JP2005062241A - Polarization conversion element, method for manufacturing polarization conversion element, and projection type liquid crystal display device - Google Patents
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Abstract
【課題】耐熱性に優れた偏光変換素子と、その製造方法と、このような偏光変換素子を備えた投射型液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】厚さ0.1〜2mmで、一辺が10〜100mmの長方形のガラス製の基板11の表面に、溝幅(W)50〜120nm、溝深さ(H)30〜120nmの線状の形状を有し、溝ピッチ(P)50〜180nmの間隔で、互いに平行且つ等間隔で、密度は、8〜20本/μmのストイプ状の溝部12が設けられ、この溝部12に遮光性物質としてアルミニウムが充填されている偏光変換素子10。
【選択図】 図2A polarization conversion element having excellent heat resistance, a method for manufacturing the same, and a projection type liquid crystal display device including such a polarization conversion element.
A line having a groove width (W) of 50 to 120 nm and a groove depth (H) of 30 to 120 nm is formed on the surface of a rectangular glass substrate 11 having a thickness of 0.1 to 2 mm and a side of 10 to 100 mm. The groove portion 12 is provided with a stripe-shaped groove portion 12 having a groove pitch (P) of 50 to 180 nm, parallel to each other and equally spaced, and having a density of 8 to 20 lines / μm. A polarization conversion element 10 filled with aluminum as a functional substance.
[Selection] Figure 2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光変換素子等に関し、より詳しくは、耐熱性に優れた偏光変換素子等に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、高度情報化社会を背景として、スクリーンに拡大投影する装置として従来利用されてきたスライドプロジェクタやオーバーヘッドプロジェクタ(OHP)に代わり、電子データを直接投影する投射型液晶表示装置が利用されている。投射型液晶表示装置は、投影画像の照度が向上し、明るい室内でも投影が可能であることから、特に明るく高精細な画像を表示するため、投射レンズの改良、高輝度ランプの改良、液晶パネルを均一に照明するためのインテグレータレンズの改良、あるいは、偏光方向をそろえて光の利用効率を向上するための偏光変換光学系の改良等が進められている。
【0003】
なかでも、投影画像の照度を向上させるために超高圧水銀ランプ等の高輝度ランプが用いられるが、これににより、レンズ、偏光変換素子等の光学素子の耐熱性を高める必要性があり、特に、偏光変換素子としては、光透過性材料の基板上に多数の金属細線を固定したワイヤグリッド型偏光変換素子が開発されている。
【0004】
図4は、このようなワイヤグリッド型偏光変換素子を説明するための図である。図4に示したワイヤグリッド型偏光変換素子90は、光透過性材料からなる基板91と、この基板91上に固定された金属細線のワイヤグリッド92とを有している。幅100nm程度のワイヤグリッド92は、100nm程度の間隔で平行に多数設けられている。ワイヤグリッド型偏光変換素子90は、通常、蒸着法又はスパッタ法により、基板91上にアルミニウム等の金属層を形成し、これにエッチング処理を施すことによって、多数のワイヤグリッド92が一定の間隔を設けて平行に並んだ凸部を形成する方法により調製される。また、基板上に形成された金属細線による凸部の間を、基板と同程度の屈折率を有する材料を用いて固める方法も報告されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
【0005】
【特許文献1】
特表2003−502708号公報
【特許文献2】
特開平10−153706号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなワイヤグリッド型偏光変換素子は、支持体である基板上に金属細線のワイヤグリッドを形成するために、スパッタ法等により形成した金属層について、製品個々に、エッチング処理を行う必要があり、製造コストが高く、また、大量に生産できない問題がある。
【0007】
また、例えば、特許文献2に記載されたワイヤグリッド型偏光変換素子のように、基板上に形成された金属細線による凸部の間を、基板と同程度の屈折率を有する材料を用いて固めた構造の偏光変換素子を、高温化において長時間使用すると、ワイヤグリッドと基板とが剥離するおそれが有り、信頼性の点で問題がある。
【0008】
本発明は、このように、ワイヤグリッド型偏光変換素子を使用する投射型液晶表示装置を開発する際に浮き彫りになった問題を解決すべくなされたものである。
即ち本発明の目的は、耐熱性に優れた偏光変換素子を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、耐熱性に優れた偏光変換素子の製造方法を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、耐熱性に優れた偏光変換素子を備えた投射型液晶表示装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決すべく、本発明は、予めストライプ状の多数の溝部を設けた光透過性の基板を一体成型し、この溝部に金属線を埋め込む構成を採用している。即ち、本発明の偏光変換素子は、所定の深さ及び幅を有する多数の直線状の溝部が、互いに平行で等間隔に形成された面を備えた基板と、このように設けられた溝部を充填する遮光性物質と、を有することを特徴とするものである。
【0010】
このような溝部を充填する遮光性物質の厚さは、溝部の深さ以下であることを特徴とすれば、従来のワイヤグリッド型偏光変換素子のように、金属製のワイヤグリッド部の破損による性能低下の問題が解消される。
【0011】
また、予め溝部が設けられた基板は、耐熱性合成樹脂又はガラスから形成されたことを特徴とすれば、高温下、長時間使用しても偏光変換素子の性能低下を防止することができる。
【0012】
また、溝部を充填する遮光性物質は、アルミニウム、アルミニウム合金、銀又は銀合金であることを特徴とすれば、効率的な遮光効果が得られるとともに、高温下、長時間使用後に、遮光性物質が基板から剥離することが防止される。
【0013】
さらに、本発明の偏光変換素子は、ストライプ状の溝部が設けられた面とは反対側の面に形成された反射防止膜をさらに有することを特徴とすれば、入射光の偏光効率を高めることができる。
【0014】
一方、本発明が適用される偏光変換素子は、光透過性材料により形成された基板と、この基板の表面に等間隔で互いに平行に埋め込まれた直線状の多数の金属線と、を有し、このような基板の表面における金属線の密度が、8〜20本/μmであることを特徴とするものであり、金属線が基板に埋め込まれた構造を有することにより、耐熱性に優れ、安定した偏光性能を得ることができる。
【0015】
次に、本発明が適用される偏光変換素子の製造方法は、所定の深さ及び幅を有する多数の直線状の溝部が、互いに平行で等間隔に形成された面を備えた基板を形成する基板形成工程と、このように形成された基板の溝部が設けられた面上に、遮光性物質により溝部を充填し且つ所定の厚さを有する金属層を形成する金属層形成工程と、このように形成された金属層を研磨し、溝部を充填する遮光性物質を残し、それ以外の金属層の部分を除去する研磨工程と、を有することを特徴とするものである。
【0016】
特に、偏光変換素子の製造方法における金属層形成工程は、基板の溝部が設けられた面上に、気相法により遮光性物質からなる金属層を成膜することを特徴とすれば、均一な金属層を成膜することができる。
【0017】
また、本発明は、光源ランプと、この光源ランプからの光を偏光分離する偏光変換素子と、この偏光変換素子により偏光された光が透過する液晶パネルと、この液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する投射レンズと、を備え、この中に設けられた偏光変換素子は、光透過性材料からなる基板上に設けられたストライプ状の多数の溝部に、遮光性物質を充填したものであることを特徴とすれば、投射された画像のコントラスト及び明るさを向上させることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について詳述する。
図1は、本実施の形態が適用される投射型液晶表示装置を説明するための図である。図1に示した投射型液晶表示装置である3板式液晶プロジェクタ100は、光源ランプの白色光源30と、インテグレータレンズ21,22と、白色光31をS偏光、P偏光に分離する偏光変換素子10と、白色光31を波長の異なる3つの光に分離するダイクロイックミラー51,52と、これらの3つの光がそれぞれ透過する3つの液晶パネル61,62,63と、分離された光を合成するダイクロイックプリズム45と、投射レンズ70とを備えている。さらに、光学部品としての、ミラー41,42,43,44と、リレーレンズ23,24とを有している。また、白色光源30は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ等の高輝度ランプと高輝度ランプからの光を集光する楕円鏡とから構成されている。
【0019】
次に、偏光変換素子10について説明する。図2は、本実施の形態が適用される偏光変換素子を説明するための図である。図1に示した偏光変換素子10は、上部に多数の溝部12が形成された基板11からなり、これらの溝部12には遮光性物質が充填されている。基板11を形成する材料は、光透過性材料であれば特に限定されず、例えば、ポリカーボネート系樹脂、アクリル系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリスチレン樹脂、塩化ビニル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルフォン、フェノール樹脂、ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン樹脂等の合成樹脂;青板ガラス、白板ガラス、サファイアガラス等のガラスが挙げられる。中でも、ポリカーボネート系樹脂、ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン樹脂、ポリイミド等が、耐熱性が良好なので好ましい。また、ポリカーボネート系樹脂は、光の透過性が高いので好ましい。
【0020】
基板11の厚さは、通常、0.1〜2mm、好ましくは、0.7〜1.1mmである。基板11の形状及び外形寸法は、使用される態様に応じて適宜選択され、特に限定されないが、通常、一辺が10〜100mmの長方形又は正方形、直径が5〜100mmの円形又は楕円形等が挙げられる。
【0021】
基板11の上部に形成された溝部12は、通常、溝幅(W)50〜120nm、溝深さ(H)30〜120nmの線状の形状を有している。また、基板11上には、多数の溝部12が、通常、溝ピッチ(P)50〜180nmの間隔で、互いに平行に等間隔で設けられており、その密度は、8〜20本/μmである。
【0022】
基板11の上部に形成された溝部12に充填される遮光性物質は、光を遮光する物質であれば特に限定されないが、通常、金属、半導体材料等が挙げられる。これらの中でも、アルミニウム、銀、アルミニウム合金、銀合金等は、屈折率が大きく、光の吸収が大きいので特に好ましい。特に、アルミニウムは、熱伝導率が大きいことから、遮光性物質としてアルミニウムを用いた偏光変換素子10は、耐熱性に優れ、例えば、400℃で1時間放置後、外見上・性能上の変化が見られない。また、このような偏光変換素子10を3板式液晶プロジェクタ100に組み込んだ場合、偏光変換素子10は、およそ150〜200℃程度の温度雰囲気下に置かれるので、通常の耐熱性樹脂を使用した場合よりも耐熱性に優れている。
【0023】
また、遮光性物質として金属を使用する場合は、金属表面に自己保護膜として酸化層を形成することが好ましい。このような酸化層を形成する化合物としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム等が挙げられる。酸化層は、屈折率及び厚さを成膜条件により調整し、所望の波長範囲において反射率を低減するように形成される。
【0024】
尚、本実施の形態が適用される偏光変換素子10は、基板11の溝部12が形成された面とは反対側の面に、反射防止膜を設けることが好ましい。反射防止膜を形成する材料としては、通常、金属、金属酸化物及び金属フッ化物から選ばれる化合物が挙げられる。具体的には、金属としては、例えば、銀等が挙げられる。金属酸化物としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム等が挙げられる。金属フッ化物としては、例えば、弗化マグネシウム等が挙げられる。反射防止膜は、単層又は多層であってもよい。反射防止膜の厚さ、多層である場合の各層の厚さは、層数、各層に用いる物質の屈折率等により適宜選択される。
【0025】
本実施の形態が適用される偏光変換素子10は、遮光性物質が基板11と一体に形成された溝部12に充填された構造を有することにより、従来のワイヤグリッド型偏光変換素子のように、金属製のワイヤグリッド部の破損による性能低下の問題が解消される。また、溝部12は基板11と一体成型されているため、溝部12に充填された遮光性物質が、高温下、長時間使用しても基板11から剥離することが無く、高い耐熱性を有する。
【0026】
次に、偏光変換素子10の製造方法について説明する。図3は、偏光変換素子10の製造方法を説明するための図である。図3(a)に示すように、光透過性材料を用いて、上部に多数の溝部12が設けられた基板11を形成する。基板11の材料として、例えば、ポリカーボネート等の耐熱性合成樹脂を用いる場合は、予め、所定の溝幅、溝深さを有し、所定の溝ピッチで、多数の直線状の溝部12が等間隔で平行に並ぶようにプリフォーマットが形成された型(スタンパ)を使用し、射出成形法により、溝部12を備えた一体の基板11を大量に生産することができる。また、2P法によることも可能である。
【0027】
次に、図3(b)に示すように、このように形成された基板11の溝部12を覆うように、金属層13を形成する。金属層13は、例えば、Al、Al合金、Ag、Ag合金等の金属を、基板11の溝部12が設けられた面に、真空蒸着法、スパッタ法等の気相法により成膜する。
【0028】
続いて、図3(c)に示すように、基板11の溝部12を覆うように形成された金属層13の表面を、研磨または化学エッチングにより除去し、溝部12に金属の遮光性物質が充填された偏光変換素子10を製造する。研磨の方法は特に限定されないが、例えば、光学部品研磨用のシートを用い、基板11の裏面から均一に加重をかけて研磨を行う方法が挙げられる。また、この際、スラリーなどの研磨補助剤を用いることが好ましい。
【0029】
次に、3板式液晶プロジェクタ100の作用について説明する。白色光源30からの白色光31は、楕円鏡で集光させるので明るさにムラがあり、これを、インテグレータレンズ21,22を用いて、白色光31の光束を分割・合成して均一にする。このように光束を均一にした白色光31を、さらに、偏光変換素子10により同じ方向の直線偏光にそろえる。これにより液晶パネル61,62,63のロスを減少させることができる。偏光変換素子10を透過した後、ミラー41により光路を折り返した白色光31は、ダイクロイックミラー51,52により青色光32、緑色光33、赤色光34の3つに分けられ、さらに、ミラー42,43,44により光路を折り返して、液晶パネル61,62,63に、これらの3つの光が照射される。液晶パネル61,62,63をそれぞれ透過した3つの光は、ダイクロイックプリズム45により再び合成され、投射レンズ70を経由してりスクリーン80に投射される。
【0030】
【実施例】
以下、実施例に基づき、本実施の形態を具体的に説明する。尚、本実施の形態は実施例に限定されるものではない。
【0031】
(実施例1)
厚さ1.0mmのガラス基板上に、溝幅100nm、溝深さ50nmの形状の溝部が、溝ピッチ170nmで、等間隔で平行に設けられたプリフォーマットを形成し、ガラス基板の溝部とは反対側の面に、Ta2O5/SiO2を2層積層した反射防止膜を形成した。次に、ガラス基板の溝部を設けた面上に、スパッタリングにより、溝部を充填し、さらに溝に覆うように、厚さ70nmのAl膜を形成した。続いて、このAl膜を研磨して、基板の溝部にAl金属が充填された偏光変換素子を調製した。このように調製した偏光変換素子を、図1に示した3板式液晶プロジェクタ100に取り付け、1000時間投射の実験を行った。実験の結果、偏光変換素子の外観に、何らの損傷も見られなかった。また、投影される画像についても表示品質の低下は見られなかった。
【0032】
(実施例2)
予め、電子ビームを用いて、Crマスク上に200nmピッチのラインアンドスペースのパターンを形成した。シリコンウエハ上にレジストを塗布し、マスク露光を施し、パターニングを行った。その後、レジストの感光部分を除去し、シリコンの異方性エッチングを施し、溝深さ110nmとした。この溝を形成したシリコン基板に無電解めっきを施し、めっき部分をシリコンから剥離したものを基板形成に必要な金型とした。この金型を用いて、ガラス2P法により、溝幅100nm、溝深さ90nmの形状を有する多数の溝が、溝ピッチ170nmで互いに平行に形成されたプリフォーマットを有するガラス基板を得た。
【0033】
また、溝部とは反対側の面に、反射防止膜をTa2O5/SiO2の2層で形成した。その後、基板プリフォーマット上に、厚さ70nmのAl膜を形成し、続いて、基板の溝部分に埋め込まれたAl金属のみを残し、余分な部分を研磨により除去した。研磨には光学部品研磨用のシートを用い、基板の裏面から均一に加重をかけ、研磨した。
【0034】
このようにして調製した偏光変換素子を、図1に示した3板式液晶プロジェクタ100に取り付け、投射実験を行った。1000時間投射した後、偏光変換素子を取り出し、目視にて観察を行ったが、何らの損傷も見られなかった。また、投影される画像についても表示品質の低下は見られなかった。
【0035】
【発明の効果】
かくして本発明によれば、耐熱性に優れた偏光変換素子等が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】投射型液晶表示装置を説明するための図である。
【図2】偏光変換素子を説明するための図である。
【図3】偏光変換素子の製造方法を説明するための図である。
【図4】従来のワイヤグリッド型偏光変換素子を説明するための図である。
【符号の説明】
10…偏光変換素子、11,91…基板、12…溝部、13…金属層、21,22…インテグレータレンズ、23,24…リレーレンズ、30…白色光源、31…白色光、32…青色光、33…緑色光、34…赤色光、41,42,43,44…ミラー、45…ダイクロイックプリズム、51,52…ダイクロイックミラー、61,62,63…液晶パネル、70…投射レンズ、80…スクリーン、90…ワイヤグリッド型偏光変換素子、92…ワイヤグリッド[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization conversion element and the like, and more particularly to a polarization conversion element and the like excellent in heat resistance.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a projection type liquid crystal display device that directly projects electronic data has been used in place of a slide projector and an overhead projector (OHP) that have been conventionally used as a device for enlarging and projecting onto a screen against the background of an advanced information society. Projection-type liquid crystal display devices improve the projection lens, improve the high-intensity lamp, and the liquid crystal panel in order to display particularly bright and high-definition images because the illuminance of the projected image is improved and projection is possible even in a bright room Improvement of an integrator lens for uniformly illuminating the light, or improvement of a polarization conversion optical system for improving the light utilization efficiency by aligning the polarization direction is being promoted.
[0003]
Among them, a high-intensity lamp such as an ultra-high pressure mercury lamp is used to improve the illuminance of the projected image, but this requires the heat resistance of optical elements such as lenses and polarization conversion elements to be increased. As a polarization conversion element, a wire grid type polarization conversion element in which a large number of fine metal wires are fixed on a substrate of a light transmitting material has been developed.
[0004]
FIG. 4 is a diagram for explaining such a wire grid type polarization conversion element. The wire grid type polarization conversion element 90 shown in FIG. 4 includes a substrate 91 made of a light transmissive material, and a fine metal wire grid 92 fixed on the substrate 91. A large number of wire grids 92 having a width of about 100 nm are provided in parallel at intervals of about 100 nm. The wire grid type polarization conversion element 90 is formed by forming a metal layer such as aluminum on the substrate 91 by an evaporation method or a sputtering method, and performing an etching process on the metal layer. It is prepared by a method of providing convex portions arranged in parallel. In addition, a method has been reported in which a space between convex portions formed by fine metal wires formed on a substrate is hardened using a material having a refractive index comparable to that of the substrate (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-T-2003-502708 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-153706 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a wire grid type polarization conversion element, in order to form a fine metal wire grid on a substrate as a support, it is necessary to perform an etching process for each metal layer formed by sputtering or the like. There is a problem that the manufacturing cost is high and mass production is impossible.
[0007]
Further, for example, like a wire grid type polarization conversion element described in Patent Document 2, a space between convex portions formed by fine metal wires formed on a substrate is solidified using a material having a refractive index comparable to that of the substrate. If the polarization conversion element having the above structure is used at a high temperature for a long time, the wire grid and the substrate may be peeled off, which causes a problem in reliability.
[0008]
As described above, the present invention has been made to solve the problem which has been highlighted when developing a projection type liquid crystal display device using a wire grid type polarization conversion element.
That is, an object of the present invention is to provide a polarization conversion element having excellent heat resistance.
Another object of the present invention is to provide a method for producing a polarization conversion element having excellent heat resistance.
Furthermore, another object of the present invention is to provide a projection type liquid crystal display device provided with a polarization conversion element having excellent heat resistance.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, the present invention adopts a configuration in which a light-transmitting substrate provided with a number of stripe-shaped grooves in advance is integrally formed and a metal wire is embedded in the grooves. That is, the polarization conversion element of the present invention includes a substrate having a surface on which a plurality of linear grooves having a predetermined depth and width are formed in parallel with each other at equal intervals, and the grooves provided in this way. And a light-shielding substance to be filled.
[0010]
If the thickness of the light-shielding material filling the groove is equal to or less than the depth of the groove, the thickness of the light-shielding substance is caused by damage to the metal wire grid as in the conventional wire grid type polarization conversion element. The problem of performance degradation is solved.
[0011]
Further, if the substrate on which the groove portion is provided in advance is formed from a heat-resistant synthetic resin or glass, it is possible to prevent the performance of the polarization conversion element from being deteriorated even when used for a long time at a high temperature.
[0012]
Further, if the light-shielding material filling the groove is aluminum, aluminum alloy, silver or silver alloy, an efficient light-shielding effect can be obtained, and the light-shielding material can be used after being used at a high temperature for a long time. Is prevented from peeling from the substrate.
[0013]
Furthermore, if the polarization conversion element of the present invention further includes an antireflection film formed on the surface opposite to the surface provided with the stripe-shaped groove portion, the polarization efficiency of incident light can be increased. Can do.
[0014]
On the other hand, a polarization conversion element to which the present invention is applied has a substrate formed of a light-transmitting material and a large number of linear metal wires embedded in parallel at equal intervals on the surface of the substrate. The density of the metal wires on the surface of such a substrate is characterized by being 8-20 wires / μm, and by having a structure in which the metal wires are embedded in the substrate, the heat resistance is excellent, Stable polarization performance can be obtained.
[0015]
Next, in the method for manufacturing a polarization conversion element to which the present invention is applied, a substrate having a surface in which a large number of linear grooves having a predetermined depth and width are formed in parallel with each other at equal intervals is formed. A substrate forming step, and a metal layer forming step of filling a groove portion with a light-shielding substance and forming a metal layer having a predetermined thickness on the surface of the substrate thus formed with the groove portion; A polishing step of polishing the metal layer formed on the metal layer, leaving a light-shielding substance filling the groove, and removing the other metal layer portions.
[0016]
In particular, if the metal layer forming step in the method for manufacturing a polarization conversion element is characterized in that a metal layer made of a light-shielding substance is formed on the surface of the substrate on which the groove is provided by a vapor phase method, it is uniform. A metal layer can be formed.
[0017]
The present invention also provides a light source lamp, a polarization conversion element that polarizes and separates light from the light source lamp, a liquid crystal panel that transmits light polarized by the polarization conversion element, and light that has passed through the liquid crystal panel. A polarization conversion element provided in the projection lens, and a light shielding material filled in a large number of stripe-shaped grooves provided on a substrate made of a light-transmitting material. With this feature, the contrast and brightness of the projected image can be improved.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining a projection type liquid crystal display device to which the present embodiment is applied. A three-plate liquid crystal projector 100 that is a projection type liquid crystal display device shown in FIG. 1 includes a white light source 30 of a light source lamp,
[0019]
Next, the polarization conversion element 10 will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining a polarization conversion element to which the present embodiment is applied. A polarization conversion element 10 shown in FIG. 1 includes a substrate 11 having a large number of grooves 12 formed thereon, and these grooves 12 are filled with a light-shielding substance. The material for forming the substrate 11 is not particularly limited as long as it is a light-transmitting material. For example, polycarbonate resin, acrylic resin, methacrylic resin, polystyrene resin, vinyl chloride resin, epoxy resin, polyester resin, polyimide, poly Synthetic resins such as ether imide, polyether sulfone, phenol resin, norbornene amorphous polyolefin resin; and glass such as blue plate glass, white plate glass, and sapphire glass. Among these, polycarbonate resin, norbornene amorphous polyolefin resin, polyimide, and the like are preferable because of good heat resistance. Polycarbonate resins are preferred because of their high light transmittance.
[0020]
The thickness of the board | substrate 11 is 0.1-2 mm normally, Preferably, it is 0.7-1.1 mm. The shape and external dimensions of the substrate 11 are appropriately selected according to the mode to be used, and are not particularly limited. Usually, a rectangle or a square having a side of 10 to 100 mm, a circle or an ellipse having a diameter of 5 to 100 mm, and the like can be given. It is done.
[0021]
The groove 12 formed in the upper part of the substrate 11 usually has a linear shape with a groove width (W) of 50 to 120 nm and a groove depth (H) of 30 to 120 nm. On the substrate 11, a large number of groove portions 12 are usually provided at equal intervals in parallel with each other at intervals of a groove pitch (P) of 50 to 180 nm, and the density thereof is 8 to 20 lines / μm. is there.
[0022]
The light-shielding substance that fills the groove 12 formed on the upper portion of the substrate 11 is not particularly limited as long as it is a substance that shields light, and usually includes metals, semiconductor materials, and the like. Among these, aluminum, silver, an aluminum alloy, a silver alloy, and the like are particularly preferable because they have a large refractive index and large light absorption. In particular, since aluminum has a high thermal conductivity, the polarization conversion element 10 using aluminum as a light-shielding substance has excellent heat resistance. For example, after standing at 400 ° C. for 1 hour, appearance and performance change. can not see. Further, when such a polarization conversion element 10 is incorporated in the three-plate liquid crystal projector 100, the polarization conversion element 10 is placed in a temperature atmosphere of about 150 to 200 ° C., and therefore when a normal heat resistant resin is used. Better heat resistance.
[0023]
Moreover, when using a metal as a light-shielding substance, it is preferable to form an oxide layer as a self-protecting film on the metal surface. Examples of the compound that forms such an oxide layer include silicon oxide, silicon nitride, and aluminum oxide. The oxide layer is formed so that the refractive index and thickness are adjusted according to the film forming conditions, and the reflectance is reduced in a desired wavelength range.
[0024]
In the polarization conversion element 10 to which this exemplary embodiment is applied, it is preferable to provide an antireflection film on the surface of the substrate 11 opposite to the surface on which the groove 12 is formed. As a material for forming the antireflection film, a compound selected from metals, metal oxides and metal fluorides is usually mentioned. Specifically, silver etc. are mentioned as a metal, for example. Examples of the metal oxide include silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, tantalum oxide, yttrium oxide, and zirconium oxide. Examples of the metal fluoride include magnesium fluoride. The antireflection film may be a single layer or a multilayer. The thickness of the antireflection film and the thickness of each layer in the case of a multilayer are appropriately selected depending on the number of layers, the refractive index of the substance used for each layer, and the like.
[0025]
The polarization conversion element 10 to which this exemplary embodiment is applied has a structure in which a light shielding material is filled in a groove portion 12 formed integrally with a substrate 11, so that, like a conventional wire grid type polarization conversion element, The problem of performance degradation due to breakage of the metal wire grid is eliminated. Further, since the groove portion 12 is integrally formed with the substrate 11, the light shielding material filled in the groove portion 12 does not peel off from the substrate 11 even when used for a long time at high temperature, and has high heat resistance.
[0026]
Next, a method for manufacturing the polarization conversion element 10 will be described. FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing the polarization conversion element 10. As shown in FIG. 3A, a substrate 11 having a large number of grooves 12 formed thereon is formed using a light transmissive material. When a heat resistant synthetic resin such as polycarbonate is used as the material of the substrate 11, for example, a plurality of linear groove portions 12 having a predetermined groove width and groove depth and having a predetermined groove pitch are equally spaced. Using a mold (stamper) in which a preformat is formed so as to be arranged in parallel, a single substrate 11 having the groove 12 can be produced in large quantities by an injection molding method. It is also possible to use the 2P method.
[0027]
Next, as shown in FIG. 3B, a metal layer 13 is formed so as to cover the groove 12 of the substrate 11 formed in this way. For example, the metal layer 13 is formed by depositing a metal such as Al, Al alloy, Ag, or Ag alloy on the surface of the substrate 11 on which the groove 12 is provided by a vapor phase method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method.
[0028]
Subsequently, as shown in FIG. 3C, the surface of the metal layer 13 formed so as to cover the groove 12 of the substrate 11 is removed by polishing or chemical etching, and the groove 12 is filled with a metal light-shielding substance. The manufactured polarization conversion element 10 is manufactured. The method of polishing is not particularly limited, and examples thereof include a method of using a sheet for polishing optical components and performing polishing by applying a uniform load from the back surface of the substrate 11. At this time, it is preferable to use a polishing aid such as a slurry.
[0029]
Next, the operation of the three-plate liquid crystal projector 100 will be described. Since the white light 31 from the white light source 30 is condensed by the elliptical mirror, the brightness is uneven, and this is made uniform by dividing and synthesizing the luminous flux of the white light 31 using the
[0030]
【Example】
Hereinafter, this embodiment will be specifically described based on examples. The present embodiment is not limited to the examples.
[0031]
(Example 1)
On a glass substrate having a thickness of 1.0 mm, a groove portion having a groove width of 100 nm and a groove depth of 50 nm is formed with a preformat in which a groove pitch is 170 nm and provided in parallel at equal intervals. An antireflection film in which two layers of Ta 2 O 5 / SiO 2 were laminated was formed on the opposite surface. Next, an Al film having a thickness of 70 nm was formed on the surface of the glass substrate provided with the groove by sputtering so as to fill the groove and further cover the groove. Subsequently, this Al film was polished to prepare a polarization conversion element in which Al metal was filled in the groove portion of the substrate. The polarization conversion element thus prepared was attached to the three-plate liquid crystal projector 100 shown in FIG. 1, and a 1000 hour projection experiment was performed. As a result of the experiment, no damage was observed in the appearance of the polarization conversion element. Also, no deterioration in display quality was observed for the projected image.
[0032]
(Example 2)
A 200 nm pitch line-and-space pattern was previously formed on the Cr mask using an electron beam. A resist was applied on the silicon wafer, mask exposure was performed, and patterning was performed. Thereafter, the photosensitive portion of the resist was removed, and anisotropic etching of silicon was performed to obtain a groove depth of 110 nm. An electroless plating was performed on the silicon substrate on which the groove was formed, and a metal mold required for substrate formation was obtained by peeling the plated portion from the silicon. Using this mold, a glass substrate having a preformat in which a number of grooves having a groove width of 100 nm and a groove depth of 90 nm were formed in parallel with each other at a groove pitch of 170 nm was obtained by the glass 2P method.
[0033]
In addition, an antireflection film was formed with two layers of Ta 2 O 5 / SiO 2 on the surface opposite to the groove. Thereafter, an Al film having a thickness of 70 nm was formed on the substrate preformat, and then only the Al metal embedded in the groove portion of the substrate was left, and the excess portion was removed by polishing. For polishing, a sheet for polishing optical parts was used, and the load was applied uniformly from the back surface of the substrate.
[0034]
The polarization conversion element thus prepared was attached to the three-plate liquid crystal projector 100 shown in FIG. 1, and a projection experiment was performed. After projecting for 1000 hours, the polarization conversion element was taken out and visually observed, but no damage was observed. Also, no deterioration in display quality was observed for the projected image.
[0035]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, a polarization conversion element and the like excellent in heat resistance are provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a projection-type liquid crystal display device.
FIG. 2 is a diagram for explaining a polarization conversion element;
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of manufacturing a polarization conversion element.
FIG. 4 is a diagram for explaining a conventional wire grid type polarization conversion element;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Polarization conversion element 11, 91 ... Board | substrate, 12 ... Groove part, 13 ... Metal layer, 21, 22 ... Integrator lens, 23, 24 ... Relay lens, 30 ... White light source, 31 ... White light, 32 ... Blue light, 33 ... Green light, 34 ... Red light, 41, 42, 43, 44 ... Mirror, 45 ... Dichroic prism, 51, 52 ... Dichroic mirror, 61, 62, 63 ... Liquid crystal panel, 70 ... Projection lens, 80 ... Screen, 90 ... Wire grid type polarization conversion element, 92 ... Wire grid
Claims (9)
前記溝部を充填する遮光性物質と、
を有することを特徴とする偏光変換素子。A substrate having a surface in which a plurality of linear grooves having a predetermined depth and width are formed in parallel with each other at equal intervals;
A light-shielding substance filling the groove,
A polarization conversion element comprising:
前記基板の表面に等間隔で互いに平行に埋め込まれた直線状の多数の金属線と、を有し、
前記基板の表面における前記金属線の密度が、8〜20本/μmであることを特徴とする偏光変換素子。A substrate formed of a light transmissive material;
A number of linear metal wires embedded in parallel to each other at equal intervals on the surface of the substrate,
The polarization conversion element, wherein the density of the metal wires on the surface of the substrate is 8 to 20 wires / μm.
前記基板形成工程により形成された前記基板の前記溝部が設けられた面上に、遮光性物質により当該溝部を充填し且つ所定の厚さを有する金属層を形成する金属層形成工程と、
前記金属層形成工程により形成された前記金属層を研磨し、前記溝部を充填する前記遮光性物質を残し、当該金属層を除去する研磨工程と、
を有することを特徴とする偏光変換素子の製造方法。A substrate forming step of forming a substrate having a surface in which a number of linear grooves having a predetermined depth and width are parallel to each other and formed at equal intervals;
A metal layer forming step of filling the groove portion with a light-shielding material and forming a metal layer having a predetermined thickness on the surface of the substrate formed by the substrate forming step;
Polishing the metal layer formed by the metal layer forming step, leaving the light-shielding substance filling the groove, and removing the metal layer;
A method for producing a polarization conversion element comprising:
前記光源ランプからの光を偏光分離する偏光変換素子と、
前記偏光変換素子により偏光された光が透過する液晶パネルと、
前記液晶パネルを透過した光をスクリーンに投射する投射レンズと、を備え、
前記偏光変換素子は、光透過性材料からなる基板上に設けられたストライプ状の多数の溝部に、遮光性物質を充填したことを特徴とする投射型液晶表示装置。A light source lamp,
A polarization conversion element for polarizing and separating light from the light source lamp;
A liquid crystal panel that transmits light polarized by the polarization conversion element;
A projection lens that projects light transmitted through the liquid crystal panel onto a screen;
The projection type liquid crystal display device, wherein the polarization conversion element is formed by filling a plurality of stripe-shaped grooves provided on a substrate made of a light transmitting material with a light shielding material.
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2003
- 2003-08-13 JP JP2003207475A patent/JP2005062241A/en active Pending
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