JP5538731B2 - 積層薄膜、位相板、及び反射型液晶表示装置 - Google Patents
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Description
前記積層薄膜は使用波長帯域においてP偏光、S偏光ともに95%以上の透過率を有し、
前記相対的に高い屈折率の材質の屈折率をn H 、前記相対的に高い屈折率の材質から成る層の平均膜厚をd H 、前記相対的に低い屈折率の材質の屈折率n L 、前記相対的に低い屈折率の材質から成る層の平均膜厚をd L とし、前記積層薄膜の面法線に対して角度θで入射する光線が受ける位相差をΔ(θ)としたときに、
前記使用波長帯域に含まれる特定の波長λ0の光線について式(1)を満たし、10≦θ≦15°の範囲で常に式(2)と式(3)を満たすことを特徴としている。
本出願にかかる第3の発明は第1または第2の発明において、前記積層薄膜は平面上に形成されることを特徴としている。
TiO2の平均膜厚dH=(48×11+38+25)/13=45.5nm
,SiO2の平均膜厚dL=(48×11+122+48+22)/14=51.4nmとなり、使用波長帯域内での基準波長λ0=550nmとしたとき式(1)を満たしている。
従来の積層薄膜は構造複屈折を用いたものであり、積層薄膜を構造性複屈折体として取り扱う為には出来るだけ膜厚を薄くする必要がある。それに対し本発明の積層薄膜は、あえて構造複屈折領域よりも各膜厚を厚くして干渉領域を利用することにより位相特性を得るものである。それにより積層薄膜の積層数だけでなく、総膜厚を低減することができる。この効果を得る為の条件式が(1)である。
薄膜を構成する材質としては屈折率差が大きく、かつ無機材料であることが好ましい。実施例1においては高屈折率材料にはTiO2、低屈折率材料にはSiO2を用いたが、他にも高屈折率材料としてはCeO2、ZrO2、Ta2O5、SnO2、In2O3、Al2O3などを用いることができる。低屈折率材料としては高屈折率材料の屈折率に応じて、Al2O3、MgF2、CaF2、などを用いることが出来る。
TiO2の平均膜厚dH=(36×15+32+19)/17=34.8nm,SiO2の平均膜厚dL=(36×15+89+29+17)/18=37.5nmとなり、使用波長帯域内での波長をλ0=450nmとしたとき条件式(1)を満たしている。また、膜厚比mは0.48となり、条件式(4)を満たしている。
TiO2の平均膜厚dH=(60×9+68+32)/11=58.2nm
SiO2の平均膜厚dL=(60×9+129+40+76)/12=65.4nmとなり、使用波長帯域内での基準波長をλ0=650nmとしたとき条件式(1)を満たしている。また、膜厚比mは0.47となり、条件式(4)を満たしている。
TiO2の平均膜厚dH=46.7nm,SiO2の平均膜厚dL=55.7nmとなり、使用波長帯域内での基準波長をλ0=550nmとしたとき条件式(1)を満たしている。また、膜厚比mは0.46となり、条件式(4)を満たしている。
TiO2の平均膜厚dH=(42×10+46+23)/12=40.8nm,SiO2の平均膜厚dL=(42×10+118+42+85)/13=51.2nmとなり、使用波長帯域内での基準波長550nmとしたときに式(1)を満たす。また、膜厚比mは0.44となり、条件式(4)を満たしている。
ここで比較例として、低屈折率材質をSiO2、高屈折率材質をTiO2として、それぞれ単層の膜厚を15nmで112層積層した場合において使用波長帯域500nm〜580nm(λ0=550nm)としたときの位相差の入射角度特性を図23に示す。また図44は比較例と実施例1及び実施例4及び実施例5の積層薄膜の構成を示している。比較例の膜厚15nmは、使用波長帯域に比べて充分薄く、比較例の積層薄膜は複屈折構造体として扱うことが出来る。比較例における位相差の入射角度特性については、例えば図23と図5の比較により実施例1と同等の位相特性が得られていることがわかる。しかし構成を比較すると、比較例では積層数112層程度、総膜厚1800nm程度であるのに対して、実施例1では積層数27層、総膜厚1311nmで比較例と同等の位相特性が得られている。つまり実施例1は比較例に対して積層数を1/4以下、総膜厚は約30%低減しつつ、比較例と同等の位相補償効果が期待できる。他の実施例においても比較例よりも積層数、総膜厚を大きく低減できる。このように本発明の積層薄膜は従来の構造複屈折を用いた積層薄膜に比べて製造にかかるコストを大きく低減できる。
TiO2の平均膜厚dH=(45×16+42+13+146+35)/20=47.8nm,SiO2の平均膜厚dL=(45×17+26+57)/19=44.6nmとなり、使用波長帯域内での基準波長550nmとしたとき式(1)を満たしている。また、膜厚比mは0.52となり、条件式(4)を満足する。
格子に平行な方向の偏光に対する有効屈折率:nTE=1.90
格子に垂直な方向の偏光に対する有効屈折率:nTM=2.17
となる。格子高さ510nmから、
Δn・d=(2.17−1.90)×510nm=136.7nm
となり、実施例7の1次元格子構造部は位相板に垂直入射する基準波長550nmの光線に対してほぼ1/4波長板として作用する。
TiO2の平均膜厚dH=(33×19+110+32+19)/22=35.8nm
SiO2の平均膜厚dL=(33×19+21+33+19)/22=31.8nm
となり、使用波長帯域内での基準波長450nmとしたとき条件式(1)を満たしている。また、膜厚比mは0.53となり、条件式(4)を満足する。
格子に平行な方向の偏光に対する有効屈折率:nTE=2.00
格子に垂直な方向の偏光に対する有効屈折率:nTM=2.28
となる。格子高さ406nmから、
Δn・d=(2.28−2.00)×406nm=113.7nm
となり、実施例8の1次元格子構造部は位相板に垂直入射する波長450nmの光線に対してほぼ1/4波長板として作用する。
TiO2の平均膜厚dH=(57×12+162+48+42+14)/16=61.5nm,SiO2の平均膜厚dL=(57×12+44+57+76)/15=48.1nmとなり、波長650nmとしたとき式(1)を満たしている。また、膜厚比mは0.56となり、条件式(4)を満足する。
格子に平行な方向の偏光に対する有効屈折率:nTE=1.85
格子に垂直な方向の偏光に対する有効屈折率:nTM=2.11
となる。格子高さ637nmから、
Δn・d=(2.11−1.85)×637=165.6nm
となり、実施例9の1次元格子構造部は位相板に垂直入射する波長650nmの光線に対してほぼ1/4波長板として作用する。
2 光源からの入射光
2g、2b、2r 緑色光、青色光、赤色光
3 偏光変換素子
4g、4b、4r 偏光変換された緑色光、青色光、赤色光
5 ダイクロイックミラー
6 偏光板
7 波長選択性位相差板
8b、8r 青色光、赤色光
9a、9b 緑色光用、及び青色光、赤色光用偏光分離素子
9a1、9b1 緑色光用、及び青色光、赤色光用偏光分離素子面
11g、11b、11r 緑色光、青色光、赤色光用反射型液晶素子
12g、12b、12r 緑色光、青色光、赤色光用1/4波長板
13g、13b、13r 緑色光、青色光、赤色光用積層薄膜素子
14g、14b、14r 緑色光、青色光、赤色光用位相板
15b、15r 青色画像光、赤色画像光
18 合成プリズム
19 ダイクロイック膜
20 投射レンズ光学系
Claims (13)
- 基板上に、相対的に高い屈折率の材質から成る層と相対的に低い屈折率の材質から成る層とを1層以上ずつ積層して構成された積層薄膜であって、
前記積層薄膜は使用波長帯域においてP偏光、S偏光ともに95%以上の透過率を有し、
前記相対的に高い屈折率の材質の屈折率をn H 、前記相対的に高い屈折率の材質から成る層の平均膜厚をd H 、前記相対的に低い屈折率の材質の屈折率n L 、前記相対的に低い屈折率の材質から成る層の平均膜厚をd L とし、前記積層薄膜の面法線に対して角度θで入射する光線が受ける位相差をΔ(θ)としたときに、
前記使用波長帯域に含まれる特定の波長λ0の光線について式(1)を満たし、10≦θ≦15°の範囲で常に式(2)と式(3)を満たすことを特徴とする積層薄膜。
- 式(4)で表される膜厚比mが0.43以上であることを特徴とする請求項1に記載の積層薄膜。
m=dH/(dH+dL)・・・(4) - 前記積層薄膜は平面上に形成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の積層薄膜。
- 前記積層薄膜は無機材料で構成されていることを特徴とする、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の積層薄膜。
- 基板と、
基板面内方向に使用波長帯域内で最も短い波長以下の1次元周期構造を有する周期構造部と、相対的に高い屈折率の材質から成る層と相対的に低い屈折率の材質から成る層とを1層以上ずつ積層して構成された積層薄膜と、を有する位相板であって、
前記相対的に高い屈折率の材質の屈折率をn H 、前記相対的に高い屈折率の材質から成る層の平均膜厚をd H 、前記相対的に低い屈折率の材質の屈折率n L 、前記相対的に低い屈折率の材質から成る層の平均膜厚をd L とし、前記積層薄膜の面法線に対し角度θで入射する光線が受ける位相差をΔ(θ)としたときに、
前記使用波長帯域に含まれる特定の波長λ0の光線について式(1)を満たし、10≦θ≦15°の範囲で常に式(5)と式(6)を満たすことを特徴とする位相板。
- 前記位相板は1/4波長板として作用することを特徴とする請求項5に記載の位相板。
- 前記位相板は式(4)で表される膜厚比mが0.43以上であることを特徴とする、請求項5または請求項6に記載の位相板。
m=dH/(dH+dL)・・・(4) - 前記位相板は平面上に形成されることを特徴とする請求項5〜請求項7のいずれかに記載の位相板。
- 前記位相板は無機材料で構成されていることを特徴とする、請求項5〜請求項8のいずれかに記載の位相板。
- 光源と、
光源から照射される照明光のうちP偏光を透過しS偏光を反射する偏光分離素子と、
照明光を画像光に変換して反射させる反射型液晶表示素子と、
前記偏光分離素子と前記反射型液晶表示素子との間に配置される1/4波長板と、
前記1/4波長板と前記反射型液晶表示素子との間に配置される請求項1〜請求項4のいずれかに記載の積層薄膜と、
画像光を投影する投影光学系と、
を有する反射型液晶表示装置であって、
前記反射型液晶表示素子は正の屈折率異方性を有し、
前記反射型液晶表示素子面の法線方向をc軸、前記偏光分離素子の偏光分離面の法線方向とc軸の両方に垂直な方向をb軸、c軸とb軸の両方に垂直な方向をa軸として3次元空間を表したときに、
前記反射型液晶表示素子の黒表示状態での光学軸方向は、c軸に対してプレチルト角を有し、
前記1/4波長板および前記積層薄膜の面法線方向がc軸と平行となるように配置され、
かつ前記1/4波長板の光学軸が、a軸またはb軸と0.5°以上5°以下または−0.5°以上−5°以下の角度をなすように配置される
ことを特徴とする反射型液晶表示装置。 - 前記偏光分離素子の偏光分離面は、前記偏光分離面と平行な方向に使用波長帯域内で最も短い波長以下の周期を有する1次元周期構造からなる構造複屈折層を有する
ことを特徴とする請求項10に記載の反射型液晶表示装置。 - 光源と、
光源から照射される照明光のうちP偏光を透過しS偏光を反射する偏光分離素子と、
照明光を画像光に変換して反射させる反射型液晶表示素子と、
前記偏光分離素子と前記反射型液晶表示素子との間に配置される請求項5〜請求項9のいずれかに記載の位相板と、
画像光を投影する投影光学系と、
を有する反射型液晶表示装置であって、
前記反射型液晶表示素子は正の屈折率異方性を有し、
前記反射型液晶表示素子面の法線方向をc軸、前記偏光分離素子の偏光分離面の法線方向とc軸の両方に垂直な方向をb軸、c軸とb軸の両方に垂直な方向をa軸として3次元空間を表したときに、
前記反射型液晶表示素子の黒表示状態での光学軸方向は、c軸に対してプレチルト角を有し、
前記位相板の面法線方向がc軸と平行となるように配置され、
かつ前記位相板の前記1次元周期構造部の周期方向が、a軸またはb軸と0.5°以上5°以下または−0.5°以上−5°以下の角度をなすように配置される
ことを特徴とする反射型液晶表示装置。 - 前記偏光分離素子の偏光分離面は、前記偏光分離面と平行な方向に使用波長帯域内で最も短い波長以下の周期を有する1次元周期構造からなる構造複屈折層を有する
ことを特徴とする請求項12に記載の反射型液晶表示装置。
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