JP2007187741A

JP2007187741A - 位相差板

Info

Publication number: JP2007187741A
Application number: JP2006003870A
Authority: JP
Inventors: Tomoya Kawashima; 島朋也川
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2006-01-11
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2007-07-26

Abstract

【課題】λ/２層の遅相軸とλ/４層の遅相軸とを直線偏光板の吸収軸に対して最適な角度で配置することにより、異なる２つの波長の直線偏光を円偏光へと良好に変換する。
【解決手段】位相差板１０は、位相差が１/４波長となるλ/４層２と、当該λ/４層２に対向して配置され、位相差が１/２波長となるλ/２層１とを備えている。位相差板１０のλ/２層１の遅相軸１１とλ/４層２の遅相軸１２は、直線偏光板の吸収軸１４に対して交差しており、直線偏光を円偏光に変換する。異なる２つの波長での位相差の平均値となる波長をλ_０とした時、λ/２層はλ_０で１/２波長となり、λ/４層はλ_０で１/４波長となる位相差板であって、λ/２層は遅相軸１１と直線偏光板の吸収軸１４のなす角度をθ_１、λ/４層２の遅相軸１２と直線偏光板の吸収軸１４のなす角度をθ_２とした時、λ/２層の遅相軸１１とλ/４層の遅相軸１２とのなす角度をθ_２-θ_１とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、異なる２つの波長の直線偏光を円偏光へと良好に変換することのできる位相差板に関する。

λ/４板及びλ/４板と直線偏光板からなる円偏光板は、非常に多くの用途を有しており、反射型ＬＣＤ、半透過ＬＣＤ、光ピックアップ素子などに使用されている。このような素子に使われるλ/４板は、可視光領域全域もしくは使用波長領域において、λ/４板として働くことが望ましい。しかしながら、従来のλ/４板はある特定波長においてのみλ/４板として働くものがほとんどであった。

また広い波長領域において、直線偏光を円偏光に変換する位相差板（広帯域円偏光板）として、λ/２板とλ/４板を重ねるものが知られている。例えば、光学異方性を有する２枚のポリマーフィルムを積層する方法（例えば、特許文献１）、液晶性化合物を含む光学異方性層を２層積層する方法（例えば、特許文献２）などがある。また、λ/２板とλ/４板に限らず、波長分散の異なる液晶化合物を含む光学異方性層を２層積層する方法（例えば、特許文献３）、共重合体もしくは添加剤を加えたポリマーを延伸し、ポリマーフィルム１枚で実現する方法（例えば、特許文献４）などが知られている。
特開平１０−６８８１６号公報特開２００１−９１７４１号公報特開２０００−２０６３３１号公報特開２０００−５８００３１号公報

しかしながら、このような広い波長領域において円偏光に変換する位相差板であっても、設定波長周辺でのみ円偏光化させることができるだけであり、レーザーなどを用いて発生する任意の２つの波長に対して、完全な円偏光を実現することは困難である

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、λ/２層の遅相軸とλ/４層の遅相軸を直線偏光板の吸収軸に対して最適な角度で配置することにより、異なる２つの波長の直線偏光を円偏光へと良好に変換することのできる位相差板を提供することを目的とする。

本発明は、位相差が１/４波長となるλ/４層と、当該λ/４層に対向して配置され、位相差が１/２波長となるλ/２層とを備え、λ/２層の遅相軸とλ/４層の遅相軸が、直線偏光板の吸収軸に対して交差し、直線偏光を円偏光に変換する位相差板であって、λ/２層は、

を満たす波長λ_０に対して、位相差が１/２波長となるとともに、遅相軸と直線偏光板の吸収軸のなす角度が、

となり、λ/４層は、前記波長λ_０に対して位相差が１/４波長となるとともに、遅相軸と直線偏光板の吸収軸のなす角度が

となり、λ/２層の遅相軸とλ/４層の遅相軸とのなす角度は、θ_２-θ_１となることを特徴とする位相差板である。

本発明は、λ/２層の、波長λ_１に対する位相差Ｒｅ_Ｈ（λ_１）と、λ/４層の、波長λ_１に対する位相差Ｒｅ_Ｑ（λ_１）と、λ/２層の、波長λ_２に対する位相差Ｒｅ_Ｈ（λ_２）と、λ/４層の、波長λ_２に対する位相差Ｒｅ_Ｑ（λ_２）は、|Ｒｅ_Ｈ（λ_１）/Ｒｅ_Ｈ（λ_２） - Ｒｅ_Ｑ（λ_１）/Ｒｅ_Ｑ（λ_２）|<０.０３ …式（６）の関係を満たすことを特徴とする位相差板である。

本発明は、第一の基材と、第一の基材上に配置され、配向能を有する第一の配向膜と、第一の配向膜上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ／２層と、λ／２層上に配置された第二の基材と、第二の基材上に配置され、配向能を有する第二の配向膜と、第二の配向膜上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ／４層と、を備えたことを特徴とする位相差板である。

本発明は、基材と、基材上に配置され、配向能を有する第一の配向膜と、第一の配向膜上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ／２層と、λ／２層上に配置され、配向能を有する第二の配向膜と、第二の配向膜上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ／４層と、を備えたことを特徴とする位相差板である。

本発明は、異なる２つの波長λ_１，λ_２に対して、円偏光の楕円率が０．８４以上であることを特徴とする位相差板である。

本発明は、異なる２つの波長λ_１，λ_２の直線偏光は、単色光であることを特徴とする位相差板である。

本発明は、上述の位相差板を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置である。

本発明によれば、λ/２層の遅相軸とλ/４層の遅相軸を直線偏光板の吸収軸に対して最適な角度で配置することにより、異なる２つの波長の直線偏光を、円偏光へと良好に変換することができる。

発明の実施の形態
以下、本発明に係る位相差板１０の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図１０は本発明の実施の形態を示す図である。また、本発明の位相差板１０に照射される２つの異なる波長を、λ_１とλ_２として以下説明する。

図１に示すように、本発明による位相差板１０は、位相差が１/２波長となるλ/２板１と、λ/２板１上に配置され、位相差が１/４波長となるλ/４板２と、を備えている。

また図１に示すように、λ/２板１は、第一の基板（基材）２１と、第一の基板２１上に配置され、配向能を有する第一の配向膜２５と、第一の配向膜２５上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ/２位相差層（λ/２層）２６とを有しており、λ/４板２も同様に、第二の基板２１と、第二の基板２１上に配置され、配向能を有する第二の配向膜２５と、第二の配向膜２５上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ/４位相差層（λ/４層）２７とを有している。

なお、位相差板１０として、基板２１と、基板２１上に配置され、配向能を有する第一の配向膜２５と、第一の配向膜上２５に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ/２位相差層２６と、λ/２位相差層２６上に配置され、配向能を有する第二の配向膜２５と、第二の配向膜２５上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ/４位相差層２７と、からなるものを用いることもできる。

このうちλ/２位相差層２６の遅相軸１１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２は、図４に示すように、直線偏光板の吸収軸１４に対して交差しており、λ/２板１とλ/４板２とを有する位相差板１０によって直線偏光を円偏光に変換することができる。なお、直線偏光板の吸収軸１４とは直線偏光の偏光軸（図示せず）と直交する軸であり、吸収型の直線偏光板がない系であっても入射光が直線偏光していれば、直線偏光の偏光軸に直交する軸である。

またλ/２位相差層２６は、位相差板１０に照射される異なる波長λ_１，λ_２に関して、

を満たす波長λ_０に対して、位相差が１/２波長となっている。

また図４において、λ/２位相差層２６の遅相軸１１と直線偏光板の吸収軸１４のなす角度は、

となっている。

また、λ/４位相差層２７は、前記波長λ_０に対して位相差が１/４波長となるとともに、図４において、λ/４位相差層２７の遅相軸１２と直線偏光板の吸収軸１４のなす角度が

となっている。

また図４に示すように、λ/２位相差層２６の遅相軸１１とλ/４位相差層２７の遅相軸１２とのなす角度は、θ_２-θ_１となっている。

次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について述べる。

まず、偏光状態を説明するために用いられるポアンカレ球について説明する。

図１１及び図１２に示すように、ポアンカレ球上の座標は偏光状態に対応している。例えば、（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（１，０，０）にある点は水平偏光にあること（水平偏光状態）を示し、（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（-１，０，０）にある点は、（１，０，０）に直行する垂直偏光にあること（垂直偏光状態）を示す。このようにＳ_１−Ｓ_２平面上にある点は直線偏光にあること（直線偏光状態）を示す。

また、図１１及び図１２に示すように、（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（０，０，±１）上にある点は完全な円偏光にあること（円偏光状態）を示す。さらに、Ｓ_１−Ｓ_２平面上でなく、かつ（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）≠（０，０，±１）にある点は、円偏光でも、直線偏光でもない、楕円偏光であること（楕円偏光状態）を示す。

すなわち、図１１及び図１２において、ポアンカレ球上の座標と中心（０，０，０）を結ぶ直線と、Ｓ_１−Ｓ_２平面とがなす角をポアンカレ球上での位相角とすると、ポアンカレ球上での位相角が９０°となる場合には、偏光状態は完全な円偏光となり、位相角が０°となる場合には、直線偏光となる。

次に、本発明による位相差板１０の構造をより良く理解するために、一般の位相差板１０（参考例）について図１３乃至図２１を用いて、ポアンカレ球によって説明する。

図１４において、位相差板１０の波長λにおける位相差をＲｅ（λ）（波長λにおける位相差）とする。位相差板１０は、ポアンカレ球上のある点を所定の軸を中心に回転させて、別のポアンカレ球上の点に移動させる効果を持つ。

すなわち図１３及び図１４に示すように、位相差板１０のλ/４位相差層２７の遅相軸１２が直線偏光板の吸収軸１４に対してθになる際に、ポアンカレ球上でＳ_１軸からθ×２の角度である回転軸５１を中心に偏光状態を示す点はポアンカレ球上をＲｅ（λ）/λ回転する。

例えば、Ｒｅ（λ）＝λの場合はポアンカレ球上を１回転（３６０°）し、Ｒｅ（λ）＝λ/２の場合は、ポアンカレ球上を１/２回転（１８０°）し、Ｒｅ（λ）＝λ/４の場合は、ポアンカレ球上を１/４回転（９０°）する。そして、ポアンカレ球上を１回転させる位相差板１０はλ板と呼ばれ、１/２回転させる位相差板１０はλ/２板１と呼ばれ、１/４回転させる位相差板１０はλ/４板２と呼ばれる。

図１３及び図１４に示すように、位相差板１０のλ/４位相差層２７は、位相差板１０のλ/４位相差層２７の遅相軸１２が直線偏光板の吸収軸１４に対して４５°になるように設計されているため、ポアンカレ球上でＳ_１軸から４５°×２の角度に回転軸５１がくる。このとき、（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（１，０，０）の点は、回転軸５１を中心に偏光状態はポアンカレ球上を１/４（９０°）回転し、（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（０，０，１）の点に移動する。このため、波長λの直線偏光は、完全な円偏光になる。

しかし、位相差板１０の位相差は波長によって異なるので、例えば、６５５ｎｍに対してλ/４位相差層２７として設計されたλ/４板２を用いた場合、設定波長６５５ｎｍでの位相差は６５５/４ｎｍとなるが、６５５ｎｍと異なる波長の４０５ｎｍに対しては、４０５/４とはならない。

ある波長λでの位相差をＲｅ（λ）とした場合、波長λでの位相角Ｄ（λ）をＤ（λ）＝Ｒｅ（λ）/λ×３６０ [°]と定義すると、図１５に示す波長分散を持つ位相差板１０（６５５ｎｍに対するλ/４板２）を用いた場合、ポアンカレ球上での波長４０５ｎｍの直線偏光と波長６５５ｎｍの直線偏光の軌道は、図１６に示したようになる。

すなわち、波長６５５ｎｍの直線偏光については、図１６に示したように位相角Ｄ（６５５ｎｍ）が９０°になるため、（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（１，０，０）にある直線偏光を示す点は、λ/４板２によって（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（０，０，１）の点に移動し、直線偏光が円偏光になる。しかし波長４０５ｎｍの直線偏光については、図１６に示したように位相角Ｄ（４０５ｎｍ）がほぼ１８０°となる点に移動する。このため、波長４０５ｎｍの直線偏光は、ほぼ直線偏光に近い楕円偏光になってしまう。

各波長におけるポアンカレ球上での位相角を図１７に示す。図１７に示すように、ポアンカレ球上での位相角≒９０°（円偏光状態）になるのは、６５５ｎｍ近傍に限られる。

また位相差板１０が円偏光板となりうる領域を広くするため（広帯域円偏光板を得るため）、λ/２板１とλ/４板２を重ね合わせることもできる（図２０参照）。このとき図１８乃至図２０に示すように、位相差板１０のλ/２位相差層２６の遅相軸１１が直線偏光板の吸収軸１４に対してθ_１となる際には、λ/２位相差層２６の回転軸５６はポアンカレ球上でＳ_１軸からθ_１×２の角度に位置し、位相差板１０のλ/４位相差層２７の遅相軸１２が直線偏光板の吸収軸１４に対してθ_２となる際には、λ/４位相差層２７の回転軸５６がポアンカレ球上でＳ_１軸からθ_２×２の角度に位置する。

このとき図１８及び図１９に示すように、設定波長６５５ｎｍを円偏光させるには、直線偏光板の吸収軸１４に対するλ/２位相差層２６の遅相軸１１の角度θ_１[°]と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２の角度θ_２[°]は、λ/４位相差層２７についての回転軸５５と、（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（１，０，０）がλ/２位相差層２６で移動した先の点（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（cos４θ_１，siｎ４θ_１，０）とＳ_３＝０を通る平面１８とが、垂直、すなわちθ_２×２＝θ_１×２×２＋９０ [°]を満たす必要がある。

さらに、λ/２位相差層２６によってポアンカレ球上の偏光状態を示す点が動く距離とλ/４位相差層２７によってポアンカレ球上の偏光状態を示す点が動く距離が等しくなるように設計することで、位相角の理想値からのずれを打ち消しあい、位相差板１０が円偏光板となりうる領域を広くすることができる。

このときλ/２位相差層２６によって回転された際のポアンカレ球上の移動距離は、siｎ（θ_１×２）×πとなり、λ/４位相差層２７によって回転された際のポアンカレ球上の移動距離はπ/２となるため、λ/２位相差層２６による移動距離とλ/４位相差層２７による移動距離とが等しくなるようにするには、siｎ（θ_１×２）×π＝π/２となる必要があり、この際θ_１が１５°となる。この結果をθ_２×２＝θ_１×２×２＋９０ [°]に代入することにより、θ_２は７５°となることがわかる（図２０参照）。このため、ポアンカレ球上でのλ/２位相差層２６の回転軸５６は１５×２＝３０°となり、λ/４位相差層２７の回転軸５５は７５×２＝１５０°の位置になる。

上述した方法で、設定波長６５５ｎｍのλ/２位相差層２６とλ/４位相差層２７を重ねたとき（広帯域円偏光板をもちいたとき）のポアンカレ球上での位相角の変化を図２１に示す。λ/４板２のみを用いて位相差板１０を形成した場合に比べ、広い範囲でポアンカレ球上での位相角が９０°に近くすることができる。しかし６５５ｎｍと異なる波長４０５ｎｍである直線偏光については、円偏光にはならず、ほとんど直線偏光のままになってしまう。

次に、上述した図１３乃至図２１を用いて説明した参考例と比較して、本発明における位相差板１０について図２乃至図１０を用いて、ポアンカレ球によって説明する。

２つの異なる波長λ_１，λ_２に対して、Ｒｅ（λ_０）/λ_０＝[Ｒｅ（λ_１）/λ_１+Ｒｅ（λ_２）/λ_２]/２（式（１））を満たす波長をλ_０とする。ここで、２つの波長は、Ｒｅ（λ_１）/λ_１＞Ｒｅ（λ_２）/λ_２（式（２））を満たすように設定する。

ここで波長λ_１として４０５ｎｍを用い、波長λ_２として６５５ｎｍを用いると、波長λ_０＝４９０ｎｍとなる。

以下、図４に示すように波長λ_０に対するλ/２位相差層２６の遅相軸１１を直線偏光板の吸収軸１４に対して所定の角度θ_１ずらして設けた場合について考える。

図２及び図３に示すように、λ/２位相差層２６によって波長λ_０に対する偏光を示す点はＳ_１−Ｓ_２平面上の点Ｓｃに移動し、波長λ_１に対する偏光を示す点Ｓｂと、波長λ_２に対する偏光を示す点Ｓａは、式（１）の関係から波長λ_０の点から同じだけ離れた点に移動することになる。

このときの各波長λ_０、λ_１及びλ_２の偏光を示す点のポアンカレ球上での回転角は、波長λ_０については、Ｒｅ（λ_０）/λ_０×３６０＝Ｒｅ（４９０）/４９０×３６０＝１/２×３６０＝１８０ [°]となり、波長λ_１については、Ｒｅ（λ_１）/λ_１×３６０＝Ｒｅ（６５５）/６５５×３６０＝１８０-γとなり、波長λ_２については、Ｒｅ（λ_２）/λ_２×３６０＝Ｒｅ（４０５）/４０５×３６０＝[２×Ｒｅ（λ_０）/λ_０−Ｒｅ（λ_１）/λ_１]×３６０＝１８０＋γとなる。

このため、図２及び図３に示すように、波長λ_１に対する直線偏光を偏光した状態を示す点Ｓｂと、波長λ_２に対する直線偏光を偏光した状態を示す点Ｓａと、Ｓ_３軸とは同一平面５２上に存在する（図３参照）。この平面５２とＳ_１＝０とのなす角度ψをとすると、taｎψ＝（１- cosα）cos（２θ_１）siｎ（２θ_１）/[１-（１- cosα）siｎ^２（２θ_１）]となる。

ここで図４において、λ/４位相差層２７の遅相軸１２を直線偏光板の吸収軸１４に対してθ_２＝（ψ＋９０）/２の角度になるよう設けることで、波長λ_１に対するλ/２位相差層２６による偏光を示す点Ｓｂと、波長λ_２に対するλ/２位相差層２６による偏光を示す点Ｓａは、は、λ/４位相差層２７によって前記平面５２上を移動することになる。

さらに図２において、波長λ_１の直線偏光を示す点（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（１，０，０）から、波長λ_１の直線偏光がλ/２位相差層２６によって偏光された状態を示す点Ｓｂまでのポアンカレ球上の移動量と、波長λ_１の直線偏光がλ/２位相差層２６によって偏光された状態を示す点Ｓｂから、λ/２位相差層２６による偏光がλ/４位相差層２７によって偏光された状態を示す（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（０，０，１）までのポアンカレ球上の移動量の比が、波長λ_２の直線偏光を示す点（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（１，０，０）から、波長λ_２の直線偏光がλ/２位相差層２６によって偏光された状態を示す点Ｓａまでのポアンカレ球上の移動量と、波長λ_２の直線偏光がλ/２位相差層２６によって偏光された状態を示す点Ｓａから、λ/２位相差層２６による偏光がλ/４位相差層２７によって偏光された状態を示す（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（０，０，１）までのポアンカレ球上の移動量の比と等しくなるようにθ_１を調整することで、波長λ_１に対する直線偏光を示す点と波長λ_２に対する直線偏光を示す点をともに、（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（０，０，１）に移動させることができる。ここで、λ/２位相差層２６とλ/４位相差層２７の波長分散はほぼ同じものとする。

ここで、λ/２位相差層２６による波長λ_１に対する直線偏光の移動量は、cos（siｎ（２θ_１）siｎ（１８０-γ））となり、λ/４位相差層２７による波長λ_１に対する直線偏光の移動量は、siｎ（２θ_１）×（１８０-γ）となり、λ/２位相差層２６による波長λ_２に対する直線偏光の移動量は、cos（−siｎ（２θ_１）siｎ（１８０-γ））となり、λ/４位相差層２７による波長λ_２に対する直線偏光の移動量は、siｎ（２θ_１）×（１８０+γ）となる。

従って、これらの移動量をもとに計算すると、

を満たすとき、２つの波長λ_１の直線偏光と波長λ_２の直線偏光が、λ/２位相差層２６とλ/４位相差層２７によってポアンカレ球上で移動した際の位相角は９０°となり、完全な円偏光に変換することができる。

なお、λ/２位相差層２６の波長λ_１に対する位相差Ｒｅ_Ｈ（λ_１）と、λ/４位相差層２７の波長λ_１に対する位相差Ｒｅ_Ｑ（λ_１）と、λ/２位相差層２６の波長λ_２に対する位相差Ｒｅ_Ｈ（λ_２）と、λ/４位相差層２７の波長λ_２に対する位相差Ｒｅ_Ｑ（λ_２）が、|Ｒｅ_Ｈ（λ_１）/Ｒｅ_Ｈ（λ_２） - Ｒｅ_Ｑ（λ_１）/Ｒｅ_Ｑ（λ_２）|<０.０３（式（６））の関係を満たしている場合には、波長λ_１に対する直線偏光と波長λ_２に対する直線偏光を、（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）＝（０，０，１）近傍に移動させることができる。

図６に示すような波長分散のλ/２位相差層２６とλ/４位相差層２７を用いた場合、図４に示すように、直線偏光板の吸収軸１４に対するλ/４位相差層２７の遅相軸１２の角度θ_２は、７２．６°となり、直線偏光板の吸収軸１４に対するλ/２位相差層２６の遅相軸１２の角度θ_１は、１７．４°となる。

図７に、この場合におけるポアンカレ球上での位相角を示す。本発明の位相差板１０によると、図７からあきらかなように、λ_１＝４０５ｎｍとλ_２＝６５５の異なる２つの波長の直線偏光を、良好な円偏光に偏光することができる。

なお、上述した方法で各パラメータを設定することにより、λ_１＝４０５ｎｍ、λ_２＝６５５ｎｍ以外の任意の２波長の直線偏光を、ほぼ完全な円偏光に変換することができる。

なお位相差板１０は、異なる２つの波長λ_１，λ_２の直線偏光を、楕円率が０．８４以上の円偏光に偏光することが好ましい。これは楕円率が０．８４以上であれば、位相差板１０を円偏光板として問題なく使用することができるためである。ここで、楕円率とは楕円偏光の長辺と短辺の比であり、楕円率が１の場合には完全な円偏光になり、楕円率が０の場合には完全な直線偏光になる（図５参照）。

また、異なる２つの波長λ_１，λ_２の直線偏光を精度良く円偏光に変換するため、直線偏光は単色光であることが好ましい。

なお本発明による位相差板１０は、特定の異なる２つの波長の直線偏光を良好に円偏光に変換することができるので、光ピックアップ装置に用いることが好ましい。

次に、位相差板１０のλ/２板１及びλ/４板２を構成する各構成部分の材料について説明する。

まずλ/２板１及びλ/４板２を構成する基板２１の材料としては、ガラス、プラスチックなどが使用できるが、できるだけ透明で位相差がないものが望ましい。ガラスとしては、シリカガラス、石英ガラス、ソーダガラス、ライムガラス、ホウ酸ガラス、酸化鉛ガラスなどを用いることができる。また、プラスチックとしては、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリカーボネート(PC)、環状ポリオレフィン(COP)、ポリビニルアルコール(PVA)やトリアセチルセルロース(TAC)、ポリエステル、エポキシ系、尿素樹脂、フェノール樹脂などを用いることができる。

また、λ/２板１及びλ/４板２を構成する配向膜２５の材料としては、市販の材料を用いる事ができる。具体的には日産化学（株）製のサンエバー、日立化成デュポンマイクロシステムズ（株）製のQL，LXシリーズ、JＳR（株）製のALシリーズ、チッソ（株）製のリクソンアライナーなどを用いる事ができる。

λ/２板１及びλ/２板２を構成する重合型の位相差層２６，２７としては、ネマティック液晶を用いることができ、かかる材料としては、重合性モノマー分子、重合性オリゴマー分子または液晶ポリマー等を単体もしくは２種以上の化合物を含んでもよい。具体的には、特表平１１-５１３０１９で示されるような重合性液晶を使用できる。

具体的には、下記の一般式(１)で表わされる化合物

(式中、Ｒ^１及びＲ^２はそれぞれ水素又はメチル基を表し、Ｘは水素、塩素、臭素、ヨウ素、炭素数１〜４のアルキル基、メトキシ基、シアノ基、ニトロ基を表し、ａ及びｂは、それぞれ個別に２〜１２の範囲で任意の整数を表す。)
や、下記に列挙した化合物

を好適に使用することができる。また、上記一般式(１)で表される化合物や、上記の下記化合物を二種以上混合して用いても良い。

一般式(１)で表される化合物において、液晶相を示す温度範囲の広さからＲ^１及びＲ^２は共に水素であることが好ましい。また、Ｘは塩素又はメチル基であることが好ましい。更に、分子鎖両端の（メタ）アクリロイロキシ基と、芳香環とのスペーサーであるアルキレン基の鎖長を示すａ及びｂは、それぞれ個別に４〜１０の範囲であることが好ましく、６〜９の範囲であることがさらに好ましい。ａ及びｂのいずれもが０である一般式（１）の化合物は、安定性に欠け、加水分解を受け易く、また、化合物自体の結晶性が高い。また、ａ及びｂがそれぞれ１３以上であると、アイソトロピック転移温度（等方相転移温度）が低い。この理由から、a及びbが２〜１２の範囲にない上記化合物は液晶性を示す温度範囲が狭く好ましくない。ここで液晶分子の複屈折率Δｎと膜厚により位相差量および配向特性が決定されるため、Δｎは０.０３〜０.２０程度が好ましく、さらに好ましくは０.０５〜０.１５程度が好ましい。

λ/２板１及びλ/４板２を構成する重合性の位相差層２６，２７を形成する場合には、液晶の配向を大きく損なわない範囲で光重合開始剤を添加することが好ましい。光重合開始剤としては、ラジカル重合性開始剤を使用することができる。ラジカル重合性開始剤は、例えば紫外線のエネルギーによりフリーラジカルを発生する化合物であって、ベンゾイン、ベンゾフェノンなどのベンゾフェノン誘導体又はそれらのエステルなどの誘導体；キサントン並びにチオキサントン誘導体；クロロスルフォニル、クロロメチル多核芳香族化合物、クロロメチル複素環式化合物、クロロメチルベンゾフェノン類などの含ハロゲン化合物；トリアジン類；フルオレノン類；ハロアルカン類；光還元性色素と還元剤とのレドックスカップル類；有機硫黄化合物；過酸化物などを挙げることができる。好ましくは、イルガキュアー１８４、イルガキュアー３６９、イルガキュアー６５１、イルガキュアー９０７（いずれもチバ・スペシャリティー・ケミカルズ社製）、ダロキュアー（メルク社製）、アデカ１７１７（旭電化工業株式会社製）、２，２’-ビス（o-クロロフェニル）-４，５，４’-テトラフェニル-１，２’-ビイミダゾール（黒金化成株式会社製）などのケトン系及びビイミダゾール系化合物等を挙げることができる。

これらの開始剤を１種のみ又は２種以上を組み合わせて用いることができる。２種以上を併用する場合には、吸収分光特性を阻害しないようにするのがよい。このような重合開始剤の添加量としては、一般的に０.０１〜１５重量％、好ましくは０.１〜１２重量％、より好ましくは０.５〜１０重量％の範囲で重合性液晶材料に添加することができる。

なお、光重合開始剤の他に増感剤を、本発明の目的が損なわれない範囲で添加することもできる。

λ/２板１及びλ/４板２を構成する重合性の位相差層２６，２７を形成する場合には、液晶の配向を大きく損なわない範囲で界面活性剤を添加することが好ましい。界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルアリルエーテル、ポリオキシエチレン誘導体、ポリオキシエチレン・ポリオキシフ゜ロヒ゜レン・フ゛ロック共重合体、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビトール脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミンなどの非イオン性界面活性剤、脂肪酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルベンセ゛ンスルフォン酸塩、アルキルナフタレンスルフォン酸塩、アルキルスルホコハク酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルフォン酸塩、アルキルリン酸塩、ポリエキシエチレンアルキル硫酸エステル塩、ナフタレンスルフォン酸ホルマリン縮合物、特殊ポリカルボン酸型高分子界面活性剤、ポリオキシエチレンアルキルリン酸エステル等の陰イオン性界面活性剤を用いる事ができる。

このような界面活性剤の添加量としては、一般的に０.０１〜１重量％、好ましくは０.０５〜０.５重量％の範囲で重合性液晶材料に添加することができる。

重合性の液晶は各種有機溶媒に溶解させて塗布することができる。有機溶媒としては、液晶を溶解させれば特に制限はないが、基板２１上に均一に塗布できることが好ましい。

次に本発明の具体的実施例について述べる。

１．配向膜２５の形成
まず配向膜２５材料としてＡＬ１２５４（ＪＳＲ製）を用い、１００ｍｍ×１００ｍｍのガラス基板２１に、スピンコートにより膜厚０.０６５μｍの配向膜２５を形成し、２３０℃のオーブンにて１時間焼成した。

引き続いて当該配向膜２５を、既知の手法によりラビング処理して、配向能を有する配向膜２５を得た。なお本実施例では配向膜２５としてラビング処理による配向膜２５を使用したが、配向能を持たすことができればこれに限られるわけではなく、光配向膜２５でもよく、特に限定されない。

２．位相差層２６，２７用のインキの調整
位相差層２６，２７に用いるインキとして、ＲＭＭ３４（メルク社製）２２.５重量部、光重合開始材としてイルガキュアーＩｒｇ１８４（Chiba Ｓpeciality CheｍicalＳ製）を２.５重量部、溶剤としてジエチレングリコールジメチルエーテルを７５重量部混合して、重合性液晶インキを製作した。

３．波長分散測定用の位相差層の形成
調整したインキを、スピンコーティング法を用いて配向膜２５を形成したガラス基板２１上に塗布した。なお本実施例ではスピンコーティング法を適用したが、ガラス基板２１上に均一に塗布が可能であればこれに限られるわけではなく、ダイコーティング、スリットコーティング、およびこれらを組み合わせた手法であってもよく、特に限定されない。

続いて当該ガラス基板２１をホットプレート上で８０℃、３分間加熱し、残存溶剤を除去し液晶構造を発現させた。その後、紫外線照射を行い、液晶構造が配向状態を保ったままで硬化させた（２０J/cｍ^２×５sec、３６５ｎｍ）。こうして、ガラス基板２１上に位相差層を１.４μｍ厚で得た。

４．位相差板１０の設計
上述のようにして形成された波長分散測定用の位相差層の位相差を大塚電子製ＲＥＴＳの回転検光子法にて測定した。その結果を図８及び表１に示す。下記表１に示すように、波長４０５ｎｍと波長６５５ｎｍでの位相差の値に対して、その平均値と等しい位相差になる設定波長は４８８.６ｎｍであった。そこで、波長４８８.６ｎｍに対するλ/２板１とλ/４板２の作製を行った。

５．λ/２板１の作製
上記方法と同様の方法でガラス基板２１上に配向膜２５を形成した。次に、上記方法において、スピンコーティング法の回転数だけ変えて、１.９μｍのλ/２位相差層２６を形成した。図９及び下記表２に示したように、大塚電子製ＲＥＴＳの回転検光子法で位相差を測定した結果、波長４８８.６ｎｍにおける位相差の値は２４４.２ｎｍであり、波長４８８.６ｎｍに対してλ/２位相差層２６として機能することが確認された。

６．λ/４板２の作製
上記方法と同様の方法でガラス基板２１上に配向膜２５を形成した。次に、上記方法において、スピンコーティング法の回転数だけ変えて、１.１μｍのλ/４位相差層２７を形成した。図９及び上記表２に示したように、大塚電子製ＲＥＴＳの回転検光法で位相差を測定した結果、波長４８８.６ｎｍにおける位相差の値は１２３.９ｎｍであり、波長４８８.６ｎｍに対してλ/４位相差層２７として機能することが確認された。

重合性液晶による位相差層２６，２７では、膜厚を変えることで位相差を変えることができるが、下記表３に示すように、波長分散特性はほとんど変わらない。

７．λ/２位相差層２６とλ/４位相差層２７の重ね合わせ
実施の形態において記述した方法を用いて、λ/２位相差層２６の遅相軸１１に対する直線偏光板の吸収軸１４の角度θ_１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２に対する直線偏光板の吸収軸１４の角度θ_２とを計算すると、各々、１７．４°、７２．６°となった。そこで図１０に示すように、この条件を満たすようにして、直線偏光板と、λ/２板１と、λ/４板２とを順次重ね合わせた。これを大塚電子製ＲＥＴＳにて偏光子方向を偏光板の軸とそろえ、大塚電子製ＲＥＴＳの楕円偏光で楕円率を測定したところ、図７及び下記表４に示すように、４０５ｎｍ及び６５５ｎｍで楕円率は０.９６８と０.９６７となり、良好な楕円率が得られた。

本実施例では、位相差板１０として、ガラス基板２１と、ガラス基板２１上に配置された配向膜２５と、配向膜２５上に配置されたλ/２位相差層２６からなるλ/２板１に、ガラス基板２１と、ガラス基板２１上に配置された配向膜２５と、配向膜２５上に配置されたλ/４位相差層２７とからなるλ/４板２を重ね合わせたものを用いたが、これに限らず、λ/２位相差層２６にλ/４位相差層２７を直接積層してもよく、またλ/２位相差層２６に配向膜２５を介してλ/４位相差層２７を積層してもよい。

なお、本発明による位相差板１０のλ/４位相差層２７及びλ/２位相差層２６としては、位相差フィルムを用いることもできるが、位相差フィルムではなく、重合性液晶を用いた場合の利点としては、以下のような事項を挙げることができる。

まず、重合性液晶自体の耐熱性が高いため、重合性液晶を用いた場合には２００℃１ｈにも耐えることができる。また、重合性液晶を用いた場合には、位相差フィルムでは必要となる粘着層を用いる必要がないため、粘着層界面での乱反射が無くなる。また、重合性液晶の屈折率が高いため、位相差層２６，２７自体の厚みが数μｍオーダーで良く、薄膜化できる（位相差フィルムの厚みは１０〜１００μｍ程度である）。また、位相差フィルムを貼りあわせ工程を設ける必要ないため、製造工程数を少なくすることができる。さらに、位相差フィルムを用いた場合には、位相差フィルムを貼りあわせる角度によって、λ/２位相差層２６の遅相軸１１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２とにより形成される角度θ_２―θ_１が決まるため、その角度を正確に合わせることが難しい。これに対して、重合性液晶を用いた場合には、λ/２位相差層２６の遅相軸１１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２とにより形成される角度θ_２―θ_１は、配向膜２５への配向処理によって決まるため、その角度を容易かつ正確に合わせることができる。

なお、２層の位相差層２６，２７を直接重ねて積層する場合には、上述した利点はより一層明確になる。ただし、２層の位相差層２６，２７を別々の基板２１に形成して張り合わせる場合は、上述した利点は少なくなる。

本発明による位相差板１０は、λ/２位相差層２６の遅相軸１１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２とにより形成される角度θ_２―θ_１が所定の値からずれると、楕円率が低下する。このため、上述した利点の内、λ/２位相差層２６の遅相軸１１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２とにより形成される角度θ_２―θ_１を正確に合わせられることは特に重要となる。このため、この点について以下詳述する。

遅相軸１１，１２の方向を決める配向処理としては、ポリイミド膜を擦ることで、擦った方向に配向規制力を発現するラビング法と、ＵＶを当てることで配向規制力を発現する光配向法とが知られている。

このうちラビング法を用いる場合には、ラビング装置の機械精度によって、λ/２位相差層２６の遅相軸１１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２とにより形成される角度θ_２―θ_１の精度が決まる。

一方、光配向法、例えば、偏光ＵＶの振動方向のみ分子が二量化し、振動方向に配向規制力を発現する光二量化による光配向法を用いる場合には、偏光の軸精度、つまり偏光板の設定位置精度によってλ/２位相差層２６の遅相軸１１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２とにより形成される角度θ_２―θ_１の精度が決まる。

これに対して、貼りあわせた位相差フィルムを用いる場合には、位相差フィルムを貼りあわせる角度によって、λ/２位相差層２６の遅相軸１１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２とにより形成される角度θ_２―θ_１の精度が決まる。ここで、位相差フィルムを用いる場合には、切断した位相差フィルムを基材に貼るため、フィルムの切断精度や貼りあわせ精度による影響を大きく受け、その精度が出しにくい。

このため、λ/４位相差層２７及びλ/２位相差層２６として重合性液晶を用いた場合には、位相差フィルムを用いた場合と比べ、/２位相差層２６の遅相軸１１と、λ/４位相差層２７の遅相軸１２とにより形成される角度θ_２―θ_１を正確に設定することができ、好ましい。

本発明による位相差板の層構成を示す概略断面図。本発明の位相差板によるポアンカレ球上での軌道を示す概略図。本発明の位相差板によるポアンカレ球上での軌道を示す平面概略図。本発明による位相差板における直線偏光板の吸収軸と、λ/２遅相軸と、λ/４遅相軸との関係を示す概略図。本発明の位相差板によって偏光された楕円偏光の楕円率を説明するための概略図。本発明による位相差板におけるλ/２板とλ/４板の波長分散を示すグラフ。本発明による位相差板の波長に対する位相角の値を示すグラフ。本発明の実施例による位相差板の波長に対する位相差の値を示すグラフ。本発明の実施例による位相差板におけるλ/２板とλ/４板の波長に対する位相差の値を示すグラフ。本発明の実施例による位相差板における直線偏光板の吸収軸と、λ/２遅相軸と、λ/４遅相軸との関係を示す概略図。ポアンカレ球と偏光状態との関係を説明する概略図。ポアンカレ球と位相角との関係を説明する概略図。 λ/４板のみを用いて位相差板を形成した参考例における直線偏光板の吸収軸と、λ/４遅相軸との関係を示す概略図。 λ/４板のみを用いて位相差板を形成した参考例におけるポアンカレ球上での軌道を示す概略図。 λ/４板のみを用いて位相差板を形成した参考例におけるλ/４板の波長分散を示すグラフ。 λ/４板のみを用いて位相差板を形成した参考例における波長４０５ｎｍの直線偏光と波長６５５ｎｍの直線偏光に対するポアンカレ球上での軌道を示す概略図。 λ/４板のみを用いて位相差板を形成した参考例における位相差板の波長に対する位相角の値を示すグラフ。 λ/２板とλ/４板を用いて位相差板を形成した参考例におけるポアンカレ球上での軌道を示す概略図。 λ/２板とλ/４板を用いて位相差板を形成した参考例におけるポアンカレ球上での軌道を示す平面概略図。 λ/２板とλ/４板を用いて位相差板を形成した参考例における直線偏光板の吸収軸と、λ/２遅相軸と、λ/４遅相軸との関係を示す概略図。 λ/２板とλ/４板を用いて位相差板を形成した参考例における位相差板の波長に対する位相角の値を示すグラフ。

符号の説明

１ λ/２板
２ λ/４板
１０位相差板
１１ λ/２位相差層の遅相軸
１２ λ/４位相差層の遅相軸
１４直線偏光板の吸収軸
２１基板
２５配向膜
２６ λ/２位相差層
２７ λ/４位相差層

Claims

位相差が１/４波長となるλ/４層と、
当該λ/４層に対向して配置され、位相差が１/２波長となるλ/２層とを備え、
λ/２層の遅相軸とλ/４層の遅相軸が、直線偏光板の吸収軸に対して交差し、直線偏光を円偏光に変換する位相差板であって、
λ/２層は、

を満たす波長λ_０に対して、位相差が１/２波長となるとともに、遅相軸と直線偏光板の吸収軸のなす角度が、

となり、
λ/４層は、前記波長λ_０に対して位相差が１/４波長となるとともに、遅相軸と直線偏光板の吸収軸のなす角度が

となり、
λ/２層の遅相軸とλ/４層の遅相軸とのなす角度は、θ_２-θ_１となることを特徴とする位相差板。
λ/２層の、波長λ_１に対する位相差Ｒｅ_Ｈ（λ_１）と、
λ/４層の、波長λ_１に対する位相差Ｒｅ_Ｑ（λ_１）と、
λ/２層の、波長λ_２に対する位相差Ｒｅ_Ｈ（λ_２）と、
λ/４層の、波長λ_２に対する位相差Ｒｅ_Ｑ（λ_２）は、
|Ｒｅ_Ｈ（λ_１）/Ｒｅ_Ｈ（λ_２） - Ｒｅ_Ｑ（λ_１）/Ｒｅ_Ｑ（λ_２）|<０.０３ …式（６）
の関係を満たすことを特徴とする請求項１記載の位相差板。
第一の基材と、第一の基材上に配置され、配向能を有する第一の配向膜と、第一の配向膜上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ／２層と、λ／２層上に配置された第二の基材と、第二の基材上に配置され、配向能を有する第二の配向膜と、第二の配向膜上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ／４層と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の位相差板。
基材と、基材上に配置され、配向能を有する第一の配向膜と、第一の配向膜上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ／２層と、λ／２層上に配置され、配向能を有する第二の配向膜と、第二の配向膜上に配置され、配向状態のまま硬化可能な重合性液晶を含むλ／４層と、を備えたことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の位相差板。
異なる２つの波長λ_１，λ_２に対して、円偏光の楕円率が０．８４以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の位相差板。
異なる２つの波長λ_１，λ_２の直線偏光は、単色光であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の位相差板。
請求項１乃至６のいずれかに記載の位相差板を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。