JP2013140376A - Optical element and projection display apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element comprising functions which makes reflected light diffuse and a polarization separation function.SOLUTION: An optical element 1 for reflecting a part of incident light and transmitting a part thereof comprises: a diffraction function layer 4 for diffracting at least a part of the incident light; and a grid 2 formed on one face of the diffraction function layer 4 and comprising a polarization separation function that comprises a plurality of fine wires. The one face of the diffraction function layer 4 comprises: a plurality of first regions 4a; and a plurality of second regions 4b different from the first regions 4a in height from the other face 4c of the diffraction function layer 4. In addition, the optical element comprises a step part 8 in a boundary of the first region 4a and the second region 4b.

Description

本発明は、光学素子及び投写型表示装置に関する。   The present invention relates to an optical element and a projection display device.

偏光分離機能を備える光学素子の１つとして、ワイヤーグリッド偏光素子が知られている。これは、光の波長より短いピッチで並べられた多数の導体の微細ワイヤーを持つ素子であり、入射光のうち微細ワイヤーに平行な偏光軸を有する成分を反射するとともに、微細ワイヤーに垂直な偏光軸を有する成分を透過する性質を持つ。   As one of optical elements having a polarization separation function, a wire grid polarization element is known. This is an element with a large number of conductor fine wires arranged at a pitch shorter than the wavelength of the light, and reflects the component having a polarization axis parallel to the fine wires in the incident light and is polarized perpendicular to the fine wires. It has the property of transmitting a component having an axis.

ワイヤーグリッド偏光素子は、無機物質からなるため耐光性に優れる。このため、高輝度の光を偏光分離する必要のある、プロジェクタ等の投写型表示装置に適用する試みがある（特許文献１参照）。図２２は、ワイヤーグリッド偏光素子５を用いた投写型表示装置の構成の例を示す模式図である。この図に示すように、２つのワイヤーグリッド偏光素子５の間に液晶装置１０を配置し、一方のワイヤーグリッド偏光素子５から光を入射させる。この入射光は、入射側及び射出側のワイヤーグリッド偏光素子５の偏光分離機能と、液晶装置１０の偏光変換機能とによって、表示光に変換される。そして、当該表示光は、投写レンズ５１を介してスクリーン６１に投写される。   Since the wire grid polarizing element is made of an inorganic substance, it has excellent light resistance. For this reason, there is an attempt to apply it to a projection display device such as a projector that needs to separate high-luminance light by polarization (see Patent Document 1). FIG. 22 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of a projection display device using the wire grid polarizing element 5. As shown in this figure, a liquid crystal device 10 is disposed between two wire grid polarizing elements 5, and light is incident from one wire grid polarizing element 5. This incident light is converted into display light by the polarization separation function of the wire grid polarization element 5 on the incident side and the emission side and the polarization conversion function of the liquid crystal device 10. The display light is projected onto the screen 61 via the projection lens 51.

特開２００２−３７２７４９号公報JP 2002-372749 A

しかしながら、上記構成においては、液晶装置１０の射出側に配置されたワイヤーグリッド偏光素子５から液晶装置１０へ向けて反射された光はほとんど拡散されないため、反射光が液晶装置１０の一部に集中して照射されてしまう。これにより、液晶装置１０の動作が不安定になったり、寿命が低下したりするという課題がある。   However, in the above configuration, the light reflected toward the liquid crystal device 10 from the wire grid polarizing element 5 arranged on the emission side of the liquid crystal device 10 is hardly diffused, so that the reflected light is concentrated on a part of the liquid crystal device 10. Will be irradiated. As a result, there is a problem that the operation of the liquid crystal device 10 becomes unstable or the life is shortened.

本発明は、上記課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

［適用例１］入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、前記回折機能層の前記一方の面は、複数の第１の領域と、前記回折機能層の前記一方の面の反対側の面である他方の面からの高さが前記第１の領域とは異なる複数の第２の領域と、を含み、前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。   Application Example 1 An optical element that reflects part of incident light and transmits part of the incident light, and diffracts at least part of the incident light, and one of the diffraction function layers And a grid having a polarization separation function, wherein the one surface of the diffraction function layer includes a plurality of first regions and the one of the diffraction function layers. A plurality of second regions different from the first region in height from the other surface which is the surface opposite to the first surface, and a boundary between the first region and the second region Is provided with a step portion.

このような構成によれば、回折機能層の一方の面には、第１の領域と第２の領域とによって形作られる凹凸が複数分布する。回折機能層は、この凹凸の分布によって入射光を回折させて、入射方向と異なる方向に拡散させることができる。   According to such a configuration, a plurality of irregularities formed by the first region and the second region are distributed on one surface of the diffraction function layer. The diffractive functional layer can diffract incident light by the uneven distribution and diffuse it in a direction different from the incident direction.

また、入射光は、グリッドにおいて、微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分が反射され、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分が透過する。以上から、上記光学素子によれば、入射光を偏光状態の異なる反射光及び透過光に分離して取り出すことができるとともに、その射出方向を拡散させることができる。   In the incident light, a component having a polarization axis parallel to the fine wire is reflected in the grid, and a component having a polarization axis perpendicular to the fine wire is transmitted. As described above, according to the optical element, incident light can be separated and extracted into reflected light and transmitted light having different polarization states, and the emission direction can be diffused.

［適用例２］上記光学素子であって、前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする光学素子。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。   Application Example 2 In the optical element, the height of the first area and the second area of the optical element from the other surface of the diffraction function layer is (2m + 1) λ / 4n. An optical element characterized by only being different. However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, n is the refractive index of the surrounding medium of the said optical element.

このような構成によれば、第１の領域と第２の領域との高さの差が（２ｍ＋１）λ／４ｎとなっていることで、回折機能層による反射光の拡散効果を最大とすることができる。このとき、透過光の拡散効果は必ずしも最大とならないので、回折機能層を透過した光のうち０次回折光の強度が高まり、透過光の拡散効果を小さくすることができる。このように、上記光学素子によれば、入射光を偏光状態の異なる反射光及び透過光に分離しつつ、反射光を拡散させ、かつ透過光の拡散を抑えることができる。   According to such a configuration, the difference in height between the first region and the second region is (2m + 1) λ / 4n, thereby maximizing the diffusion effect of the reflected light by the diffraction function layer. be able to. At this time, since the diffusion effect of the transmitted light is not necessarily maximized, the intensity of the 0th-order diffracted light among the light transmitted through the diffraction function layer is increased, and the diffusion effect of the transmitted light can be reduced. As described above, according to the optical element, it is possible to diffuse the reflected light and suppress the diffusion of the transmitted light while separating the incident light into reflected light and transmitted light having different polarization states.

［適用例３］上記の光学素子であって、前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）だけ異なることを特徴とする光学素子。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、Ｎは前記回折機能層の屈折率である。   Application Example 3 In the above optical element, the first region and the second region of the optical element have a height from the other surface of the diffraction function layer of (m + 1) λ / An optical element characterized by being different by (N-1). However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, N is the refractive index of the said diffraction function layer.

このような構成によれば、透過光の拡散効果を最小とすることができる。   According to such a configuration, the diffusion effect of transmitted light can be minimized.

［適用例４］上記光学素子であって、前記第１の領域と前記第２の領域とは平行であることを特徴とする光学素子。   Application Example 4 In the optical element described above, the first region and the second region are parallel to each other.

このような構成によれば、第１の領域及び第２の領域に、等しい角度で同時に光を入射させることができる。このため、回折機能層上にフォトリソグラフィー法によって容易にグリッドを形成することができる。   According to such a configuration, light can be simultaneously incident on the first region and the second region at an equal angle. For this reason, a grid can be easily formed on the diffraction function layer by a photolithography method.

［適用例５］上記光学素子であって、前記第１の領域は、前記一方の面において不規則に配置されていることを特徴とする光学素子。   Application Example 5 In the above optical element, the first region is irregularly arranged on the one surface.

このような構成によれば、回折機能層の一方の面には、第１の領域と第２の領域とによって形作られる凹凸が法則性がなく統計的な偏りのない不規則な分布になる。このため、入射光を様々な方向に拡散させることができる。よって、光学素子による入射光の拡散範囲を広げることが可能となる。   According to such a configuration, the unevenness formed by the first region and the second region is irregularly distributed on one surface of the diffractive functional layer without a law and without a statistical bias. For this reason, incident light can be diffused in various directions. Therefore, it is possible to widen the diffusion range of incident light by the optical element.

［適用例６］上記光学素子であって、複数の前記第１の領域と複数の前記第２の領域とが特定の不規則な分布に配置された単位パターンを、複数有していることを特徴とする光学素子。   Application Example 6 The optical element includes a plurality of unit patterns in which a plurality of the first regions and a plurality of the second regions are arranged in a specific irregular distribution. A featured optical element.

このような構成によれば、回折機能層の製造に用いるフォトマスクも、上記単位パターンに相当するマスクパターンが繰り返し配置された構造とすることができ、当該フォトマスクの作成が容易となる。これにより、光学素子を容易に製造することが可能となる。   According to such a configuration, the photomask used for manufacturing the diffraction function layer can also have a structure in which mask patterns corresponding to the unit patterns are repeatedly arranged, and the photomask can be easily created. Thereby, it becomes possible to manufacture an optical element easily.

［適用例７］上記光学素子であって、隣接する前記単位パターンの方向が互いに異なることを特徴とする光学素子。   Application Example 7 In the optical element described above, the directions of the adjacent unit patterns are different from each other.

このような構成によれば、単位パターンの繰り返し周期に起因する拡散方向の偏りを解消することができる。   According to such a configuration, it is possible to eliminate the unevenness in the diffusion direction caused by the repetition period of the unit pattern.

［適用例８］上記光学素子であって、前記第１の領域及び前記第２の領域の外周は直線を含んでおり、前記微細ワイヤーは、前記直線に対して一定の角度を有して配置されていることを特徴とする光学素子。   Application Example 8 In the optical element described above, outer peripheries of the first region and the second region include a straight line, and the fine wire is arranged with a certain angle with respect to the straight line. An optical element characterized by being made.

このような構成によれば、第１の領域と第２の領域との境界に設けられた段差部と、微細ワイヤーとが非平行となる。このため、当該段差の近傍に配置された微細ワイヤーが不安定になる不具合を回避することができる。   According to such a configuration, the step portion provided at the boundary between the first region and the second region is not parallel to the fine wire. For this reason, the malfunction that the fine wire arrange | positioned in the vicinity of the said level | step difference becomes unstable can be avoided.

［適用例９］上記光学素子であって、前記回折機能層は、前記グリッドとは異なる材料からなるとともに、透光性を有することを特徴とする光学素子。   Application Example 9 In the optical element described above, the diffraction function layer is made of a material different from that of the grid and has a light-transmitting property.

このような構成によれば、入射光のうちグリッドを透過した成分を光学素子の外部に取り出すことができる。すなわち、半透過反射型の光学素子とすることができる。   According to such a structure, the component which permeate | transmitted the grid among incident light can be taken out outside an optical element. That is, a transflective optical element can be obtained.

［適用例１０］上記光学素子であって、前記回折機能層と前記グリッドとの間に、前記回折機能層及び前記グリッドのいずれとも異なる材料からなる密着層が形成されており、前記回折機能層と前記密着層との間の密着強度、及び前記グリッドと前記密着層との間の密着強度は、前記回折機能層と前記グリッドとの間の密着強度より高いことを特徴とする光学素子。   Application Example 10 In the optical element, an adhesion layer made of a material different from both the diffraction function layer and the grid is formed between the diffraction function layer and the grid, and the diffraction function layer The adhesion strength between the adhesion layer and the grid, and the adhesion strength between the grid and the adhesion layer are higher than the adhesion strength between the diffraction function layer and the grid.

このような構成によれば、回折機能層とグリッドとの間の密着性を、密着層を介することによって向上させることができる。   According to such a structure, the adhesiveness between a diffraction function layer and a grid can be improved by passing an adhesion layer.

［適用例１１］入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、前記回折機能層の前記一方の面は、前記回折機能層の前記一方の面の反対側の面である他方の面からの高さが異なる複数の領域を有し、前記高さが異なる複数の領域の境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。   Application Example 11 An optical element that reflects a part of incident light and transmits a part of the incident light, the diffraction function layer diffracting at least a part of the incident light, and one of the diffraction function layers And a grid having a polarization separation function, wherein the one surface of the diffraction function layer is a surface opposite to the one surface of the diffraction function layer. An optical element comprising a plurality of regions having different heights from a certain other surface, and a step portion provided at a boundary between the plurality of regions having different heights.

［適用例１２］上記の光学素子であって、前記高さの異なる複数の領域の各々は、素子面内で分布を有し、前記高さの異なる複数の領域の各々は、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする光学素子。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。   Application Example 12 In the optical element described above, each of the plurality of regions having different heights has a distribution in the element plane, and each of the plurality of regions having different heights is the diffraction function layer. The height from the other surface of the optical element differs by (2m + 1) λ / 4n. However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, n is the refractive index of the surrounding medium of the said optical element.

［適用例１３］上記の光学素子であって、前記高さの異なる複数の領域の各々は、素子面内で分布を有し、前記高さの異なる複数の領域の各々は、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）だけ異なることを特徴とする光学素子。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、Ｎは前記回折機能層の屈折率である。   Application Example 13 In the optical element described above, each of the plurality of regions having different heights has a distribution in the element surface, and each of the plurality of regions having different heights is the diffraction function layer. The height from the other surface of the optical element differs by (m + 1) λ / (N−1). However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, N is the refractive index of the said diffraction function layer.

適用例１１から適用例１３のいずれかに記載の構成によれば、例えば入射光の波長の帯域の中心と両端の波長に合わせた高さを適当な割合で分布させることができ、特定の波長に注目した高さの構成に比べて正反射光をより少なくすることができる。   According to the configuration described in any one of the application examples 11 to 13, for example, the height matched to the wavelength at the center and both ends of the wavelength band of the incident light can be distributed at an appropriate ratio, and the specific wavelength can be distributed. The specular reflection light can be reduced as compared with the configuration of the height focused on.

［適用例１４］液晶装置と、投写レンズと、前記液晶装置から前記投写レンズに至る光路のいずれかの位置に配置された光学素子と、を有し、前記光学素子は、入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、前記回折機能層の前記一方の面は、複数の第１の領域と、前記回折機能層の他方の面からの高さが前記第１の領域とは異なる複数の第２の領域と、を含み、前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする投写型表示装置。   Application Example 14 A liquid crystal device, a projection lens, and an optical element disposed at any position on an optical path from the liquid crystal device to the projection lens, wherein the optical element is at least one of incident light. A diffraction function layer that diffracts a portion, and a grid having a polarization separation function, which is formed on one surface of the diffraction function layer and includes a plurality of fine wires, and the one surface of the diffraction function layer is A plurality of first regions, and a plurality of second regions having a height from the other surface of the diffraction function layer different from the first region, and the first region and the second region A projection display device characterized in that a step portion is provided at a boundary with an area.

このような構成によれば、液晶装置を透過した光は光学素子に入射し、グリッドの微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分が光学素子を透過して、投写レンズに入射する。これにより、光学素子の偏光分離機能を用いて、液晶装置による表示を投写レンズを介して投写することができる。   According to such a configuration, the light transmitted through the liquid crystal device enters the optical element, and a component having a polarization axis perpendicular to the fine wire of the grid passes through the optical element and enters the projection lens. Thereby, the display by a liquid crystal device can be projected through a projection lens using the polarization separation function of an optical element.

また、光学素子を反射した光は、回折機能層の機能により拡散されるため、液晶装置の一部に反射光が集中して照射されることによる光誤動作等の不具合を抑制することができる。   In addition, since the light reflected from the optical element is diffused by the function of the diffraction function layer, it is possible to suppress problems such as optical malfunction caused by the reflected light being concentrated and irradiated on a part of the liquid crystal device.

［適用例１５］上記投写型表示装置であって、前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする投写型表示装置。ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。   Application Example 15 In the projection display device, the height of the first region and the second region of the optical element from the other surface of the diffraction function layer is (2m + 1) λ. A projection display device characterized by being different by / 4n. However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, n is the refractive index of the surrounding medium of the said optical element.

このような構成によれば、光学素子の回折機能層による反射光の拡散効果を最大とすることができる。よって、液晶装置の一部に光学素子からの反射光が集中して照射されることによる光誤動作等の不具合を抑制することができる。このとき、透過光の拡散効果は必ずしも最大とならないので、回折機能層を透過した光のうち０次回折光の強度が高まり、透過光の拡散効果を小さくすることができる。したがって液晶装置を透過した光のうち、投写レンズを透過して表示に寄与する光の割合を高めることができる。   According to such a configuration, the diffusion effect of the reflected light by the diffraction function layer of the optical element can be maximized. Accordingly, it is possible to suppress problems such as optical malfunction caused by the reflected light from the optical element being concentrated on a part of the liquid crystal device. At this time, since the diffusion effect of the transmitted light is not necessarily maximized, the intensity of the 0th-order diffracted light among the light transmitted through the diffraction function layer is increased, and the diffusion effect of the transmitted light can be reduced. Accordingly, it is possible to increase the proportion of light that has transmitted through the liquid crystal device and contributed to display through the projection lens.

［適用例１６］上記投写型表示装置であって、前記液晶装置から前記光学素子に至る光路のいずれかの位置に配置されたプリズムを備えることを特徴とする投写型表示装置。   Application Example 16 In the projection display device, the projection display device includes a prism disposed at any position on an optical path from the liquid crystal device to the optical element.

このような構成によれば、液晶装置を透過した光の進行方向をプリズムによって変えることができる。さらには、異なる液晶装置を透過した、光路の異なる光をプリズムによって統合することができ、当該統合された光を光学素子へ入射させることができる。   According to such a configuration, the traveling direction of the light transmitted through the liquid crystal device can be changed by the prism. Furthermore, light having different optical paths transmitted through different liquid crystal devices can be integrated by a prism, and the integrated light can be incident on an optical element.

［適用例１７］上記投写型表示装置であって、前記光学素子から前記投写レンズに至る光路のいずれかの位置に集光レンズが配置されていることを特徴とする投写型表示装置。   Application Example 17 In the projection display apparatus, a condensing lens is disposed at any position on an optical path from the optical element to the projection lens.

このような構成によれば、光学素子を透過した光をより多く投写レンズに入射させて、光の利用効率を高めることができる。   According to such a configuration, more light that has passed through the optical element can be incident on the projection lens, and the light utilization efficiency can be increased.

（ａ）は、本実施形態に係る光学素子の斜視図、（ｂ）は、回折機能層の形状を示す斜視図。(A) is a perspective view of the optical element which concerns on this embodiment, (b) is a perspective view which shows the shape of a diffraction function layer. （ａ）は、図１（ａ）の光学素子のＸ−Ｚ平面に沿った断面図、（ｂ）は、（ａ）の一部を拡大した断面図。(A) is sectional drawing along XZ plane of the optical element of Fig.1 (a), (b) is sectional drawing to which a part of (a) was expanded. 光学素子の機能を説明するための模式図。The schematic diagram for demonstrating the function of an optical element. 光学素子の透過光特性を示すグラフであり、（ａ）は透過率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示すグラフ。It is a graph which shows the transmitted light characteristic of an optical element, (a) is the wavelength dependence of the transmittance | permeability, (b) is a graph which shows the wavelength dependence of contrast. 光学素子における単位パターンの配置の例を示す図。The figure which shows the example of arrangement | positioning of the unit pattern in an optical element. 光学素子の製造方法のフローチャート。The flowchart of the manufacturing method of an optical element. （ａ）から（ｃ）は、光学素子の製造工程における断面図。(A) to (c) are cross-sectional views in the manufacturing process of the optical element. （ａ）から（ｃ）は、光学素子の製造工程における断面図。(A) to (c) are cross-sectional views in the manufacturing process of the optical element. （ａ）、（ｂ）は、反射防止膜上にレジストを積層した場合における、反射防止膜の厚さと、レジストと反射防止膜の界面での反射光強度との関係を示すグラフ。(A), (b) is a graph which shows the relationship between the thickness of an antireflection film at the time of laminating | stacking a resist on an antireflection film, and the reflected light intensity in the interface of a resist and an antireflection film. プロジェクタの光学系を示す模式図。The schematic diagram which shows the optical system of a projector. 光学素子及びワイヤーグリッド偏光素子の透過軸の設定例を示す図。The figure which shows the example of a setting of the transmission axis of an optical element and a wire grid polarizing element. （ａ）、（ｂ）は、光学素子が与える回折光強度分布を示す図。(A), (b) is a figure which shows the diffracted light intensity distribution which an optical element gives. 回折機能層の第１の領域及び第２の領域の形状の例を示す図。The figure which shows the example of the shape of the 1st area | region and 2nd area | region of a diffraction function layer. 図１３に示したパターンを有する光学素子による回折光強度分布を示す図。The figure which shows the diffracted light intensity distribution by the optical element which has the pattern shown in FIG. 変形例に係る光学素子による回折光強度分布を示す図。The figure which shows the diffracted light intensity distribution by the optical element which concerns on a modification. ３つの液晶装置を備えたプロジェクタの光学系を示す模式図。The schematic diagram which shows the optical system of the projector provided with three liquid crystal devices. 変形例に係るプロジェクタの光学系を示す模式図。FIG. 10 is a schematic diagram showing an optical system of a projector according to a modification. 光学素子にＳｉＮ層を積層させた状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state which laminated | stacked the SiN layer on the optical element. 集光レンズを有するプロジェクタの光学系を示す模式図。The schematic diagram which shows the optical system of the projector which has a condensing lens. 回折機能層の第１の領域及び第２の領域の最小単位の形状と、グリッドに含まれる微細ワイヤーの延在方向との関係の例を示す図。The figure which shows the example of the relationship between the shape of the minimum unit of the 1st area | region of a diffraction function layer, and a 2nd area | region, and the extending direction of the fine wire contained in a grid. 投写型表示装置としてのプロジェクタの斜視図。The perspective view of the projector as a projection type display apparatus. ワイヤーグリッド偏光素子を用いた投写型表示装置の構成の例を示す模式図。The schematic diagram which shows the example of a structure of the projection type display apparatus using a wire grid polarizing element.

以下、図面を参照し、光学素子及び投写型表示装置の実施形態について説明する。なお、以下に示す各図においては、各構成要素を図面上で認識され得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法や比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。   Hereinafter, embodiments of an optical element and a projection display device will be described with reference to the drawings. In the drawings shown below, the dimensions and ratios of the components are appropriately different from the actual ones in order to make the components large enough to be recognized on the drawings.

（Ａ．光学素子）
図１（ａ）は、本実施形態に係る光学素子１の斜視図であり、図２（ａ）は、図１（ａ）の光学素子１のＸ−Ｚ平面に沿った断面図である。光学素子１は、ガラス等からなる基体６と、基体６上に配置された回折機能層４と、回折機能層４上に配置されたグリッド２とを有している。図１（ａ）は、光学素子１の一部を拡大したものであり、実際にはＸ−Ｙ平面のより広い範囲にわたって同様の構造が連続している。 (A. Optical element)
FIG. 1A is a perspective view of the optical element 1 according to this embodiment, and FIG. 2A is a cross-sectional view taken along the XZ plane of the optical element 1 in FIG. The optical element 1 includes a base 6 made of glass or the like, a diffraction function layer 4 disposed on the base 6, and a grid 2 disposed on the diffraction function layer 4. FIG. 1 (a) is an enlarged view of a part of the optical element 1, and actually the same structure is continuous over a wider range of the XY plane.

図１（ｂ）は、回折機能層４の形状を示す斜視図であり、図１（ａ）からグリッド２を取り除いた状態の図である。回折機能層４は、入射光に対して透光性を有するポリマーからなり、一方の面に多数の凹凸が形成されている。当該一方の面は、複数の第１の領域４ａと、複数の第２の領域４ｂとを含んでいる。ここで第２の領域４ｂは、回折機能層４の他方の面４ｃ（すなわち回折機能層４のうち基体６に接する面）からの高さが第１の領域４ａとは異なっている。本実施形態では、第２の領域４ｂが、第１の領域４ａに対して高くなっている。そして、第１の領域４ａと第２の領域４ｂとの境界には、段差部８が設けられている。段差部８の高さｇ（図２（ａ））は、入射光の波長より小さくなるように設定される。また、段差部８は、第１の領域４ａや第２の領域４ｂに対して略垂直となっている。すなわち、回折機能層４の断面は略矩形（矩形波状）となっている。   FIG. 1B is a perspective view showing the shape of the diffraction function layer 4, and is a state in which the grid 2 is removed from FIG. The diffraction function layer 4 is made of a polymer having translucency with respect to incident light, and a large number of irregularities are formed on one surface. The one surface includes a plurality of first regions 4a and a plurality of second regions 4b. Here, the second region 4b is different from the first region 4a in height from the other surface 4c of the diffraction function layer 4 (that is, the surface of the diffraction function layer 4 in contact with the substrate 6). In the present embodiment, the second region 4b is higher than the first region 4a. A step 8 is provided at the boundary between the first region 4a and the second region 4b. The height g (FIG. 2A) of the stepped portion 8 is set to be smaller than the wavelength of the incident light. Further, the step portion 8 is substantially perpendicular to the first region 4a and the second region 4b. That is, the cross section of the diffraction function layer 4 has a substantially rectangular shape (rectangular wave shape).

第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの配置はランダム（不規則）であり、その形状は、正方形か、又は当該正方形を縦横に不規則に繋ぎ合わせた形状となっている。ここで、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの最小寸法（すなわち上記正方形の１辺の長さ）δ（図２（ａ））は、入射光の波長λより長く、可視光に用いる場合には例えば２μｍとすることができる。第１の領域４ａと第２の領域４ｂとは、互いに平行な平面である。   The arrangement of the first region 4a and the second region 4b is random (irregular), and the shape thereof is a square or a shape obtained by irregularly connecting the squares vertically and horizontally. Here, the minimum dimension (that is, the length of one side of the square) δ (FIG. 2A) of the first region 4a and the second region 4b is longer than the wavelength λ of the incident light and is used for visible light. In this case, it can be set to 2 μm, for example. The first region 4a and the second region 4b are planes parallel to each other.

回折機能層４の一方の面上（すなわち第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの上）には、実際には図１（ａ）のようにグリッド２が形成されている。グリッド２は、互いに平行な多数のアルミニウムの微細ワイヤーから構成される。この微細ワイヤーは、第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの外周の直線の１つと平行に配置されている。微細ワイヤーの配置ピッチｄ（図２（ａ））は、入射光の波長λより短くなっており、例えば１４０ｎｍとすることができる。なお、図１（ａ）においては、説明の便宜上、微細ワイヤーの本数を実際より少なく描いている。   A grid 2 is actually formed on one surface of the diffraction function layer 4 (that is, on the first region 4a and the second region 4b) as shown in FIG. The grid 2 is composed of a number of fine aluminum wires parallel to each other. This fine wire is arranged in parallel with one of the straight lines on the outer periphery of the first region 4a and the second region 4b. The arrangement pitch d of the fine wires (FIG. 2A) is shorter than the wavelength λ of the incident light, and can be set to 140 nm, for example. In FIG. 1A, for convenience of explanation, the number of fine wires is smaller than the actual number.

図２（ｂ）は、図２（ａ）の一部を拡大した断面図である。この図に示すように、グリッド２は、ＳｉＯ2又はＳｉＮ等からなる封止層３によって封止されており、回折機能層４、グリッド２、及び封止層３によって囲まれた空間は真空状態となっている。 FIG. 2B is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG. As shown in this figure, the grid 2 is sealed by a sealing layer 3 made of SiO 2 or SiN, and the space surrounded by the diffraction function layer 4, the grid 2 and the sealing layer 3 is in a vacuum state. It has become.

回折機能層４とグリッド２との間には、回折機能層４及びグリッド２のいずれとも異なる材料からなる密着層を形成してもよい。このとき、回折機能層４と密着層との間の密着強度、及びグリッド２と密着層との間の密着強度は、回折機能層４とグリッド２との間の密着強度より高いことが好ましい。このような構成とすれば、回折機能層４とグリッド２との間の密着性を、密着層を介することによって向上させることができる。密着層の素材としては、例えば、ＳｉＯ2等の誘電体薄膜を用いることができる。 An adhesion layer made of a material different from both the diffraction function layer 4 and the grid 2 may be formed between the diffraction function layer 4 and the grid 2. At this time, the adhesion strength between the diffraction function layer 4 and the adhesion layer and the adhesion strength between the grid 2 and the adhesion layer are preferably higher than the adhesion strength between the diffraction function layer 4 and the grid 2. With such a configuration, the adhesion between the diffraction function layer 4 and the grid 2 can be improved through the adhesion layer. As the material of the adhesion layer, for example, a dielectric thin film such as SiO 2 can be used.

図３は、光学素子１の機能を説明するための模式図である。このうち図３（ａ）は、回折機能層４の機能を示す図であり、図３（ｂ）は、グリッド２の機能を示す図である。   FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the function of the optical element 1. Among these, FIG. 3A is a diagram showing the function of the diffraction function layer 4, and FIG. 3B is a diagram showing the function of the grid 2.

図３（ｂ）に示すように、グリッド２への入射光８０は、微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分ｐがグリッド２によって反射され、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分ｓがグリッド２を透過する。すなわち、グリッド２を有する光学素子１は偏光分離機能を備えており、入射光８０を、偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離することができる。   As shown in FIG. 3B, in the incident light 80 on the grid 2, the component p having a polarization axis parallel to the fine wire is reflected by the grid 2, and the component s having a polarization axis perpendicular to the fine wire is the grid. 2 is transmitted. That is, the optical element 1 having the grid 2 has a polarization separation function, and can separate the incident light 80 into reflected light 80r and transmitted light 80t having different polarization states.

図３（ａ）に示す光学素子１においては、黒の領域が第１の領域４ａに相当し、白の領域が第２の領域４ｂに相当する。回折機能層４の一方の面には、この第１の領域４ａと第２の領域４ｂとによって形作られる凹凸が複数分布している（図１（ｂ））。回折機能層４は、この凹凸の分布によって入射光８０を回折させて、図３（ａ）に示すように、入射方向とは異なる方向に拡散させることができる。より詳しくは、回折機能層４の作用によれば、グリッド２によって反射された反射光８０ｒと、グリッド２を透過した透過光８０ｔの双方を拡散させることができる。そして、後述するように、反射光８０ｒ及び透過光８０ｔの拡散特性は調整することが可能である。   In the optical element 1 shown in FIG. 3A, the black region corresponds to the first region 4a, and the white region corresponds to the second region 4b. A plurality of irregularities formed by the first region 4a and the second region 4b are distributed on one surface of the diffraction function layer 4 (FIG. 1B). The diffraction function layer 4 can diffract the incident light 80 by this uneven distribution and diffuse it in a direction different from the incident direction as shown in FIG. More specifically, according to the action of the diffractive function layer 4, both the reflected light 80 r reflected by the grid 2 and the transmitted light 80 t transmitted through the grid 2 can be diffused. As will be described later, the diffusion characteristics of the reflected light 80r and the transmitted light 80t can be adjusted.

光学素子１を透過型の装置に適用する場合は、透過光特性が重要となる。図４は、光学素子１の透過光特性を示すグラフであり、（ａ）は透過率の波長依存性、（ｂ）はコントラストの波長依存性を示している。ここで、コントラストは、光学素子１を透過する光のうち、成分ｓ（図３（ｂ））の強度の、成分ｐの強度に対する比で定義される。この図からわかるように、透過率とコントラストとの間にはトレードオフの関係が見られ、例えばコントラストを高めようとすると、透過率が若干低下する。   When the optical element 1 is applied to a transmission type device, the transmitted light characteristic is important. 4A and 4B are graphs showing the transmitted light characteristics of the optical element 1, wherein FIG. 4A shows the wavelength dependence of transmittance and FIG. 4B shows the wavelength dependence of contrast. Here, the contrast is defined by the ratio of the intensity of the component s (FIG. 3B) to the intensity of the component p in the light transmitted through the optical element 1. As can be seen from this figure, there is a trade-off relationship between the transmittance and the contrast. For example, when the contrast is increased, the transmittance slightly decreases.

図３（ａ）に示した反射光８０ｒの拡散効果と透過光８０ｔの拡散効果は、回折機能層４の段差部８の高さｇを変えることで制御することができる。入射光８０が回折機能層４へ略垂直に入射する状況において、反射光８０ｒの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｒは以下の式（１）で与えられる。
ｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎ 式（１）
ただし、ｍは０以上の整数、λは入射光８０の波長、ｎは光学素子１の周囲媒体の屈折率である。他方で、透過光８０ｔの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｔは以下の式（２）で与えられる。
ｇｔ＝（２ｍ＋１）λ／２（Ｎ−１） 式（２）
ただし、Ｎは回折機能層４の屈折率である。
式（１）、式（２）から、反射光８０ｒの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｒと、透過光８０ｔの拡散効果が最大となる段差部８の高さｇｔとは、互いに異なることがわかる。したがって、回折機能層４の段差部８の高さをｇｒに等しくすれば、透過光８０ｔの拡散効果を抑えることが可能となる。 The diffusion effect of the reflected light 80r and the diffusion effect of the transmitted light 80t shown in FIG. 3A can be controlled by changing the height g of the step portion 8 of the diffraction function layer 4. In a situation where the incident light 80 is incident on the diffraction function layer 4 substantially perpendicularly, the height gr of the stepped portion 8 at which the diffusion effect of the reflected light 80r is maximized is given by the following expression (1).
gr = (2m + 1) λ / 4n Formula (1)
However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the incident light 80, n is the refractive index of the surrounding medium of the optical element 1. FIG. On the other hand, the height gt of the stepped portion 8 that maximizes the diffusion effect of the transmitted light 80t is given by the following equation (2).
gt = (2m + 1) λ / 2 (N−1) Equation (2)
Here, N is the refractive index of the diffraction function layer 4.
From the equations (1) and (2), the height gr of the stepped portion 8 that maximizes the diffusion effect of the reflected light 80r and the height gt of the stepped portion 8 that maximizes the diffusion effect of the transmitted light 80t are: It can be seen that they are different from each other. Therefore, if the height of the stepped portion 8 of the diffraction function layer 4 is made equal to gr, the diffusion effect of the transmitted light 80t can be suppressed.

例えば、λ＝６００ｎｍの場合は、ｍ＝０に対して、式（１）よりｇｒ＝１００ｎｍとなり、また式（２）よりｇｔ＝６００ｎｍとなる。ただし、ｎ＝１．５、Ｎ＝１．５とする。ここで、段差部８の高さｇを１００ｎｍ（高さｇｒ）とすれば、回折機能層４による反射光８０ｒの拡散効果を最大とすることができる。このとき、高さｇが、透過光８０ｔの拡散効果を最大とする高さｇｔ（６００ｎｍ）とは異なっているため、透過光８０ｔの拡散効果は大きくならない。したがって、入射光８０を偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離しつつ、反射光８０ｒを広範囲に拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。   For example, when λ = 600 nm, for m = 0, gr = 100 nm from equation (1), and gt = 600 nm from equation (2). However, n = 1.5 and N = 1.5. Here, if the height g of the stepped portion 8 is 100 nm (height gr), the diffusion effect of the reflected light 80r by the diffraction function layer 4 can be maximized. At this time, since the height g is different from the height gt (600 nm) that maximizes the diffusion effect of the transmitted light 80t, the diffusion effect of the transmitted light 80t does not increase. Therefore, it is possible to diffuse the reflected light 80r over a wide range and suppress the diffusion of the transmitted light 80t while separating the incident light 80 into the reflected light 80r and the transmitted light 80t having different polarization states.

ところで、式（２）のｇｔが取り得る値の中間値をｇｔ’とすると、ｇｔ’は、
ｇｔ’＝（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１） 式（３）
を満たす。回折機能層４の段差部８の高さｇを上記ｇｔ’とすれば、透過光８０ｔの拡散効果を最小とすることができる。すなわち、段差部８の高さｇを上記ｇｔ’とすることによっても、入射光８０を偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離しつつ、反射光８０ｒを拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。 By the way, assuming that gt ′ is an intermediate value of values that can be taken by gt in Expression (2), gt ′ is
gt ′ = (m + 1) λ / (N−1) Equation (3)
Meet. If the height g of the stepped portion 8 of the diffraction function layer 4 is set to gt ′, the diffusion effect of the transmitted light 80t can be minimized. That is, by setting the height g of the stepped portion 8 to be gt ′, the reflected light 80r is diffused while the incident light 80 is separated into the reflected light 80r and the transmitted light 80t having different polarization states, and the transmitted light 80t. Can be suppressed.

上記光学素子１を具体的な表示デバイスに適用する場合、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂを全範囲で完全にランダムに配置してもよいが、これに代えて次のようにすることもできる。すなわち、複数の第１の領域４ａと複数の第２の領域４ｂとが特定のランダムな分布に配置された単位パターンを作成し、複数の当該単位パターンを繰り返し配置するというものである。ここで、単位パターンの大きさは任意であるが、例えば１辺が４００μｍの正方形とすることができる。このような構成によれば、回折機能層４の製造に用いるフォトマスクも、上記単位パターンに相当するマスクパターンが繰り返し配置された構造とすることができ、当該フォトマスクの作成が容易となる。これにより、光学素子を容易に製造することが可能となる。   When the optical element 1 is applied to a specific display device, the first region 4a and the second region 4b of the diffraction function layer 4 may be arranged completely randomly over the entire range. You can also do the following: That is, a unit pattern in which a plurality of first regions 4a and a plurality of second regions 4b are arranged in a specific random distribution is created, and the plurality of unit patterns are repeatedly arranged. Here, the size of the unit pattern is arbitrary, but for example, it can be a square having a side of 400 μm. According to such a configuration, the photomask used for manufacturing the diffraction function layer 4 can also have a structure in which a mask pattern corresponding to the unit pattern is repeatedly arranged, and the photomask can be easily created. Thereby, it becomes possible to manufacture an optical element easily.

さらに、図５に示すように、隣接する単位パターン１ｕの方向が互いに異なるように配置してもよい。図５においては、単位パターン１ｕ内の矢印が単位パターン１ｕの方向を示している。このような配置によれば、回折機能層４の周期性が低く抑えられる結果、単位パターン１ｕの繰り返し周期に起因する拡散方向の偏りを解消することができ、回折による色づきを実用上問題が生じない程度に緩和することができる。   Further, as shown in FIG. 5, the unit patterns 1u adjacent to each other may be arranged so that the directions thereof are different from each other. In FIG. 5, an arrow in the unit pattern 1u indicates the direction of the unit pattern 1u. According to such an arrangement, the periodicity of the diffractive functional layer 4 can be kept low. As a result, the deviation in the diffusion direction caused by the repetition period of the unit pattern 1u can be eliminated, and coloring due to diffraction causes a practical problem. It can be relaxed to a lesser extent.

以上に述べたように、グリッド２と回折機能層４とを有する光学素子１は、入射光８０を、グリッド２によって偏光状態の異なる反射光８０ｒ及び透過光８０ｔに分離することができるとともに、当該反射光８０ｒを回折機能層４によって拡散させることができる。特に、段差部８の高さｇをｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎと等しくすること等によって、反射光８０ｒを広範囲に拡散させ、かつ透過光８０ｔの拡散を抑えることができる。すなわち、本実施形態によれば、偏光分離機能と光拡散機能とを併せもち、かつ透過光の拡散のみを抑制することが可能な光学素子１が得られる。また、上記光学素子１は、アルミニウムの微細ワイヤーからなるグリッド２によって偏光分離を行うものであるため、耐光性に優れている。   As described above, the optical element 1 having the grid 2 and the diffraction function layer 4 can separate the incident light 80 into reflected light 80r and transmitted light 80t having different polarization states by the grid 2, and The reflected light 80 r can be diffused by the diffraction function layer 4. In particular, by making the height g of the stepped portion 8 equal to gr = (2m + 1) λ / 4n, the reflected light 80r can be diffused over a wide range, and the diffusion of the transmitted light 80t can be suppressed. That is, according to the present embodiment, the optical element 1 having both the polarization separation function and the light diffusion function and capable of suppressing only the diffusion of transmitted light is obtained. The optical element 1 is excellent in light resistance because it performs polarization separation by a grid 2 made of fine aluminum wires.

（Ｂ．光学素子の製造方法）
続いて、図６から図８を用いて、光学素子１の製造方法について説明する。図６は、光学素子１の製造方法のフローチャートであり、図７及び図８は、光学素子１の製造工程における断面図である。以下、図６のフローチャートに沿って説明する。 (B. Manufacturing method of optical element)
Then, the manufacturing method of the optical element 1 is demonstrated using FIGS. 6-8. FIG. 6 is a flowchart of the manufacturing method of the optical element 1, and FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views in the manufacturing process of the optical element 1. Hereinafter, it demonstrates along the flowchart of FIG.

工程Ｓ１では、基体６上に、回折機能層４を形成する。この工程は、まず、厚さ０．７ｍｍのガラスからなる基体６上に、スピンコート法等を用いて、ポリマーからなる回折機能材料層４Ｌを積層する（図７（ａ））。続いて、フォトマスクを用いて回折機能材料層４Ｌのうち第１の領域４ａに相当する領域を選択的に露光し、その後湿式現像で除去することにより、回折機能材料層４Ｌの一方の面に、第１の領域４ａと第２の領域４ｂの分布を形成する。第１の領域４ａと第２の領域４ｂとの高さの差、すなわち回折機能材料層４Ｌのうちエッチングされる部分の深さは、例えば１００ｎｍとする。また、第１の領域４ａと第２の領域４ｂとが平行となるようにエッチングする。こうして、基体６上に回折機能層４が形成される（図７（ｂ））。   In step S <b> 1, the diffraction function layer 4 is formed on the substrate 6. In this step, first, a diffraction function material layer 4L made of a polymer is laminated on a base 6 made of glass having a thickness of 0.7 mm by using a spin coat method or the like (FIG. 7A). Subsequently, a region corresponding to the first region 4a in the diffraction function material layer 4L is selectively exposed using a photomask, and then removed by wet development, so that one surface of the diffraction function material layer 4L is formed. The distribution of the first region 4a and the second region 4b is formed. The height difference between the first region 4a and the second region 4b, that is, the depth of the etched portion of the diffraction function material layer 4L is, for example, 100 nm. Further, the etching is performed so that the first region 4a and the second region 4b are parallel to each other. Thus, the diffraction function layer 4 is formed on the substrate 6 (FIG. 7B).

次に、工程Ｓ２では、回折機能層４上に、スパッタ等により厚さ１２０ｎｍの導体膜としてのアルミ膜２Ｌを形成する。   Next, in step S2, an aluminum film 2L as a conductor film having a thickness of 120 nm is formed on the diffraction function layer 4 by sputtering or the like.

次に、工程Ｓ３では、アルミ膜２Ｌ上に、真空蒸着又はスパッタ等により反射防止膜３２を形成する。反射防止膜３２としては、例えば、ＳｉＣやＳｉＯxＮy：Ｈ（ｘ、ｙは組成比）が適している。もしくは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）を用いてもよい。反射防止効果を有するか否かは、素材の複素屈折率に大きく左右され、例えば、複素屈折率の実部の値が１．４以上、複素屈折率の虚部の値が−０．１以上−１．５以下のものが望ましい。図９は、反射防止膜３２上にレジスト３４（図７（ｃ））を積層した場合における、反射防止膜３２の厚さと、レジスト３４と反射防止膜３２の界面での反射光強度との関係を示すグラフであり、（ａ）は反射防止膜３２としてＳｉＣを用いた場合のもの、また（ｂ）は反射防止膜３２としてＳｉＯxＮy：Ｈを用いた場合のものである。なお、反射防止膜３２の最適な膜厚は、同じ素材であっても製膜条件によって異なる。 Next, in step S3, an antireflection film 32 is formed on the aluminum film 2L by vacuum deposition or sputtering. The antireflection film 32, for example, SiC or SiO x N y: H (x , y composition ratios) are suitable. Alternatively, ITO (Indium Tin Oxide) may be used. Whether or not it has an antireflection effect depends greatly on the complex refractive index of the material. For example, the real part value of the complex refractive index is 1.4 or more, and the imaginary part value of the complex refractive index is -0.1 or more. -1.5 or less is desirable. FIG. 9 shows the relationship between the thickness of the antireflection film 32 and the intensity of reflected light at the interface between the resist 34 and the antireflection film 32 when the resist 34 (FIG. 7C) is stacked on the antireflection film 32. (A) is the case where SiC is used as the antireflection film 32, and (b) is the case where SiO x N y : H is used as the antireflection film 32. Note that the optimum film thickness of the antireflection film 32 varies depending on the film forming conditions even if the same material is used.

次に、工程Ｓ４では、反射防止膜３２上に、スピンコート法等によって、略平坦な平面を有するレジスト３４を形成する（図７（ｃ））。   Next, in step S4, a resist 34 having a substantially flat plane is formed on the antireflection film 32 by spin coating or the like (FIG. 7C).

次に、工程Ｓ５では、レジスト３４に対してレーザー干渉露光を行い、グリッド２の微細ワイヤーの形成位置に相当する領域、すなわちピッチが１４０ｎｍである微細な線状の領域を選択的に露光して、微細ワイヤーの潜像を形成する（図８（ａ））。レーザー干渉露光に用いる光源としては、波長２６６ｎｍの連続発振ＤＵＶ（Deep Ultra Violet）レーザーを用いることができ、入射角θLは、例えば７２度とすることができる。このとき、レジスト３４の下層に反射防止膜３２が形成されていることにより、レーザー光がアルミ膜２Ｌによって反射され露光が不完全となる不具合を防止することができる。ここで、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂは平行であるため、これらの領域に等しい角度で同時にレーザー光を入射させることができる。このため、凹凸を有する回折機能層４上であっても、レーザー光を略等しいパワー密度で均一に照射することができ、以降の各工程において高い形状並びに寸法精度でレジスト３４のパターン、及びグリッド２を形成することができる。また、レジスト３４は、回折機能層４の凹凸に起因する若干の膜厚ばらつきが存在するが、当該凹凸の深さ、すなわち段差部８の高さｇは、１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度と極めて小さいため、上記膜厚ばらつきによるパターン形状に関わる不具合はほとんど生じない。このため、平坦な面上にレジストを形成した場合と同様の潜像を形成することができる。 Next, in step S5, the resist 34 is subjected to laser interference exposure to selectively expose a region corresponding to the fine wire formation position of the grid 2, that is, a fine linear region having a pitch of 140 nm. Then, a latent image of the fine wire is formed (FIG. 8A). As a light source used for laser interference exposure, a continuous wave DUV (Deep Ultra Violet) laser having a wavelength of 266 nm can be used, and the incident angle θ L can be set to 72 degrees, for example. At this time, since the antireflection film 32 is formed in the lower layer of the resist 34, it is possible to prevent a problem that the laser beam is reflected by the aluminum film 2L and the exposure is incomplete. Here, since the first region 4a and the second region 4b of the diffraction function layer 4 are parallel to each other, the laser light can be simultaneously incident on these regions at an equal angle. Therefore, even on the diffractive functional layer 4 having irregularities, it is possible to uniformly irradiate laser light with substantially equal power density, and in the subsequent steps, the pattern and grid of the resist 34 with high shape and dimensional accuracy. 2 can be formed. In addition, the resist 34 has a slight film thickness variation due to the unevenness of the diffraction function layer 4, but the depth of the unevenness, that is, the height g of the stepped portion 8 is as extremely small as about 100 nm to 200 nm. There is almost no problem with the pattern shape due to the film thickness variation. For this reason, a latent image similar to the case where a resist is formed on a flat surface can be formed.

次に、工程Ｓ６では、レーザー干渉露光されたレジスト３４の現像を行う。これにより、ピッチが１４０ｎｍの微細な線状のレジスト３４のパターンが得られる（図８（ｂ））。   Next, in step S6, the resist 34 subjected to laser interference exposure is developed. As a result, a fine linear resist 34 pattern having a pitch of 140 nm is obtained (FIG. 8B).

次に、工程Ｓ７では、アルミ膜２Ｌをエッチングする。より詳しくは、上記レジスト３４のパターンをマスクにしてドライエッチングを行うことにより、反射防止膜３２及びアルミ膜２Ｌをパターニングする。続く工程Ｓ８では、レジスト３４及び反射防止膜３２を除去する。これにより、回折機能層４上に、１４０ｎｍのピッチで配列された微細ワイヤーからなるグリッド２が形成される（図８（ｃ））。   Next, in step S7, the aluminum film 2L is etched. More specifically, the antireflection film 32 and the aluminum film 2L are patterned by performing dry etching using the pattern of the resist 34 as a mask. In the subsequent step S8, the resist 34 and the antireflection film 32 are removed. As a result, the grid 2 made of fine wires arranged at a pitch of 140 nm is formed on the diffraction function layer 4 (FIG. 8C).

なお、アルミ膜２Ｌと反射防止膜３２との間にＳｉＯ2（厚さ３０ｎｍ）を形成しておくと、アルミ膜２Ｌに対するエッチング選択比がレジスト３４の場合と比べて向上するため、レジスト３４のパターンを浅くすることができる。これにより、より安定したレジスト３４のパターンを形成することができる。 If SiO 2 (thickness 30 nm) is formed between the aluminum film 2L and the antireflection film 32, the etching selectivity with respect to the aluminum film 2L is improved as compared with the case of the resist 34. The pattern can be made shallower. Thereby, a more stable pattern of the resist 34 can be formed.

次に、工程Ｓ９では、グリッド２上に封止層３を形成する。この工程は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、真空蒸着法等により、真空環境下においてグリッド２上にＳｉＯ2又はＳｉＮ等からなる層を形成することによって行う。この結果、回折機能層４、グリッド２、及び封止層３によって囲まれた空間を真空状態で封止することができる（図２（ｂ））。 Next, in step S <b> 9, the sealing layer 3 is formed on the grid 2. This step is performed, for example, by forming a layer made of SiO 2 or SiN on the grid 2 in a vacuum environment by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a vacuum deposition method, or the like. As a result, the space surrounded by the diffraction function layer 4, the grid 2, and the sealing layer 3 can be sealed in a vacuum state (FIG. 2B).

以上の工程により、回折機能層４及びグリッド２を有する光学素子１を製造することができる。この製造方法によれば、回折機能層４の表面の凹凸が矩形であることにより、回折機能層４の表面にグリッド２をより確実に形成することができる。本実施形態では、導体膜としてはアルミ膜２Ｌを用いたが、その他の金属素材、例えば、銀、ニッケル等を用いることもできる。また、回折機能層４の素材としてポリマーを用いたが、例えば、石英ガラス基板上にフォトリソグラフィー法で形成した回折機能層４の上に、上記製造方法でグリッド２を形成することもできる。ここで、フォトリソグラフィー法としては、例えば回折機能材料層４Ｌ上にレジストを塗布する工程と、フォトマスクを介してレジストを露光した後に現像する工程と、残存したレジストをマスクとして回折機能材料層４Ｌをエッチングする工程と、レジストを除去する工程とによって行うことができる。   Through the above steps, the optical element 1 having the diffraction function layer 4 and the grid 2 can be manufactured. According to this manufacturing method, since the irregularities on the surface of the diffraction function layer 4 are rectangular, the grid 2 can be more reliably formed on the surface of the diffraction function layer 4. In the present embodiment, the aluminum film 2L is used as the conductor film, but other metal materials such as silver and nickel can also be used. Moreover, although the polymer was used as the raw material of the diffraction function layer 4, the grid 2 can also be formed with the said manufacturing method on the diffraction function layer 4 formed, for example on the quartz glass substrate by the photolithographic method. Here, as a photolithography method, for example, a step of applying a resist on the diffraction functional material layer 4L, a step of developing after exposing the resist through a photomask, and a step of developing the diffraction functional material layer 4L using the remaining resist as a mask. Can be performed by a step of etching and a step of removing the resist.

（Ｃ．投写型表示装置）
続いて、上記光学素子１を投写型表示装置に適用した例について説明する。図２１は、投写型表示装置としてのプロジェクタ１００の斜視図である。プロジェクタ１００は、筐体１１０、投写レンズ５１を有しており、内蔵された水銀灯等の光源（不図示）から光を射出し、これを内部に備え付けられたライトバルブとしての液晶装置１０（図１０）によって変調した後に投写レンズ５１から前方に投写する装置である。 (C. Projection display device)
Next, an example in which the optical element 1 is applied to a projection display device will be described. FIG. 21 is a perspective view of a projector 100 as a projection display device. The projector 100 includes a housing 110 and a projection lens 51, emits light from a light source (not shown) such as a built-in mercury lamp, and the liquid crystal device 10 as a light valve (see FIG. 10 is a device that projects forward from the projection lens 51 after being modulated by 10).

図１０は、プロジェクタ１００の光学系を示す模式図である。図中の破線は、プロジェクタ１００内において光源から射出された光の光路を示す。当該光路には、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０、光学素子１、投写レンズ５１がこの順に配置されている。換言すれば、液晶装置１０から投写レンズ５１に至る光路のいずれかの位置に光学素子１が配置されている。投写レンズ５１の先には、スクリーン６１が配置されている。プロジェクタ１００は、液晶装置１０における表示を投写レンズ５１を介してスクリーン６１に拡大投写する。   FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an optical system of the projector 100. A broken line in the figure indicates an optical path of light emitted from the light source in the projector 100. The wire grid polarizing element 5, the liquid crystal device 10, the optical element 1, and the projection lens 51 are arranged in this order in the optical path. In other words, the optical element 1 is disposed at any position on the optical path from the liquid crystal device 10 to the projection lens 51. A screen 61 is disposed at the tip of the projection lens 51. The projector 100 enlarges and projects the display on the liquid crystal device 10 onto the screen 61 via the projection lens 51.

ワイヤーグリッド偏光素子５は、透光性を有する基体上に導体からなる多数の微細ワイヤーを平行に配置したものである。ワイヤーグリッド偏光素子５は、入射光８０のうち微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射するとともに、微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過する。すなわち、ワイヤーグリッド偏光素子５は、偏光分離機能を有している。ただし、単に平坦な基体上に微細ワイヤーを形成した素子であるため、反射光及び透過光を拡散させる機能は有していない。入射光８０のうちワイヤーグリッド偏光素子５を透過した成分は、ほとんど拡散されることなく液晶装置１０に入射する。   The wire grid polarizing element 5 has a large number of fine wires made of conductors arranged in parallel on a transparent base. The wire grid polarization element 5 reflects a component having a polarization axis parallel to the fine wire in the incident light 80 and transmits a component having a polarization axis perpendicular to the fine wire. That is, the wire grid polarization element 5 has a polarization separation function. However, since the device is simply an element in which a fine wire is formed on a flat substrate, it does not have a function of diffusing reflected light and transmitted light. A component of the incident light 80 that has passed through the wire grid polarizing element 5 enters the liquid crystal device 10 with almost no diffusion.

液晶装置１０は、枠状のシール剤を介して貼り合わされた素子基板及び対向基板を有しており、素子基板と対向基板との間に液晶が封入されている。この液晶は、素子基板及び対向基板の対向面に形成された電極を介して駆動電圧を印加されることにより配向状態が変化する。液晶装置１０は、透過光の偏光状態を、液晶の配向状態に応じて変化させることができる。   The liquid crystal device 10 includes an element substrate and a counter substrate bonded together with a frame-shaped sealant, and liquid crystal is sealed between the element substrate and the counter substrate. The alignment state of the liquid crystal changes when a driving voltage is applied via electrodes formed on the opposing surfaces of the element substrate and the counter substrate. The liquid crystal device 10 can change the polarization state of transmitted light according to the alignment state of the liquid crystal.

液晶装置１０を透過した光は、光学素子１に入射する。光学素子１は、上記したように、グリッド２の微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過して投写レンズ５１へ入射させ、グリッド２の微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射させる。反射光８０ｒによる液晶装置１０の不具合を抑えるために、光学素子１は、液晶装置１０からできるだけ離して配置することが好ましい。光学素子１及びワイヤーグリッド偏光素子５の透過軸の設定例を図１１に示す。本実施形態では、光学素子１及びワイヤーグリッド偏光素子５の透過軸は互いに平行となっている。   The light transmitted through the liquid crystal device 10 enters the optical element 1. As described above, the optical element 1 transmits a component having a polarization axis perpendicular to the fine wire of the grid 2 to enter the projection lens 51 and reflects a component having a polarization axis parallel to the fine wire of the grid 2. . In order to suppress the malfunction of the liquid crystal device 10 due to the reflected light 80r, the optical element 1 is preferably arranged as far as possible from the liquid crystal device 10. An example of setting the transmission axes of the optical element 1 and the wire grid polarizing element 5 is shown in FIG. In the present embodiment, the transmission axes of the optical element 1 and the wire grid polarizing element 5 are parallel to each other.

ここで、光学素子１の回折機能層４は、段差部８の高さｇがｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎと等しくなっている。このため、上記したように、回折機能層４の回折作用により反射光８０ｒの拡散効果が最大となり、また透過光８０ｔの拡散は抑制される。   Here, in the diffraction function layer 4 of the optical element 1, the height g of the stepped portion 8 is equal to gr = (2m + 1) λ / 4n. For this reason, as described above, the diffusion effect of the reflected light 80r is maximized by the diffraction action of the diffraction function layer 4, and the diffusion of the transmitted light 80t is suppressed.

図１２は、光学素子１が与える回折光強度分布を示す図である。このうち（ａ）は、液晶装置１０の位置での光学素子１からの反射光８０ｒの強度分布を示しており、（ｂ）は、光学素子１を挟んで液晶装置１０と対称な位置における透過光８０ｔの強度分布を示している。図１２（ａ）、図１２（ｂ）の左図は、Ｘ−Ｙ平面における回折光強度分布を示し、色の濃い部分ほど光強度が高いことを表している。図１２（ａ）、図１２（ｂ）の右図は、Ｙ軸の位置における回折光強度分布を示している。   FIG. 12 is a diagram showing the diffracted light intensity distribution given by the optical element 1. Among these, (a) shows the intensity distribution of the reflected light 80r from the optical element 1 at the position of the liquid crystal device 10, and (b) shows transmission at a position symmetrical to the liquid crystal device 10 with the optical element 1 in between. The intensity distribution of light 80t is shown. The left diagrams of FIGS. 12A and 12B show the diffracted light intensity distribution in the XY plane, and the darker the portion, the higher the light intensity. The right diagrams in FIGS. 12A and 12B show the diffracted light intensity distribution at the Y-axis position.

図１２（ａ）の左図中の領域８５ｒは、反射光８０ｒが照射される領域である。領域８５ｒは、液晶装置１０の配置領域の全体を包含する大きさの略円形の領域となっており、反射光８０ｒは、領域８５ｒの全体に拡散される。このように、光学素子１からの反射光８０ｒは、液晶装置１０の全体を含む領域８５ｒに拡散されるので、液晶装置１０の一部に反射光８０ｒが集中することによる誤動作等の不具合が生じにくい。   A region 85r in the left diagram of FIG. 12A is a region irradiated with the reflected light 80r. The region 85r is a substantially circular region having a size that encompasses the entire arrangement region of the liquid crystal device 10, and the reflected light 80r is diffused throughout the region 85r. As described above, the reflected light 80r from the optical element 1 is diffused to the region 85r including the entire liquid crystal device 10, and thus malfunctions such as malfunction caused by the concentration of the reflected light 80r on a part of the liquid crystal device 10 occur. Hateful.

また、図１２（ｂ）の左図中の領域８５ｔは、透過光８０ｔが照射される領域である。ただし、図１２（ｂ）の右図に示すように、領域８５ｔにおける光強度は、領域８５ｒにおける光強度に比べて極めて小さくなっている。一方で、図１２（ｂ）の左図中の原点付近の領域８７ｔにおいては、透過光８０ｔの強度が大きくなっている。このように、光学素子１からの透過光８０ｔは、Ｘ−Ｙ座標の原点付近（すなわち光路の近傍）に集中し、それ以外の方向にはほとんど拡散しない。これは、回折機能層４の段差部８の高さｇが、反射光８０ｒの拡散効果を最大とさせるような高さｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎとなっているため、透過光８０ｔの拡散効果が大きくならないことに起因する。これにより、光学素子１からの透過光８０ｔの大部分を、投写レンズ５１の入射瞳Ｄ（図１０）に入射させることができ、光の利用効率を高めることができる。   In addition, a region 85t in the left diagram of FIG. 12B is a region irradiated with transmitted light 80t. However, as shown in the right diagram of FIG. 12B, the light intensity in the region 85t is extremely smaller than the light intensity in the region 85r. On the other hand, in the region 87t near the origin in the left diagram of FIG. 12B, the intensity of the transmitted light 80t is large. Thus, the transmitted light 80t from the optical element 1 is concentrated near the origin of the XY coordinates (that is, near the optical path) and hardly diffuses in other directions. This is because the height g of the stepped portion 8 of the diffractive functional layer 4 is a height gr = (2m + 1) λ / 4n that maximizes the diffusion effect of the reflected light 80r, so that the transmitted light 80t is diffused. This is because the effect does not increase. Thereby, most of the transmitted light 80t from the optical element 1 can be made incident on the entrance pupil D (FIG. 10) of the projection lens 51, and the light use efficiency can be improved.

以下、光学素子１による回折光の分布の広がりの具体例について説明する。回折光の分布の広がりをＳとすると、当該分布の広がりＳは、光学素子１に含まれる回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの最小寸法δ（図２）と、回折機能層４からの距離Ｌとによって決まり、両者の間にはＳ＝２λＬ／δの関係がある。したがって、回折機能層４から液晶装置１０までの距離をＬ１、回折機能層４から投写レンズ５１の入射瞳Ｄまでの距離をＬ２とすると、液晶装置１０の位置における反射光８０ｒの広がりＳｒは、Ｓｒ＝２λＬ１／δで与えられ、また、投写レンズ５１の入射瞳Ｄにおける透過光８０ｔの広がりＳｔはＳｔ＝２λＬ２／δで与えられる。例えば、λ＝６００ｎｍ、δ＝２．０μｍ、Ｌ１＝４０ｍｍ、Ｌ２＝５０ｍｍとすると、Ｓｒ＝２４ｍｍ、Ｓｔ＝３０ｍｍとなる。一例として、対角０．９インチ（約２３ｍｍ）の液晶装置１０を考えればわかるように、反射光８０ｒを、液晶装置１０の全体を含むような領域８５ｒ（図１２（ａ））に拡散させることが可能であり、液晶装置１０上での光強度を、液晶装置１０が安定動作できる程度に充分に弱くすることができる。他方で、透過光８０ｔはＳｔ＝３０ｍｍの範囲で拡散するとしても、図１２（ｂ）に示すように、その拡散効果は充分に抑えられ、透過光８０ｔは光路の近傍に集中する。このため、略全ての光を投写レンズ５１の入射瞳Ｄへ入射させることができる。   Hereinafter, a specific example of the spread of the diffracted light distribution by the optical element 1 will be described. Assuming that the spread of the diffracted light distribution is S, the spread S is the minimum dimension δ (FIG. 2) of the first region 4a and the second region 4b of the diffraction function layer 4 included in the optical element 1. It is determined by the distance L from the diffraction function layer 4, and there is a relationship of S = 2λL / δ between the two. Therefore, when the distance from the diffraction function layer 4 to the liquid crystal device 10 is L1, and the distance from the diffraction function layer 4 to the entrance pupil D of the projection lens 51 is L2, the spread Sr of the reflected light 80r at the position of the liquid crystal device 10 is Sr = 2λL1 / δ, and the spread St of the transmitted light 80t at the entrance pupil D of the projection lens 51 is given by St = 2λL2 / δ. For example, when λ = 600 nm, δ = 2.0 μm, L1 = 40 mm, and L2 = 50 mm, Sr = 24 mm and St = 30 mm. As an example, as can be understood by considering a liquid crystal device 10 having a diagonal size of 0.9 inch (about 23 mm), the reflected light 80r is diffused into a region 85r (FIG. 12A) including the entire liquid crystal device 10. In other words, the light intensity on the liquid crystal device 10 can be sufficiently weakened so that the liquid crystal device 10 can stably operate. On the other hand, even if the transmitted light 80t is diffused in the range of St = 30 mm, the diffusion effect is sufficiently suppressed as shown in FIG. 12B, and the transmitted light 80t is concentrated in the vicinity of the optical path. For this reason, almost all light can be incident on the entrance pupil D of the projection lens 51.

以上のように、光学素子１を適用したプロジェクタ１００によれば、回折機能層４の作用により、反射光８０ｒは広く拡散された後に液晶装置１０へ到達するため、液晶装置１０の安定動作を妨げることがない。また、透過光８０ｔは、充分に拡散が抑制されているため、スクリーン６１へ到達する光量をほとんど犠牲にすることがない。このため、明るく長寿命なプロジェクタ１００を実現することができる。   As described above, according to the projector 100 to which the optical element 1 is applied, the reflected light 80r is diffused widely after reaching the liquid crystal device 10 due to the action of the diffraction function layer 4, thereby preventing the stable operation of the liquid crystal device 10. There is nothing. Further, since the transmitted light 80t is sufficiently prevented from diffusing, the amount of light reaching the screen 61 is hardly sacrificed. Therefore, it is possible to realize the projector 100 that is bright and has a long life.

（変形例１）
上述のように、光学素子１によれば、回折機能層４の作用により、反射光８０ｒに適当な強度分布と広がりをもたせることができる。ここで、回折機能層４の凹凸の並べ方（すなわち第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの配置）あるいはその平面形状を工夫することにより、液晶装置１０の形状や大きさに応じて、反射光８０ｒの空間強度分布を制御することができる。すなわち、特定の場所に反射光８０ｒを集光させることができる。 (Modification 1)
As described above, according to the optical element 1, the reflected light 80r can have an appropriate intensity distribution and spread by the action of the diffraction function layer 4. Here, by arranging the unevenness of the diffraction function layer 4 (that is, the arrangement of the first region 4 a and the second region 4 b) or the planar shape thereof, the reflection is made according to the shape and size of the liquid crystal device 10. The spatial intensity distribution of the light 80r can be controlled. That is, the reflected light 80r can be collected at a specific location.

例えば、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂは、図１又は図３に示すような形状に限られず、図１３に示すような形状としてもよい。この図においては、黒の領域が第１の領域４ａに相当し、白の領域が第２の領域４ｂに相当する。   For example, the first region 4a and the second region 4b of the diffraction function layer 4 are not limited to the shape as shown in FIG. 1 or FIG. 3, but may have the shape as shown in FIG. In this figure, the black area corresponds to the first area 4a, and the white area corresponds to the second area 4b.

図１４は、図１３に示したパターンを有する光学素子１による回折光強度分布を示す図である。図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、上述した図１２（ａ）、図１２（ｂ）と同様に、それぞれ反射光８０ｒ、透過光８０ｔの強度分布を示している。本変形例においては、図１４（ａ）に示すように、反射光８０ｒが照射される領域８５ｒは、液晶装置１０を囲む枠状の領域となる。このように、本変形例における反射光８０ｒは、液晶装置１０の配置領域を含まない領域に指向的に拡散し、液晶装置１０にはほとんど入射しない。   FIG. 14 is a diagram showing a diffracted light intensity distribution by the optical element 1 having the pattern shown in FIG. 14 (a) and 14 (b) show the intensity distributions of the reflected light 80r and the transmitted light 80t, respectively, as in FIGS. 12 (a) and 12 (b). In this modification, as shown in FIG. 14A, the region 85 r irradiated with the reflected light 80 r is a frame-like region surrounding the liquid crystal device 10. As described above, the reflected light 80 r in this modification is diffused directionally in a region not including the arrangement region of the liquid crystal device 10 and hardly enters the liquid crystal device 10.

一方、図１４（ｂ）に示すように、透過光８０ｔは、上記領域８５ｒと同様の枠状の領域８５ｔ、及び原点付近の領域８７ｔに入射する。ここで、図１４（ｂ）の右図に示すように、透過光８０ｔのほとんどは領域８７ｔに入射し、枠状の領域８５ｔには、残る僅かの光が入射するに過ぎない。このように、光学素子１からの透過光８０ｔは、Ｘ−Ｙ座標の原点付近（すなわち光路の近傍）に集中し、それ以外の方向にはほとんど拡散しない。これは、回折機能層４の段差部８の高さｇが、反射光８０ｒの拡散効果を最大とさせるような高さｇｒ＝（２ｍ＋１）λ／４ｎとなっているため、透過光８０ｔの拡散効果が大きくならないことに起因する。なお、図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、入射光が単色光の場合であり、入射光が一定の波長域を有している場合には、領域８５ｒ，８５ｔ，８７ｔの境界がぼけ、各領域の幅が広くなる。   On the other hand, as shown in FIG. 14B, the transmitted light 80t is incident on a frame-shaped region 85t similar to the region 85r and a region 87t near the origin. Here, as shown in the right diagram of FIG. 14B, most of the transmitted light 80t is incident on the region 87t, and only a small amount of remaining light is incident on the frame-shaped region 85t. Thus, the transmitted light 80t from the optical element 1 is concentrated near the origin of the XY coordinates (that is, near the optical path) and hardly diffuses in other directions. This is because the height g of the stepped portion 8 of the diffractive functional layer 4 is a height gr = (2m + 1) λ / 4n that maximizes the diffusion effect of the reflected light 80r, so that the transmitted light 80t is diffused. This is because the effect does not increase. 14A and 14B show the case where the incident light is monochromatic light. When the incident light has a certain wavelength range, the boundaries of the regions 85r, 85t, and 87t are as follows. Blur, the width of each region becomes wider.

以上のように、図１３に示したパターンの回折機能層４を有する光学素子１によれば、光学素子１による反射光８０ｒのほとんどを、液晶装置１０の配置領域外に拡散させることができる。このため、高輝度の光を用いるプロジェクタ１００においても、反射光８０ｒによる液晶装置１０の光誤動作や劣化を抑制することができる。   As described above, according to the optical element 1 having the diffraction function layer 4 having the pattern shown in FIG. 13, most of the reflected light 80 r from the optical element 1 can be diffused outside the arrangement region of the liquid crystal device 10. For this reason, even in the projector 100 using high-luminance light, it is possible to suppress malfunctions and deterioration of the liquid crystal device 10 due to the reflected light 80r.

同様に、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの配置パターンを調整することで、図１５（ａ）、図１５（ｂ）に示すような回折強度分布とすることも可能である。図１５（ａ）、図１５（ｂ）は、それぞれ反射光８０ｒ、透過光８０ｔの強度分布を示している。この例では、反射光８０ｒが拡散される領域８５ｒは、液晶装置１０の上下に分布している（図１５（ａ））。また、透過光８０ｔは、ほとんどが光軸付近の領域８７ｔに集中し、残る僅かの光が、領域８５ｒと同様の形状を有する領域８５ｔに拡散される。この場合においても、光学素子１による反射光８０ｒのほとんどを、液晶装置１０の配置領域外に拡散させることができる。このため、反射光８０ｒによる液晶装置１０の光誤動作や劣化を抑制することができる。   Similarly, by adjusting the arrangement pattern of the first region 4a and the second region 4b of the diffraction function layer 4, a diffraction intensity distribution as shown in FIGS. 15A and 15B may be obtained. Is possible. FIGS. 15A and 15B show intensity distributions of the reflected light 80r and the transmitted light 80t, respectively. In this example, the region 85r in which the reflected light 80r is diffused is distributed above and below the liquid crystal device 10 (FIG. 15A). In addition, most of the transmitted light 80t is concentrated in the region 87t near the optical axis, and the remaining light is diffused into the region 85t having the same shape as the region 85r. Even in this case, most of the reflected light 80 r from the optical element 1 can be diffused outside the region where the liquid crystal device 10 is disposed. For this reason, optical malfunction and deterioration of the liquid crystal device 10 due to the reflected light 80r can be suppressed.

（変形例２）
プロジェクタ１００は、複数の液晶装置１０を用いる構成であってもよい。図１６は、３つの液晶装置１０を備えたプロジェクタ１００の光学系を示す模式図である。当該光学系は、４つの面を有するプリズム５３と、プリズム５３の１つの面に対向して配置された光学素子１と、プリズム５３の他の３つの面にそれぞれ対向して配置された液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂとを有している。プリズム５３は、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから入射した光を屈折させ、いずれも光学素子１に入射させることができる。したがって、プリズム５３は、各液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂから光学素子１に至る光路に配置されているとも言える。液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を強度変調する。これらの強度変調された光をプリズム５３によって合成することで、表示光が得られる。液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの、プリズム５３とは反対側の位置には、ワイヤーグリッド偏光素子５が配置されている。上記光学系は、光学素子１から射出された光が入射する投写レンズ５１と、ミラー９１ａ，９１ｂ，９１ｃと、ダイクロイックミラー９２ａ，９２ｂとをさらに備えている。投写レンズ５１は、プリズム５３から光学素子１に至る光路の延長線上に配置されている。 (Modification 2)
The projector 100 may be configured to use a plurality of liquid crystal devices 10. FIG. 16 is a schematic diagram illustrating an optical system of the projector 100 including the three liquid crystal devices 10. The optical system includes a prism 53 having four surfaces, an optical element 1 disposed to face one surface of the prism 53, and a liquid crystal device disposed to face the other three surfaces of the prism 53. 10R, 10G, and 10B. The prism 53 can refract the light incident from the liquid crystal devices 10R, 10G, and 10B, and can make all of the light enter the optical element 1. Therefore, it can be said that the prism 53 is disposed in the optical path from the liquid crystal devices 10R, 10G, and 10B to the optical element 1. The liquid crystal devices 10R, 10G, and 10B modulate the intensity of red light, green light, and blue light, respectively. By combining the intensity-modulated light by the prism 53, display light can be obtained. A wire grid polarizing element 5 is disposed at a position opposite to the prism 53 of the liquid crystal devices 10R, 10G, and 10B. The optical system further includes a projection lens 51 into which the light emitted from the optical element 1 enters, mirrors 91a, 91b, 91c, and dichroic mirrors 92a, 92b. The projection lens 51 is disposed on an extension line of the optical path from the prism 53 to the optical element 1.

図示しない光源から射出された光は、ダイクロイックミラー９２ａに入射し、青色光のみが透過する。当該青色光は、ミラー９１ａによって反射された後にワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｂを順に透過する。ダイクロイックミラー９２ａによって反射された残りの光は、ダイクロイックミラー９２ｂに入射し、緑色光が反射され、赤色光は透過する。上記緑色光は、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｇを順に透過する。また、上記赤色光は、ミラー９１ｂ，９１ｃによって反射された後に、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｒを順に透過する。液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを透過した赤色光、緑色光、青色光は、プリズム５３に入射し、進行方向を変えられていずれも光学素子１へ向けて射出される。   Light emitted from a light source (not shown) enters the dichroic mirror 92a, and only blue light is transmitted. The blue light passes through the wire grid polarization element 5 and the liquid crystal device 10B in order after being reflected by the mirror 91a. The remaining light reflected by the dichroic mirror 92a enters the dichroic mirror 92b, the green light is reflected, and the red light is transmitted. The green light passes through the wire grid polarization element 5 and the liquid crystal device 10G in order. The red light passes through the wire grid polarization element 5 and the liquid crystal device 10R in order after being reflected by the mirrors 91b and 91c. The red light, the green light, and the blue light transmitted through the liquid crystal devices 10R, 10G, and 10B are incident on the prism 53, and are all emitted toward the optical element 1 while changing the traveling direction.

光学素子１は、上記したように、入射光のうちグリッド２の微細ワイヤーと垂直な偏光軸を有する成分を透過して投写レンズ５１へ入射させ、グリッド２の微細ワイヤーと平行な偏光軸を有する成分を反射させる。このとき、回折機能層４の作用により、反射光は広く拡散された状態でプリズム５３、ひいては液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂへ到達するため、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの安定動作を妨げることがない。また、透過光は、充分に拡散が抑制されているため、スクリーン６１へ到達する光量をほとんど犠牲にすることがない。このため、明るく長寿命なプロジェクタ１００を実現することができる。   As described above, the optical element 1 transmits a component having a polarization axis perpendicular to the fine wire of the grid 2 out of the incident light and enters the projection lens 51 and has a polarization axis parallel to the fine wire of the grid 2. Reflects the component. At this time, due to the action of the diffraction function layer 4, the reflected light reaches the prism 53 in a state of being widely diffused, and thus reaches the liquid crystal devices 10R, 10G, and 10B. Absent. Moreover, since the diffusion of the transmitted light is sufficiently suppressed, the amount of light reaching the screen 61 is hardly sacrificed. Therefore, it is possible to realize the projector 100 that is bright and has a long life.

また、プロジェクタ１００は、図１７のような構成とすることもできる。当該光学系においては、平行に配置されたダイクロイックミラー９２ａ，９２ｂ、ミラー９１ｂの列と、平行に配置されたミラー９１ａ、ダイクロイックミラー９２ｃ，９２ｄの列とが対向して配置されている。また、ミラー９１ａとダイクロイックミラー９２ｃとの間にはワイヤーグリッド偏光素子５と液晶装置１０Ｒとが配置され、ダイクロイックミラー９２ｂとダイクロイックミラー９２ｃとの間にはワイヤーグリッド偏光素子５と液晶装置１０Ｇとが配置され、ダイクロイックミラー９２ｂとミラー９１ｂとの間にはワイヤーグリッド偏光素子５と液晶装置１０Ｂとが配置されている。ミラー９１ａ，９１ｂ及びダイクロイックミラー９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄは、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対して４５度の角度をなして配置されている。ダイクロイックミラー９２ｃ，９２ｄの延長線上には、光学素子１、投写レンズ５１がこの順に配置され、投写レンズ５１の先にはスクリーン６１が置かれている。   The projector 100 can also be configured as shown in FIG. In the optical system, the rows of dichroic mirrors 92a and 92b and mirror 91b arranged in parallel are arranged opposite to the rows of mirror 91a and dichroic mirrors 92c and 92d arranged in parallel. Further, the wire grid polarization element 5 and the liquid crystal device 10R are disposed between the mirror 91a and the dichroic mirror 92c, and the wire grid polarization element 5 and the liquid crystal device 10G are disposed between the dichroic mirror 92b and the dichroic mirror 92c. The wire grid polarization element 5 and the liquid crystal device 10B are disposed between the dichroic mirror 92b and the mirror 91b. The mirrors 91a and 91b and the dichroic mirrors 92a, 92b, 92c and 92d are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the liquid crystal devices 10R, 10G and 10B. The optical element 1 and the projection lens 51 are arranged in this order on the extended lines of the dichroic mirrors 92c and 92d, and the screen 61 is placed at the tip of the projection lens 51.

図示しない光源から射出された光は、ダイクロイックミラー９２ａに入射し、赤色光のみが反射する。当該赤色光は、ミラー９１ａによって反射された後にワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｒ、ダイクロイックミラー９２ｃ，９２ｄを順に透過し、光学素子１に入射する。ダイクロイックミラー９２ａを透過した残りの光は、ダイクロイックミラー９２ｂに入射し、緑色光が反射され、青色光は透過する。ダイクロイックミラー９２ｂに反射された緑色光は、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｇを順に透過した後、ダイクロイックミラー９２ｃによって反射され、さらにダイクロイックミラー９２ｄを透過して光学素子１に入射する。また、ダイクロイックミラー９２ｂを透過した青色光は、ワイヤーグリッド偏光素子５、液晶装置１０Ｂを順に透過した後、ミラー９１ｂによって反射され、ダイクロイックミラー９２ｄによってさらに反射された後に光学素子１に入射する。したがって、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを透過して強度変調された赤色光、緑色光、青色光は、いずれも最終的に光学素子１に入射する。   Light emitted from a light source (not shown) enters the dichroic mirror 92a, and only red light is reflected. The red light is reflected by the mirror 91 a and then passes through the wire grid polarization element 5, the liquid crystal device 10 R, and the dichroic mirrors 92 c and 92 d in order and enters the optical element 1. The remaining light transmitted through the dichroic mirror 92a is incident on the dichroic mirror 92b, the green light is reflected, and the blue light is transmitted. The green light reflected by the dichroic mirror 92b passes through the wire grid polarizing element 5 and the liquid crystal device 10G in order, then is reflected by the dichroic mirror 92c, and further passes through the dichroic mirror 92d and enters the optical element 1. The blue light transmitted through the dichroic mirror 92b is transmitted through the wire grid polarization element 5 and the liquid crystal device 10B in order, then reflected by the mirror 91b, further reflected by the dichroic mirror 92d, and then incident on the optical element 1. Therefore, red light, green light, and blue light that have been transmitted through the liquid crystal devices 10R, 10G, and 10B and whose intensity has been modulated are finally incident on the optical element 1.

上記したように、光学素子１による反射光は、回折機能層４の作用により、広く拡散される。このため、当該反射光によって液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの安定動作が妨げられる不具合が生じにくい。また、光学素子１を透過した光は、充分に拡散が抑制されているため、スクリーン６１へ到達する光量をほとんど犠牲にすることがない。このため、明るく長寿命なプロジェクタ１００を実現することができる。   As described above, the reflected light from the optical element 1 is diffused widely by the action of the diffraction function layer 4. For this reason, it is hard to produce the malfunction by which the stable operation of liquid crystal device 10R, 10G, 10B is prevented by the said reflected light. Further, since the light transmitted through the optical element 1 is sufficiently prevented from diffusing, the amount of light reaching the screen 61 is hardly sacrificed. Therefore, it is possible to realize the projector 100 that is bright and has a long life.

（変形例３）
光学素子１のグリッド２側には、屈折率が１より大きい物質を積層させてもよい。図１８は、光学素子１にＳｉＮ層７を積層させた状態を示す断面図である。なお、図１８においては、封止層３（図２（ｂ））の記載を省略している。 (Modification 3)
A substance having a refractive index larger than 1 may be laminated on the grid 2 side of the optical element 1. FIG. 18 is a cross-sectional view showing a state where the SiN layer 7 is laminated on the optical element 1. In FIG. 18, the description of the sealing layer 3 (FIG. 2B) is omitted.

光学素子１の拡散効果を制御する場合には、最適な回折機能層４の段差部８の高さｇは、上記式（１）からわかるように、周囲媒体の屈折率ｎに依存する。図１８に示すように、例えば周囲媒体としてＳｉＮ（ｎ≒１．５）を用いると、周囲媒体が空気（ｎ≒１．０）である場合と比較して段差部８の高さｇを小さくすることが可能となる。段差部８の高さｇが小さいほど、グリッド２の製造工程（フォトリソグラフィー法を含む工程）が容易となるため、グリッド２をより容易に製造することが可能となる。   When the diffusion effect of the optical element 1 is controlled, the optimum height g of the step portion 8 of the diffraction function layer 4 depends on the refractive index n of the surrounding medium, as can be seen from the above formula (1). As shown in FIG. 18, for example, when SiN (n≈1.5) is used as the surrounding medium, the height g of the stepped portion 8 is made smaller than when the surrounding medium is air (n≈1.0). It becomes possible to do. As the height g of the stepped portion 8 is smaller, the manufacturing process (including the photolithography method) of the grid 2 becomes easier, so that the grid 2 can be manufactured more easily.

（変形例４）
プロジェクタ１００の光学系において、光学素子１から投写レンズ５１に至る光路のいずれかの位置には、図１９に示すように、集光レンズとしてのフィールドレンズ５２を配置してもよい。このようにフィールドレンズ５２を配置することにより、光学素子１からの透過光８０ｔをより多く投写レンズ５１の入射瞳Ｄへ集めることが可能となる。これにより、光の利用効率を高めることができる。 (Modification 4)
In the optical system of the projector 100, a field lens 52 as a condenser lens may be disposed at any position on the optical path from the optical element 1 to the projection lens 51 as shown in FIG. By disposing the field lens 52 in this way, it is possible to collect more transmitted light 80t from the optical element 1 to the entrance pupil D of the projection lens 51. Thereby, the utilization efficiency of light can be improved.

（変形例５）
上記実施形態では、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの形状は正方形又は正方形を繋げた形状であるとし、グリッド２に含まれる微細ワイヤーは、上記正方形の辺の１つに平行となっているが、これ以外にも種々の構成とすることができる。図２０は、回折機能層４の第１の領域４ａ及び第２の領域４ｂの最小単位の形状（以下「単位形状」と呼ぶ）と、グリッド２に含まれる微細ワイヤーの延在方向との関係の例を示す図である。 (Modification 5)
In the said embodiment, the shape of the 1st area | region 4a and the 2nd area | region 4b of the diffraction function layer 4 shall be a square or the shape which connected the square, and the fine wire contained in the grid 2 is 1 of the side of the said square. However, various other configurations can be used. 20 shows the relationship between the minimum unit shape (hereinafter referred to as “unit shape”) of the first region 4a and the second region 4b of the diffraction function layer 4 and the extending direction of the fine wires included in the grid 2. FIG. It is a figure which shows the example of.

図２０（ａ）の構成では、単位形状は正方形であり、当該正方形の辺とグリッド２の微細ワイヤーの延在方向とのなす角が４５度となっている。このような構成によれば、単位形状の直線状の境界と、微細ワイヤーとが非平行となる。したがって、回折機能層４の段差部８に沿って微細ワイヤーが形成されることがない。このため、段差部８の近傍に配置された微細ワイヤーが不安定になる不具合を回避することができる。   In the configuration of FIG. 20A, the unit shape is a square, and the angle between the side of the square and the extending direction of the fine wires of the grid 2 is 45 degrees. According to such a configuration, the linear boundary of the unit shape and the fine wire are not parallel. Therefore, a fine wire is not formed along the step portion 8 of the diffraction function layer 4. For this reason, the malfunction that the fine wire arrange | positioned in the vicinity of the level | step-difference part 8 becomes unstable can be avoided.

図２０（ｂ）、図２０（ｃ）では、単位形状がそれぞれ円形、楕円形となっている。このような構成においては、グリッド２の微細ワイヤーは、単位形状の境界に対して一定の角度を有して配置されるので、図２０（ａ）と同様、微細ワイヤーを安定して形成することができる。   In FIG. 20B and FIG. 20C, the unit shapes are circular and elliptical, respectively. In such a configuration, the fine wires of the grid 2 are arranged at a certain angle with respect to the boundary of the unit shape, so that the fine wires can be stably formed as in FIG. Can do.

また、単位形状を円形にすれば、等方的な反射光強度分布を実現できる。他方で、単位形状に異方性を持たせ、例えば、長方形あるいは楕円形とすれば、反射光強度分布の形状に異方性を持たせることも可能である。その場合、単位形状の幅が狭い方向では分布の広がりが大きく、単位形状の幅が広い方向では分布の広がりが狭くなる。   If the unit shape is circular, an isotropic reflected light intensity distribution can be realized. On the other hand, if the unit shape is provided with anisotropy, for example, a rectangle or an ellipse, the shape of the reflected light intensity distribution can be provided with anisotropy. In that case, the spread of the distribution is large in the direction where the width of the unit shape is narrow, and the spread of the distribution is narrowed in the direction where the width of the unit shape is wide.

（変形例６）
上記実施形態におけるプロジェクタ１００の光学系は、液晶装置１０の入射側にワイヤーグリッド偏光素子５が、また射出側に光学素子１が、それぞれ配置されているが、これに代えて、液晶装置１０の入射側、射出側のいずれにも光学素子１を配置する構成としてもよい。 (Modification 6)
In the optical system of the projector 100 in the above embodiment, the wire grid polarization element 5 is disposed on the incident side of the liquid crystal device 10 and the optical element 1 is disposed on the emission side. The optical element 1 may be arranged on both the incident side and the exit side.

（変形例７）
光学素子１は、入射光の波長に応じて回折機能層４の凹凸の深さを適宜変更してもよい。回折機能層４の凹凸の深さ、すなわち段差部８の高さｇは、上記式（２）より（２ｍ＋１）λ／４ｎと等しくなることが好ましい。この式において例えばｍ＝０とし、波長λを赤、緑、青の光の中心波長、例えば６５０ｎｍ、５５０ｎｍ、４５０ｎｍとすることにより、好ましい高さｇの値は、赤色光に対してはｇ（Ｒ）＝１７９ｎｍ、緑色光に対してはｇ（Ｇ）＝１５２ｎｍ、青色光に対してはｇ（Ｂ）＝１２４ｎｍと求まる。したがって、液晶装置１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに対向して配置される光学素子１において、回折機能層４の段差部８の高さｇをそれぞれ上記のように設定することにより、各光学素子１は、入射する光の波長に適した回折機能層４を有することとなり、より効率良く光を拡散させることができる。 (Modification 7)
The optical element 1 may appropriately change the unevenness depth of the diffraction function layer 4 according to the wavelength of incident light. The depth of the unevenness of the diffraction function layer 4, that is, the height g of the stepped portion 8 is preferably equal to (2m + 1) λ / 4n from the above formula (2). In this equation, for example, m = 0, and the wavelength λ is the center wavelength of red, green, and blue light, for example, 650 nm, 550 nm, and 450 nm. R) = 179 nm, g (G) = 152 nm for green light, and g (B) = 124 nm for blue light. Therefore, in the optical element 1 arranged facing the liquid crystal devices 10R, 10G, and 10B, by setting the height g of the step portion 8 of the diffraction function layer 4 as described above, each optical element 1 The diffraction function layer 4 suitable for the wavelength of incident light is provided, and light can be diffused more efficiently.

（変形例８）
プロジェクタ１００の光源としては、レーザーを用いてもよい。レーザー光は、波長スペクトルの半値幅が極めて狭いため、回折機能層４による光の制御をより好適に行うことができる。 (Modification 8)
A laser may be used as the light source of the projector 100. Since the laser beam has a very narrow half-value width of the wavelength spectrum, the light control by the diffraction function layer 4 can be more suitably performed.

（変形例９）
上記実施形態では、光学素子１をプロジェクタ１００に適用した例が示されているが、プロジェクタ１００は、光学素子１の数ある適用例の１つである。この他にも、例えば、偏光分離層を必要とする携帯用液晶ディスプレイへも適用できる。 (Modification 9)
In the above embodiment, an example in which the optical element 1 is applied to the projector 100 is shown, but the projector 100 is one of many application examples of the optical element 1. In addition, for example, the present invention can be applied to a portable liquid crystal display that requires a polarization separation layer.

１…光学素子、１ｕ…単位パターン、２…グリッド、２Ｌ…アルミ膜、３…封止層、４…回折機能層、４Ｌ…回折機能材料層、４ａ…第１の領域、４ｂ…第２の領域、５…ワイヤーグリッド偏光素子、６…基体、８…段差部、１０，１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ…液晶装置、３２…反射防止膜、３４…レジスト、５１…投写レンズ、５２…集光レンズとしてのフィールドレンズ、５３…プリズム、６１…スクリーン、９１ａ，９１ｂ，９１ｃ…ミラー、９２ａ，９２ｂ，９２ｃ，９２ｄ…ダイクロイックミラー、１００…投写型表示装置としてのプロジェクタ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical element, 1u ... Unit pattern, 2 ... Grid, 2L ... Aluminum film, 3 ... Sealing layer, 4 ... Diffraction functional layer, 4L ... Diffraction functional material layer, 4a ... 1st area | region, 4b ... 2nd Region 5, wire grid polarizing element 6, substrate 8, stepped portion 10, 10 R, 10 G, 10 B liquid crystal device 32 antireflection film 34 resist resist 51 projection lens 52 condensing lens Field lenses 53, prism, 61, screen, 91a, 91b, 91c, mirror, 92a, 92b, 92c, 92d, dichroic mirror, 100, projector as a projection display device.

［適用例１１］入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、前記回折機能層の前記一方の面は複数の領域が特定の不規則な分布に配置された単位パターンを、複数有し、前記複数の領域は、互いに隣り合う第１の領域と第２の領域とを含み、前記第１の領域の所定の面からの高さは、前記第２の領域の前記所定の面からの高さと異なり、前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。   Application Example 11 An optical element that reflects a part of incident light and transmits a part of the incident light, the diffraction function layer diffracting at least a part of the incident light, and one of the diffraction function layers A unit pattern in which a plurality of regions are arranged in a specific irregular distribution on the one surface of the diffraction function layer. The plurality of regions include a first region and a second region that are adjacent to each other, and a height of the first region from a predetermined surface is the height of the second region Unlike the height from the predetermined surface, the optical element is characterized in that a step portion is provided at the boundary between the first region and the second region.

Claims (17)

入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、
前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、
前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、
前記回折機能層の前記一方の面は、
複数の第１の領域と、
前記回折機能層の前記一方の面の反対側の面である他方の面からの高さが前記第１の領域とは異なる複数の第２の領域と、を含み、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。 An optical element that reflects part of incident light and transmits part of the incident light,
A diffraction functional layer for diffracting at least a part of the incident light;
A grid having a polarization separation function, which is formed on one surface of the diffraction function layer and includes a plurality of fine wires,
The one surface of the diffraction function layer is
A plurality of first regions;
A plurality of second regions having a height from the other surface which is a surface opposite to the one surface of the diffraction function layer, different from the first region;
An optical element, wherein a step portion is provided at a boundary between the first region and the second region. 前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。 The first region and the second region of the optical element are different in height from the other surface of the diffraction function layer by (2m + 1) λ / 4n. Optical elements.
However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, n is the refractive index of the surrounding medium of the said optical element. 前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）だけ異なることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、Ｎは前記回折機能層の屈折率である。 The first region and the second region of the optical element are different in height from the other surface of the diffraction function layer by (m + 1) λ / (N−1). Item 2. The optical element according to Item 1.
However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, N is the refractive index of the said diffraction function layer. 前記第１の領域と前記第２の領域とは前記高さが平行であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の光学素子。   4. The optical element according to claim 1, wherein the height of the first region and the second region is parallel. 5. 前記第１の領域は、前記一方の面において不規則に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。   5. The optical element according to claim 1, wherein the first region is irregularly arranged on the one surface. 6. 複数の前記第１の領域と複数の前記第２の領域とが特定の不規則な分布に配置された単位パターンを、複数有していることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。   6. The optical element according to claim 5, wherein the optical element has a plurality of unit patterns in which a plurality of the first regions and a plurality of the second regions are arranged in a specific irregular distribution. 隣接する前記単位パターンの方向が互いに異なることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。   The optical element according to claim 6, wherein directions of the adjacent unit patterns are different from each other. 前記第１の領域及び前記第２の領域の外周は直線を含んでおり、
前記微細ワイヤーは、前記直線に対して一定の角度を有して配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。 The outer peripheries of the first region and the second region include a straight line,
The optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein the fine wires are arranged with a certain angle with respect to the straight line. 前記回折機能層は、前記グリッドとは異なる材料からなるとともに、透光性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の光学素子。   The optical element according to any one of claims 1 to 4, wherein the diffraction function layer is made of a material different from that of the grid and has translucency. 前記回折機能層と前記グリッドとの間に、前記回折機能層及び前記グリッドのいずれとも異なる材料からなる密着層が形成されており、
前記回折機能層と前記密着層との間の密着強度、及び前記グリッドと前記密着層との間の密着強度は、前記回折機能層と前記グリッドとの間の密着強度より高いことを特徴とする請求項９に記載の光学素子。 An adhesion layer made of a material different from both the diffraction function layer and the grid is formed between the diffraction function layer and the grid,
The adhesion strength between the diffraction function layer and the adhesion layer and the adhesion strength between the grid and the adhesion layer are higher than the adhesion strength between the diffraction function layer and the grid. The optical element according to claim 9. 入射光の一部を反射するとともに前記入射光の一部を透過させる光学素子であって、
前記入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、
前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、
前記回折機能層の前記一方の面は、
前記回折機能層の前記一方の面の反対側の面である他方の面からの高さが異なる複数の領域を有し、
前記高さが異なる複数の領域の境界には、段差部が設けられていることを特徴とする光学素子。 An optical element that reflects part of incident light and transmits part of the incident light,
A diffraction functional layer for diffracting at least a part of the incident light;
A grid having a polarization separation function, which is formed on one surface of the diffraction function layer and includes a plurality of fine wires,
The one surface of the diffraction function layer is
A plurality of regions having different heights from the other surface which is the surface opposite to the one surface of the diffraction function layer;
An optical element, wherein a step portion is provided at a boundary between a plurality of regions having different heights. 前記高さの異なる複数の領域の各々は、素子面内で分布を有し、
前記高さの異なる複数の領域の各々は、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする請求項１１に記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。 Each of the plurality of regions having different heights has a distribution in the element plane,
The optical element according to claim 11, wherein each of the plurality of regions having different heights is different in height from the other surface of the diffraction function layer by (2m + 1) λ / 4n.
However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, n is the refractive index of the surrounding medium of the said optical element. 前記高さの異なる複数の領域の各々は、素子面内で分布を有し、
前記高さの異なる複数の領域の各々は、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（ｍ＋１）λ／（Ｎ−１）だけ異なることを特徴とする請求項１１に記載の光学素子。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、Ｎは前記回折機能層の屈折率である。 Each of the plurality of regions having different heights has a distribution in the element plane,
The optical system according to claim 11, wherein each of the plurality of regions having different heights is different in height from the other surface of the diffraction function layer by (m + 1) λ / (N−1). element.
However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, N is the refractive index of the said diffraction function layer. 液晶装置と、
投写レンズと、
前記液晶装置から前記投写レンズに至る光路のいずれかの位置に配置された光学素子と、を有し、
前記光学素子は、
入射光の少なくとも一部を回折させる回折機能層と、
前記回折機能層の一方の面に形成され、複数の微細ワイヤーを含む、偏光分離機能を有するグリッドと、を備え、
前記回折機能層の前記一方の面は、
複数の第１の領域と、
前記回折機能層の他方の面からの高さが前記第１の領域とは異なる複数の第２の領域と、を含み、
前記第１の領域と前記第２の領域との境界には、段差部が設けられていることを特徴とする投写型表示装置。 A liquid crystal device;
A projection lens;
An optical element disposed at any position in the optical path from the liquid crystal device to the projection lens,
The optical element is
A diffractive functional layer that diffracts at least a portion of incident light;
A grid having a polarization separation function, which is formed on one surface of the diffraction function layer and includes a plurality of fine wires,
The one surface of the diffraction function layer is
A plurality of first regions;
A plurality of second regions having a height from the other surface of the diffraction function layer different from the first region;
A projection display device, wherein a step portion is provided at a boundary between the first region and the second region. 前記光学素子の前記第１の領域と前記第２の領域とは、前記回折機能層の前記他方の面からの高さが（２ｍ＋１）λ／４ｎだけ異なることを特徴とする請求項１４に記載の投写型表示装置。
ただし、ｍは０以上の整数、λは前記入射光の波長、ｎは前記光学素子の周囲媒体の屈折率である。 The first region and the second region of the optical element are different in height from the other surface of the diffraction function layer by (2m + 1) λ / 4n. Projection display device.
However, m is an integer greater than or equal to 0, (lambda) is the wavelength of the said incident light, n is the refractive index of the surrounding medium of the said optical element. 前記液晶装置から前記光学素子に至る光路のいずれかの位置に配置されたプリズムを備えることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の投写型表示装置。   16. The projection display device according to claim 14, further comprising a prism disposed at any position on an optical path from the liquid crystal device to the optical element. 前記光学素子から前記投写レンズに至る光路のいずれかの位置に集光レンズが配置されていることを特徴とする請求項１４乃至請求項１６のいずれか一項に記載の投写型表示装置。   17. The projection display device according to claim 14, wherein a condensing lens is disposed at any position on an optical path from the optical element to the projection lens.
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