０に入射する光の作用について説明する。図４は、偏光変換素子４０を用いた投射型表示装置５０の模式図であり、具体的に偏光変換素子４０に入射する光の様子を示すものである。また、必要に応じて図３の偏光変換素子４０を参照する。投射型表示装置５０は、偏光変換素子４０に加え、互いに異なる波長帯域の光を発射する第１の光源５１ａ、第２の光源５１ｂ、第３の光源５１ｃと、反射型液晶素子５２、投射レンズ５３を有する。また、図４において、偏光変換素子４０の断面をＹ−Ｚ平面とし、各々の偏光分離膜、各々の波長選択性反射膜、反射膜４３および波長板４４は、Ｙ軸およびＺ軸に対し略４５°の角度をなす面に配置される。なお、波長板４４は、第４の偏光分離膜４２ｄと重なる一部の領域に配置されてもよいとしたが、反射型液晶素子５２の面の法線方向（Ｚ方向）、から見て重なることを意味する。
【００３７】
ここで、第１の光源５１ａはλ１の波長帯の光を発射し、第２の光源５１ｂはλ２の波長帯の光を発射し、第３の光源５１ｃはλ３（λ１≠λ２≠λ３）の波長帯の光を発射する。なお、λ１、λ２、λ３は、３色光源として、４２０〜４８０ｎｍ（Ｂｌｕｅ）の帯域を有する４５０ｎｍ波長帯と、５２０〜５６０ｎｍ（Ｇｒｅｅｎ）の帯域を有する５３３ｎｍ波長帯と、６１０〜６７０ｎｍ（Ｒｅｄ）の帯域を有する６４５ｎｍ波長帯と、の組み合わせからなる。このような、Ｂｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄの３色の光源を用いる投射型表示装置は、色純度を向上させることができ、これにより、鮮明な画像を映し出すことができる。また、これら３色を時分割で駆動させる方式を採用すると、反射型液晶素子は、カラーフィルタを設けなくてもよく、反射型液晶素子の簡素化が実現できるとともに、１つの画素で。これら３色を時分割で表示できることから解像度の向上も期待できる。
【００３８】
光源５１ａから発射したλ１の波長帯域の光は、ランダムな偏光状態を有して、偏光変換素子４０に入射する。また、光源５１ａおよび後述する光源５１ｂ、光源５１ｃは、ランダムな偏光状態の光を発射するものであったり、特定の偏光状態の光を発射するものであったりしてもよい。例えば、光源５１ａが、特定の偏光状態の光を発射する場合、光源５１と偏光変換素子４０との間に偏光状態を変える機能を有する光学素子が配置されてもよい。ここで、図４において、光源５１ａを発射するλ１の波長帯域の光６１ａは、−Ｙ方向に進行しながら透明基板４１ｂを透過して、第１の偏光分離膜４２ａに入射する。なお、光６１ａを直交する２つの成分、即ち、Ｘ軸方向の光の成分とＺ軸方向の光の成分に分けるとき、Ｘ軸方向の成分をＳ偏光の光とし、Ｓ偏光と直交する光の成分をＰ偏光の光とする。また、光の進行方向が±Ｚ方向である場合は、Ｙ軸方向の光の成分がＰ偏光の光となる。なお、Ｓ偏光を第１の直線偏光、Ｐ偏光を第２の直線偏光ともいう。
【００３９】
第１の偏光分離膜４２ａは、λ１の波長帯域の光６１ａに対してＰ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有し、Ｐ偏光の光である光６２ａと、Ｓ偏光の光である光６３ａと、に分離する。光６２ａは、反射膜４３で反射されて進行方向を＋Ｚ方向に変え、再び第１の偏光分離膜４２ａに入射するが、Ｐ偏光の光であるので、第１の偏光分離膜４２ａを直進透過する。一方、偏光分離膜４２ａで反射されたＳ偏光の光である光６３ａは、進行方向が＋Ｚ方向となる。なお、第１の偏光分離膜４２ａは、光６１ａの光路中にあって、光６２ａの光路中にない領域に配置されていてもよい。そして、光６２ａ、光６３ａは、第１の波長選択性反射膜４５ａに入射する。第１の波長選択性反射膜４５ａは、入射する光の偏光状態に拘わらず、λ１の波長帯域の光を直進透過させ、λ２の波長帯域の光を反射させる機能を有するので、λ１の波長帯域の光である光６２ａ、光６３ａを直進透過させる。
【００４０】
次に、λ１の波長帯域の光と、光源５１ｂから発射したλ２の波長帯域の光を含めた光の作用について説明する。光源５１ｂから発射したλ２の波長帯域の光は、ランダムな偏光状態を有して、偏光変換素子４０に入射する。ここで、図４において、光源５１ｂを発射するλ２の波長帯域の光６１ｂは、−Ｙ方向に進行しながら透明基板４１ｄを透過して、第２の偏光分離膜４２ｂに入射する。第２の偏光分離膜４２ｂは、λ２の波長帯域の光６１ｂに対してＰ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有する。ここで、Ｐ偏光の光である光６２ｂは、λ２の波長帯域の光であるので、第１の波長選択性反射膜４５ａで反射される。このようにして、第１の波長選択性反射膜４５ａに入射する光６２ｂと、λ１の波長帯域の光６２ａと、が含まれた（Ｐ偏光の）光６３ｂが、＋Ｚ方向に進行する。
【００４１】
また、第２の偏光分離膜４２ｂは、上記のような偏光分離機能に加えて、入射する光に対して波長選択性の反射機能も有し、λ２の波長帯域の光のうちＳ偏光の光を反射させるとともに、λ１の波長帯域の光を直進透過させる。なお、第２の偏光分離膜４２ｂは、光６３ａの光路中にあって、光６３ｂの光路中にない領域に配置されてもよく、この場合、λ１の波長帯域の光のうち、Ｓ偏光の光のみを高い透過率で直進透過させるものであってもよい。このようにして、第２の偏光分離膜４２ｂで反射されたλ２の波長帯域の光のうちＳ偏光の光と、λ１の波長帯域の光６３ａと、が含まれた（Ｓ偏光の）光６４ｂが、＋Ｚ方向に進行する。
【００４２】
このように、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光を含む光６３ｂ、光６４ｂは、第２の波長選択性反射膜４５ｂに入射する。第２の波長選択性反射膜４５ｂは、入射する光の偏光状態に拘わらず、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光を直進透過させ、λ３の波長帯域の光を反射させる機能を有するので、光６３ｂ、光６４ｂを直進透過させる。
【００４３】
次に、λ１の波長帯域の光と、λ２の波長帯域の光と、光源５１ｃから発射したλ３の波長帯域の光を含めた光の作用について説明する。光源５１ｃから発射したλ３の波長帯域の光は、ランダムな偏光状態を有して、偏光変換素子４０に入射する。ここで、図４において、光源５１ｃを発射するλ３の波長帯域の光６１ｃは、−Ｙ方向に進行しながら透明基板４１ｆを透過して、第３の偏光分離膜４２ｃに入射する。第３の偏光分離膜４２ｃは、λ３の波長帯域の光６１ｃに対してＰ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有する。ここで、Ｐ偏光の光である光６２ｃは、λ３の波長帯域の光であるので、第２の波長選択性反射膜４５ｂで反射される。このようにして、第２の波長選択性反射膜４５ｂに入射する光６２ｃと、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光が混在した光６３ｂと、が含まれた（Ｐ偏光の）光６３ｃが、＋Ｚ方向に進行し、また、第３の偏光分離膜４２ｃは、Ｐ偏光の光６３ｃを直進透過させるので、第３の偏光分離膜４２ｃを透過して＋Ｚ方向に進行する。
【００４４】
また、第３の偏光分離膜４２ｃは、上記のような偏光分離機能に加えて、入射する光に対して波長選択性の反射機能も有し、λ３の波長帯域の光のうちＳ偏光の光を反射させるとともに、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光を直進透過させる。なお、第３の偏光分離膜４２ｃは、光６４ｂの光路中にあって、光６３ｃの光路中にない領域に配置されてもよく、この場合、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光は、Ｓ偏光の光のみを高い透過率で直進透過させるものであってもよい。このようにして、第３の偏光分離膜４２ｃで反射されたλ３の波長帯域の光のうちＳ偏光の光と、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光が混在した光６４ｂと、が含まれた（Ｓ偏光の）光６４ｃが、＋Ｚ方向に進行する。
【００４５】
ここで、λ１の波長帯域の光、λ２の波長帯域の光およびλ３の波長帯域の光を含むＳ偏光の光６４ｃは、波長板４４、第４の偏光分離膜４２ｄに入射する。一方、λ１の波長帯域の光、λ２の波長帯域の光およびλ３の波長帯域の光を含むＰ偏光の光６３ｃの光路中には波長板４４が配置されないので、第４の偏光分離膜４２ｄに入射する。なお、第１の偏光分離膜４２ａ、第２の偏光分離膜４２ｂ、第３の偏光分離膜４２ｃの少なくとも１つは、第４の偏光分離膜４２ｄと重なる一部の領域に配置されてもよいとした。この場合、第１の偏光分離膜４２ａは、光６１ａの光路中にあって、反射膜１３を反射した光６２ａの光路中にない領域に配置されてもよく、第２の偏光分離膜４２ｂは、光６１ｂの光路中にあって、光６３ｂの光路中にない領域に配置されてもよく、第３の偏光分離膜４２ｃは、光６１ｃの光路中にあって、光６３ｃの光路中にない領域に配置されてもよい。ここで、第４の偏光分離膜４２ｄと重なるとは、反射型液晶素子５２の面の法線方向（Ｚ方向）、から見て重なることを意味する。
【００４６】
さらに、第１の波長選択性反射膜４５ａは、光６２ａの光路中にあって、光６３ａの光路中にない領域に配置されてもよく、第２の波長選択性反射膜４５ｂは、光６３ｂの光路中にあって、光６４ｂの光路中にない領域に配置されてもよい。このとき、第１の波長選択性反射膜４５ａはλ１の波長帯域の光のうち、Ｐ偏光の光のみを高い透過率で直進透過させ、λ２の波長帯域の光のうち、Ｐ偏光の光のみを高い反射率で反射させるものであってもよい。また、第２の波長選択性反射膜４５ｂはλ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光のうち、Ｐ偏光の光のみを高い透過率で直進透過させ、λ３の波長帯域の光のうち、Ｐ偏光の光のみを高い反射率で反射させるものであってもよい。
【００４７】
波長板４４に入射した光６４ｃは、Ｐ偏光の光に変換されて第４の偏光分離膜４２ｄに入射する。第４の偏光分離膜４２ｄも、Ｐ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有し、Ｐ偏光の光に変換された光６５は、第４の偏光分離膜４２ｄを直進透過する。また、光６３ｃも、Ｐ偏光の光であるので、第４の偏光分離膜４２ｄを直進透過し、２つの光路に分離されて生じた光６３ｃおよび光６５は、いずれもＰ偏光の光となって、透明基板４１ｇを出射して、反射型液晶素子５２に入射する。
【００４８】
反射型液晶素子５２で反射される光は、投影する画像に合わせて各画素に対応するように偏光状態が変換されて反射される。このとき、反射される光６６および光６７は、Ｓ偏光の光およびＰ偏光の光が混在するが、いずれも、第４の偏光分離膜４２ｄに入射すると、Ｓ偏光の光のみが＋Ｙ方向に反射され、光６８および光６９となって、透明基板４１ｇを出射する。そして、投影レンズ５３によって投影されて、図示しないスクリーン等に画像が映し出される。また、光６８および光６９のうち、Ｐ偏光の光は、第４の偏光分離膜４２ｄを直進透過するので、投影レンズ５３の方向には進行しない。
【００４９】
また、偏光変換素子４０は、この構成に限らず、各々の偏光分離膜における、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光の透過と反射の機能、波長板４４の配置を変えることで他の構成としてもよい。例えば、波長板４４を、光６４ｃの光路中ではなく光６３ｃの光路中に配置し、各々の偏光分離膜が、Ｓ偏光の光を直進透過させるとともに、Ｐ偏光の光を反射する機能を有するものであってもよい。この場合、投影レンズ５３には、Ｐ偏光の光が入射して図示しないスクリーン等に画像が映し出される。
【実施例】
【００５０】
第１の実施形態に係る偏光変換素子１０の作製方法について説明する。まず、透明基板１１ａに相当する透明基板として、厚さ約４．２ｍｍのＳＦ２光学ガラスの一方の平面上に、反射膜１３に相当する金（Ａｕ）を約１μｍ積層する。次に、透明基板１１ｂに相当する透明基板として、厚さ約４．２ｍｍのＳＦ２光学ガラスの平面上に、ポリイミドを塗布してできたポリイミド膜をラビングして配向膜を形成する。そして、図示しない透明基板の平面に配向膜を形成し、配向膜同士を配向方向が直交するように対向させ、厚さ８μｍのシール剤で周辺をシールする。その後、シール剤によってできた空隙に、図示しない注入口から光硬化性の液晶モノマーを注入して封止し、ＵＶ光を照射して重合硬化させる。このとき、屈折率異方性Δｎが約０．１６、厚さ８μｍで、液晶分子１４ａが厚さ方向に９０°ツイストした、高分子液晶の層が得られる。その後、図示しない透明基板を除去し、約８．４ｍｍ×約９．２ｍｍの領域に高分子液晶が残るようにエッチングをし、波長板１４を得る。
【００５１】
次に、透明基板１１ｂに相当するＳＦ２基板のうち、高分子液晶の層が形成された面とは反対側の面に、第１の偏光分離膜１２ａに相当する、表１に示す光学多層膜を形成する。なお、層番号１は、透明基板１１ｂ側の番号に相当し、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の膜を交互に積層する。なお、表１に示す屈折率は、波長５２０ｎｍの光に対する屈折率を示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
次に、透明基板１１ｃに相当する透明基板として、厚さ約１０ｍｍのＳＦ２光学ガラスの一方の平面上に、第２の偏光分離膜１１ｂに相当する、表１に示す光学多層膜を形成する。なお、層番号１は、透明基板１１ｃ側の番号に相当する。その後、透明基板１１ｃに相当するＳＦ２基板の光学多層膜側の面と、透明基板１１ｂに相当するＳＦ２基板の高分子液晶側の面とを、波長５２０ｎｍの光における屈折率が約１．６となる透明接着剤を介して、高分子液晶の段差を埋めるとともに、それぞれの光学多層膜とが平行となるように接着する。さらに、透明基板１１ｂに相当するＳＦ２基板の光学多層膜側の面と、透明基板１１ａに相当するＳＦ２基板の反射膜と反対側の面とを上記の透明接着剤を介し、光学多層膜側と反射膜とが平行となるように接着する。次に、透明基板１１ｄに相当する透明基板として、厚さ約４．２ｍｍのＳＦ２光学ガラスの一方の平面と、透明基板１１ａに相当するＳＦ２基板の反射膜の面とを上記の透明接着剤を介して接着する。
【００５４】
次に、高分子液晶層の端部を含み、各ＳＦ２の基板面に対して４５°の角度をなす方向に沿って切断する。また、上記切断面と平行で、高分子液晶層の幅が、第２の偏光分離膜１２ｂの光学多層膜の幅の半分程度となるように約１２ｍｍの幅で切断する。なお、約１２ｍｍの幅は、図２におけるＹ軸方向の幅に相当する。さらに、反射膜１３に相当する金（Ａｕ）膜が、この約１２ｍｍの幅の半分程度となるとともに、上記２つの平行な切断面と直交するように、透明基板１１ａおよび透明基板１１ｄに相当するＳＦ２基板を切断する。その後、上記２つの平行な切断面と直交するように、透明基板１１ｃに相当するＳＦ２基板を約１８ｍｍの幅となるように切断し、図１に示すような偏光分離素子１０を得る。なお、約１８ｍｍの幅は、図２におけるＺ軸方向の幅に相当する。
【００５５】
次に、作製した波長板１４に相当する高分子液晶層および、偏光分離膜１２ａ、１２ｂに相当する光学多層膜の光学特性を調べる。図５（ａ）は、波長板１４に相当する高分子液晶層と、入射する光との位置関係を示す模式図である。ここで、高分子液晶層に入射する光７１はＸ軸方向に揃った直線偏光の光であって、高分子液晶層の厚さ方向と光の進行方向とがなす角度（＝入射角）が４５°となるとともに、高分子液晶層の光入射側の、液晶分子は、Ｘ軸方向に配向されるように配置する。
【００５６】
高分子液晶層を出射した光７２に対して、Ｙ軸方向の光を透過し、Ｘ軸方向の光を遮断する検光子７３を配置してＸ軸方向の直線偏光の光７４を得る。このとき、光７２の光量に対する光７４の光量の比、つまり、高分子液晶層によって直交する光に変換される光の効率を偏光透過率ηＴ［％］とし、可視光を含む波長λが、４００〜７００ｎｍの光に対する偏光透過率ηＴを計算した。このときの計算結果を図６に示す。この結果より、４００〜７００ｎｍの波長帯域でいずれも、８３％以上の偏光透過率が得られ、４５０〜６５０ｎｍの波長帯域では、８９％以上の偏光透過率が得られることが確認された。
【００５７】
また、図５（ｂ）は、偏光分離膜１２ａまたは１２ｂに相当する光学多層膜と、入射する光に対する透過、反射の関係を示す模式図である。ここで、ＳＦ２を媒質とし、光学多層膜に入射する光８１はランダムな偏光状態の光であって、表１に示す光学多層膜の厚さ方向と光の進行方向とがなす角度（＝入射角）が４５°となるように配置する。ここで、入射する光８１のうち、光学多層膜で反射するＸ軸方向の成分（Ｓ偏光）の光の反射率をＲＳ［％］、光学多層膜で反射するＹ軸方向の成分（Ｐ偏光）の光の反射率をＲＰ［％］とする。また、光学多層膜を透過する媒体をＳＦ２とし、入射する光８１のうち、光学多層膜を透過するＳ偏光の光の透過率をＴＳ［％］、光学多層膜を透過するＰ偏光の光の透過率をＴＰ［％］とする。
【００５８】
そして、可視光を含む波長λが、４００〜７００ｎｍの光に対するＲＳ、ＴＳ、ＲＰ、ＴＰを計算した。このときの計算結果として、４００〜７００ｎｍの光に対するＲＳ、ＴＳを図７（ａ）、４００〜７００ｎｍの光に対するＲＰ、ＴＰを図７（ｂ）に示す。この結果より、４００〜７００ｎｍの波長帯域でいずれも、Ｓ偏光の光に対する反射率ＲＳが略１００％であるとともに、Ｓ偏光の光に対する透過率ＴＳが略０％であることが確認された。また、４００〜７００ｎｍの波長帯域でいずれも、Ｐ偏光の光に対する透過率ＴＰが９５％以上であるとともに、Ｐ偏光の光に対する反射率ＲＰが５％以下であることが確認された。
【００５９】
したがって、本実施例の高分子液晶層および光学多層膜を用いて、偏光変換素子１０を作製すると、可視光を含む波長帯域で入射する光に対して高い効率で、特定の偏光方向（Ｐ偏光）の光に変換することができる。また、本実施例の設計に基づく偏光変換素子１０を投射型表示装置２０に用いると、偏光変換素子１０を出射して反射型液晶素子で正反射する光のうち、Ｓ偏光の光に対して高い反射率で投影レンズ２３側に光を出射することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる偏光変換素子は、小型化が実現できるとともに簡易的な構造を有するとともに、該偏光変換素子を用いた投射型表示装置は、とくに偏光ビームスプリッタを別途用いることなく構成できるので、小型の投射型表示装置を実現できる。
【符号の説明】
【００６１】
１０、４０、１０３ 偏光変換素子
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ、４１ｇ、４１ｈ 透明基板
１２ａ、４２ａ 第１の偏光分離膜
１２ｂ、４２ｂ 第２の偏光分離膜
１３、４３ 反射膜
１４、４４ 波長板
１４ａ 液晶分子
２０、５０、１００ 投射型表示装置
２１、１０１ 光源
２２、５２、１０５ 反射型液晶素子
２３、５３、１０６ 投影レンズ
３１ 白色光
３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６４ｂ、６４ｃ、６５、６６、６７、６８、６９、７１、７２、７４、８１、８２、８３ 光
４２ｃ 第３の偏光分離膜
４２ｄ 第４の偏光分離膜
５１ａ 第１の光源
５１ｂ 第２の光源
５１ｃ 第３の光源
７３ 検光子
１０２ 集光レンズ
１０４ 偏光ビームスプリッタ
１０７ スクリーン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏光変換素子およびそれを用いた投射型表示装置に係り、光源から発射された光を一方向に揃った偏光状態の光に変換する偏光変換素子および、該偏光変換素子と、とくに液晶を用いた画像表示用素子に表示された画像を投射光学系によってスクリーン等に投影する投射型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データプロジェクタあるいは背面投射型テレビジョン受像機のように、スクリーンに投影画像を表示する投射型表示装置において、画像表示素子として反射型液晶素子（ＬＣＯＳ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いるものが注目されている。反射型液晶素子を用いる投射型表示装置は、透過型の液晶素子とは異なり、光を反射させる側に、液晶を駆動するためのトランジスタ等の構造体を形成することができるので、画素密度を高くすることができる。これにより、高い解像度、高い開口率、さらに、高いコントラスト比が得られるという特徴を有する。
【０００３】
図８は、反射型液晶素子を用いた従来の投射型表示装置１００の一例を示す模式図である。投射型表示装置１００は、光源１０１と、集光レンズ１０２、偏光変換素子１０３、偏光ビームスプリッタ１０４、反射型液晶素子１０５および投影レンズ１０６を有する。投射型表示装置１００は、光源１０１からの光を、集光レンズ１０２で集光し、偏光変換素子１０３によって所定の直線偏光の光に変換し、そして偏光ビームスプリッタ１０４によって、高い反射率で反射させ、反射型液晶素子１０５に光を照射する。反射型液晶素子１０５で反射した光情報によって画像が生成され、反射した光が偏光ビームスプリッタ１０４を透過して投影レンズ１０６によってスクリーン１０７等に画像が映し出される。なお、偏光変換素子１０３は、光源１０１と集光レンズ１０２との間の光路中に配置されるものであっても同様の機能を有する。
【０００４】
ここで、偏光変換素子１０３としては、複数の透光性部材と、透光性部材間に交互に配置された複数の偏光分離膜、反射膜を有し、さらに透光性部材の光出射側には、透光性部材一つおきに１／２波長板を有する構成のものが報告されている（例えば、特許文献１）。これにより、１／２波長板を有さない透光性部材を出射する直線偏光の光と、１／２波長板を出射する直線偏光の光は、いずれも同じ方向の直線偏光の光として出射することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２１５６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の投射型表示装置に用いられる偏光変換素子は、１／２波長板が交互にアレイ状に配置される複雑な構造であって、作製には高い精度が要求される。また、特定の直線偏光の光を反射型液晶素子で反射させるとともに、反射型液晶素子で反射した光を投影レンズに入射させるために偏光ビームスプリッタを用いるため、投射型表示装置が大型化してしまう、という問題があった。とくに、小型、薄型のモバイル型プロジェクタの開発が進められているが、このような構成では、装置の小型化の実現には、障害となっていた。
【０００７】
本発明は、従来技術のかかる問題を解決するためになされたものであり、ランダムな偏光状態で入射する光に対して、特定の偏光方向の光に揃えて出射するとともに、簡易的な構造でかつ、小型化が実現できる偏光変換素子を提供することを目的とする。さらに、この偏光変換素子を用いた投射型表示装置の小型化を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、入射する光を反射する反射層と、入射する光のうち互いに直交する第１の偏光と第２の偏光のうち、一方を直進透過させるとともに他方を反射する第１の偏光分離膜と第２の偏光分離膜と、がそれぞれ透明基板を介して、この順番に備えられ、さらに、前記第１の偏光分離膜と前記第２の偏光分離膜との間に、前記第２の偏光分離膜の一部の領域に重なるように、波長板が備えられ、前記波長板は、入射する光の偏光方向に対して透過する光の偏光方向が直交する機能を有する偏光変換素子を提供する。
【０００９】
また、前記波長板は、光学軸が厚さ方向に略９０°ツイストした旋光子の構成を有する上記の偏光変換素子を提供する。
【００１０】
また、前記反射層、前記第１の偏光分離膜、前記第１の偏光分離膜、および前記波長板は、いずれも平行に配置される上記の偏光変換素子を提供する。
【００１１】
また、少なくとも可視光領域を含む光を発射する光源と、反射した光に画像情報を与える反射型液晶素子と、画像情報を有する光を投射する投影レンズと、を有する投射型表示装置であって、前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路中に、前記光源から発射した光が、上記の偏光変換素子の前記第１の偏光分離膜の面に対して斜め方向に入射するように配置される投射型表示装置を提供する。
【００１２】
また、入射する光を反射する反射層と、入射する光のうち互いに直交する第１の偏光と第２の偏光のうち、一方を直進透過させるとともに他方を反射する第１の偏光分離膜、第２の偏光分離膜、第３の偏光分離膜および第４の偏光分離膜と、特定の波長帯域を有する波長λ１の光を透過するとともに、特定の波長帯域を有する波長λ２（λ１≠λ２）の光を反射する第１の波長選択性反射膜と、前記波長λ１の光および前記波長λ２の光を透過するとともに、特定の波長帯域を有する波長λ３（λ１≠λ２≠λ３）の光を反射する第１の波長選択性反射膜と、を有し、前記反射膜、前記第１の偏光分離膜、前記第１の波長選択性反射膜、前記第２の偏光分離膜、前記第２の波長選択性反射膜、前記第３の偏光分離膜、前記第４の偏光分離膜、がそれぞれ透明基板を介して、この順番に備えられ、さらに、前記第３の偏光分離膜と前記第４の偏光分離膜との間に、前記第４の偏光分離膜の一部の領域に重なるように、波長板が備えられ、前記波長板は、入射する光の偏光方向に対して透過する光の偏光方向が直交する機能を有する偏光変換素子を提供する。
【００１３】
また、前記波長板は、光学軸が厚さ方向に略９０°ツイストした旋光子の構成を有する上記の偏光変換素子を提供する。
【００１４】
また、前記反射層、前記第１の偏光分離膜、前記第２の偏光分離膜、前記第３の偏光分離膜、前記第４の偏光分離膜、前記第１の波長選択性反射膜、前記第１の波長選択性反射膜、および前記波長板は、いずれも平行に配置される上記の偏光変換素子を提供する。
【００１５】
また、特定の波長帯域を有する波長λ１の光を発射する第１の光源と、特定の波長帯域を有する波長λ２（λ１≠λ２）の光を発射する第２の光源と、特定の波長帯域を有する波長λ３（λ１≠λ２≠λ３）の光を発射する第３の光源と、反射した光に画像情報を与える反射型液晶素子と、画像情報を有する光を投射する投影レンズと、を有する投射型表示装置であって、前記第１の光源と前記反射型液晶素子との間の光路中に、前記第１の光源から発射した波長λ１の光、前記第２の光源から発射した波長λ２の光および前記第３の光源から発射した波長λ３の光が、上記に記載の偏光変換素子の、前記第１の偏光分離膜の面、前記第２の偏光分離膜の面、前記第３の偏光分離膜の面に対してそれぞれ、斜め方向に入射するように配置される投射型表示装置を提供する。
【００１６】
さらに、前記波長λ１、前記波長λ２および前記波長λ３は、４２０〜４８０ｎｍである４５０ｎｍ波長帯、５２０〜５６０ｎｍである５３３ｎｍ波長帯、６１０〜６７０ｎｍである６４５ｎｍ波長帯の組み合わせからなる上記の投射型表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、ランダムな偏光状態で入射する光に対して、特定の偏光方向の光に揃えて出射する偏光変換素子を、簡易的な構造とし、さらに、この偏光変換素子を用いることによって小型化が実現できる効果を有する投射型表示装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施形態に係る偏光変換素子の構成概念図。
【図２】第１の実施形態に係る偏光変換素子を用いた投射型表示装置の構成概念図。
【図３】第２の実施形態に係る偏光変換素子の構成概念図。
【図４】第２の実施形態に係る偏光変換素子を用いた投射型表示装置の構成概念図。
【図５】（ａ）実施例の偏光変換素子を構成する旋光機能を有する波長板と、波長板に入射する光の様子を示す模式図。（ｂ）実施例の偏光変換素子を構成する偏光分離膜と、偏光分離膜に入射する光の様子を示す模式図。
【図６】実施例の偏光変換素子を構成する波長板における偏光透過率の波長依存性を示すグラフ。
【図７】（ａ）実施例の偏光変換素子を構成する波長選択性反射膜の反射率／透過率の波長依存性を示すグラフ（Ｓ偏光の光）。（ｂ）実施例の偏光変換素子を構成する波長選択性反射膜の反射率／透過率の波長依存性を示すグラフ（Ｐ偏光の光）。
【図８】従来の投射型表示装置の構成概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（第１の実施形態）
図１に本実施形態に係る偏光変換素子１０の構成概念図を示す。偏光変換素子１０は、透明基板１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを有し、透明基板１１ａと透明基板１１ｂとの間に第１の偏光分離膜１２ａを有し、透明基板１１ｂと透明基板１１ｃとの間に第２の偏光分離膜１２ｂを有する。また、第１の偏光分離膜１２ａと第２の偏光分離膜１２ｂとの間には、第２の偏光分離膜１２ｂの領域の一部に重なるように波長板１４が備えられる。なお、図１において、第１の偏光分離膜１２ａは、透明基板１１ａと透明基板１１ｂとの間の全面に配置されているが、第２の偏光分離膜１２ｂの領域の一部に重なるように配置されてもよい。また、透明基板１１ａと透明基板１１ｄとの間には、反射膜１３が備えられる。
【００２０】
透明基板１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｄは、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。また、後述するように、反射膜１３は、入射する光を反射する機能を有するので、偏光変換素子１０は、透明基板１１ｄを除く構成であってもよい。また、透明基板１１ｂは、波長板１４を配置するスペースに合わせて、溝が形成されたガラスから構成されるものであってもよく、波長板１４の段差を埋める透明な接着剤と平坦なガラスから構成されるものであってもよい。
【００２１】
第１の偏光分離膜１２ａおよび第２の偏光分離膜１２ｂは、高屈折率の材料と低屈折率の材料と、が交互に積層された光学多層膜の構造を有し、入射する光のうち、第１の偏光方向の光を透過させ、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の光を透過させるかまたは、第１の偏光方向の光を反射させ、第２の偏光方向の光を透過させる偏光分離特性を有する。光学多層膜を構成する材料のうち、高屈折率の材料としては、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５などが挙げられ、低屈折率の材料としてはＳｉＯ２、ＭｇＦ２などが挙げられる。また、複屈折性材料を用いて、一方の直線偏光の光に対して高屈折の材料と低屈折の材料とが交互に積層され、直交する他方の直線偏光の光に対してこれらの材料間の屈折率の差がほぼ０となる設計に基づく光学多層膜によって、偏光分離特性を発生させるものであってもよい。
【００２２】
波長板１４は、とくに可視光となる波長帯域において、入射する光の偏光状態に対して略直交する偏光状態の光を出射する機能を有する。波長板１４は、複屈折性を発生する材料からなり、例えば、入射する光が直線偏光の光である場合、厚さ方向に螺旋軸を有して遅相軸が略９０°ツイストした、旋光子としての機能を有する位相差板であってもよい。また、光学軸（遅相軸または進相軸）が厚さ方向と直交する平面に揃い、かつ、厚さ方向にツイストしない位相差板であって、１／２波長に略等しい位相差、または１／２波長の奇数倍に略等しい位相差が与えられるものであってもよい。また、波長板１４を構成するする材料は、ポリカーボネートや高分子液晶などの有機材料、水晶やＬｉＮｂＯ３（ニオブ酸リチウム）などの単結晶を用いることができ、また、光学軸がツイストする位相差板とする場合、作製上、高分子液晶が好ましく使用できる。また、波長板１４は、異なる光学軸の方向を有する複数の位相差板が重ねられて構成するもの、光学軸が厚さ方向にツイストした複数の位相差板が重ねられて構成するもの、これらの組み合わせによって構成するものであってもよい。
【００２３】
また、図１の偏光変換素子１０において、波長板１４は、第２の偏光分離膜１２ｂの上部、つまり上半分を覆うように配置しているが、これに限らず、第２の偏光分離膜１２ｂの下部、つまり下半分を覆うように配置するものであってもよい。また、波長板１４は、第１の偏光分離膜１２ａの下部に配置するものであってもよい。さらに、波長板１４は、第１の偏光分離膜１２ａ、第２の偏光分離膜１２ｂの平面と平行に配置される構成に限らず、後述するように第１の偏光分離膜１２ａで分離した光のうち一方の光のみが透過すれば、これらの平面と非平行となる面に形成されてもよい。
【００２４】
反射膜１３は、入射する光に対して高い反射率で反射できればよく、アルミニウム、銀や金などの金属の膜や、高屈折率の材料と低屈折率の材料とが交互に積層された光学多層膜などで構成される。ここで、偏光変換素子１０は、第１の偏光分離膜１２ａ、第２の偏光分離膜１２ｂ、反射膜１３のそれぞれの膜面が互いに平行に配置される構成であっても、非平行に配置される構成であってもよいが、互いに平行に配置される構成であれば、光を反射する方向の制御性が向上するので好ましい。
【００２５】
次に、偏光変換素子１０に入射する光の作用について説明する。図２は、偏光変換素子１０を用いた投射型表示装置２０の模式図であり、具体的に偏光変換素子１０に入射する光の様子を示すものである。また、必要に応じて図１の偏光変換素子１０を参照する。投射型表示装置２０は、偏光変換素子１０に加え、可視光帯域の光（白色光）を発射する光源２１と、反射型液晶素子２２、投射レンズ２３を有する。また、図２において、偏光変換素子１０の断面をＹ−Ｚ平面とし、第１の偏光分離膜１２ａ、第２の偏光分離膜１２ｂ、反射膜１３および波長板１４は、Ｙ軸およびＺ軸に対し略４５°の角度をなす面に配置される。なお、波長板１４は、第２の偏光分離膜１２ｂと重なる一部の領域に配置されてもよいとしたが、反射型液晶素子２２の面の法線方向（Ｚ方向）、から見て重なることを意味する。
【００２６】
光源２１から発射した白色光は、ランダムな偏光状態を有して、偏光変換素子１０に入射する。光源２１は、ランダムな偏光状態の白色光を発射するものであったり、特定の偏光状態の白色光を発射するものであったりしてもよい。例えば、光源２１が、特定の偏光状態の白色光を発射する場合、光源２１と偏光変換素子１０との間に偏光状態を変える機能を有する光学素子が配置されてもよい。ここで、図２において、光源２１を発射する白色光３１は、−Ｙ方向に進行しながら透明基板１１ｂを透過して、第１の偏光分離膜１２ａに入射する。なお、白色光３１を直交する２つの成分、即ち、Ｘ軸方向の光の成分とＺ軸方向の光の成分と、に分けるとき、Ｘ軸方向の成分をＳ偏光の光とし、Ｓ偏光と直交する光の成分をＰ偏光の光とする。また、光の進行方向が±Ｚ方向である場合は、Ｙ軸方向の光の成分がＰ偏光の光となる。なお、Ｓ偏光を第１の直線偏光、Ｐ偏光を第２の直線偏光ともいう。
【００２７】
第１の偏光分離膜１２ａは、白色光３１に対してＰ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有し、Ｐ偏光の光である光３２と、Ｓ偏光の光である光３３と、に分離する。光３２は、反射膜１３で反射されて進行方向を＋Ｚ方向に変え、再び第１の偏光分離膜１２ａに入射するが、Ｐ偏光の光であるので、第１の偏光分離膜１２ａを直進透過する。一方、偏光分離膜１２ａで反射されたＳ偏光の光である光３３は、進行方向を＋Ｚ方向に変えて波長板１４に入射する。なお、第１の偏光分離膜１２ａは、第２の偏光分離膜１２ｂと重なる一部の領域に配置されてもよいとしたが、この場合、第１の偏光分離膜１２ａは、白色光３１の光路中にあって、反射膜１３を反射した光３２の光路中にない領域に配置されてもよい。ここで、第２の偏光分離膜１２ｂと重なるとは、反射型液晶素子２２の面の法線方向（Ｚ方向）、から見て重なることを意味する。
【００２８】
波長板１４に入射した光３３は、Ｐ偏光の光に変換されて第２の偏光分離膜１２ｂに入射する。第２の偏光分離膜１２ｂも、第１の偏光分離膜１２ａと同様に、Ｐ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有し、波長板１４によって、ほぼＰ偏光の光に変換された光３４は、第２の偏光分離膜１２ｂを直進透過する。また、反射層１３で反射された光３２も、Ｐ偏光の光であるので、第２の偏光分離膜１２ｂを直進透過し、２つの光路に分離されて生じた光３２および光３４は、いずれもＰ偏光の光となって、透明基板１１ｃを出射して、反射型液晶素子２２に入射する。
【００２９】
反射型液晶素子２２で反射される光は、投影する画像に合わせて各画素に対応するように偏光状態が変換されて反射される。このとき、反射される光３５および光３６は、Ｓ偏光の光およびＰ偏光の光が混在するが、いずれも、第２の偏光分離膜１２ｂに入射すると、Ｓ偏光の光のみが＋Ｙ方向に反射され、光３７および光３８となって、透明基板１１ｃを出射する。そして、投影レンズ２３によって投影されて、図示しないスクリーン等に画像が映し出される。また、光３５および光３６のうち、Ｐ偏光の光は、第２の偏光分離膜１２ｂを直進透過するので、投影レンズ２３の方向には進行しない。
【００３０】
また、偏光変換素子１０は、この構成に限らず、第１の偏光分離膜１２ａ、第２の偏光分離膜１２ｂにおける、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光の透過と反射の機能、波長板１４の配置を変えることで他の構成としてもよい。例えば、波長板１４を、光３３の光路中ではなく光３２の光路中に配置し、第２の偏光分離膜１２ｂが、Ｓ偏光の光を直進透過させるとともに、Ｐ偏光の光を反射する機能を有するものであってもよい。この場合、投影レンズ２３には、Ｐ偏光の光が入射して図示しないスクリーン等に画像が映し出される。
【００３１】
（第２の実施形態）
本実施形態に係る偏光変換素子は、第１の実施形態とは異なり、異なる複数の波長の光が、それぞれ光路が異なって入射する場合に対応できるものである。図３に本実施形態に係る偏光変換素子４０の構成概念図を示す。偏光変換素子４０は、透明基板４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ、４１ｇおよび４１ｈを有し、透明基板４１ａと透明基板４１ｂとの間に第１の偏光分離膜４２ａを有し、透明基板４１ｃと透明基板４１ｄとの間に第２の偏光分離膜４２ｂを有し、透明基板４１ｅと透明基板４１ｆとの間に第３の偏光分離膜４２ｃを有し、透明基板４１ｆと透明基板４１ｇとの間に第４の偏光分離膜４２ｄを有する。また、第３の偏光分離膜４２ｃと第４の偏光分離膜４２ｄとの間には、第４の偏光分離膜４２ｄの領域の一部に重なるように波長板４４が備えられる。なお、図３において、第１の偏光分離膜４２ａ、第２の偏光分離膜４２ｂ、第３の偏光分離膜４２ｃは、２つの透明基板の間の全面に配置されているが、第４の偏光分離膜４２ｄの領域の一部に重なるように配置されてもよい。
【００３２】
また、透明基板４１ａと透明基板４１ｈとの間には、反射膜４３を有し、透明基板４１ｂと透明基板４１ｃとの間に第１の波長選択性反射膜４５ａを有し、そして、透明基板４１ｄと透明基板４１ｅとの間に第２の波長選択性反射膜４５ｂを有する。なお、図３において、第１の波長選択性反射膜４５ａ、第２の波長選択性反射膜４５ｂは、２つの透明基板の間の全面に配置されているが、第４の偏光分離膜４２ｄの領域の一部に重なるように配置されてもよい。例えば、第１の波長選択性反射膜４５ａおよび第２の波長選択性反射膜４５ｂは、波長板４４と重ならないような領域に配置される。
【００３３】
透明基板４１ａ〜４１ｈは、入射する光に対して透明であれば、樹脂板、樹脂フィルムなど種々の材料を用いることができるが、ガラスや石英ガラスなどの光学的等方性材料を用いると、透過光に複屈折性の影響を与えないため好ましい。また、後述するように、反射膜４３は、入射する光を反射する機能を有するので、偏光変換素子４０は、透明基板４１ｈを除く構成であってもよい。また、透明基板４１ｆは、波長板４４を配置するスペースに合わせて、溝が形成されたガラスから構成されるものであってもよく、波長板４４の段差を埋める透明な接着剤と平坦なガラスから構成されるものであってもよい。
【００３４】
第１の偏光分離膜４２ａ、第２の偏光分離膜４２ｂ、第３の偏光分離膜４２ｃおよび第４の偏光分離膜４２ｄは、高屈折率の材料と低屈折率の材料と、が交互に積層された光学多層膜の構造を有する。そして、入射する光のうち、第１の偏光方向の光を透過させ、第１の偏光方向と直交する第２の偏光方向の光を透過させるかまたは、第１の偏光方向の光を反射させ、第２の偏光方向の光を透過させる偏光分離特性を有する。光学多層膜は、第１の実施形態と同様の材料を用いて構成できる。また、第１の波長選択性反射膜４５ａおよび第２の波長選択性反射膜４５ｂは、高屈折率の材料と低屈折率の材料と、が交互に積層された光学多層膜の構造を有する。光学多層膜を構成する材料のうち、高屈折率の材料としては、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５などが挙げられ、低屈折率の材料としてはＳｉＯ２、ＭｇＦ２などが挙げられる。また、複屈折性材料を用いて、一方の直線偏光の光に対して高屈折の材料と低屈折の材料とが交互に積層され、直交する他方の直線偏光の光に対してこれらの材料間の屈折率の差がほぼ０となる設計に基づく光学多層膜によって、偏光分離特性を発生させるものであってもよい。
【００３５】
波長板４４は、とくに可視光となる波長帯域において、入射する光の偏光状態に対して略直交する偏光状態の光を出射する機能を有する。そして、波長板４４は、第１の実施形態における波長板１４と同様の材料、構成を利用することができる。さらに、反射膜４３も、第１の実施形態における反射膜１３と同様の材料を用いて構成できる。ここで、偏光変換素子４０は、各々の偏光分離膜、各々の波長選択性反射膜、反射膜４３が互いに平行して配置される構成であっても、非平行に配置される構成であってもよいが、互いに平行して配置される構成であれば、光を反射する方向の制御性が向上するので好ましい。
【００３６】
次に、偏光変換素子４０に入射する光の作用について説明する。図４は、偏光変換素子４０を用いた投射型表示装置５０の模式図であり、具体的に偏光変換素子４０に入射する光の様子を示すものである。また、必要に応じて図３の偏光変換素子４０を参照する。投射型表示装置５０は、偏光変換素子４０に加え、互いに異なる波長帯域の光を発射する第１の光源５１ａ、第２の光源５１ｂ、第３の光源５１ｃと、反射型液晶素子５２、投射レンズ５３を有する。また、図４において、偏光変換素子４０の断面をＹ−Ｚ平面とし、各々の偏光分離膜、各々の波長選択性反射膜、反射膜４３および波長板４４は、Ｙ軸およびＺ軸に対し略４５°の角度をなす面に配置される。なお、波長板４４は、第４の偏光分離膜４２ｄと重なる一部の領域に配置されてもよいとしたが、反射型液晶素子５２の面の法線方向（Ｚ方向）、から見て重なることを意味する。
【００３７】
ここで、第１の光源５１ａはλ１の波長帯の光を発射し、第２の光源５１ｂはλ２の波長帯の光を発射し、第３の光源５１ｃはλ３（λ１≠λ２≠λ３）の波長帯の光を発射する。なお、λ１、λ２、λ３は、３色光源として、４２０〜４８０ｎｍ（Ｂｌｕｅ）の帯域を有する４５０ｎｍ波長帯と、５２０〜５６０ｎｍ（Ｇｒｅｅｎ）の帯域を有する５３３ｎｍ波長帯と、６１０〜６７０ｎｍ（Ｒｅｄ）の帯域を有する６４５ｎｍ波長帯と、の組み合わせからなる。このような、Ｂｌｕｅ、Ｇｒｅｅｎ、Ｒｅｄの３色の光源を用いる投射型表示装置は、色純度を向上させることができ、これにより、鮮明な画像を映し出すことができる。また、これら３色を時分割で駆動させる方式を採用すると、反射型液晶素子は、カラーフィルタを設けなくてもよく、反射型液晶素子の簡素化が実現できるとともに、１つの画素で。これら３色を時分割で表示できることから解像度の向上も期待できる。
【００３８】
光源５１ａから発射したλ１の波長帯域の光は、ランダムな偏光状態を有して、偏光変換素子４０に入射する。また、光源５１ａおよび後述する光源５１ｂ、光源５１ｃは、ランダムな偏光状態の光を発射するものであったり、特定の偏光状態の光を発射するものであったりしてもよい。例えば、光源５１ａが、特定の偏光状態の光を発射する場合、光源５１と偏光変換素子４０との間に偏光状態を変える機能を有する光学素子が配置されてもよい。ここで、図４において、光源５１ａを発射するλ１の波長帯域の光６１ａは、−Ｙ方向に進行しながら透明基板４１ｂを透過して、第１の偏光分離膜４２ａに入射する。なお、光６１ａを直交する２つの成分、即ち、Ｘ軸方向の光の成分とＺ軸方向の光の成分に分けるとき、Ｘ軸方向の成分をＳ偏光の光とし、Ｓ偏光と直交する光の成分をＰ偏光の光とする。また、光の進行方向が±Ｚ方向である場合は、Ｙ軸方向の光の成分がＰ偏光の光となる。なお、Ｓ偏光を第１の直線偏光、Ｐ偏光を第２の直線偏光ともいう。
【００３９】
第１の偏光分離膜４２ａは、λ１の波長帯域の光６１ａに対してＰ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有し、Ｐ偏光の光である光６２ａと、Ｓ偏光の光である光６３ａと、に分離する。光６２ａは、反射膜４３で反射されて進行方向を＋Ｚ方向に変え、再び第１の偏光分離膜４２ａに入射するが、Ｐ偏光の光であるので、第１の偏光分離膜４２ａを直進透過する。一方、偏光分離膜４２ａで反射されたＳ偏光の光である光６３ａは、進行方向が＋Ｚ方向となる。なお、第１の偏光分離膜４２ａは、光６１ａの光路中にあって、光６２ａの光路中にない領域に配置されていてもよい。そして、光６２ａ、光６３ａは、第１の波長選択性反射膜４５ａに入射する。第１の波長選択性反射膜４５ａは、入射する光の偏光状態に拘わらず、λ１の波長帯域の光を直進透過させ、λ２の波長帯域の光を反射させる機能を有するので、λ１の波長帯域の光である光６２ａ、光６３ａを直進透過させる。
【００４０】
次に、λ１の波長帯域の光と、光源５１ｂから発射したλ２の波長帯域の光を含めた光の作用について説明する。光源５１ｂから発射したλ２の波長帯域の光は、ランダムな偏光状態を有して、偏光変換素子４０に入射する。ここで、図４において、光源５１ｂを発射するλ２の波長帯域の光６１ｂは、−Ｙ方向に進行しながら透明基板４１ｄを透過して、第２の偏光分離膜４２ｂに入射する。第２の偏光分離膜４２ｂは、λ２の波長帯域の光６１ｂに対してＰ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有する。ここで、Ｐ偏光の光である光６２ｂは、λ２の波長帯域の光であるので、第１の波長選択性反射膜４５ａで反射される。このようにして、第１の波長選択性反射膜４５ａに入射する光６２ｂと、λ１の波長帯域の光６２ａと、が含まれた（Ｐ偏光の）光６３ｂが、＋Ｚ方向に進行する。
【００４１】
また、第２の偏光分離膜４２ｂは、上記のような偏光分離機能に加えて、入射する光に対して波長選択性の反射機能も有し、λ２の波長帯域の光のうちＳ偏光の光を反射させるとともに、λ１の波長帯域の光を直進透過させる。なお、第２の偏光分離膜４２ｂは、光６３ａの光路中にあって、光６３ｂの光路中にない領域に配置されてもよく、この場合、λ１の波長帯域の光のうち、Ｓ偏光の光のみを高い透過率で直進透過させるものであってもよい。このようにして、第２の偏光分離膜４２ｂで反射されたλ２の波長帯域の光のうちＳ偏光の光と、λ１の波長帯域の光６３ａと、が含まれた（Ｓ偏光の）光６４ｂが、＋Ｚ方向に進行する。
【００４２】
このように、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光を含む光６３ｂ、光６４ｂは、第２の波長選択性反射膜４５ｂに入射する。第２の波長選択性反射膜４５ｂは、入射する光の偏光状態に拘わらず、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光を直進透過させ、λ３の波長帯域の光を反射させる機能を有するので、光６３ｂ、光６４ｂを直進透過させる。
【００４３】
次に、λ１の波長帯域の光と、λ２の波長帯域の光と、光源５１ｃから発射したλ３の波長帯域の光を含めた光の作用について説明する。光源５１ｃから発射したλ３の波長帯域の光は、ランダムな偏光状態を有して、偏光変換素子４０に入射する。ここで、図４において、光源５１ｃを発射するλ３の波長帯域の光６１ｃは、−Ｙ方向に進行しながら透明基板４１ｆを透過して、第３の偏光分離膜４２ｃに入射する。第３の偏光分離膜４２ｃは、λ３の波長帯域の光６１ｃに対してＰ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有する。ここで、Ｐ偏光の光である光６２ｃは、λ３の波長帯域の光であるので、第２の波長選択性反射膜４５ｂで反射される。このようにして、第２の波長選択性反射膜４５ｂに入射する光６２ｃと、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光が混在した光６３ｂと、が含まれた（Ｐ偏光の）光６３ｃが、＋Ｚ方向に進行し、また、第３の偏光分離膜４２ｃは、Ｐ偏光の光６３ｃを直進透過させるので、第３の偏光分離膜４２ｃを透過して＋Ｚ方向に進行する。
【００４４】
また、第３の偏光分離膜４２ｃは、上記のような偏光分離機能に加えて、入射する光に対して波長選択性の反射機能も有し、λ３の波長帯域の光のうちＳ偏光の光を反射させるとともに、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光を直進透過させる。なお、第３の偏光分離膜４２ｃは、光６４ｂの光路中にあって、光６３ｃの光路中にない領域に配置されてもよく、この場合、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光は、Ｓ偏光の光のみを高い透過率で直進透過させるものであってもよい。このようにして、第３の偏光分離膜４２ｃで反射されたλ３の波長帯域の光のうちＳ偏光の光と、λ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光が混在した光６４ｂと、が含まれた（Ｓ偏光の）光６４ｃが、＋Ｚ方向に進行する。
【００４５】
ここで、λ１の波長帯域の光、λ２の波長帯域の光およびλ３の波長帯域の光を含むＳ偏光の光６４ｃは、波長板４４、第４の偏光分離膜４２ｄに入射する。一方、λ１の波長帯域の光、λ２の波長帯域の光およびλ３の波長帯域の光を含むＰ偏光の光６３ｃの光路中には波長板４４が配置されないので、第４の偏光分離膜４２ｄに入射する。なお、第１の偏光分離膜４２ａ、第２の偏光分離膜４２ｂ、第３の偏光分離膜４２ｃの少なくとも１つは、第４の偏光分離膜４２ｄと重なる一部の領域に配置されてもよいとした。この場合、第１の偏光分離膜４２ａは、光６１ａの光路中にあって、反射膜１３を反射した光６２ａの光路中にない領域に配置されてもよく、第２の偏光分離膜４２ｂは、光６１ｂの光路中にあって、光６３ｂの光路中にない領域に配置されてもよく、第３の偏光分離膜４２ｃは、光６１ｃの光路中にあって、光６３ｃの光路中にない領域に配置されてもよい。ここで、第４の偏光分離膜４２ｄと重なるとは、反射型液晶素子５２の面の法線方向（Ｚ方向）、から見て重なることを意味する。
【００４６】
さらに、第１の波長選択性反射膜４５ａは、光６２ａの光路中にあって、光６３ａの光路中にない領域に配置されてもよく、第２の波長選択性反射膜４５ｂは、光６３ｂの光路中にあって、光６４ｂの光路中にない領域に配置されてもよい。このとき、第１の波長選択性反射膜４５ａはλ１の波長帯域の光のうち、Ｐ偏光の光のみを高い透過率で直進透過させ、λ２の波長帯域の光のうち、Ｐ偏光の光のみを高い反射率で反射させるものであってもよい。また、第２の波長選択性反射膜４５ｂはλ１の波長帯域の光およびλ２の波長帯域の光のうち、Ｐ偏光の光のみを高い透過率で直進透過させ、λ３の波長帯域の光のうち、Ｐ偏光の光のみを高い反射率で反射させるものであってもよい。
【００４７】
波長板４４に入射した光６４ｃは、Ｐ偏光の光に変換されて第４の偏光分離膜４２ｄに入射する。第４の偏光分離膜４２ｄも、Ｐ偏光の光を直進透過し、Ｓ偏光の光を反射する機能を有し、Ｐ偏光の光に変換された光６５は、第４の偏光分離膜４２ｄを直進透過する。また、光６３ｃも、Ｐ偏光の光であるので、第４の偏光分離膜４２ｄを直進透過し、２つの光路に分離されて生じた光６３ｃおよび光６５は、いずれもＰ偏光の光となって、透明基板４１ｇを出射して、反射型液晶素子５２に入射する。
【００４８】
反射型液晶素子５２で反射される光は、投影する画像に合わせて各画素に対応するように偏光状態が変換されて反射される。このとき、反射される光６６および光６７は、Ｓ偏光の光およびＰ偏光の光が混在するが、いずれも、第４の偏光分離膜４２ｄに入射すると、Ｓ偏光の光のみが＋Ｙ方向に反射され、光６８および光６９となって、透明基板４１ｇを出射する。そして、投影レンズ５３によって投影されて、図示しないスクリーン等に画像が映し出される。また、光６８および光６９のうち、Ｐ偏光の光は、第４の偏光分離膜４２ｄを直進透過するので、投影レンズ５３の方向には進行しない。
【００４９】
また、偏光変換素子４０は、この構成に限らず、各々の偏光分離膜における、Ｓ偏光の光とＰ偏光の光の透過と反射の機能、波長板４４の配置を変えることで他の構成としてもよい。例えば、波長板４４を、光６４ｃの光路中ではなく光６３ｃの光路中に配置し、各々の偏光分離膜が、Ｓ偏光の光を直進透過させるとともに、Ｐ偏光の光を反射する機能を有するものであってもよい。この場合、投影レンズ５３には、Ｐ偏光の光が入射して図示しないスクリーン等に画像が映し出される。
【実施例】
【００５０】
第１の実施形態に係る偏光変換素子１０の作製方法について説明する。まず、透明基板１１ａに相当する透明基板として、厚さ約４．２ｍｍのＳＦ２光学ガラスの一方の平面上に、反射膜１３に相当する金（Ａｕ）を約１μｍ積層する。次に、透明基板１１ｂに相当する透明基板として、厚さ約４．２ｍｍのＳＦ２光学ガラスの平面上に、ポリイミドを塗布してできたポリイミド膜をラビングして配向膜を形成する。そして、図示しない透明基板の平面に配向膜を形成し、配向膜同士を配向方向が直交するように対向させ、厚さ８μｍのシール剤で周辺をシールする。その後、シール剤によってできた空隙に、図示しない注入口から光硬化性の液晶モノマーを注入して封止し、ＵＶ光を照射して重合硬化させる。このとき、屈折率異方性Δｎが約０．１６、厚さ８μｍで、液晶分子１４ａが厚さ方向に９０°ツイストした、高分子液晶の層が得られる。その後、図示しない透明基板を除去し、約８．４ｍｍ×約９．２ｍｍの領域に高分子液晶が残るようにエッチングをし、波長板１４を得る。
【００５１】
次に、透明基板１１ｂに相当するＳＦ２基板のうち、高分子液晶の層が形成された面とは反対側の面に、第１の偏光分離膜１２ａに相当する、表１に示す光学多層膜を形成する。なお、層番号１は、透明基板１１ｂ側の番号に相当し、ＳｉＯ２とＴａ２Ｏ５の膜を交互に積層する。なお、表１に示す屈折率は、波長５２０ｎｍの光に対する屈折率を示す。
【００５２】
【表１】
【００５３】
次に、透明基板１１ｃに相当する透明基板として、厚さ約１０ｍｍのＳＦ２光学ガラスの一方の平面上に、第２の偏光分離膜１１ｂに相当する、表１に示す光学多層膜を形成する。なお、層番号１は、透明基板１１ｃ側の番号に相当する。その後、透明基板１１ｃに相当するＳＦ２基板の光学多層膜側の面と、透明基板１１ｂに相当するＳＦ２基板の高分子液晶側の面とを、波長５２０ｎｍの光における屈折率が約１．６となる透明接着剤を介して、高分子液晶の段差を埋めるとともに、それぞれの光学多層膜とが平行となるように接着する。さらに、透明基板１１ｂに相当するＳＦ２基板の光学多層膜側の面と、透明基板１１ａに相当するＳＦ２基板の反射膜と反対側の面とを上記の透明接着剤を介し、光学多層膜側と反射膜とが平行となるように接着する。次に、透明基板１１ｄに相当する透明基板として、厚さ約４．２ｍｍのＳＦ２光学ガラスの一方の平面と、透明基板１１ａに相当するＳＦ２基板の反射膜の面とを上記の透明接着剤を介して接着する。
【００５４】
次に、高分子液晶層の端部を含み、各ＳＦ２の基板面に対して４５°の角度をなす方向に沿って切断する。また、上記切断面と平行で、高分子液晶層の幅が、第２の偏光分離膜１２ｂの光学多層膜の幅の半分程度となるように約１２ｍｍの幅で切断する。なお、約１２ｍｍの幅は、図２におけるＹ軸方向の幅に相当する。さらに、反射膜１３に相当する金（Ａｕ）膜が、この約１２ｍｍの幅の半分程度となるとともに、上記２つの平行な切断面と直交するように、透明基板１１ａおよび透明基板１１ｄに相当するＳＦ２基板を切断する。その後、上記２つの平行な切断面と直交するように、透明基板１１ｃに相当するＳＦ２基板を約１８ｍｍの幅となるように切断し、図１に示すような偏光分離素子１０を得る。なお、約１８ｍｍの幅は、図２におけるＺ軸方向の幅に相当する。
【００５５】
次に、作製した波長板１４に相当する高分子液晶層および、偏光分離膜１２ａ、１２ｂに相当する光学多層膜の光学特性を調べる。図５（ａ）は、波長板１４に相当する高分子液晶層と、入射する光との位置関係を示す模式図である。ここで、高分子液晶層に入射する光７１はＸ軸方向に揃った直線偏光の光であって、高分子液晶層の厚さ方向と光の進行方向とがなす角度（＝入射角）が４５°となるとともに、高分子液晶層の光入射側の、液晶分子は、Ｘ軸方向に配向されるように配置する。
【００５６】
高分子液晶層を出射した光７２に対して、Ｙ軸方向の光を透過し、Ｘ軸方向の光を遮断する検光子７３を配置してＸ軸方向の直線偏光の光７４を得る。このとき、光７２の光量に対する光７４の光量の比、つまり、高分子液晶層によって直交する光に変換される光の効率を偏光透過率ηＴ［％］とし、可視光を含む波長λが、４００〜７００ｎｍの光に対する偏光透過率ηＴを計算した。このときの計算結果を図６に示す。この結果より、４００〜７００ｎｍの波長帯域でいずれも、８３％以上の偏光透過率が得られ、４５０〜６５０ｎｍの波長帯域では、８９％以上の偏光透過率が得られることが確認された。
【００５７】
また、図５（ｂ）は、偏光分離膜１２ａまたは１２ｂに相当する光学多層膜と、入射する光に対する透過、反射の関係を示す模式図である。ここで、ＳＦ２を媒質とし、光学多層膜に入射する光８１はランダムな偏光状態の光であって、表１に示す光学多層膜の厚さ方向と光の進行方向とがなす角度（＝入射角）が４５°となるように配置する。ここで、入射する光８１のうち、光学多層膜で反射するＸ軸方向の成分（Ｓ偏光）の光の反射率をＲＳ［％］、光学多層膜で反射するＹ軸方向の成分（Ｐ偏光）の光の反射率をＲＰ［％］とする。また、光学多層膜を透過する媒体をＳＦ２とし、入射する光８１のうち、光学多層膜を透過するＳ偏光の光の透過率をＴＳ［％］、光学多層膜を透過するＰ偏光の光の透過率をＴＰ［％］とする。
【００５８】
そして、可視光を含む波長λが、４００〜７００ｎｍの光に対するＲＳ、ＴＳ、ＲＰ、ＴＰを計算した。このときの計算結果として、４００〜７００ｎｍの光に対するＲＳ、ＴＳを図７（ａ）、４００〜７００ｎｍの光に対するＲＰ、ＴＰを図７（ｂ）に示す。この結果より、４００〜７００ｎｍの波長帯域でいずれも、Ｓ偏光の光に対する反射率ＲＳが略１００％であるとともに、Ｓ偏光の光に対する透過率ＴＳが略０％であることが確認された。また、４００〜７００ｎｍの波長帯域でいずれも、Ｐ偏光の光に対する透過率ＴＰが９５％以上であるとともに、Ｐ偏光の光に対する反射率ＲＰが５％以下であることが確認された。
【００５９】
したがって、本実施例の高分子液晶層および光学多層膜を用いて、偏光変換素子１０を作製すると、可視光を含む波長帯域で入射する光に対して高い効率で、特定の偏光方向（Ｐ偏光）の光に変換することができる。また、本実施例の設計に基づく偏光変換素子１０を投射型表示装置２０に用いると、偏光変換素子１０を出射して反射型液晶素子で正反射する光のうち、Ｓ偏光の光に対して高い反射率で投影レンズ２３側に光を出射することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上のように、本発明にかかる偏光変換素子は、小型化が実現できるとともに簡易的な構造を有するとともに、該偏光変換素子を用いた投射型表示装置は、とくに偏光ビームスプリッタを別途用いることなく構成できるので、小型の投射型表示装置を実現できる。
【符号の説明】
【００６１】
１０、４０、１０３ 偏光変換素子
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄ、４１ｅ、４１ｆ、４１ｇ、４１ｈ 透明基板
１２ａ、４２ａ 第１の偏光分離膜
１２ｂ、４２ｂ 第２の偏光分離膜
１３、４３ 反射膜
１４、４４ 波長板
１４ａ 液晶分子
２０、５０、１００ 投射型表示装置
２１、１０１ 光源
２２、５２、１０５ 反射型液晶素子
２３、５３、１０６ 投影レンズ
３１ 白色光
３２、３３、３４、３５、３６、３７、３８、６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６４ｂ、６４ｃ、６５、６６、６７、６８、６９、７１、７２、７４、８１、８２、８３ 光
４２ｃ 第３の偏光分離膜
４２ｄ 第４の偏光分離膜
５１ａ 第１の光源
５１ｂ 第２の光源
５１ｃ 第３の光源
７３ 検光子
１０２ 集光レンズ
１０４ 偏光ビームスプリッタ
１０７ スクリーン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光を反射する反射層と、
入射する光のうち互いに直交する第１の偏光と第２の偏光のうち、一方を直進透過させるとともに他方を反射する第１の偏光分離膜と第２の偏光分離膜と、がそれぞれ透明基板を介して、この順番に備えられ、
さらに、前記第１の偏光分離膜と前記第２の偏光分離膜との間に、前記第２の偏光分離膜の一部の領域に重なるように、波長板が備えられ、
前記波長板は、入射する光の偏光方向に対して透過する光の偏光方向が直交する機能を有する偏光変換素子。
【請求項２】
前記波長板は、光学軸が厚さ方向に略９０°ツイストした旋光子の構成を有する請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記反射層、前記第１の偏光分離膜、前記第１の偏光分離膜、および前記波長板は、いずれも平行に配置される請求項１または請求項２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記第１の偏光分離膜と前記第２の偏光分離膜は、前記透明基板の面に対して平行となるように積層され、同じ構造の光学多層膜からなる請求項３に記載の偏光変換素子。
【請求項５】
少なくとも可視光領域を含む光を発射する光源と、
反射した光に画像情報を与える反射型液晶素子と、
画像情報を有する光を投射する投影レンズと、を有する投射型表示装置であって、
前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路中に、前記光源から発射した光が、請求項１〜４いずれか１項に記載の偏光変換素子の前記第１の偏光分離膜の面に対して斜め方向に入射するように配置される投射型表示装置。
【請求項６】
入射する光を反射する反射層と、
入射する光のうち互いに直交する第１の偏光と第２の偏光のうち、一方を直進透過させるとともに他方を反射する第１の偏光分離膜、第２の偏光分離膜、第３の偏光分離膜および第４の偏光分離膜と、
特定の波長帯域を有する波長λ１の光を透過するとともに、特定の波長帯域を有する波長λ２（λ１≠λ２）の光を反射する第１の波長選択性反射膜と、
前記波長λ１の光および前記波長λ２の光を透過するとともに、特定の波長帯域を有する波長λ３（λ１≠λ２≠λ３）の光を反射する第１の波長選択性反射膜と、を有し、
前記反射膜、前記第１の偏光分離膜、前記第１の波長選択性反射膜、前記第２の偏光分離膜、前記第２の波長選択性反射膜、前記第３の偏光分離膜、前記第４の偏光分離膜、がそれぞれ透明基板を介して、この順番に備えられ、
さらに、前記第３の偏光分離膜と前記第４の偏光分離膜との間に、前記第４の偏光分離膜の一部の領域に重なるように、波長板が備えられ、
前記波長板は、入射する光の偏光方向に対して透過する光の偏光方向が直交する機能を有する偏光変換素子。
【請求項７】
前記波長板は、光学軸が厚さ方向に略９０°ツイストした旋光子の構成を有する請求項６に記載の偏光変換素子。
【請求項８】
前記反射層、前記第１の偏光分離膜、前記第２の偏光分離膜、前記第３の偏光分離膜、前記第４の偏光分離膜、前記第１の波長選択性反射膜、前記第１の波長選択性反射膜、および前記波長板は、いずれも平行に配置される請求項６または請求項７に記載の偏光変換素子。
【請求項９】
特定の波長帯域を有する波長λ１の光を発射する第１の光源と、
特定の波長帯域を有する波長λ２（λ１≠λ２）の光を発射する第２の光源と、
特定の波長帯域を有する波長λ３（λ１≠λ２≠λ３）の光を発射する第３の光源と、
反射した光に画像情報を与える反射型液晶素子と、
画像情報を有する光を投射する投影レンズと、を有する投射型表示装置であって、
前記第１の光源と前記反射型液晶素子との間の光路中に、前記第１の光源から発射した波長λ１の光、前記第２の光源から発射した波長λ２の光および前記第３の光源から発射した波長λ３の光が、請求項６〜８いずれか１項に記載の偏光変換素子の、前記第１の偏光分離膜の面、前記第２の偏光分離膜の面、前記第３の偏光分離膜の面に対してそれぞれ、斜め方向に入射するように配置される投射型表示装置。
【請求項１０】
前記波長λ１、前記波長λ２および前記波長λ３は、４２０〜４８０ｎｍである４５０ｎｍ波長帯、５２０〜５６０ｎｍである５３３ｎｍ波長帯、６１０〜６７０ｎｍである６４５ｎｍ波長帯の組み合わせからなる請求項９に記載の投射型表示装置。
【請求項１】
入射する光を反射する反射層と、
入射する光のうち互いに直交する第１の偏光と第２の偏光のうち、一方を直進透過させるとともに他方を反射する第１の偏光分離膜と第２の偏光分離膜と、がそれぞれ透明基板を介して、この順番に備えられ、
さらに、前記第１の偏光分離膜と前記第２の偏光分離膜との間に、前記第２の偏光分離膜の一部の領域に重なるように、波長板が備えられ、
前記波長板は、入射する光の偏光方向に対して透過する光の偏光方向が直交する機能を有する偏光変換素子。
【請求項２】
前記波長板は、光学軸が厚さ方向に略９０°ツイストした旋光子の構成を有する請求項１に記載の偏光変換素子。
【請求項３】
前記反射層、前記第１の偏光分離膜、前記第１の偏光分離膜、および前記波長板は、いずれも平行に配置される請求項１または請求項２に記載の偏光変換素子。
【請求項４】
前記第１の偏光分離膜と前記第２の偏光分離膜は、前記透明基板の面に対して平行となるように積層され、同じ構造の光学多層膜からなる請求項３に記載の偏光変換素子。
【請求項５】
少なくとも可視光領域を含む光を発射する光源と、
反射した光に画像情報を与える反射型液晶素子と、
画像情報を有する光を投射する投影レンズと、を有する投射型表示装置であって、
前記光源と前記反射型液晶素子との間の光路中に、前記光源から発射した光が、請求項１〜４いずれか１項に記載の偏光変換素子の前記第１の偏光分離膜の面に対して斜め方向に入射するように配置される投射型表示装置。
【請求項６】
入射する光を反射する反射層と、
入射する光のうち互いに直交する第１の偏光と第２の偏光のうち、一方を直進透過させるとともに他方を反射する第１の偏光分離膜、第２の偏光分離膜、第３の偏光分離膜および第４の偏光分離膜と、
特定の波長帯域を有する波長λ１の光を透過するとともに、特定の波長帯域を有する波長λ２（λ１≠λ２）の光を反射する第１の波長選択性反射膜と、
前記波長λ１の光および前記波長λ２の光を透過するとともに、特定の波長帯域を有する波長λ３（λ１≠λ２≠λ３）の光を反射する第１の波長選択性反射膜と、を有し、
前記反射膜、前記第１の偏光分離膜、前記第１の波長選択性反射膜、前記第２の偏光分離膜、前記第２の波長選択性反射膜、前記第３の偏光分離膜、前記第４の偏光分離膜、がそれぞれ透明基板を介して、この順番に備えられ、
さらに、前記第３の偏光分離膜と前記第４の偏光分離膜との間に、前記第４の偏光分離膜の一部の領域に重なるように、波長板が備えられ、
前記波長板は、入射する光の偏光方向に対して透過する光の偏光方向が直交する機能を有する偏光変換素子。
【請求項７】
前記波長板は、光学軸が厚さ方向に略９０°ツイストした旋光子の構成を有する請求項６に記載の偏光変換素子。
【請求項８】
前記反射層、前記第１の偏光分離膜、前記第２の偏光分離膜、前記第３の偏光分離膜、前記第４の偏光分離膜、前記第１の波長選択性反射膜、前記第１の波長選択性反射膜、および前記波長板は、いずれも平行に配置される請求項６または請求項７に記載の偏光変換素子。
【請求項９】
特定の波長帯域を有する波長λ１の光を発射する第１の光源と、
特定の波長帯域を有する波長λ２（λ１≠λ２）の光を発射する第２の光源と、
特定の波長帯域を有する波長λ３（λ１≠λ２≠λ３）の光を発射する第３の光源と、
反射した光に画像情報を与える反射型液晶素子と、
画像情報を有する光を投射する投影レンズと、を有する投射型表示装置であって、
前記第１の光源と前記反射型液晶素子との間の光路中に、前記第１の光源から発射した波長λ１の光、前記第２の光源から発射した波長λ２の光および前記第３の光源から発射した波長λ３の光が、請求項６〜８いずれか１項に記載の偏光変換素子の、前記第１の偏光分離膜の面、前記第２の偏光分離膜の面、前記第３の偏光分離膜の面に対してそれぞれ、斜め方向に入射するように配置される投射型表示装置。
【請求項１０】
前記波長λ１、前記波長λ２および前記波長λ３は、４２０〜４８０ｎｍである４５０ｎｍ波長帯、５２０〜５６０ｎｍである５３３ｎｍ波長帯、６１０〜６７０ｎｍである６４５ｎｍ波長帯の組み合わせからなる請求項９に記載の投射型表示装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１０７２６８（Ｐ２０１１−１０７２６８Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６０１４３（Ｐ２００９−２６０１４３）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００００００４４）旭硝子株式会社 (2,665)
【Ｆターム（参考）】
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