专利名称：偏振转换元件、偏振转换单元、投影装置、及偏振转换元件的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种偏振转换元件、偏振转换单元、投影装置、以及偏振转换元件的制造方法。
背景技术：
一直以来，在投影仪等的投影装置中，组装有将光源的光转换成一种偏振光的偏振转换元件。偏振转换元件具有元件本体，在所述元件本体中，在多个透光性部件之间交替设置有偏振分离膜和反射膜，并且在多个透光性部件之间通过粘合剂而分别形成有粘合层。 在该元件本体的光出射面上，选择性地配置有相位差板(专利文献1、2)。如图15、16所示，在制造这种偏振转换元件时，首先，通过粘合层93，使形成有偏振分离膜91和反射膜92的透光性板材与未形成这些膜的透光性板材交替粘合在一起。在此，粘合层93的厚度例如为20μπι左右。而且，对该粘合在一起的层叠体以与其表面形成的预定角度而进行切断。而后，研磨其剖面，从而在元件本体95上形成光入射面951和光出射面952。而且，相位差板97通过粘合层96而与元件本体95相接合。然而，在制造专利文献1、2中的这种偏振转换元件时，在使用现有的粘合剂时，由于黏度较高从而粘合层93较厚。当对这种粘合层93较厚的层叠体进行切断时，粘合层93 的端部上会产生变形。当在产生了变形的状态下对剖面进行研磨时，如图15、16所示，粘合层93附近的透光性部件98的角部981会被切削。由此，例如，在利用日本特开2010-113056号公报所记载的等离子聚合法而形成接合层96的情况下，接合层96内会产生间隙，从而将出现相位差板97容易剥离、或因形成有气泡961因而光的透射系数降低等问题。另外，即使在用粘合剂使光出射面952Α和相位差板97相接合的情况下，也会由于粘合层91附近的透光性部件98的角部981被切削，从而出现有效透光区域减小的问题。在先技术文献专利文献1 日本特开2000-298212号公报专利文献2 日本专利第3309846号公报
发明内容
本发明的目的在于，提供一种长寿命且光学特性优异的偏振转换元件、偏振转换单元、投影装置、及偏振转换元件的制造方法。应用例1本应用例所涉及的偏振转换元件的特征在于，具有元件本体，其具有相互大致平行的光入射面和光出射面；相位差板，其与该元件本体的所述光出射面相接合，所述元件本体具有多个透光性基板，其以预定角度被依次接合在所述光出射面上；偏振分离膜和反射膜，其交替设置在多个该透光性基板之间；粘合层，其分别形成在多个所述透光性基板之间，所述粘合层由紫外线硬化型粘合剂形成，且其厚度在5 μ m以上、10 μ m以下。在这种结构的本应用例中，由于粘合层的厚度在5μπι以上，因而即使粘合层内混入杂物等，也能够通过粘合层的弹性而降低杂物的影响，从而使透光性基板彼此间良好地粘合。另外，由于无需设置用于完全去除杂物等的特别的清洗工序，因而能够提高制造效率。另一方面，由于粘合层的厚度在10 μ m以下，比较薄，因而对光入射面等进行研磨时，不会出现透光性基板的角部被切削的情况。因此，能够利用例如等离子聚合法等方法而将元件本体与相位差板无间隙且高强度地接合。故而，能够获得长寿命且光学特性优异的偏振转换元件。应用例2在本应用例所涉及的偏振转换元件中，其特征在于，所述粘合层以改性丙烯酸酯或改性甲基丙烯酸酯为主要成分。在这种结构的本应用例中，由于以改性丙烯酸酯等为主要成分，黏度较低，因而能够将粘合层的厚度设定在5 μ m以上、10 μ m以下。由此，能够防止粘合层的端部产生变形， 从而在对光入射面等进行研磨时，能够防止透光性部件的角部被切削。另外，由于以改性丙烯酸酯或改性甲基丙烯酸酯为主要成分，耐热性优异，因而能够实现更加长寿命的偏振转换元件。应用例3在本应用例所涉及的偏振转换元件中，其特征在于，所述透光性基板和所述相位差板通过接合层而接合，所述接合层含有硅骨架，其含有通过等离子聚合法而形成的硅氧烷键，且结晶度在45%以下；脱离基，其由键合于该硅骨架的有机基构成，所述接合层具有，通过施加能量以使存在于表面附近的所述脱离基从所述硅骨架中脱离从而表现出的粘合性。在这种结构的本应用例中，由于粘合层的厚度在5 μ m以上、10 μ m以下，因而不会出现透光性基板的角部被切削的情况，因此，能够利用所述等离子聚合法而无间隙地形成粘合层，进而使透光性部件与相位差板高强度地接合。应用例4本应用例所涉及的偏振转换元件的特征在于，所述透光性基板和所述相位差板通过接合层而接合，所述接合层通过如下的原子扩散接合法而形成，即，通过使设置在所述透光性基板上的微晶连续薄膜与设置在所述相位差板上的微晶连续薄膜相接触，从而使所述透光性基板的微晶连续薄膜和所述相位差板的微晶连续薄膜之间的接触界面及晶界上发生原子扩散，或者，通过使设置在所述透光性基板和所述相位差板中的某一方上的微晶连续薄膜与设置在另一方上的微晶结构相接触，从而使所述微晶连续薄膜和所述微晶结构之间的接触界面及晶界上发生原子扩散。在这种结构的本应用例中，由于粘合层的厚度在5 μ m以上、10 μ m以下，因而能够利用所述原子扩散接合法而无间隙地形成接合层，进而使透光性部件与相位差板高强度地接合。应用例5
在本应用例所涉及的偏振转换元件中，其特征在于，所述相位差板由水晶形成。在这种结构的本应用例中，由于水晶耐热性优异，因而即使长时间被光照射，也不易劣化。因此，能够实现更加长寿命的偏振转换元件。应用例6本应用例所涉及的偏振转换单元的特征在于，具有上述的偏振转换元件；被配置在该偏振转换元件的光入射侧的透镜阵列。在这种结构的本应用例中，由于具有本发明的偏振转换元件，因而能够获得长寿命且光学特性优异的偏振转换单元。应用例7本应用例所涉及的投影装置的特征在于，具有光源装置，其射出光；上述的偏振转换单元，其将来自该光源装置的光转换成一种偏振光；光调制装置，其根据图像信息，对来自该偏振转换单元的所述偏振光进行调制，以形成光学像；投影光学装置，其对通过该光调制装置而形成的所述光学像进行放大投影。在这种结构的本应用例中，由于具有本发明的偏振转换元件，因而能够获得长寿命且光学特性优异的投影装置。应用例8本应用例所涉及的偏振转换元件的制造方法的特征在于，实施下述工序膜形成工序，在具有相互大致平行的第1面和第2面的多个透光性板材之间，交替设置偏振分离膜和反射膜；粘合工序，在多个所述透光性板材之间，分别形成粘合层；切断工序，将所述多个透光性板材相对于所述第1面和所述第2面以预定角度进行切断，从而形成具有相互大致平行的光入射面和光出射面的层叠组块；研磨工序，对所述层叠组块的光入射面和光出射面进行研磨，从而形成元件本体；接合工序，将所述相位差板接合在所述元件本体的光出射面上，在所述粘合工序中，所述粘合层通过紫外线硬化型粘合剂而形成为，厚度在5 μ m 以上、ΙΟμπι以下。在上述结构的本应用例中，由于通过紫外线硬化型粘合剂而形成了厚度在5μπι 以上、10 μ m以下的粘合层，因而，能够获得长寿命且光学特性优异的偏振转换元件。
图1为表示本发明的实施方式所涉及的投影装置的概要结构图。图2为表示设置在所述投影装置内的偏振转换单元的概要立体分解图。图3为表示设置在所述投影装置内的偏振转换元件的剖视图。图4为表示制造本发明的实施方式所涉及的偏振转换元件时的膜形成工序的图。图5为表示制造所述偏振转换元件时的粘合工序的图。图6为表示所述粘合工序中的紫外线照射状态的图。图7(A)、(B)为表示硬化实验中的拉伸强度测量结果的图。图8(A)、(B)为表示硬化实验中的剪切强度测量结果的图。图9为表示制造所述偏振转换元件时的切断工序的图。图10为表示制造所述偏振转换元件时的研磨工序的图。图11为表示本发明所涉及的实施例和比较例的耐热性实验结果的图。
图12为表示本发明所涉及的实施例的平面度实验结果的图。图13为表示本发明所涉及的其它实施例的平面度实验结果的图。图14为表示比较例的平面度实验结果的图。图15为表示现有的偏振转换元件的剖视图。图16为图15的放大剖视图。符号说明100投影仪(投影装置)111光源装置140光调制装置150投影光学装置200偏振转换单元210第2透镜阵列300偏振转换元件310元件本体3IOA光入射面3IOB光出射面311透光性基板3 IlA透光性板材31 IAl第 1 面311A2 第 2 面312偏振分离膜313反射膜314粘合层320相位差板321接合层410层叠组块
具体实施例方式投影装置的结构根据图1至图3，对本发明的实施方式所涉及的投影装置进行说明。在本实施方式中，以作为投影装置的液晶投影仪为例而进行说明。图1为投影仪的概要结构图。图2为设置在投影仪内的偏振转换单元的分解立体图。图3为设置在投影仪内的偏振转换元件的剖视图。在图1中，投影仪100具有积分器照明光学系统110 ；分色光学系统120 ；中继光学系统130 ；光调制装置140，其根据图像信息，对从光源射出的光进行调制；投影光学装置 150，其对被光调制装置140调制的光进行放大投影。积分器照明光学系统110为，用于对构成光调制装置140的三块透射型液晶板 141(对应于红、绿、蓝的每种色光，分别设定为液晶板141R、141G、141B)的图像形成范围大致均勻地进行照射的光学系统。该积分器照明光学系统110具有光源装置111、第1透镜阵列112、偏振转换单元200和重叠透镜113。光源装置111具有光源灯114和反光器115，从光源灯114射出的辐射状光线经反光器115反射而形成大致平行的光线，并将此大致平行的光线向外部射出。 第1透镜阵列112具有如下结构，即，以矩阵状而排列配置有从光轴方向观察时大致呈矩形轮廓的小透镜。如图2所示，偏振转换单元200具有将从第1透镜阵列112射出的光转换成一种直线偏振光的功能。该偏振转换单元200具有第2透镜阵列210 ；遮光板220 ；偏振转换元件300 ；框架230，其对第2透镜阵列210、遮光板220和偏振转换元件300进行保持；固定件240，其用于将第2透镜阵列210、遮光板220和偏振转换元件300固定在框架230上。第2透镜阵列210被配置在偏振转换元件300的光入射侧，且具有与第1透镜阵列112相同的结构，并具有以矩阵状而排列配置有小透镜的结构。该第2透镜阵列210与重叠透镜113共同具有，使第1透镜阵列112的各个小透镜上的像成像在透射型液晶板141 上的功能。遮光板220具有多个狭缝状的孔221，这些孔221以与偏振转换元件300的偏振分离膜312相对应的方式而配置。由此，遮光板220仅使光入射在与偏振转换元件300的偏振分离膜312相对应的光入射面310A上。并且，图2简要图示了孔221与偏振分离膜312 之间的对应关系。偏振转换单元300为，将来自第2透镜阵列210的光(ρ偏振光以及s偏振光)转换成一种s偏振光的构件。在图1、图2中，两个偏振转换元件300相互接合。在对偏振转换元件200进行组装时，从框架230 —方的开口面(图2中为下表面) 侧插入两个偏振转换元件300，从另一方的开口面(图2中为上表面)侧依次将遮光板220 和第2透镜阵列210插入。这些第2透镜阵列210、遮光板220以及偏振转换元件300在被收纳于框架230内的状态下，从上下两个方向被四个固定件240所夹持。如图1所示，分色光学系统具有两块分色镜121、122以及反射镜123。通过分色镜 121、122，使从积分器照明光学系统110射出的多束光分离成红(R)、绿(G)、蓝(B)这三种颜色的光。被分色镜121分离出的蓝色光，经反射镜123反射，从而穿过向场透镜142而到达蓝色用透射型液晶板141B。在透射过分色镜121的红色光和绿色光中，绿色光经分色镜122反射，从而穿过向场透镜142而到达绿色用透射型液晶板141G。中继光学系统130具有入射侧透镜131、中继透镜133、反射镜132、134。被分色光学系统120分离出的红色光透射过分色镜122，并穿过中继光学系统130，进而穿过向场透镜142，从而到达红色用透射型液晶板141R。光调制装置140根据图像信息对入射光进行调制，从而形成彩色的光学像。该光调制装置140具有透射型液晶板141R、141G、141B和交叉分色棱镜143。交叉分色棱镜143为，将对各色光调制而成的光学像进行合成，从而形成彩色的光学像的构件，反射红色光的电介质多层膜和反射蓝色光的电介质多层膜沿着四个直角棱镜的界面而大致呈X状设置，通过这些电介质多层膜而使三种色光合成。投影光学装置150以包含多个投影透镜的方式而构成，并将被光调制装置140调制的光进行放大投影。
偏振转换元件的结构 如图3所示，偏振转换元件300具有元件本体310和与元件本体310选择性接合的相位差板320。元件本体310具有多个透光性基板311、交替设置在多个透光性基板311之间的偏振分离膜312及反射膜313、和分别设置在多个透光性基板311之间的粘合层314。多个透光性基板311具有相互大致平行的光入射面3IOA和光出射面310B。偏振分离膜312在来自第2透镜阵列210的光(s偏振光和ρ偏振光)中，选择性地使P偏振光透过，而使S偏振光反射。反射膜313使被偏振分离膜312反射的s偏振光向光出射面310B反射。粘合层314的厚度在5μπι以上、ΙΟμπι以下。由于粘合层314由主要成分为改性丙烯酸酯或改性甲基丙烯酸酯的紫外线硬化型粘合剂形成，因而能够实现所述预定范围的厚度。另一方面，在现有的紫外线硬化型粘合剂中，由于主要成分不是改性丙烯酸酯或改性甲基丙烯酸酯，因而黏度较高，从而粘合层的厚度会超过 ο μ m，而在20 μ m以下。在如现有的粘合层那样厚度超过ΙΟμπι的情况下，在制造偏振转换元件时，粘合层的端部上将产生变形。因此，在对光入射面310Α以及光出射面310Β进行研磨时，变形部附近的透光性基板311的角部将被切削(参照图16)。其结果为，在将相位差板320接合在透光性基板311的光出射面310Β上时，在透光性基板311和相位差板320之间的接合层上将产生间隙，进而生成气泡。由此，使得透光性基板311与相位差板320未被充分接合，从而使相位差板320容易剥离。另外，由于在透光性基板311与相位差板320之间形成的气泡，会导致光的透射系数下降。另一方面，在粘合层的厚度小于5μπι的情况下，当粘合层内混入了杂物等物质时，由于杂物等物质将导致粘合层的粘合强度降低。作为在本实施方式中所使用的粘合剂，例如可以例举出UT20、HR154(商品名称、 株式会社7—尹义(ADELL C0RP0RTI ON)制造)等产品。相位差板320通过接合层321而与透光性基板311的光出射面310B相接合。该相位差板320为，由水晶形成的1/2波长板，其将透射过偏振分离膜312的ρ偏振光转换成 S偏振光O接合层321为，由分子接合而成的等离子聚合膜，其主要材料为聚有机硅氧烷。 等离子聚合膜含有硅骨架，该硅骨架含有由等离子聚合法形成的硅氧烷键，且结晶度为 45%以下；脱离基，其由键合于该硅骨架的有机基构成。而且，通过施加能量并使存在于表面附近的所述脱离基从所述硅骨架中脱离，从而表现出粘合性。由于该等离子聚合膜在被施加能量时，在其表面以及内部会产生活性离子，因而等离子聚合膜上表现出高强度的粘合性。偏振转换元件的制造方法接下来，根据图4至图9，对本实施方式的偏振转换元件的制造方法进行说明。图 4为表示膜形成工序的图，图5为表示粘合工序的图，图6为表示粘合工序中的紫外线照射状态的图。图7(A)、(B)为表示硬化实验中的拉伸强度测量结果的图，图8(A)、(B)为表示硬化实验中的剪切强度测量结果的图。图9为表示切断工序的图，图10为表示研磨工序的图。
在偏振转换元件的制造方法中，膜形成工序、粘合工序、切断工序、研磨工序、接合工序被依次实施。膜形成工序
在膜形成工序中，如图4所示，准备多个透光性板材311A。这些透光性板材311A 具有相互大致平行的第1面31 IAl和第2面311A2。在几个透光性板材311A的第1面311A1上，形成有偏振分离膜312，在第2面 311A2上，形成有反射膜313。在其它的透光性板材31IA的第1面31 IAl和第2面311A2 上，均未形成有这些膜。粘合工序在粘合工序中，如图5所示，通过粘合剂314，将形成有偏振分离膜312和反射膜 313的透光性板材311A和未形成有这些膜的透光性板材311A交替粘合在一起。在此，粘合剂314A的涂布量被调节成，使硬化后的厚度为5μπι以上、ΙΟμπι以下。另外，在粘合工序中，如图6所示，从与透光性板材31IA的第1面31 IAl大致垂直的方向照射紫外线。紫外线穿过偏振分离膜312和反射膜313。如此，通过被紫外线从与透光性板材311Α的第1面311Α1大致垂直的方向照射，从而粘合剂314Α也同时被硬化。由此，在偏振分离膜312与透光性板材311Α之间、以及反射膜313和第二块透光性板材311Α之间，分别形成了粘合层314。而且，形成了接合有多个透光性板材311Α的层叠体400。并且，也可以从与透光性板材311Α的第1面311Α1大致平行的方向照射紫外线。在此，对粘合剂314Α的硬化条件与通过各硬化条件而获得的粘合层314的接合强度之间的关系进行说明。如表1所示，通过改变紫外线(UV)照射量，从而实施了从硬化实验1至硬化实验 7的实验。其结果为，拉伸强度如表1、图7(A)、(B)所示，剪切强度如表1、图8(A)、(B) PJf
7J\ οgp，如图7(A)、⑶所示，当紫外线照射量在15000mJ/cm2以上、45000mJ/cm2以下， 特别是在20000mJ/cm2以上、35000mJ/cm2以下时，由于粘合层314的拉伸强度较高，故为优选。另外，如图8(A)、(B)所示，当紫外线照射量在15000mJ/cm2以上、60000mJ/cm2以下，特别是在25000mJ/cm2以上、50000mJ/cm2以下时，由于粘合层314的剪切强度较高，故为优选。 并且，表1中，各个硬化实验各实施了两次。利用以下实验办法，实施了拉伸强度试验和剪切强度实验。即，将两块IOmmX IOmm 大小的白板玻璃用粘合剂314A粘合而做成试样，通过拉伸实验仪器，在垂直或平行方向上对该试样的粘合面施加拉伸载荷，并测量两块白板玻璃分离时的载荷。表权利要求
1.一种偏振转换元件，其特征在于，具有元件本体，其具有相互大致平行的光入射面和光出射面； 相位差板，其与该元件本体的所述光出射面相接合， 所述元件本体具有多个透光性基板，其以预定角度被依次接合在所述光出射面上； 偏振分离膜和反射膜，其交替设置在多个该透光性基板之间； 粘合层，其分别形成在多个所述透光性基板之间，所述粘合层由紫外线硬化型粘合剂形成，且其厚度在5 μ m以上、10 μ m以下。
2.如权利要求1所述的偏振转换元件，其特征在于， 所述粘合层以改性丙烯酸酯或改性甲基丙烯酸酯为主要成分。
3.如权利要求1或2所述的偏振转换元件，其特征在于， 所述透光性基板和所述相位差板通过接合层而接合，所述接合层包含硅骨架，其具有包含硅氧烷(Si-O)键的原子结构； 脱离基，其键合于该硅骨架， 所述硅骨架中，所述脱离基脱离了的硅骨架的悬空键成为活性键，从而将所述透光性基板和所述相位差板接合在一起。
4.如权利要求1或2所述的偏振转换元件，其特征在于， 所述透光性基板和所述相位差板通过接合层而接合，所述接合层通过如下的原子扩散接合法而形成，即，通过使设置在所述透光性基板上的微晶连续薄膜与设置在所述相位差板上的微晶连续薄膜相接触，从而使所述透光性基板的微晶连续薄膜和所述相位差板的微晶连续薄膜之间的接触界面及晶界上发生原子扩散， 或者通过使设置在所述透光性基板和所述相位差板中的某一方上的微晶连续薄膜与设置在另一方上的微晶结构相接触，从而使所述微晶连续薄膜和所述微晶结构之间的接触界面及晶界上发生原子扩散。
5.如权利要求1或2所述的偏振转换元件，其特征在于， 所述相位差板由水晶形成。
6.一种偏振转换单元，其特征在于，具有 权利要求1或2所述的偏振转换元件；被配置在该偏振转换元件的光入射侧的透镜阵列。
7.一种投影装置，其特征在于，具有 光源装置，其射出光；权利要求6所述的偏振转换单元，其将来自该光源装置的光转换成一种偏振光； 光调制装置，其根据图像信息，对来自该偏振转换单元的所述偏振光进行调制，以形成光学像；投影光学装置，其对通过该光调制装置而形成的所述光学像进行放大投影。
8.一种偏振转换元件的制造方法，其特征在于， 实施如下工序膜形成工序，在具有相互大致平行的第1面和第2面的多个透光性板材之间，交替设置偏振分离膜和反射膜；粘合工序，在多个所述透光性板材之间，分别形成粘合层；切断工序，将多个所述透光性板材以相对于所述第1面和所述第2面成预定角度的方式而进行切断，从而形成具有相互大致平行的光入射面和光出射面的层叠组块；研磨工序，对所述层叠组块的光入射面和光出射面进行研磨，从而形成元件本体； 接合工序，将所述相位差板接合在所述元件本体的光出射面上， 在所述粘合工序中，所述粘合层通过紫外线硬化型粘合剂而形成为，厚度在5 μ m以上、IOym以下。
9.如权利要求3所述的偏振转换元件，其特征在于， 所述相位差板由水晶形成。
10.如权利要求4所述的偏振转换元件，其特征在于， 所述相位差板由水晶形成。
11.一种偏振转换单元，其特征在于，具有 权利要求3所述的偏振转换元件；被配置在该偏振转换元件的光入射侧的透镜阵列。
12.—种偏振转换单元，其特征在于，具有 权利要求4所述的偏振转换元件；被配置在该偏振转换元件的光入射侧的透镜阵列。
13.一种偏振转换单元，其特征在于，具有 权利要求5所述的偏振转换元件；被配置在该偏振转换元件的光入射侧的透镜阵列。
14.一种投影装置，其特征在于，具有 光源装置，其射出光；权利要求11所述的偏振转换单元，其将来自该光源装置的光转换成一种偏振光； 光调制装置，其根据图像信息，对来自该偏振转换单元的所述偏振光进行调制，以形成光学像；投影光学装置，其对通过该光调制装置而形成的所述光学像进行放大投影。
15.一种投影装置，其特征在于，具有 光源装置，其射出光；权利要求12所述的偏振转换单元，其将来自该光源装置的光转换成一种偏振光； 光调制装置，其根据图像信息，对来自该偏振转换单元的所述偏振光进行调制，以形成光学像；投影光学装置，其对通过该光调制装置而形成的所述光学像进行放大投影。
16.一种投影装置，其特征在于，具有 光源装置，其射出光；权利要求13所述的偏振转换单元，其将来自该光源装置的光转换成一种偏振光； 光调制装置，其根据图像信息，对来自该偏振转换单元的所述偏振光进行调制，以形成光学像；投影光学装置，其对通过该光调制装置而形成的所述光学像进行放大投影。
全文摘要
本发明提供一种长寿命且光学特性优异的偏振转换元件、偏振转换单元、投影装置、及偏振转换元件的制造方法。偏振转换单元(300)具有元件本体(310)，其具有相互大致平行的光入射面(310A)和光出射面(310B)；相位差板(320)，其与该元件本体(310)的光出射面(310B)相接合，元件本体(310)具有多个透光性基板(311)，其以预定角度被依次接合在光出射面(310B)上；偏振分离膜(312)和反射膜(313)，其交替设置在多个该透光性基板(311)之间；粘合层(314)，其分别形成在多个透光性基板(311)之间，粘合层(314)由紫外线硬化型粘合剂形成，且其厚度在5μm以上、10μm以下。
文档编号G03B21/20GK102445727SQ20111024312
公开日2012年5月9日 申请日期2011年8月18日 优先权日2010年10月1日
发明者粟野原芳则 申请人:精工爱普生株式会社