JP3971035B2

JP3971035B2 - 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

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Publication number: JP3971035B2
Application number: JP22543698A
Authority: JP
Inventors: 忠雄桂川; 英男前田; 明彦金本
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1998-07-24
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2018-07-24
Also published as: JP2000047032A

Description

【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】
▲１▼ 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。
▲２▼ 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５０％、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、１００×１００ｍｍ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、▲１▼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、▲２▼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、▲３▼複屈折性を有する薄膜３、▲４▼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▲５▼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。▲３▼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、ＺｒＯ₂、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ＡＰＰＬＩＥＤＯＰＴＩＣＳＶｏｌ．２８，Ｎｏ．１３，Ｐ２４６６，１Ｊｕｌｙ．１９８９に述べられており、また原理的な面に関しては、ＯＰＴＩＣＳＬＥＴＴＥＲＳＶｏｌ．１５，Ｎｏ．９，Ｐ５１６．Ｍａｙ１，１９９０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４−７５２０）。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、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＴｅＣ、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、ＹＦｅＯ₃、ＮｄＦｅＯ₃などの複屈折が大きな材料、ＭｎＢｉ、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Ｔａ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／ｃｍ、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ＳｉＯ₂（低屈折率層、ｎ＝１．４７）を８８４ｎｍ、Ｔａ₂Ｏ₅（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＝１２４ｎｍ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６００Ｏｅ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Ｔａ₂Ｏ₅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５５０ｎｍ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５５０ｎｍ）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、９６００Ｏｅ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】
（イ）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。
（ロ）変形が可能な偏光変換素子が得られた。
（ハ）直線状に狭く入射光をしぼることができ、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。
（ニ）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。
（ホ）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トを得ることが可能になった。
（ヘ）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。
（ト）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

Claims

（１）入射光側に設けられた入射光を集光する集光手段と、
（２）前記集光手段から出射された前記入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分割する分割手段と、
（３）前記分割手段からの出射光を入射光とするように設けられ、前記Ｐ偏光とＳ偏光の少なくとも一方の偏光方向を変化させて両者の偏光方向を一致させる変調手段と、
から構成され、
（４）前記分割手段は複屈折性薄膜による複屈折を利用して入射光をＰ偏光とＳ偏光とに分離し、前記Ｐ偏光とＳ偏光を同じ方向に向け、
（５）前記集光手段は入射光が前記変調手段で集光するように前記分割手段へ出射する
ことを特徴とする偏光変換素子。
集光手段がマイクロレンズアレイであることを特徴とする請求項１記載の偏光変換素子。
前記変調手段はＰ偏光またはＳ偏光のいずれか一方の偏光方向に変化させる変調部と、偏光方向の変化をさせない無変調部とが交互にストライプ状に設けられ、前記集光手段は前記変調部と前記無変調部とに対応させて前記入射光を集光することを特徴とする請求項１または２いずれか記載の偏光変換素子。
前記分割手段は五酸化タンタルを含む材料により構成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の偏光変換素子。
請求項１〜４いずれか記載の偏光変換素子と、旋光性を利用した表示素子とにより構成されたことを特徴とする表示装置。