[发明专利]偏光元件及投影仪

说明书

技术领域

本发明涉及偏光元件及投影仪。

背景技术

近年来，作为具有偏光分离功能的光学元件，已知线栅(Wire grid)偏光元件。该线栅偏光元件是在玻璃基板等透明基板上铺满纳米级别的线部(金属细线)而形成的。线栅偏光元件的偏光分离性能高，而且由无机材料构成，因此与由有机材料构成的偏光元件相比较，具有耐热性优异的特征。因此开始研究，在各种光学系统中，代替现有的以高分子材料为材料的偏光分离元件而使用线栅偏光元件。具体地说，作为暴露于来自高功率的光源的光的液晶投影仪的灯泡所使用的偏光元件被适宜的应用，配置在灯泡的前后(光入射侧、光出射侧中的至少一方)。

在灯泡的光出射侧，要求具有能够吸收不需要的偏光的功能。这是因为，如果不需要的偏光在灯泡的光出射侧被反射，则该反射光再度入射至灯泡中会产生引起晶体管的温度上升、导致灰度混乱、成为杂散光而使画质下降等问题。

于是，开始研究各种具有吸收不需要的偏光的功能的吸收型的线栅偏光元件。例如，在专利文献1中，在光具有反射性的第一光栅层形成在基板上的偏光元件上，添加具有光吸收性的第二光栅层(吸收层)，从而有选择地吸收不需要的偏光。

另一方面，在专利文献2中提出了一种偏光元件，其具有以比入射的光的波长更长的间距在表面形成有台阶的光透过性基板，和在光透过性基板的表面以比入射的光的波长更短的间距条纹状排列的光反射体。由此，使得不需要的偏光成分不会正反射，而是以一定的角度反射，从而抑制杂散光的产生。

专利文献1：日本特开2005-37900号公报

专利文献2：日本特开2006-133275号公报

但是在专利文献1中，在形成偏光元件之外还需要形成吸收层，元件的构造变得复杂，因此制造成本变高。

发明内容

本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种偏光元件和投影仪，该偏光元件通过有选择地吸收不需要的偏光能够使得灰度变得优异，能够实现高画质的显示，而且能够简化元件构造，实现成本降低。

为了解决上述问题，本发明的偏光元件具有基板，以及排列于上述基板的多个栅格部，上述栅格部具有在该栅格部的长度方向上以比入射光的波长短的周期交替排列的凸部和凹部，上述凸部的排列周期在相邻的上述栅格之间不同。

根据该结构，通过采用在金属细线上以比入射光的波长短的周期排列有凸部的共振光栅构造，能够显现表面等离子体共振(SPR)，能够有选择地吸收入射至偏光元件的特定波长的直线偏光TE(不需要的偏光)。具体地说，当直线偏光TE入射至上述共振栅格构造时，产生倏逝光。如果使用该倏逝光，则能够使其波数与表面等离子体的波数一致，能够激励表面等离子体。由于该表面等离子体的激励会消耗入射光的能量，因此能够抑制向光入射方向的反射。由此，通过有选择地吸收不需要的偏光，能够提供可实现优异的灰度、高画质的显示的偏光元件。此外，不需要像专利文献1那样设置吸收层，因此能够简化元件结构，使成本降低。

此外，本发明中凸部的排列周期在相邻的栅格部彼此间不同，因此每个栅格部能够吸收的直线偏光TE的波长不同，结果能够吸收的直线偏光的波长范围大幅扩大。由此，因为能够在广波长范围内减少反射率，所以在应用于投影仪等时其设计余量变大，能够得到更易利用的偏光元件。

此外，上述偏光元件优选设置于同一上述栅格部的上述凸部和上述凹部的长度相等。

根据该结构，因为设置于相同的栅格部的凸部和凹部的长度相等，因此制作容易。此外，因为在每个栅格部容易激励表面等离子体，所以能够消耗入射光的能量，充分抑制向光入射方向的反射。

此外，上述偏光元件优选的是，具有上述凸部以第一周期排列的第一上述栅格部和上述凸部以第二周期排列的第二上述栅格部的栅格组在上述基板上设置有多个，上述栅格部的排列方向上的上述栅格组的宽度比上述入射光的波长小。

根据该结构，能够使可吸收的直线偏光的波长范围在相邻的栅格部间不同。此外，能够根据入射光设定凸部的排列周期。此外，通过预先决定数种凸部的排列周期，能够使元件设计变得容易，制作简单。

此外，上述偏光元件优选的是，上述凸部的排列周期不同的多种栅格部在上述基板上不规则地排列。

根据该结构，根据入射光的波长，适宜地进行将凸部的排列周期不同的多种栅格部在基板上不规则排列的设计，由此能够得到具有良好的光学特性的偏光元件。

此外，上述偏光元件优选的是，相对于上述凹部的上述凸部的突出高度在相邻的上述栅格部间不同。