JP2000047032A - 偏光変換素子および該偏光変換素子を使用した表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １００×１００ｍｍ以上というような大面積
ディスプレイに用いることが可能で、かつ１ｍｍ以下の
厚みで用いることが出来るディスプレイ用高透過率偏光
変換素子及び該高透過率偏光変換素子と、旋光性を利用
したディスプレイをあわせて構成される明るいディスプ
レイの提供。 【解決手段】 透明基板、該透明基板の光入射面側に設
けられた複屈折性膜とマイクロレンズアレイ、および前
記透明基板上の光出射面側に設けられた偏光変調子とか
ら成ることを特徴とする偏光変換素子及び該高透過率偏
光変換素子と、旋光性を利用したディスプレイをあわせ
て構成される明るいディスプレイ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射無偏光をＰ偏
光に変換して出射させる機能を有する薄型偏光変換素
子、および該偏光変換素子と旋光性を利用して画像形成
する表示素子とを合わせたコントラストの高い表示装置
に関する。

【０００２】

【従来技術】 従来液晶プロジェクターには、明るい
画像を得るために、光利用効率の高い偏光変換素子が用
いられる。このような光の旋光性を利用した液晶ディス
プレイは、Ｐ偏光またはＳ偏光の一方のみの直線偏光を
用い、どちらかの直線偏光の通過または遮断によって、
画像のコントラストを得る。しかしこの場合簡便に直線
偏光を得るには、吸収型偏光板を用いるために５０％以
上の透過率を得ることは不可能であり、暗い画像を得る
ことしかできなかった。これに対して近年Ｓ偏光もＰ偏
光に変換して用いるような提案が多くなされている。こ
れらの方式は多くの種類が提案され、また特許も多く提
案されているし（特開平７−２１８７２０、特開平９−
１４５９２６、特開平９−２１４９９６ほか）、また液
晶プロジェエクターでは既に実用化されている。 旋光性を利用して画像形成する代表的ディスプレイ
には、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、およびＬＣＤ以外
には本発明者らが発明した磁気旋光を用いる各種のディ
スプレイがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来ＬＣＤや光学素子
として用いる偏光子は吸収タイプのものであリ、Ｐ偏光
またはＳ偏光を吸収するために、光透過率は最大でも５
０％、実用上は４０％程度であった。そこでビームスプ
リッターが用いられることに成った。ビームスプリッタ
ーはＰ偏光またはＳ偏光に対する屈折率が異なる為に、
Ｐ偏光またはＳ偏光を分離しＰ偏光を透過させ、Ｓ偏光
を反射させた後、１／２波長板を用いて、Ｐ偏光に変換
して利用すると言うものである。従ってほぼ１００％に
近い光が利用出来ることと成り、明るいディスプレイが
可能となる。しかしビームスプリッターは複屈折性単結
晶を用いることの為に高価で、プリズムの形で用いるた
め、寸法が小さくならないという欠点がある。たとえば
厚みにして４ｍｍ以下にすることは非常に困難であり不
可能であった。このため従来技術で述べたように液晶プ
ロジェクターのように、一度光をレンズで絞り小面積の
ビームスプリッターを透過させる利用法が可能な場合、
すなわち厚くても良く、小面積でもかまわない利用法に
有効であった。

【０００４】本発明の第１の目的は、１００×１００ｍ
ｍ以上というような大面積ディスプレイに用いることが
可能で、かつ１ｍｍ以下の厚みで用いることが出来るデ
ィスプレイ用高透過率偏光変換素子を提供することにあ
る。本発明の第２の目的は、前記高透過率偏光変換素子
と、旋光性を利用したディスプレイをあわせて構成され
る明るいディスプレイを提供することにある。

【０００５】次に本発明の基本的な構成を図１を用いて
説明する。本発明の偏光変換素子は、入射光を絞る為
のストライプ状マイクロレンズアレイ１、入射光の反
射を防止して、透過光量を増大させる反射防止膜２、
複屈折性を有する薄膜３、ストライプ状に旋光性と非
旋光性機能を付与された液晶波長板４、および前記機
能膜を支える可視光に透明な基板５で構成される。

【０００６】次に本発明の偏光変換素子の前記各構成要
素、および偏光変換素子の動作を図１を用いて説明す
る。いわゆる自然光は無偏光と言われ、光の偏光方向は
一定ではない。この無偏光の自然光６は凸レンズ機能を
有するマイクロレンズアレイ１のマイクロレンズによっ
て絞られる。また、必要に応じて、前記マイクロレンズ
アレイ１のマイクロレンズ表面にも反射防止膜が設けら
れても良い。の複屈折性を有する複屈折性を有する薄
膜３の表面に反射防止膜２が設けられる。

【０００７】無偏光な入射光は前記複屈折性薄膜３の表
面でＰとＳ偏光に分離される。マイクロレンズアレイ１
のストライプ方向に平行な偏光面を有する直線偏光をＰ
偏光と呼び、直角な直線偏光をＳ偏光と呼ぶ。このＰと
Ｓ偏光の分離角度（図１のα）は例えば五酸化タンタル
（Ｔａ₂Ｏ₅）の斜め配向した柱状構造をもつ膜の場合、
８度程度である。この分離角度αは従来一般的に用いら
れたルチルや方解石の数倍であり、本発明のように全体
を薄く作製することが可能となった。分離した光の一方
の直線偏光をＰ偏光とすると、Ｐ偏光は高複屈折性透明
膜３を直進する。しかしＳ偏光は図１に示したように、
分離してさらに高複屈折性透明膜３の裏面で、Ｐ偏光と
平行となる方向に直進する。高複屈折性透明膜３の裏面
には液晶層があり、ストライプ状に旋光性と非旋光性機
能が付与されている。本図のものでは前記旋光性と非旋
光性機能は等間隔に配置されているが、必ずしも等間隔
でなくても良い。高複屈折性透明膜を通過したＳ偏光
は、液晶を配向した１／２波長板を通過するよう高複屈
折性透明膜３の厚さ（ｂ）、液晶波長板の厚さ（ｃ）、
液晶波長板の非旋光性機能部の幅（ｅ）、液晶波長板の
旋光性機能部の幅（ｅ′）が決められる。前記１／２波
長板４を通過したＳ偏光は９０度偏光面が回転するので
透明基板５を通過する光はほとんとがＰ偏光となる。な
お、素子表面から入射する光のほとんどが、マイクロレ
ンズによって絞られて、非旋光性の液晶層の方向に進む
ように作製される。

【０００８】従来の吸収タイプや反射タイプの偏光子で
は、Ｐ又はＳ偏光を吸収または反射するので５０％以上
の透過率は得られなかったが、本発明の偏光変換タイプ
の偏光子では、１００％に近い透過率が得られ、従って
ディスプレイ等に用いれば、従来より大幅に明るい画像
を得ることができる。たとえば本偏光変換素子をＬＣＤ
のような旋光利用の液晶層と反射層上に配置すれば、従
来より明るい反射型ディスプレイとすることができる。

【０００９】以下、本発明の偏光変換素子の各構成要素
に関して詳しくのべる。本発明で用いられる透明基板５
には、石英ガラス、サファイア、結晶化透明ガラス、パ
イレツクスガラス、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＺｒＯ
₂、Ｙ₂Ｏ₃、ＴｎＯ₂・ＣａＯ、ＧＧＧ（ガドリニウム・
ガリウム・ガーネット）などの無機透明材料やＭＭＡ、
ＰＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリ
ル系樹脂、スチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアリレー
ト、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキ
シ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリ
イミド、フッ素樹脂、フエノキシ樹脂、ポリオレフイン
系樹脂、ナイロン樹脂等の透明プラスチックフィルムが
用いられる。透明プラスチックフィルムを用いると、軽
い、曲げやすい等の利点が有るので利用しやすい。

【００１０】マイクロレンズアレイ 木発明のマイクロレンズアレイとしては、数１０から数
ｍｍ、好ましくは数１０から１００μｍの幅のライン状
マイクロレンズを複数列並べたものを集光用に用いる。
該マイクロレンズアレイ１の作製法としては、たとえば
多成分ガラス基板に選択的イオン交換法で作製するも
の、結晶化ガラス基板にフォトサーマル法で作製するも
の、Ｓｉ基板にイオンビームエッチング法で作製するも
の、光学ガラスをプレス成形して作製するもの等の方法
があり、レンズ材質やプロセスも多岐にわたっている。
本発明では上記に示したような透明樹脂を用いて、原版
からレプリカをとって作製したものが、多少の変形に耐
えられるものとして好ましい。 マイクロレンズに要求
される機能としては、図１で、直進するＰ偏光を液晶波
長板の非旋光性部位に集光して通過させ、方向変換する
Ｓ偏光を旋光性部位に集めることである。焦点距離は斜
めに入射する光に対しても前記機能が働くようにするた
めに、短くすることが好ましい。なおマイクロレンズア
レイは透明基板の裏側、すなわち波長板の反対面にも設
けることも斜めに通過した光を平行光にもどす効果があ
るので有効である。本発明においては、光の透過率を向
上させるうえから、高複屈折率層の上、すなわちマイク
ロレンズアレイと高複屈折率層の間の面に、反射防止膜
を形成しておくのが望ましい。反射防止膜の材料には下
記表１および２にあげたものなどを用い、真空蒸着法な
どによって形成される。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】高複屈折性層 本発明に用いられる高複屈折性薄膜の一例が、第５８回
応用物理学会学術講演会講演予稿集ｐ９４４及びＡＰＰ
ＬＩＥＤ ＯＰＴＩＣＳ Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．１３，
Ｐ２４６６，１ Ｊｕｌｙ．１９８９に述べられてお
り、また原理的な面に関しては、ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴ
ＴＥＲＳ Ｖｏｌ．１５，Ｎｏ．９，Ｐ５１６．Ｍａｙ
１，１９９０に詳細に述べられている。高複屈折率層
は上記表１および２の透明材料のうち、屈折率が大きい
材料を用いる方が複屈折率が大きくなり好ましい。層作
製には各種のＰＶＤ、ＣＶＤ法が適用されるが、層を斜
め配向した柱状構造とするために、基板を粒子方向と斜
めに配置するなどの方法が必要となる。特に可視光に対
して透明性が高く、屈折率が２．３と比較的大きな五酸
化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の斜め配向した柱状構造をもつ
層が好ましい。層の構造を斜め配向した柱状構造とする
と、比較的容易に高複屈折層が得られる為である。従っ
て、より明確にこの柱状構造とすると層の中に屈折率の
斜めの分布が大きく生じてより複屈折性が高まる。複屈
折性が大きいほど膜厚を薄くできるので好ましい。従っ
て、更に好ましくは前記従来技術の文献で報告されてい
るような高屈折率層と低屈折率層を積層した後、斜めに
切り出したような構造のものが好ましい。また、ポリイ
ミド樹脂のような高分子膜に光を斜めに照射して、上記
屈折率の斜めの分布をつくり、複屈折性を付与する方法
も用いることができる。

【００１４】本発明に用いる液晶層では、入射した偏光
の偏光面が回転する部分と、回転しない部分が併存して
いる。偏光面を回転する部分にのみ液晶材料を配置し、
その他の部分には光学的に等方な一般の透明材料を配置
することによって、このような構造を構成することが可
能である。または光学的に等方で良い部分には何も配置
しないという構成も可能であるが、この場合凹凸を生じ
ることになる。

【００１５】全面に液晶層を配置した場合には、液晶の
配向状態を部分的に制御することが必要である。これに
は一般的にはラビング法が用いられるが、幅１０μｍの
ストライプ状にラビングするのは困難である。ストライ
プ状の窓部をもつマスクを用いてラビングすることが可
能であるが、窓部との境界のラビング強度が窓部中央部
の強度と異なってしまうなどの不具合がある。このよう
な微細なラビングパターンを形成する方法としては、上
記のようなマスクラビングのほかに、塗布した配向膜材
料面に偏光紫外線を照射し、その部分に偏光方向に応じ
た配向規制力を持たせるという方法がある。この方法に
ついては「第２２回 液晶討論会講演予稿集」ｐ１６７
や、「第２１回液晶討論会講演予稿集」のｐ３４４に記
述がある。また同予稿集のｐ３４２には感光性高分子膜
に偏光紫外線を照射して配向状態を制御するという報告
がある。

【００１６】上述のような偏光紫外照射した配向膜で
は、液晶分子は照射した偏光方向に対してある方向に配
向する。このように配向した液晶層を偏光変調素子とし
て用いる方法としては、液晶配向にねじれ構造を持たせ
ない方法と、液晶にカイラル剤を添加して９０度ねじれ
構造を持たせる方法とがある。前者の液晶層では、液晶
層を一般的な位相板として用いるので、液晶の配向方向
に対して偏光を４５度程度傾けて入射させ、液晶層のリ
ターデーションを１／２波長に設定する。

【００１７】一方ねじれ構造を用いる液晶層では、入射
させる偏光方向と液晶の配向方向は、平行、または垂直
にする。この素子での偏光変調作用は主に旋光性であ
り、比較的広い波長範囲で偏光面を回転させることが可
能となり、一般的な位相板よりも好ましい。アゾベンゼ
ンなどのような光異性化する化合物を配向膜に含ませた
り付着させ、これに偏光を照射することによって液晶の
配向を制御できることが知られている（特開平４−７５
２０）。よってこれを用いても配向方向のパターニング
を行なうことができる。以上のようにして所望の液晶配
向を得ることができるが、液晶が室温で液体である場合
には液晶を二枚の透明基板間にはさみこむ必要があって
好ましくない。液晶として高分子液晶を用い、これが液
晶層をとる温度で所望の配向を得たのち、急冷すること
によってこの配向を固定することが可能である。この場
合、二枚の基板は必要ではなくなり、より好ましい。

【００１８】本発明の偏光変換素子の利用 本発明の偏光変換素子は、そのまま一般的な光学素子と
して利用できることは言うまでもないが、光の旋光性を
利用したディスプレイ、たとえば液晶ディスプレイや磁
気旋光を用いたディスプレイ等にも適用できる。とくに
磁気旋光を用いたディスプレイでは、必ずしも十分な旋
光性が得られない場合があるので、本発明の偏光変換素
子のようなより明るい偏光変換素子を用いることはディ
スプレイのコントラストを高めることが出来て好まし
い。更には反射タイプのバックライトを用いないディス
プレイでは光の利用効率が低いので、より明るい本発明
偏光変換素子を用いることは高コントラストを得る上で
好ましい。

【００１９】磁気旋光を利用する本発明のデバイスは低
屈折率及び高屈折率の誘電体を交互に積層して、基板上
に作製される誘電体多層膜と、この誘電体多層膜の上に
設ける透明磁性層、さらに基板上の誘電体多層膜とまっ
たく同一構成の誘電体多層膜を設ける。以上の透明磁性
膜を挟んた誘電体多層膜の一方の側に反射膜を設けて反
射型ディスプレイが用いられる基本的な構成は図２に示
す。透明磁性体の厚みは可視光波長λの１／２ｎ（ｎ＝
磁性体の屈折率）に設定されるのでファラデー回転角が
絶対的な大きさにおいて不十分な場合が生する。この場
合は以上で述べた誘電体多層膜／透明磁性層／誘電体多
層膜の構成をまったく同じにして複数回繰り返すことに
よって十分な（２回繰り返せば、約２倍）回転角を得る
ことができる。

【００２０】偏光子を用いるのは上記誘電体多層膜／透
明磁性層／誘電体多層膜／透明基板の構成において、透
明磁性体の磁化された部位で得られた大きなファラデー
回転角を画像として可視化するためである。すなわち透
明磁性体の磁化された部位に対応して大きなファラデー
回転角が得られ、磁化していない部位に対しては光の偏
光面は回転しない。偏光面非回転部位では直線偏光はそ
のまま反射されて、もう一度上記誘電体多層膜／透明磁
性層／誘電体多層膜を通過した後、偏光子も通過する。
しかし偏光面回転部位を最初に通過した直線偏光は偏光
面が透明磁性層で回転され反射膜で反射されて、もう一
度上記透明磁性層を通過する際に回転して２倍の回転角
を得るため、偏光子を通過できない。この原理によって
コントラストを得ることができる。

【００２１】前記誘電体多層膜に用いられる材料として
は前表１および２のものが挙げられる。これらの材料の
中から適宜選択しても良いし、またこれ以外の例えば有
機材料であってもかまわない。 前記多層膜の各膜厚は
５０〜２００ｎｍ程度が好ましい。本発明のように特定
汲長（λ）の磁気光学効果増大を目的とする場合は、誘
電体の膜厚は、λ／４ｎ（ｎはλにおける誘電体の屈折
率）とする。また低屈折率及び高屈折率の誘電体を積層
したものを１ペアとするとペア数には特に制限はない
が、３〜２０層が性能上またコスト上好ましい。透明磁
性体と接する２つの誘電体多層膜はまったく同一の構成
を有することが好ましい。ただし透明磁性体に直接に接
する膜の種類は同じ誘電体を用いるので、積層順序は逆
になる。反射層としてはＰＶＤ法で設けられたＡｌ、Ｃ
ｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、Ｔ
ｅＣ、ＳｅＡｓ、ＴｅＡｓ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ等
が用いられる。

【００２２】透明磁性層 透明磁性層としては従来一般に用いられている磁気光学
効果を示す透明磁性材料で良いが、ファラデー効果が大
きくて透明性の大きい所謂性能指数の大きい磁性材料が
好ましい。例えば５０ｎｍ以下の粒子径を有する、鉄、
コバルト、Ｎｉ等の強磁性金属の超微粒子膜が用いられ
る。この場合の金属超微粒子以外の膜組成としては酸
素、炭素などである。鉄、コバルト、Ｎｉ等の強磁性金
属は大きな磁気光学効果を示すが、光の吸収も大きいた
めにそのままの薄膜では用いられなかったが、超微粒子
膜とすると大きな性能指数を有するようになる。また粒
子径の制御によって、適当な保磁力を得ることができ
る。ほかに希土類鉄ガーネットやコバルトフエライト、
Ｂａフエライト等の酸化物、ＦｅＢＯ₃、ＦｅＦ₃、ＹＦ
ｅＯ₃、ＮｄＦｅＯ₃などの複屈折が大きな材料、ＭｎＢ
ｉ、ＭｎＣｕＢｉ、ＰｔＣｏなどがある。磁気光学効果
は光の進行方向とスピンの方向とが平行の場合に最も大
きな効果が得られるので、これらの材料は膜面に垂直に
磁気異方性を有する膜が好ましい。これらの透明磁性材
料は一般的なスパッタ真空蒸着、ＭＢＥなどのＰＶＤ法
やＣＶＤ法、メッキ法等が用いられる。

【００２３】

【実施例】以下に実施例によって詳しく説明する。

【００２４】実施例１ 偏光変換素子の構造および該素子の製造法 図１を用いて説明する。２００μｍ厚（ｄ）のポリカー
ボネート基板５の片面に、電子ビーム蒸着法を用いて、
４０μｍ厚（ｂ）の五酸化タンタルで構成される複屈折
率膜３を以下のようにして作製した。Ｔａ₂Ｏ₅に金属Ｔ
ａを４重量％加えた粉末を蒸発源とした。前記ポリカー
ボネート基板５を１５０℃に加熱した。チヤンバー内に
はＡｒと酸素の混合ガスを導入し、１０^-4Ｔｏｒｒのガ
ス圧力とした後、プラズマを発生させて製膜時には基板
表面にイオンアシストできるようにした。また前記基板
は蒸発源から真上に蒸発する粒子に対して、７０度の傾
斜を設けた。製膜速度は６ｎｍ／秒で数回にわけて製膜
した。以上のようにして前記高複屈折膜３を作製した。
該高複屈折膜３の断面をＳＥＭ観察すると、柱が基板面
に対して７０度程度傾斜した斜め配向柱状構造を有して
いた。膜の透過率は波長５５０ｎｍの場合で７５％であ
った。また、Ｓ偏光とＰ偏光のつくる角度（α）は約
８．５度であった。

【００２５】前記高複屈折膜３の上に真空蒸着法を用い
て１００ｎｍ厚（ａ）のＭｇＯの反射防止膜を設けた。
高複屈折膜３の反射率は約３％低下した。反射防止膜３
の上には、レプリカ法で作製したポリカーボネート製マ
イクロレンズアレイ１を設けた。該マイクロレンズアレ
イ１の形状は、ストライプで、断面形状はかまぼこ型で
あり、そのピッチは１２μｍ、焦点距離は１．１ｍｍと
した。前記透明基板の高複屈折膜の反対面に、日産化学
製のポリイミドＳＥ７７９２をスピンコート法によっ
て、６０ｎｍの厚み（ｃ）に塗布した後、１８０℃で１
時間ベークし乾燥させた。直線偏光された４０ｍＷ／ｃ
ｍ、２２５７ｎｍの深紫外線をピッチＰ＝１２μｍ（照
射部ｅ＝６μｍ、非照射部ｅ′＝６μｍ、Ｐ＝２ｅ）で
ストライプ状に押射した。深紫外線照射部では液晶配向
が観察されて、配向容易軸方向は偏光方向に対して平行
であった。その結果４００〜８００ｎｍに対する偏光回
転角は９０度で、偏光変調子の機能を有する偏光変換素
子が得られた。

【００２６】磁気旋光を利用するディスプレイ 前記のようにして作製した偏光変換素子の液晶波長板の
側に、次のようにして作製した磁気旋光を利用するディ
スプレイを設けた。２００μｍ厚のカーボン基板（日清
紡製）２１上に、真空蒸着法を用いて、アルミニウム
（Ａｌ）の反射膜２２を１００ｎｍの厚さに設けた。該
反射膜２２膜上にイオンプレーティング法を用いてＳｉ
Ｏ₂（低屈折率層、ｎ＝１．４７）を８８４ｎｍ、Ｔａ₂
Ｏ₅（高屈折率層、ｎ＝２．１５）を６０５ｎｍとして
交互に４層づつ、合計８層積層し誘電体多層膜２３を作
製した。基板温度は３００℃、酸素ガス圧力はＳｉＯ₂
の場合１０×１０^-4Ｔｏｒｒ、Ｔａ₂Ｏ₅の場合は１１×
１０^-4Ｔｏｒｒであった。製膜速度は、ＳｉＯ₂の場合
２ｎｍ／秒、Ｔａ₂Ｏ₅の場合０．５ｎｍ／秒であった。
各誘電体多層膜の膜厚分布は、最も厚いところと薄いと
ころの差異が全膜厚の３％であった。

【００２７】ついで、前記誘電体多層膜２３の上にスパ
ッタ法を用いてＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜（屈折率
ｎ＝２．１）２７を平均膜厚が５２０／２×２．１＝１
２４ｎｍとなるように作製した。５２０ｎｍは前記ガー
ネット膜の磁気旋光角度がピークを示す角度である。基
板温度は４００℃とした。ついでこの基板上の膜を空気
中６５０℃で３時間加熱した。膜の組成はＢｉ_2.2Ｄｙ
_0.8Ｆｅ_3.8Ａｌ_1.2Ｏ₁₂であった。磁気光学効果測定装
置（日本分光株製Ｋ２５０、ビーム径２ｍｍ角）で測定
したファラデー回転角の成長依存性からピークの半値幅
を求めると１８ｎｍであった。波長５２０ｎｍでは回転
角のピーク値は２．０度であった。ＶＳＭで磁界を膜面
に垂直に印加して測定した保磁力は６００ Ｏｅであっ
た。

【００２８】ついでこのＢｉ置換希土類鉄ガーネット膜
上にイオンプレーティング法を用いて、前記とまったく
同様に、ＳｉＯ₂とＴａ₂Ｏ₅の多層膜２４を作製した。
Ｂｉ置換希土類鉄ガーネット膜に接している膜はＴａ₂
Ｏ₅であり、最表面側はＳｉＯ₂である。ファラデー回転
角の波長依存性から、波長５２０ｎｍでは前記２．０の
約６倍の１２．０度の回転角であった。前記誘電体多層
膜２４の上にもう２サイクル、前記と同様にしてＢｉ置
換希土類鉄ガーネット膜を２回と誘電体多層膜４ペアを
２回設けた。ガーネット膜は合計３層、４ペアの誘電体
多層膜は合計４×４ペア、すなわち１６ペア、３２層設
けたことになる。波長５２０ｎｍでは前記ガーネット１
層の場合の２．０の約１２倍の２４．０度の回転角であ
った。前記の磁気旋光利用ディスプレイを前記偏光変換
素子の液晶波長板の側に基板を下にして配設した。この
場合ディスプレイの非磁化部位に入射して反射膜で反射
した戻り光の比率は、入射光強度に対して約３６％（波
長５５０ｎｍ）であった。

【００２９】前記の磁気旋光利用ディスプレイの最表面
の誘電体多層膜上から永久磁石（表面磁束密度３Ｋガウ
ス）のついた磁気ペンで文字を書いた。磁気ペンで磁化
した部位では前記偏光変換素子を通過して入射した直線
偏光の偏光面が回転して、もとの偏光変換素子へ戻るこ
となく、従って磁気ペンで書いた文字が黒く表示され
た。画像部分のコントラストは６．５であった。

【００３０】実施例２ 実施例１の前記偏光変換素子の透過率は波長５５０ｎｍ
の場合で７０％であったのに対し、実施例１において、
市販のヨウ素を用いた吸収タイプのフィルム偏光子を用
いた場合には、得られた偏光変換素子透過率は波長５５
０ｎｍの場合で４３％であった。

【００３１】実施例３ 実施例１の偏光変換素子の作製において用いた、透明基
板およびマイクロレンズアレイとしてのポリカーボネー
トをいずれもガラスとした以外は実施例１とまったく同
様にして偏光変換素子を作製した。実施例１の偏光変換
素子は落したり、また多少の曲げに対しても破損するこ
とはなかったが、ガラスを用いた本実施例のものは、実
施例１のものに比較して破損し易かった。

【００３２】実施例４ 実施例１のかまぼこ型マイクロレンズアレイの代わり
に、上から見た場合の形状が４角形であるマイクロレン
ズアレイとした以外は実施例１とまったく同様にして偏
光変換素子を作製した。２ｍｍ角の光照射面積で測定し
た光強度（波長５５０ｎｍ）は実施例１に対して６６％
と滅少した。

【００３３】実施例５ 市販のフィルム波長板を細線状にカットして、実施例１
で作製した偏光変換素子のように、基板の出射側に貼付
しようとしたが、１ｍｍ以下の幅では直線状に並べるこ
とはできなかった。

【００３４】実施例６ 実施例１で作製した磁気旋光利用ディスプレイを、市販
のフィルム偏光子の下に配置した。この場合ディスプレ
イの非磁化部位に入射して、反射膜で反射した戻り光の
比率は、入射光強度に対して約１１％（波長５５０ｎ
ｍ）と実施例１に比較して、１／３と低かった。フィル
ム偏光子の上から永久磁石のついた磁気ペンで一部を磁
化した。磁気ペンで磁化した部位では、上記偏光子を通
過して入射した直線偏光の偏光面が回転して、もとの偏
光子へ戻ることなく、従って磁気ペンで書いた文字が黒
く表示された。画像部分のコントラストは２．３であっ
た。

【００３５】実施例７ 実施例１で作製した磁気旋光利用ディスプレイの磁性材
料としてＢａフェライト薄膜を用いた以外は、実施例１
と同様にして偏光変換素子と併せたディスプレイを作製
した。波長５２０ｎｍでは、偏光面回転角のピーク値は
８．６度であった。ＶＳＭで磁界を膜面に垂直に印加し
て測定した保磁力は、９６００ Ｏｅであった。最表面
の誘電体多層膜上から永久磁石のついた磁気ペンで文字
を書いた。磁気ペンで磁化した部位では書いた文字が黒
く表示された。画像部分のコントラストは２．５であっ
た。

【００３６】

【効果】（１）請求項１ 入射無偏光を非常に少ないロスでＰ偏光に変換して出射
させ得ることが可能となった。 （２）請求項２ 変形が可能な偏光変換素子が得られた。 （３）請求項３ 直線状に狭く入射光をしぽることができ、全入射光の内
のｐ波を非常に少ないロスで出射させ得ることが可能と
なった。 （４）請求項４ 出射光面に設けられた１／２波長板は液晶層で狭いスト
ライプ状に、波長板機能と波長板機能を持たない部位が
交互に一定のピッチで配列しているので、全入射光の内
のＳ偏光を非常に少ないロスでＰ偏光に変換して、出射
させ得ることが可能となった。 （５）請求項５ 素子への入射光の反射を防止でき、有効に光を利用でき
るので高いコントラスを得ることが可能になった。 （６）請求項６ 光の利用効率が向上して、高いコントラストの反射型デ
ィスプレイが得られた。 （７）請求項７ 偏光変換素子と旋光性を利用して画像形成する反射型デ
ィスプレイとを重ねて用いる場合に、旋光性材料を磁性
ガーネット薄膜としたので、全体として格段に薄いディ
スプレイを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の偏光変換素子の模式的断面図である。

【図２】本発明で使用される磁気旋光性変換素子を用い
たディスプレイの模式的断面図である。

【符号の説明】

１ マイクロレンズアレイ ２ 反射防止膜 ３ 複屈折性を有する薄膜 ４ 液晶波長板 ５ 可視光に透明な基板 ６ 自然光 ２１ 基板 ２２ 反射層 ２３ 誘電体多層膜（４ペア） ２４ 誘電体多層膜（４ペア） ２５ 誘電体多層膜（４ペア） ２６ 誘電体多層膜（４ペア） ２７ 磁性層 ２８ 磁性層 ２９ 磁性層 ａ 反射防止膜の厚さ ｂ 複屈折性を有する薄膜の厚さ ｃ 液晶波長板の厚さ ｄ 透明な基板の厚さ ｅ 波長板機能を持たない部位の幅 ｅ′ 波長板機能を持つ部位の幅

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 金本 明彦 東京都大田区中馬込１丁目３番６号 株式 会社リコー内 Ｆターム(参考） 2H049 BA05 BA06 BA08 BA22 BA42 BA43 BB01 BB61 BC05 BC22 2H091 FA08X FA11X FA11Z FA14Y FA28X FA28Z FA29X FA29Z FA37X FA37Z FB02 FB06 FC02 FC04 FC23 FD06 GA01 GA06 LA11 LA16 LA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 透明基板、該透明基板の光入射面側に設
   けられた複屈折性膜とマイクロレンズアレイ、および前
   記透明基板上の光出射面側に設けられた偏光変調子とか
   ら成ることを特徴とする偏光変換素子。
2. 【請求項２】 透明基板およびマイクロレンズアレイが
   プラスチックであり、変形可能なものである請求項１記
   載の偏光変換素子。
3. 【請求項３】 マイクロレンズアレイが、かまぼこ状ス
   トライプ構造を有するものである請求項１または２記載
   の偏光変換素子。
4. 【請求項４】 偏光変調子が、入射した偏光の偏光面が
   回転する部分と回転しない部分とが交互に、ストライプ
   状に一定のピッチで配列している１／２液晶波長板であ
   る請求項１、２または３記載の偏光変換素子。
5. 【請求項５】 マイクロレンズアレイと複屈折性膜との
   間に、反射防止膜が設けられた偏光変換素子。
6. 【請求項６】 請求項１、２、３、４または５記載の偏
   光変換素子と、旋光性を利用して画像形成する表示素子
   とを重ねて構成されたものであることを特徴とする表示
   装置。
7. 【請求項７】 旋光牲材料が磁性ガーネット薄膜である
   ことを特徴とする請求項６記載の表示装置。