JP2004145305A - 偏光変換素子、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性および耐候性を向上させた偏光変換素子、及びその製造方法を提案すること。
【解決手段】偏光変換素子において、第１の透光性基材１０の傾斜端面１１には、Ｐ波およびＳ波のうち、Ｐ波を透過し、Ｓ波を反射する偏光分離膜８が形成されている。第２の透光性基材２０の傾斜端面２２には反射膜９が形成されている。第１の透光性基材１０の傾斜端面１１と第２の透光性基材２０の傾斜端面２１との間には、一軸延伸された単層のポリカーボネートフィルムからなるλ／２位相差フィルム３０が光硬化性の接着剤４で接合されている。
【選択図】図１

Description

　本発明は、液晶プロジェクターや光ピックアップ装置等に搭載する偏光変換素子、およびその製造方法に関するものである。

　液晶プロジェクターは、液晶パネル内を効率よく透過させるために光源から出射された自然光を偏光変換素子（ビームスプリッタ、およびλ／２位相差板）を用いて、出射光の偏波面をＳ波（Ｓ偏光光）あるいはＰ波（Ｐ偏光光）に統一させている。具体的には、ビームスプリッタで出射光をＳ波、Ｐ波に分離し、Ｐ波のみがλ／２位相差板を通過するように構成することによって、Ｐ波を偏波面が９０度ねじれたＳ波に変換している。このＳ波と、ビームスプリッターによって分離されたＳ波が液晶パネルに到達するので、自然光が効率よく利用されプロジェクターが明るく画像再現ができる。ここで、従来の偏光変換素子は、図９に示すように、λ／２位相差板２０１が粘着材２０２を介してビームスプリッタ５００の光出射側の表面に貼り付けられている（例えば、特許文献１を参照）。
特開平２−２２７９０１号公報

　このような構成の偏光変換素子においては、λ／２位相差板５０１がビームスプリッタ５００の表面に露出した状態で搭載していることから、λ／２位相差板５０１として高分子フィルムからなるものを用いた場合、耐久性や耐候性が著しく低いという問題がある。また、λ／２位相差板５０１とビームスプリッタ５００とが粘着材５０２で貼合されているので、粘着材５０２の耐久性が、全体の耐久性に影響を及ぼしてしまうという問題がある。しかも、高分子からなるλ／２位相差板５０１、および粘着材５０２の耐候性や耐久性を大幅に上げることは非常に困難である。そのため、偏光変換素子は、光源に最も近いデバイスでありながら耐熱性などが向上できず、プロジェクター等の設計の自由を奪っていた。

　以上の問題点に鑑みて、本発明の課題は、耐熱性および耐候性を向上させた偏光変換素子、及びその製造方法を提案することである。

　上記課題を解決するために、本発明に係る偏光変換素子では、複数の透光性部材の傾斜端面同士が接合された透光性基材中に第１の光学層と第２の光学層とが互いに平行、かつ、前記透光性基材に対する入射光軸に斜めに配置され、前記第１の光学層は、当該第１の光学層を両側で挟む第１の透光性部材および第２の透光性部材のうち、前記第１の透光性部材の傾斜端面に形成された偏光分離膜と、当該第１の透光性部材の前記偏光分離膜が形成された傾斜端面と前記第２の透光性部材の傾斜端面との間に接着固定されたλ／２位相差フィルム（波長板／位相差板）とから構成され、前記第２の光学層は、反射膜であり、前記λ／２位相差フィルムは、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなることを特徴とする。すなわち、本発明は、高分子フィルムからなるλ／２位相差フィルムを透光性基材の中に挟み込み、かつ、λ／２位相差フィルムとして単層の高分子フィルム、すなわち、一軸延伸された高分子フィルムを単層で用いたことを特徴とする。

　本発明によれば、入射光は、例えば、第１の透光性基材の界面に形成された偏光分離膜でＳ波（Ｓ偏光光）、Ｐ波（Ｐ偏光光）に分離された後、Ｓ波、Ｐ波の一方の波を有する光のみがλ／２位相差フィルムを通過し、偏波面が９０度ねじられる。この結果、偏光変換素子を出射する際の、偏波面を統一することがきる。また、本発明では、λ／２位相差フィルムを透光性基材の中に挟み込んで接着したので、λ／２位相差フィルムが偏光変換素子の出射光側の表面に露出しておらず、粘着材で貼合されていない。従って、偏光変換素子の耐熱性、耐湿性が向上する。それ故、光源に近いデバイスの熱耐久性を向上できるので、液晶プロジェクターの静粛性（ファンによる空気音の削減）や、装置全体の耐久期間をのばすことができる。

　本発明の別の形態に係る偏光変換素子では、複数の透光性部材の傾斜端面同士が接合された透光性基材中に第１の光学層と第２の光学層とが互いに平行、かつ、前記透光性基材に対する入射光軸に斜めに配置され、前記第１の光学層は、偏光分離膜であり、前記第２の光学層は、当該第２の光学層を両側で挟む第１の透光性部材および第２の透光性部材のうち、前記第２の透光性部材の傾斜端面に形成された反射膜と、当該第２の透光性部材の前記反射膜が形成された傾斜端面と前記第１の透光性部材の端面との間に接着固定されたλ／４位相差フィルム（波長板／位相差板）とから構成され、前記λ／４位相差フィルムは、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなることを特徴とする。すなわち、本発明は、高分子フィルムからなるλ／４位相差フィルムを透光性基材の中に挟み込み、かつ、λ／４位相差フィルムとして単層の高分子フィルム、すなわち、一軸延伸された高分子フィルムを単層で用いたことを特徴とする。

　本発明によれば、入射光は、第１の透光性基材の界面に形成された偏光分離膜でＳ波（Ｓ偏光光）、Ｐ波（Ｐ偏光光）に分離された後、Ｓ波、Ｐ波の一方の波を有する光のみがλ／４位相差フィルムを通過し、偏波面が４５度ねじられて、第２の透光性基材の界面に形成された反射膜に至る。この反射膜により全反射された光は、再びλ／４位相差フィルムを通過し、偏波面が４５度ねじられる。この結果、偏光変換素子を出射する際の、偏波面を統一することがきる。また、λ／４位相差フィルムを透光性基材の中に挟み込んで接着したので、λ／４位相差フィルムが偏光変換素子の出射光側の表面に露出しておらず、粘着材で貼合されていない。この結果、偏光変換素子の耐熱性、耐湿性が向上する。

　本発明において、前記透光性基材では、前記第１の透光性部材と前記第２の透光性部材が交互に並ぶように前記第１の透光性部材と前記第２の透光性部材の両端の傾斜端面同士が各々接合され、前記第１の光学層および前記第２の光学層は各々、前記第１の透光性部材の一方側傾斜端面と前記第２の透光性部材の一方側傾斜端面との第１の接合界面、および前記第１の透光性部材の他方側傾斜端面と前記第２の透光性部材の他方側傾斜端面との第２の接合界面に構成されている。

　本発明において、前記高分子フィルムは、例えば、ポリカーボネート製である。

　本発明において、前記第１の光学層および前記第２の光学層は、いずれも前記入射光軸に対して４５度の角度をなしていることが好ましい。このように構成すると、偏光変換素子に入射する入射光と、偏光変換素子を通過して出射される出射光の光軸を平行にすることができる。

　本発明において、前記の一軸延伸された単層の高分子フィルムは、可視光域における波長依存性の小さい、あるいは波長依存性を有しない逆分散特性を備えていることが好ましい。

　本発明を適用した偏光変換素子の製造方法では、第１の透光性基板の平行な両面のうちの一方の面に偏光分離膜を形成する一方、第２の透光性基板の平行な両面のうちの一方の面に反射膜を形成しておき、前記第１の透光性基板の前記偏光分離膜が形成されている一方の面と、前記第２の透光性基板の前記反射膜が形成されている側とは反対側の面とを光硬化性接着剤、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなるλ／２位相差フィルム、および光硬化性接着剤を介して貼り合わせた後、光硬化性接着剤に光を照射して硬化させて偏光変換素子ユニットを形成し、次に、前記偏光変換素子ユニットを複数、同一の向きで光硬化性接着剤を介して積層するとともに、基板面に対して略平行な方向から光を照射して当該光硬化性接着剤を硬化させて偏光変換素子積層体を形成し、しかる後に、前記偏光変換素子積層体を基板面に対して斜めに切断することを特徴とする。

　本発明では、まず、第１の透光性基板、λ／２位相差フィルム、第２の透光性基板を１枚ずつ積層して偏光変換素子ユニットを形成し、その後、偏光変換素子ユニットを積層して偏光変換素子積層体を形成する。すなわち、第１の透光性基板、λ／２位相差フィルム、第２の透光性基板を複数枚ずつ積層していきなり偏光変換素子積層体を形成する方法を採用していない。このため、積層過程で位相差フィルムの角度がずれてしまうことがないので、偏光変換素子の歩留まりが向上する。また、本発明では、偏光変換素子積層体を形成する際、基板面に対して略平行な方向から光を照射することにより光硬化性接着剤を硬化させる。従って、照射した光が、透光性基板に形成された偏光分離膜、反射膜、λ／２位相差フィルム等の影響を受けることなく、光硬化性接着剤に届く。従って、硬化時間を短縮できるので、生産性を高めることができ、かつ、硬化不良が発生しないため、偏光変換素子の歩留まりが向上する。

　本発明の別の偏光変換素子の製造方法では、第１の透光性基板の平行な両面のうちの一方の面に偏光分離膜を形成する一方、第２の透光性基板の平行な両面のうちの一方の面に反射膜を形成しておき、前記第１の透光性基板の前記偏光分離膜が形成されている側とは反対側の面と、前記第２の透光性基板の前記反射膜が形成されている側の面とを光硬化性接着剤、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなるλ／４位相差フィルム、および光硬化性接着剤を介して貼り合わせた後、光硬化性接着剤に光を照射して硬化させて偏光変換素子ユニットを形成し、次に、前記偏光変換素子ユニットを複数、同一の向きで光硬化性接着剤を介して積層するとともに、基板面と略平行な方向から光を照射して当該光硬化性接着剤を硬化させて偏光変換素子積層体を形成し、しかる後に、前記偏光変換素子積層体を基板面に対して斜めに切断することを特徴とする。

　本発明では、まず、第１の透光性基板、λ／４位相差フィルム、第２の透光性基板を１枚ずつ積層して偏光変換素子ユニットを形成し、その後、偏光変換素子ユニットを積層して偏光変換素子積層体を形成する。すなわち、第１の透光性基板、λ／４位相差フィルム、第２の透光性基板を複数枚ずつ積層していきなり偏光変換素子積層体を形成する方法を採用していない。このため、積層過程で位相差フィルムの角度がずれてしまうことがないので、偏光変換素子の歩留まりが向上する。また、本発明では、偏光変換素子積層体を形成する際、基板面に対して略平行な方向から光を照射することにより光硬化性接着剤を硬化させる。従って、照射した光が、透光性基板に形成された偏光分離膜、反射膜、λ／４位相差フィルム等の影響を受けることなく、光硬化性接着剤に届く。従って、硬化時間を短縮できので、生産性を高めることができ、かつ、硬化不良が発生しないため、偏光変換素子の歩留まりが向上する。

　本発明によれば、高分子フィルムからなるλ／２位相差フィルム、あるいはλ／４位相差フィルムを透光性基材の中に設けたので、偏光変換素子の表面で露出していない。このため、偏光変換素子の耐湿性や耐熱性が向上する。しかも、本発明では、高分子フィルムを２軸延伸したものを複数枚、粘着材によって積層した位相差フィルムではなく、高分子フィルムを一軸延伸した単層の位相差フィルムを用いたので、温度変化があった場合でも、粘着材で積層したフィルム同士が位置ずれを起こすことがない。それ故、偏光変換素子の耐熱性、耐久性が著しく向上する。よって、偏光変換素子を光源に近い位置に配置しても熱的な特性低下が発生しない。

　図を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、Ｐ波とＳ波を入換えてもよい。また、以下の説明では、偏光変換素子に対しては、偏光変換素子に対する光の入射領域を規定するために、インテグレータレンズや遮光膜が配置されるが、これらの図示および説明については省略する。

　［実施の形態１］
　図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本形態の偏光変換素子の断面図、この偏光変換素子においてλ／２位相差フィルムが第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＡ１部分の拡大図、このＡ１部分をさらに拡大した拡大断面図、および反射膜が第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＡ２部分の拡大図である。図２は、図１に記載された偏光変換素子の光学的な特性を示す説明図である。

　図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すように、本形態の偏光変換素子１は、直方体形状の光学素子であり、断面形状が４５度の鋭角を有する平行四辺形をしたガラス製の第１の透光性部材１０と、ガラス製の第２の透光性部材２０とが交互に並ぶように両側の傾斜端面同士が接合された透光性基材６を有している。従って、偏光変換素子１の透光性基材６では、第１の透光性部材１０の一方側の傾斜端面１１と第２の透光性部材の一方側の傾斜端面２１との第１の接合界面、および第１の透光性部材１０の他方側の傾斜端面１２と第２の透光性部材２０の他方側の傾斜端面２２との第２の接合界面が各々、透光性基材６に対する入射光軸Ｌに対して４５度の角度で傾いており、そこには第１の光学層、および第２の光学層が形成されている。

　本形態においては、以下に説明するように、第１の光学層は、この第１の光学層を両側で挟む第１の透光性部材１０および第２の透光性部材２０のうち、第１の透光性部材１０の傾斜端面１１に形成された偏光分離膜８と、第１の透光性部材１０の偏光分離膜８が形成された傾斜端面１１と第２の透光性部材２０の傾斜端面２１との間に接着剤４で固定されたλ／２位相差フィルム３０（位相差板）とから構成されている。これに対して、第２の光学層は、第２の透光性部材２０の傾斜端面２２に形成された反射膜９（コールドミラー）によって構成され、この反射膜９が形成されている第２の透光性部材２０の傾斜端面２２は、第１の透光性部材１０の傾斜端面１２に接着剤４により接着固定されている。

　すなわち、偏光変換素子１では、第１の透光性部材１０の傾斜端面１１には、自然光（Ｐ波、Ｓ波）のうち、Ｐ波を透過し、Ｓ波を反射する偏光分離膜８が形成されている。第２の透光性部材２０の傾斜端面２２にはアルミニウム膜などからなる反射膜９が形成されている。λ／２位相差フィルム３０は、第１の透光性部材１０の傾斜端面１１に形成された偏光分離膜８と、第２の透光性部材２０の傾斜端面２１との間に挟み込まれている。

　λ／２位相差フィルム３０として、環状ポリオレフィン系樹脂フィルム、ポリアリレートフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリエーテルスルフォンフィルム、脂環族ポリオレフィンフィルム、ポリイミドフィルム、ポリエーテルスルフォンフィルムなどを用いることができるが、本形態では、一軸延伸のポリカーボネートフィルム（高分子フィルム）が用いられている。このようなフィルムは、可視光域における波長依存性の小さい、あるいは波長依存性を有しない逆分散特性を備えている。また、フィルムは、角度依存性を持たない、あるいは角度依存性が極めて小さい光学特性を有するフィルムであることが好ましい。具体的には、帝人株式会社製のピュアエースＷＲ−Ｒ−λ／２（商品名）を用いることができ、その屈折率は、透光性部材１０、２０の屈折率に近いものである。

　このように構成した偏光変換素子１においては、図１および図２に示すように、透光性基材６の下方から入射した自然光Ｌ（Ｐ波およびＳ波を含むランダム光）は、偏光変換素子１に入射した後、偏光分離膜８によりＰ波は透過、Ｓ波は９０度反射される。ここで、偏光分離膜８を通過したＰ波は、隣接するλ／２位相差フィルム３０を透過する際、偏波面が９０度捩じれてＳ波となる。一方、偏光分離膜８により反射されたＳ波は、反射膜９で全反射して、そのままＳ波として入射光の光軸Ｌと平行な光軸で出射される。

　（偏光変換素子の製造方法）
　図３を参照して、本形態の偏光変換素子１の製造方法を説明する。図３は、図１に示す偏光変換素子の製造方法を示す工程断面図である。

　図３（ａ）において、図１に示す偏光変換素子１を製造するには、平行な２つの基板面を有する第１の透光性基板１００の一方の面１０１に偏光分離膜８を形成する一方、平行な２つの基板面を有する第２の透光性基板２００の一方の面２０１に反射膜９を形成する。

　次に、図３（ｂ）に示すように、第１の透光性基板１００の偏光分離膜８が形成されている面１０１と、第２の透光性基板２００の反射膜９が形成されている側とは反対側との面２０２との間に、光硬化性接着剤４（図１（ｃ）参照）、λ／２位相差フィルム３０、および光硬化性接着剤４（図１（ｃ）参照）を挟むようにして、第１の透光性基板１００、λ／２位相差フィルム３０、および第２の透光性基板２００を積層する。接着剤としては、アクリル系接着剤、ウレタン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリエステル系接着剤、ポリイミド系接着剤、イソシアネート系接着剤、塩化ビニル系接着剤、シリコーン系接着剤など種々のものを使用できるが、本形態では、λ／２位相差フィルム３０に対する影響や耐熱性の面からアクリル系あるいはシリコン系の接着剤を用いることが好ましい。

　そして、矢印Ｌ１１で示すように、第１の透光性基板１００の基板面に対して略垂直な方向から、あるいは、矢印Ｌ１２で示すように、第１の透光性基板１００の基板面に対して略平行な方向から紫外（ＵＶ）光を照射して光硬化性接着剤４を硬化させ、偏光変換素子ユニット１５０を形成する。ここで、第２の透光性基板２００の側から光を照射してもよい。また、第１の透光性基板１００あるいは第２の透光性基板２００の基板面に対して斜め方向から光を照射してもよい。さらに、第１の透光性基板１００の側、および第２の透光性基板１００の側の双方から光を照射して光硬化性接着剤４を硬化させれば、応力を発生させることなく、接着剤を硬化させることができる。

　次に、図３（ｃ）に示すように、複数枚の偏光変換素子ユニット１５０を同一の方向に向けて、光硬化性接着剤４（図１（ｄ）を参照）を介して積層した後、矢印Ｌ１３で示すように、第１の透光性基板１００（第２の透光性基板２００）の基板面に対して略平行な方向からＵＶ光を照射して光硬化性接着剤を硬化させ、偏光変換素子積層体１６０を形成する。

　しかる後には、図３（ｃ）に切断線ｃを示すように、第１の透光性基板１００（第２の透光性基板２００）の基板面に対して４５度の角度をなすように、偏光変換素子積層体１１０を切断した後、切断面を研磨して、図１に示す偏光変換素子１を製造する。

　（本形態の効果）
　以上説明したように、本形態では、位相差フィルムとして、高分子フィルムからなるλ／２位相差フィルム３０を用いたが、このλ／２位相差フィルム３０については透光性基材６の中に設けたので、偏光変換素子１の表面で露出していない。このため、λ／２位相差フィルム３０は、高温下で外気と触れることがないので、偏光変換素子１の耐湿性や耐熱性が向上する。

　また、本形態では、λ／２位相差フィルム３０として、高分子フィルムを２軸延伸したものを複数枚、粘着材によって積層した位相差フィルムではなく、高分子フィルムを一軸延伸した単層の位相差フィルムを用いたので、温度変化があった場合でも、粘着材で積層したフィルム同士が位置ずれを起こすことがない。それ故、偏光変換素子１の耐熱性、耐久性が著しく向上する。よって、偏光変換素子１を光源に近い位置に配置しても熱的な特性低下が発生しないので、液晶プロジェクターなどといった装置全体の耐久期間を延ばすことができ、かつ、ファンによる空気音を低減できるので、静粛性を向上することもできる。

　また、本形態において、透光性基材１０、２０の接合界面は、いずれも入射光軸Ｌに対して４５度、傾いている。したがって、偏光変換素子１に対する入射光軸Ｌと、偏光変換素子１からの出射光軸を一致、平行とすることができる。

　さらに、λ／２位相差フィルム３０は、可視光域における波長依存性の小さい、あるいは波長依存性を有しない逆分散特性を備えているため、逆分布２層の波長版と比べて、広大域で波長依存性のない機能を持たせることができる。

　しかも、本形態では、λ／２位相差フィルム３０の屈折率が透光性基材１０、２０の屈折率に近いため、透光性基材１０、２０で挟みこむことによって反射ロスを減らし、光透過度を上げることができる。また、λ／２位相差フィルム３０を透光性基材１０、２０で挟みこむことによって、λ／２位相差フィルム３０の両面に透光性基材１０、２０の平面精度が転写される事になる。それ故、λ／２位相差フィルム３０の平面精度が格段に上がり、光の拡散を制御できる。

　また、本形態では、粘着材を使用しないことで、λ／２位相差フィルム３０の耐熱性だけを考慮すればよく、耐熱強度を上昇させることができる。

　さらに本形態では、偏光変換素子１を製造するにあたって、第１の透光性基板１００、λ／２位相差フィルム３０、および第２の透光性基板２００を１枚ずつ積層して偏光変換素子ユニット１５０を形成し、その後、偏光変換素子ユニット１５０を積層して偏光変換素子積層体１６０を形成する。すなわち、第１の透光性基板１００、λ／２位相差フィルム３０、第２の透光性基板２００を複数枚ずつ積層していきなり偏光変換素子積層体１６０を形成する方法を採用していない。このため、積層過程でλ／２位相差フィルム３０の角度がずれてしまうことがないので、偏光変換素子１の歩留まりが向上する。

　また、本形態では、偏光変換素子積層体１６０を形成する際、基板面に対して略平行な方向から光を照射することにより光硬化性接着剤４を硬化させる。従って、照射した光が、透光性基板１００、２００に形成された偏光分離膜８、反射膜９、λ／２位相差フィルム３０等の影響を受けることなく、光硬化性接着剤４に確実に届く。従って、硬化時間を短縮できので、生産性を高めることができ、かつ、硬化不良が発生しないため、偏光変換素子１の歩留まりが向上する。

　［実施の形態１の変形例］
　図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本形態の偏光変換素子の断面図、この偏光変換素子においてλ／２位相差フィルムが第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＡ１′部分の拡大図、このＡ１′部分をさらに拡大した拡大断面図、および反射膜が第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＡ２′部分の拡大図である。図４は、図３に記載された偏光変換素子の光学的な特性を示す説明図である。なお、本形態の偏光変換素子は、基本的な構成が実施の形態１と同様であるため、共通する機能を有する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略する。また、本形態の偏光変換素子１の製造方法は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

　図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）において、本形態の偏光変換素子１は、自然光をＰ偏光にして出射するものであり、その構成は、実施の形態１に対して、光入射側と光出射側とが逆になった構成を有している。すなわち、本形態でも、偏光変換素子１は、断面形状が４５度の鋭角を有する平行四辺形をしたガラス製の第１の透光性部材１０と、ガラス製の第２の透光性部材２０とが交互に並ぶように両側の傾斜端面同士が接合された透光性基材６を有している。また、第１の透光性部材１０の一方側の傾斜端面１１と第２の透光性部材の一方側の傾斜端面２１との第１の接合界面、および第１の透光性部材１０の他方側の傾斜端面１２と第２の透光性部材２０の他方側の傾斜端面２２との第２の接合界面が各々、透光性基材６に対する入射光軸Ｌに対して４５度の角度で傾いており、そこには第１の光学層、および第２の光学層が形成されている。

　本形態においても、第１の光学層は、第１の透光性部材１０の傾斜端面１１に形成された偏光分離膜８と、第１の透光性部材１０の偏光分離膜８が形成された傾斜端面１１と第２の透光性部材２０の傾斜端面２１との間に接着剤４で固定されたλ／２位相差フィルム３０（位相差板）とから構成されている。これに対して、第２の光学層は、第２の透光性部材２０の傾斜端面２２に形成された反射膜９によって構成され、この反射膜９が形成されている第２の透光性部材２０の傾斜端面２２は、第１の透光性部材１０の傾斜端面１２に接着剤４により接着固定されている。

　このように構成した偏光変換素子１においては、図４および図５に示すように、透光性基材６の上方から入射した自然光Ｌ（Ｐ波およびＳ波を含むランダム光）は、偏光変換素子１に入射した後、λ／２位相差フィルム３０を透過し、偏光分離膜８によりＰ波は透過、Ｓ波は９０度反射される。ここで、偏光分離膜８を通過したＰ波は、そのまま出射される一方、偏光分離膜８で反射したＳ波は、隣接するλ／２位相差フィルム３０を透過する際、偏波面が９０度捩じれてＰ波となった後、反射膜９で全反射して、そのままＰ波として入射光の光軸Ｌと平行な光軸で出射される。

　［実施の形態２］
　図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本形態の偏光変換素子の断面図、この偏光変換素子においてλ／４位相差フィルムが第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＢ１部分の拡大図、このＢ１部分をさらに拡大した拡大断面図、および偏光分離膜が第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＢ２部分の拡大図である。図７は、図６に記載された偏光変換素子の光学的な特性を示す説明図である。

　図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に示すとおり、本形態の偏光変換素子１は、直方体形状の光学素子であり、断面形状が４５度の鋭角を有する平行四辺形をしたガラス製の第１の透光性部材１０と、ガラス製の第２の透光性部材２０とが交互に並ぶように両側の傾斜端面同士が接合された透光性基材６を有している。従って、偏光変換素子１の透光性基材６では、第１の透光性部材１０の一方側の傾斜端面１１と第２の透光性部材の一方側の傾斜端面２１との第１の接合界面、および第１の透光性部材１０の他方側の傾斜端面１２と第２の透光性部材２０の他方側の傾斜端面２２との第２の接合界面が各々、透光性基材６に対する入射光軸Ｌに対して４５度の角度で傾いており、そこには第１の光学層、および第２の光学層が形成されている。

　本形態においては、以下に説明するように、第１の光学層は、この第１の光学層を両側で挟む第１の透光性部材１０および第２の透光性部材２０のうち、第１の透光性部材１０の傾斜端面１１に形成された偏光分離膜８であり、偏光分離膜８が形成されている傾斜端面１１は、第２の透光性部材２０の傾斜端面２１に接着剤４により接着固定されている。これに対して、第２の光学層は、第２の透光性部材２０の傾斜端面２２に形成された反射膜９と、この反射膜９が形成された第２の透光性部材２０の傾斜端面２２と第１の透光性部材１０の傾斜端面１２との間に接着剤４で固定されたλ／４位相差フィルム４０（位相差板）とから構成されている。

　すなわち、偏光変換素子１では、第１の透光性部材１０の傾斜端面１１には、自然光（Ｐ波、Ｓ波）のうち、Ｐ波を透過し、Ｓ波を反射する偏光分離膜８が形成されている。第２の透光性部材２０の傾斜端面２２にはアルミニウム膜などからなる反射膜９が形成されている。λ／４位相差フィルム４０は、第２の透光性部材２０の傾斜端面２２に形成された反射膜９と、第１の透光性部材１０の傾斜端面１２との間に挟み込まれている。

　本形態において、λ／４位相差フィルム４０は、一軸延伸のポリカーボネートフィルム（高分子フィルム）からなり、可視光域における波長依存性の小さい、あるいは波長依存性を有しない逆分散特性を備えたフィルムである。なお、その屈折率は、透光性基材１０、２０の屈折率に近いものである。

　このように構成した偏光変換素子１では、図６（ａ）および図７に示すように、偏光変換素子１に下方から入射した自然光Ｌは、偏光分離膜８によりＰ波は透過、Ｓ波は９０度反射される。ここで、偏光分離膜８を通過したＰ波はそのままＰ波として、入射光の光軸と同じ光軸で出射される。これに対して、偏光分離膜８で反射したＳ波は、λ／４位相差フィルム４０を透過することにより偏波面が４５度捩じれて円偏光化された後、隣接する第２の透光性基材２０に形成された反射膜２３で全反射される。全反射された光は、再びλ／４位相差フィルム４０を透過することにより偏波面が４５度捩じれてＰ波となり、入射光の光軸と同じ光軸で出射される。

　（偏光変換素子の製造方法）
　図８を参照して、本形態の偏光変換素子１の製造方法を説明する。図８は、図６に示す偏光変換素子の製造方法を示す工程断面図である。

　図８（ａ）において、本形態の偏光変換素子１を製造するにあたっては、平行な２つの基板面を有する第１の透光性基板１００の一方の面１０１に偏光分離膜８を形成する一方、平行な２つの基板面を有する第２の透光性基板２００の一方の面２０１に反射膜９を形成する。

　次に、図８（ｂ）に示すように、第１の透光性基板１００の偏光分離膜８が形成されている面１０１とは反対側の面１０２と、第２の透光性基板２００の反射膜９が形成されている側の面２０１との間に、光硬化性接着剤４（図６（ｃ）を参照）、λ／４位相差フィルム４０、および光硬化性接着剤４（図６（ｃ）を参照）を挟むようにして、第１の透光性基板１００、λ／４位相差フィルム４０、および第２の透光性基板２００を積層する。

　そして、矢印Ｌ１１で示すように、第１の透光性基板１００の基板面に対して略垂直な方向から、あるいは、矢印Ｌ１２で示すように、第１の透光性基板１００の基板面に対して略平行な方向から紫外（ＵＶ）光を照射して光硬化性接着剤４を硬化させ、偏光変換素子ユニット１５０を形成する。ここで、第２の透光性基板２００の側から光を照射してもよい。また、第１の透光性基板１００あるいは第２の透光性基板２００の基板面に対して斜め方向から光を照射してもよい。さらに、第１の透光性基板１００の側、および第２の透光性基板１００の側の双方から光を照射して光硬化性接着剤４を硬化させれば、応力を発生させることなく、接着剤を硬化させることができる。

　次に、図８（ｃ）に示すように、複数枚の偏光変換素子ユニット１５０を同一の方向に向けて、光硬化性接着剤４（図６（ｄ）を参照）を介して積層した後、矢印Ｌ１３で示すように、第１の透光性基板１００（第２の透光性基板２００）の基板面に対して略平行な方向からＵＶ光を照射して光硬化性接着剤を硬化させ、偏光変換素子積層体１６０を形成する。

　しかる後には、図３（ｃ）に切断線ｃを示すように、第１の透光性基板１００（第２の透光性基板２００）の基板面に対して４５度の角度をなすように、偏光変換素子積層体１６０を切断した後、切断面を研磨して、図６に示す偏光変換素子１を製造する。

　（本形態の効果）
　以上説明したように、本形態では、位相差フィルムとして、高分子フィルムからなるλ／４相差フィルム４０を用いたが、このλ／４位相差フィルム４０については透光性基材の中に設けたので、偏光変換素子１の表面で露出していない。このため、λ／２位相差フィルム４０が高温下で外気と触れることがない。また、λ／４位相差フィルム４０として、高分子フィルムを２軸延伸したものを複数枚、粘着材によって積層した位相差フィルムではなく、高分子フィルムを一軸延伸した単層の位相差フィルムを用いたので、温度変化があった場合でも、粘着材で積層したフィルム同士が位置ずれを起こすことがない。それ故、偏光変換素子１の耐熱性、耐久性が著しく向上するなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。

　さらに本形態では、偏光変換素子１を製造するにあたって、第１の透光性基板１００、λ／４位相差フィルム４０、および第２の透光性基板２００を１枚ずつ積層して偏光変換素子ユニット１５０を形成し、その後、偏光変換素子ユニット１５０を積層して偏光変換素子積層体１６０を形成する。すなわち、第１の透光性基板１００、λ／２位相差フィルム４０、第２の透光性基板２００を複数枚ずつ積層していきなり偏光変換素子積層体１６０を形成する方法を採用していない。このため、積層過程でλ／４位相差フィルム４０の角度がずれてしまうことがないので、偏光変換素子１の歩留まりが向上するなど、実施の形態１と同様な効果を奏する。

　本発明によれば、高分子フィルムからなるλ／２位相差フィルム、あるいはλ／４位相差フィルムを透光性基材の中に設けたので、偏光変換素子の表面で露出していない。このため、偏光変換素子の耐湿性や耐熱性が向上する。しかも、本発明では、高分子フィルムを２軸延伸したものを複数枚、粘着材によって積層した位相差フィルムではなく、高分子フィルムを一軸延伸した単層の位相差フィルムを用いたので、温度変化があった場合でも、粘着材で積層したフィルム同士が位置ずれを起こすことがない。それ故、偏光変換素子の耐熱性、耐久性が著しく向上する。よって、偏光変換素子を光源に近い位置に配置しても熱的な特性低下が発生しないので、液晶プロジェクターなどといった装置全体の耐久期間を延ばすことができ、かつ、ファンによる空気音を低減できるので、静粛性を向上することもできる。

（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の実施の形態１に係る偏光変換素子の断面図、λ／２位相差フィルムが第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＡ１部分の拡大図、このＡ１部分をさらに拡大した拡大断面図、および反射膜が第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＡ２部分の拡大断面図である。 図１に示す偏光変換素子の光学的な特性を示す説明図である。 図１に示す偏光変換素子の製造方法を示す工程断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の実施の形態１の変形例に係るλ／２位相差フィルムを用いた偏光変換素子の断面図、λ／２位相差フィルムが第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＡ１′部分の拡大図、このＡ１′部分をさらに拡大した拡大断面図、および反射膜が第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＡ２′部分の拡大断面図である。 図４に示す偏光変換素子の光学的な特性を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は、本発明の実施の形態２に係る偏光変換素子の断面図、λ／４位相差フィルムが第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＢ１部分の拡大図、このＢ１部分をさらに拡大した拡大断面図、および偏光分離膜が第１、第２の透光性部材に挟まれている様子を示すＢ２部分の拡大図である。 図６に示す偏光変換素子の光学的な特性を示す説明図である。 図６に示す偏光変換素子の製造方法を示す工程断面図である。 従来の偏光変換素子の説明図である。

符号の説明

１　偏光変換素子
４　接着剤
６　透光性基材
８　偏光分離膜
９　反射膜
１０、２０　透光性部材
３０　λ／２位相差フィルム
４０　λ／４位相差フィルム
１００　第１の透光性基板
２００　第２の透光性基板
１５０　偏光変換素子ユニット
１６０　偏光変換素子積層体

Claims (8)

1. 　複数の透光性部材の傾斜端面同士が接合された透光性基材中に第１の光学層と第２の光学層とが互いに平行、かつ、前記透光性基材に対する入射光軸に斜めに配置され、
   　前記第１の光学層は、当該第１の光学層を両側で挟む第１の透光性部材および第２の透光性部材のうち、前記第１の透光性部材の傾斜端面に形成された偏光分離膜と、当該第１の透光性部材の前記偏光分離膜が形成された傾斜端面と前記第２の透光性部材の傾斜端面との間に接着固定されたλ／２位相差フィルムとから構成され、
   　前記第２の光学層は、反射膜であり、
   　前記λ／２位相差フィルムは、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなることを特徴とする偏光変換素子。
2. 　複数の透光性部材の傾斜端面同士が接合された透光性基材中に第１の光学層と第２の光学層とが互いに平行、かつ、前記透光性基材に対する入射光軸に斜めに配置され、
   　前記第１の光学層は、偏光分離膜であり、
   　前記第２の光学層は、当該第２の光学層を両側で挟む第１の透光性部材および第２の透光性部材のうち、前記第２の透光性部材の傾斜端面に形成された反射膜と、当該第２の透光性部材の前記反射膜が形成された傾斜端面と前記第１の透光性部材の傾斜端面との間に接着固定されたλ／４位相差フィルムとから構成され、
   　前記λ／４位相差フィルムは、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなることを特徴とする偏光変換素子。
3. 　請求項１または２において、前記透光性基材では、前記第１の透光性部材と前記第２の透光性部材が交互に並ぶように前記第１の透光性部材と前記第２の透光性部材の両端の傾斜端面同士が各々接合され、
   　前記第１の光学層および前記第２の光学層は各々、前記第１の透光性部材の一方側傾斜端面と前記第２の透光性部材の一方側傾斜端面との第１の接合界面、および前記第１の透光性部材の他方側傾斜端面と前記第２の透光性部材の他方側傾斜端面との第２の接合界面に構成されていることを特徴とする偏光変換素子。
4. 　請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記高分子フィルムは、ポリカーボネート製であることを特徴とする偏光変換素子。
5. 　請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記第１の光学層および前記第２の光学層は、いずれも前記入射光軸に対して４５度の角度をなしていることを特徴する偏光変換素子。
6. 　請求項１から４のいずれかにおいて、前記の一軸延伸された単層の高分子フィルムは、可視光域における波長依存性の小さい、あるいは波長依存性を有しない逆分散特性を備えていることを特徴とする偏光変換素子。
7. 　第１の透光性基板の平行な両面のうちの一方の面に偏光分離膜を形成する一方、第２の透光性基板の平行な両面のうちの一方の面に反射膜を形成しておき、
   　前記第１の透光性基板の前記偏光分離膜が形成されている一方の面と、前記第２の透光性基板の前記反射膜が形成されている側とは反対側の面とを光硬化性接着剤、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなるλ／２位相差フィルム、および光硬化性接着剤を介して貼り合わせた後、光硬化性接着剤に光を照射して硬化させて偏光変換素子ユニットを形成し、
   　次に、前記偏光変換素子ユニットを複数、同一の向きで光硬化性接着剤を介して積層するとともに、基板面に対して略平行な方向から光を照射して当該光硬化性接着剤を硬化させて偏光変換素子積層体を形成し、
   　しかる後に、前記偏光変換素子積層体を基板面に対して斜めに切断することを特徴とする偏光変換素子の製造方法。
8. 　第１の透光性基板の平行な両面のうちの一方の面に偏光分離膜を形成する一方、第２の透光性基板の平行な両面のうちの一方の面に反射膜を形成しておき、
   　前記第１の透光性基板の前記偏光分離膜が形成されている側とは反対側の面と、前記第２の透光性基板の前記反射膜が形成されている側の面とを光硬化性接着剤、一軸延伸された単層の高分子フィルムからなるλ／４位相差フィルム、および光硬化性接着剤を介して貼り合わせた後、光硬化性接着剤に光を照射して硬化させて偏光変換素子ユニットを形成し、
   　次に、前記偏光変換素子ユニットを複数、同一の向きで光硬化性接着剤を介して積層するとともに、基板面に対して略平行な方向から光を照射して当該光硬化性接着剤を硬化させて偏光変換素子積層体を形成し、
   　しかる後に、前記偏光変換素子積層体を基板面に対して斜めに切断することを特徴とする偏光変換素子の製造方法。

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