JP3483115B2 - 偏光素子 - Google Patents
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Landscapes
- Polarising Elements (AREA)
- Liquid Crystal (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子に関し、
特に、偏光状態がランダムな光の特性を一方向の直線偏
光に変換する偏光素子に関する。
特に、偏光状態がランダムな光の特性を一方向の直線偏
光に変換する偏光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来この種の偏光素子としては、例え
ば、特開平４−２４０８０４号公報に示すようなものが
ある。図４は、従来の偏光素子を説明するためのＸ−Ｙ
平面に沿った素子断面図である。
ば、特開平４−２４０８０４号公報に示すようなものが
ある。図４は、従来の偏光素子を説明するためのＸ−Ｙ
平面に沿った素子断面図である。
【０００３】図４に示す従来の偏光素子は、２種類の複
屈折材料を図４に示すように交互に繰り返した構造を有
し、どんな偏光の光も直線偏光にすることができた。
屈折材料を図４に示すように交互に繰り返した構造を有
し、どんな偏光の光も直線偏光にすることができた。
【０００４】いま、一方の複屈折材料をＡ、他方の複屈
折材料をＢとし、複屈折材料Ａの幅をｔA、複屈折材料
Ｂの幅をｔBとする。このとき、波長λの入射光に対し
ｔA＋ｔB＜λの関係が成立する。更に、図４の平面上の
構造の繰り返し方向Ｘに対して４５度傾いているＬ軸に
おける複屈折材料Ａの屈折率と複屈折材料Ｂの屈折率と
が等しくなるように設定され、更に、このようなＬ軸に
対して垂直（前述の所定角度の一例）な方向の軸Ｍにお
ける複屈折材料Ａの屈折率と複屈折材料Ｂの屈折率とが
等しくないように設定されているため、屈折率に周期構
造が形成されることになる。
折材料をＢとし、複屈折材料Ａの幅をｔA、複屈折材料
Ｂの幅をｔBとする。このとき、波長λの入射光に対し
ｔA＋ｔB＜λの関係が成立する。更に、図４の平面上の
構造の繰り返し方向Ｘに対して４５度傾いているＬ軸に
おける複屈折材料Ａの屈折率と複屈折材料Ｂの屈折率と
が等しくなるように設定され、更に、このようなＬ軸に
対して垂直（前述の所定角度の一例）な方向の軸Ｍにお
ける複屈折材料Ａの屈折率と複屈折材料Ｂの屈折率とが
等しくないように設定されているため、屈折率に周期構
造が形成されることになる。
【０００５】このような周期構造を有する偏光素子のＭ
Ｌ平面に垂直（前述の所定角度の一例）に光を入射した
場合の、Ｌ軸方向の偏光（以下、Ｌ偏光と呼ぶ）とＭ軸
方向の偏光（以下Ｍ偏光）を考える。
Ｌ平面に垂直（前述の所定角度の一例）に光を入射した
場合の、Ｌ軸方向の偏光（以下、Ｌ偏光と呼ぶ）とＭ軸
方向の偏光（以下Ｍ偏光）を考える。
【０００６】Ｌ偏光及びＭ偏光においてはｔA＋ｔB＜λ
の関係が成立するので、屈折率の平均値を感じることに
なる。
の関係が成立するので、屈折率の平均値を感じることに
なる。
【０００７】また、Ｌ軸方向の屈折率は一定なのでＬ偏
光は入射時と同じ偏光状態を保ったまま偏光素子を透過
する。
光は入射時と同じ偏光状態を保ったまま偏光素子を透過
する。
【０００８】Ｍ軸方向の屈折率は周期性を有しているの
で、Ｍ偏光は構造複屈折により偏光状態が変化する。例
えば、ｔA＝ｔBの場合、複屈折材料ＡのＭ軸方向の屈折
率をｎA、複屈折材料ＢのＭ軸方向の屈折率をｎBとする
と、Ｘ軸方向とＹ軸方向にＭ偏光が感じる屈折率ｎX，
ｎYは、各々、ｎX＝（（１／ｎA）2＋（１／ｎB）2）
-1/2，ｎY＝（ｎA 2＋ｎB 2）1/2と表現できる。
で、Ｍ偏光は構造複屈折により偏光状態が変化する。例
えば、ｔA＝ｔBの場合、複屈折材料ＡのＭ軸方向の屈折
率をｎA、複屈折材料ＢのＭ軸方向の屈折率をｎBとする
と、Ｘ軸方向とＹ軸方向にＭ偏光が感じる屈折率ｎX，
ｎYは、各々、ｎX＝（（１／ｎA）2＋（１／ｎB）2）
-1/2，ｎY＝（ｎA 2＋ｎB 2）1/2と表現できる。
【０００９】そこで従来の偏光素子では、光路差Δｎｄ
＝｜ｎX−ｎY｜ｄ＝ｋλ／２、（ｄは偏光素子の厚さ、
ｋは自然数）を満たすように図４の偏光素子の厚さｄを
決定していた。その結果、偏光素子に入射したＭ偏光は
Ｌ偏光に変換され、偏光素子を透過した光は全てＬ偏光
に損失無く変換できるようになるといった効果が記載さ
れている。
＝｜ｎX−ｎY｜ｄ＝ｋλ／２、（ｄは偏光素子の厚さ、
ｋは自然数）を満たすように図４の偏光素子の厚さｄを
決定していた。その結果、偏光素子に入射したＭ偏光は
Ｌ偏光に変換され、偏光素子を透過した光は全てＬ偏光
に損失無く変換できるようになるといった効果が記載さ
れている。
【００１０】図５は、図４の偏光素子の製造方法を説明
するためのＸ−Ｚ平面に沿った素子断面図である。
するためのＸ−Ｚ平面に沿った素子断面図である。
【００１１】一方、このような偏光素子を作成するため
の従来の製造方法においては、図５（ａ）に示すよう
に、ガラス基板１上に液晶Ａが塗布される工程と、前工
程に続いて、図５（ｂ）に示すように、フォトマスクを
用いたエックス線リソグラフィ法を用いて所定の所定の
格子周期を有する所定数の溝２，…，２を液晶Ａに形成
する工程と、前工程に続いて、溝２，…，２を液晶Ｂで
埋める工程とが実行されて偏光素子が作成されていた。
の従来の製造方法においては、図５（ａ）に示すよう
に、ガラス基板１上に液晶Ａが塗布される工程と、前工
程に続いて、図５（ｂ）に示すように、フォトマスクを
用いたエックス線リソグラフィ法を用いて所定の所定の
格子周期を有する所定数の溝２，…，２を液晶Ａに形成
する工程と、前工程に続いて、溝２，…，２を液晶Ｂで
埋める工程とが実行されて偏光素子が作成されていた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の偏光素子では、エックス線リソグラフィ法を
用いて２種類の複屈折材料Ａ，Ｂが交互に繰り返した構
造を形成するため、製造工程が複雑になり、装置構成が
大がかりとなり、その結果、偏光素子のコストアップを
もたらしてしまうという問題点があった。
うな従来の偏光素子では、エックス線リソグラフィ法を
用いて２種類の複屈折材料Ａ，Ｂが交互に繰り返した構
造を形成するため、製造工程が複雑になり、装置構成が
大がかりとなり、その結果、偏光素子のコストアップを
もたらしてしまうという問題点があった。
【００１３】本発明は、このような従来の問題点を解決
することを課題としており、１種類の複屈折材料のみで
従来と同等の偏光機能を発現できる周期構造を実現し、
その結果、製造工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光
素子の低コスト化を図ることができる偏光素子を提供す
ることを目的としている。
することを課題としており、１種類の複屈折材料のみで
従来と同等の偏光機能を発現できる周期構造を実現し、
その結果、製造工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光
素子の低コスト化を図ることができる偏光素子を提供す
ることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、同一種類の複屈折材料であって配向方向が異なる第
１種複屈折材料と第２種複屈折材料とがＸＹＺ座標のＸ
軸方向に対して交互に繰り返されて成る単一方向周期構
造を有すると共に、当該単一方向周期構造の単位周期を
形成する第１種複屈折材料の厚さと第２種複屈折材料の
厚さとの和がＸＹ面への入射光の波長よりも十分小さく
なるように設定された偏光素子において、前記両複屈折
材料の前記ＸＹ面内のＸ軸方向及びＹ軸方向の屈折率に
基づき決定される光路差が二分の一波長の整数倍に等し
く、かつ前記Ｘ軸に対して傾いている前記一方の複屈折
材料の光軸方向において前記両複屈折材料の屈折率が一
様になり、前記光軸方向に対して９０°傾いている方向
において前記両複屈折材料の屈折率が周期構造を持つよ
うに、前記両複屈折材料の前記ＸＹ面内のＸ軸方向及び
Ｙ軸方向の屈折率が、前記両複屈折材料の配向方向のＸ
軸に対する傾きと、Ｚ軸に対する傾きと、前記複屈折材
料の前記ＸＹＺ座標の各軸方向の屈折率とによってそれ
ぞれ決定され、前記第１種複屈折材料と前記第２種複屈
折材料との配向方向が異ならされていることを特徴とす
る偏光素子に存する。
は、同一種類の複屈折材料であって配向方向が異なる第
１種複屈折材料と第２種複屈折材料とがＸＹＺ座標のＸ
軸方向に対して交互に繰り返されて成る単一方向周期構
造を有すると共に、当該単一方向周期構造の単位周期を
形成する第１種複屈折材料の厚さと第２種複屈折材料の
厚さとの和がＸＹ面への入射光の波長よりも十分小さく
なるように設定された偏光素子において、前記両複屈折
材料の前記ＸＹ面内のＸ軸方向及びＹ軸方向の屈折率に
基づき決定される光路差が二分の一波長の整数倍に等し
く、かつ前記Ｘ軸に対して傾いている前記一方の複屈折
材料の光軸方向において前記両複屈折材料の屈折率が一
様になり、前記光軸方向に対して９０°傾いている方向
において前記両複屈折材料の屈折率が周期構造を持つよ
うに、前記両複屈折材料の前記ＸＹ面内のＸ軸方向及び
Ｙ軸方向の屈折率が、前記両複屈折材料の配向方向のＸ
軸に対する傾きと、Ｚ軸に対する傾きと、前記複屈折材
料の前記ＸＹＺ座標の各軸方向の屈折率とによってそれ
ぞれ決定され、前記第１種複屈折材料と前記第２種複屈
折材料との配向方向が異ならされていることを特徴とす
る偏光素子に存する。
【００１５】請求項１に記載の発明によれば、同一種類
の複屈折材料であって配向方向が異なる第１種複屈折材
料Ａと第２種複屈折材料ＢとがＸＹＺ座標のＸ軸方向に
対して交互に繰り返されて成る単一方向周期構造を有す
ると共に、当該単一方向周期構造の単位周期を形成する
第１種複屈折材料の厚さｔAと第２種複屈折材料の厚さ
ｔBとの和がＸＹ面への入射光の波長λよりも十分小さ
くなるように設定された偏光素子において、前記両複屈
折材料の前記ＸＹ面内のＸ軸方向の屈折率ｎ X とＹ軸方
向の屈折率ｎ Y とに基づき決定される光路差Δｎｄが二
分の一波長λ／２の整数倍に等しく、かつ前記Ｘ軸に対
して傾いている前記一方の複屈折材料の光軸方向Ｌにお
いて前記両複屈折材料の屈折率が一様になり、前記光軸
方向に対して９０°傾いている方向Ｍにおいて前記両複
屈折材料の屈折率が周期構造を持つように、前記両複屈
折材料の前記ＸＹ面内のＸ軸方向の屈折率ｎＸとＹ軸方
向の屈折率ｎＹとが、前記両複屈折材料の配向方向のＸ
軸に対する傾きθと、Ｚ軸に対する傾きΦと、前記複屈
折材料の前記ＸＹＺ座標の各軸方向の屈折率ｎ 1 ，ｎ 2 ，
ｎ 3 とによってそれぞれ決定されて、前記第１種複屈折
材料と前記第２種複屈折材料との配向方向が異ならされ
ているので、１種類の複屈折材料Ａ，ＢのみでＭ軸方向
の屈折率を制御して従来と同様に、入射したＭ偏光をＬ
偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態を保ったま
ま透過させることにより、偏光素子１０を透過した光を
全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無く発現できる単
一方向周期構造を実現でき、その結果、製造工程の簡便
化、装置構成の小型化、偏光素子１０の低コスト化を図
ることができるようになるといった効果を奏する。
の複屈折材料であって配向方向が異なる第１種複屈折材
料Ａと第２種複屈折材料ＢとがＸＹＺ座標のＸ軸方向に
対して交互に繰り返されて成る単一方向周期構造を有す
ると共に、当該単一方向周期構造の単位周期を形成する
第１種複屈折材料の厚さｔAと第２種複屈折材料の厚さ
ｔBとの和がＸＹ面への入射光の波長λよりも十分小さ
くなるように設定された偏光素子において、前記両複屈
折材料の前記ＸＹ面内のＸ軸方向の屈折率ｎ X とＹ軸方
向の屈折率ｎ Y とに基づき決定される光路差Δｎｄが二
分の一波長λ／２の整数倍に等しく、かつ前記Ｘ軸に対
して傾いている前記一方の複屈折材料の光軸方向Ｌにお
いて前記両複屈折材料の屈折率が一様になり、前記光軸
方向に対して９０°傾いている方向Ｍにおいて前記両複
屈折材料の屈折率が周期構造を持つように、前記両複屈
折材料の前記ＸＹ面内のＸ軸方向の屈折率ｎＸとＹ軸方
向の屈折率ｎＹとが、前記両複屈折材料の配向方向のＸ
軸に対する傾きθと、Ｚ軸に対する傾きΦと、前記複屈
折材料の前記ＸＹＺ座標の各軸方向の屈折率ｎ 1 ，ｎ 2 ，
ｎ 3 とによってそれぞれ決定されて、前記第１種複屈折
材料と前記第２種複屈折材料との配向方向が異ならされ
ているので、１種類の複屈折材料Ａ，ＢのみでＭ軸方向
の屈折率を制御して従来と同様に、入射したＭ偏光をＬ
偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態を保ったま
ま透過させることにより、偏光素子１０を透過した光を
全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無く発現できる単
一方向周期構造を実現でき、その結果、製造工程の簡便
化、装置構成の小型化、偏光素子１０の低コスト化を図
ることができるようになるといった効果を奏する。
【００１６】請求項２に記載の発明は、前記両複屈折材
料が同一種類の配向構造を有することを特徴とする請求
項１記載の偏光素子に存する。
料が同一種類の配向構造を有することを特徴とする請求
項１記載の偏光素子に存する。
【００１７】請求項２に記載の発明によれば、同一種類
の配向構造を有する同一種類の複屈折材料の使用によっ
て、従来と同様に、入射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ
偏光を入射時と同じ偏光状態を保ったまま透過させるこ
とにより、偏光素子１０を透過した光を全てＬ偏光に変
換する偏光機能を損失無く発現できる単一方向周期構造
を実現でき、その結果、製造工程の簡便化、装置構成の
小型化、偏光素子１０の低コスト化を図ることができる
ようになるといった効果を奏する。
の配向構造を有する同一種類の複屈折材料の使用によっ
て、従来と同様に、入射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ
偏光を入射時と同じ偏光状態を保ったまま透過させるこ
とにより、偏光素子１０を透過した光を全てＬ偏光に変
換する偏光機能を損失無く発現できる単一方向周期構造
を実現でき、その結果、製造工程の簡便化、装置構成の
小型化、偏光素子１０の低コスト化を図ることができる
ようになるといった効果を奏する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態を説明する。
形態を説明する。
【００１９】図１（ａ）は、本発明の偏光素子１０の実
施形態を説明するためのＸ−Ｙ平面に沿った素子断面図
であり、図１（ｂ）は、第１実施形態の分子配向状態を
説明するための素子断面図であり、図１（ｃ）は、第２
実施形態の分子配向状態を説明するための素子断面図で
あり、図１（ｄ）は、配向方向を説明するための図であ
る。
施形態を説明するためのＸ−Ｙ平面に沿った素子断面図
であり、図１（ｂ）は、第１実施形態の分子配向状態を
説明するための素子断面図であり、図１（ｃ）は、第２
実施形態の分子配向状態を説明するための素子断面図で
あり、図１（ｄ）は、配向方向を説明するための図であ
る。
【００２０】図１に示す偏光素子１０は、偏光状態がラ
ンダムな光の特性を一方向の直線偏光に変換する光学素
子であり、具体的には図２に示すように、ガラス基板１
１，１２、透明電極１３，１４、配向膜１５，１６、ス
ペーサ１７，１８、紫外線硬化樹脂と液晶材料との混合
物又は紫外線硬化性を有する液晶材料とを用いた多層膜
構造を有している。
ンダムな光の特性を一方向の直線偏光に変換する光学素
子であり、具体的には図２に示すように、ガラス基板１
１，１２、透明電極１３，１４、配向膜１５，１６、ス
ペーサ１７，１８、紫外線硬化樹脂と液晶材料との混合
物又は紫外線硬化性を有する液晶材料とを用いた多層膜
構造を有している。
【００２１】透明電極１３，１４は、ガラス基板上に形
成された可視光及び紫外光に対して透過性を有する電極
材料であり、具体的には、ＩＴＯを用いることが望まし
い。
成された可視光及び紫外光に対して透過性を有する電極
材料であり、具体的には、ＩＴＯを用いることが望まし
い。
【００２２】配向膜１５，１６は、透明電極１３，１４
上に形成され、液晶の配向状態を整えるための機能性膜
であり、具体的には、ラビング膜を用いることが望まし
い。
上に形成され、液晶の配向状態を整えるための機能性膜
であり、具体的には、ラビング膜を用いることが望まし
い。
【００２３】スペーサ１７，１８は、対向させたガラス
基板上の配向膜１５，１６間を１０数μｍのギャップだ
け離間するための球形の粒子であり、具体的には、アル
ミナ粒子を用いることが望ましい。
基板上の配向膜１５，１６間を１０数μｍのギャップだ
け離間するための球形の粒子であり、具体的には、アル
ミナ粒子を用いることが望ましい。
【００２４】紫外線硬化樹脂と液晶材料との混合物又は
紫外線硬化性を有する液晶材料は、液晶材料であり、対
向させたガラス基板上の配向膜１５，１６の間隙に注入
されている。透明電極１３，１４面内一軸方向に所定の
繰り返し周期で液晶分子配向が交互に異なるように配向
処理される。
紫外線硬化性を有する液晶材料は、液晶材料であり、対
向させたガラス基板上の配向膜１５，１６の間隙に注入
されている。透明電極１３，１４面内一軸方向に所定の
繰り返し周期で液晶分子配向が交互に異なるように配向
処理される。
【００２５】なお、ガラス基板に代えて、少なくとも可
視光に対して透明性を示す透光性樹脂基板（例えば、ポ
リカーボネート基板）を用いることも可能である。この
場合、安価な透光性樹脂基板上に形成された透明電極１
３，１４に配向電圧を外部から印加して配向電圧の向き
と強度を変えることができるので、外部から紫外線硬化
樹脂と液晶材料との混合物又は紫外線硬化性を有する液
晶材料内の液晶分子の向きを一定周期で交互に切り換え
ることができる。また、外部からの配向電圧制御により
一定周期で交互に切り換えて形成された液晶分子の向き
の安定化を図ることができるようになる。その結果、偏
光素子１０のコストアップを回避できるようになるとい
った効果を奏する。同様の主旨で、少なくとも可視光に
対して透明性を示すと共に可撓性を有する樹脂フィルム
（例えば、ＰＥＴフィルム）を用いることもできる。こ
の場合、安価で可撓性に富む樹脂フィルム上に形成され
た透明電極１３，１４に配向電圧を外部から印加して配
向電圧の向きと強度を変えることができるので、外部か
ら紫外線硬化樹脂と液晶材料との混合物又は紫外線硬化
性を有する液晶材料内の液晶分子の向きを一定周期で交
互に切り換えることができる。また、外部からの配向電
圧制御により一定周期で交互に切り換えて形成された液
晶分子の向きの安定化を図ることができるようになる。
その結果、偏光素子１０のコストアップを回避できるよ
うになるといった効果を奏する。また、紫外線硬化樹脂
と液晶材料との混合物又は紫外線硬化性を有する液晶材
料に代えて紫外線硬化性液晶２０，２１を用いることも
できる。この場合、ガラス基板上に形成された透明電極
１３，１４に配向電圧を外部から印加して配向電圧の向
きと強度を変えることができるので、外部から紫外線硬
化性液晶２０，２１内の液晶分子の向きを一定周期で交
互に切り換えることができる。また、外部からの配向電
圧制御により一定周期で交互に切り換えて形成された液
晶分子の向きの安定化を図ることができるようになる。
その結果、偏光素子１０のコストアップを回避できるよ
うになるといった効果を奏する。
視光に対して透明性を示す透光性樹脂基板（例えば、ポ
リカーボネート基板）を用いることも可能である。この
場合、安価な透光性樹脂基板上に形成された透明電極１
３，１４に配向電圧を外部から印加して配向電圧の向き
と強度を変えることができるので、外部から紫外線硬化
樹脂と液晶材料との混合物又は紫外線硬化性を有する液
晶材料内の液晶分子の向きを一定周期で交互に切り換え
ることができる。また、外部からの配向電圧制御により
一定周期で交互に切り換えて形成された液晶分子の向き
の安定化を図ることができるようになる。その結果、偏
光素子１０のコストアップを回避できるようになるとい
った効果を奏する。同様の主旨で、少なくとも可視光に
対して透明性を示すと共に可撓性を有する樹脂フィルム
（例えば、ＰＥＴフィルム）を用いることもできる。こ
の場合、安価で可撓性に富む樹脂フィルム上に形成され
た透明電極１３，１４に配向電圧を外部から印加して配
向電圧の向きと強度を変えることができるので、外部か
ら紫外線硬化樹脂と液晶材料との混合物又は紫外線硬化
性を有する液晶材料内の液晶分子の向きを一定周期で交
互に切り換えることができる。また、外部からの配向電
圧制御により一定周期で交互に切り換えて形成された液
晶分子の向きの安定化を図ることができるようになる。
その結果、偏光素子１０のコストアップを回避できるよ
うになるといった効果を奏する。また、紫外線硬化樹脂
と液晶材料との混合物又は紫外線硬化性を有する液晶材
料に代えて紫外線硬化性液晶２０，２１を用いることも
できる。この場合、ガラス基板上に形成された透明電極
１３，１４に配向電圧を外部から印加して配向電圧の向
きと強度を変えることができるので、外部から紫外線硬
化性液晶２０，２１内の液晶分子の向きを一定周期で交
互に切り換えることができる。また、外部からの配向電
圧制御により一定周期で交互に切り換えて形成された液
晶分子の向きの安定化を図ることができるようになる。
その結果、偏光素子１０のコストアップを回避できるよ
うになるといった効果を奏する。
【００２６】一方、図１（ａ）に示す実施形態の偏光素
子１０は、同一種類の複屈折材料Ａ，Ｂであって配向方
向が異なる第１種複屈折材料Ａとしての液晶材料Ａ（図
中のＡ）と第２種複屈折材料Ｂとしての液晶材料Ｂ（図
中のＢ）とが交互にＸ軸方向に対して繰り返されて成る
単一方向の周期構造を有すると同時に、単一方向周期構
造の単位周期を形成する液晶材料Ａの厚さｔAと液晶材
料Ｂの厚さｔBとの和（ｔA＋ｔB）が入射光の波長λよ
りも十分小さく（λ≫ｔA＋ｔB）なるように設定されて
いる。
子１０は、同一種類の複屈折材料Ａ，Ｂであって配向方
向が異なる第１種複屈折材料Ａとしての液晶材料Ａ（図
中のＡ）と第２種複屈折材料Ｂとしての液晶材料Ｂ（図
中のＢ）とが交互にＸ軸方向に対して繰り返されて成る
単一方向の周期構造を有すると同時に、単一方向周期構
造の単位周期を形成する液晶材料Ａの厚さｔAと液晶材
料Ｂの厚さｔBとの和（ｔA＋ｔB）が入射光の波長λよ
りも十分小さく（λ≫ｔA＋ｔB）なるように設定されて
いる。
【００２７】第１実施形態の偏向素子１０では、液晶材
料Ａ，Ｂとしては、具体的には、図１（ｂ）に示すよう
な配向構造を有する液晶材料が使用され、図１（ｄ）に
示すように、θ方向とФ方向に傾けた配向方向に設定さ
れている。
料Ａ，Ｂとしては、具体的には、図１（ｂ）に示すよう
な配向構造を有する液晶材料が使用され、図１（ｄ）に
示すように、θ方向とФ方向に傾けた配向方向に設定さ
れている。
【００２８】図１（ｂ）に示す配向構造を有する液晶材
料の場合、ＸＹ面内の屈折率ｎX，ｎYは、各々、式
（１）、式（２）によって決定することができる。
料の場合、ＸＹ面内の屈折率ｎX，ｎYは、各々、式
（１）、式（２）によって決定することができる。
【００２９】
【数１】
ここで、ｎ1，ｎ2，ｎ3は、液晶材料Ａ，Ｂの主屈折率
であり、添字１，２，３はＸＹＺ座標のＸ，Ｙ，Ｚにそ
れぞれ対応する。式（１）、式（２）によって配向方向
と配向構造とを選択することにより、層の繰り返し方向
Ｘに対して傾いたＬ方向に屈折率が一様になるようにで
き、Ｌ方向に対して９０°傾いた方向には屈折率の周期
構造があるようにできる。
であり、添字１，２，３はＸＹＺ座標のＸ，Ｙ，Ｚにそ
れぞれ対応する。式（１）、式（２）によって配向方向
と配向構造とを選択することにより、層の繰り返し方向
Ｘに対して傾いたＬ方向に屈折率が一様になるようにで
き、Ｌ方向に対して９０°傾いた方向には屈折率の周期
構造があるようにできる。
【００３０】第１実施形態の偏光素子１０においては、
入射光（波長λ）に対する液晶材料Ａの光軸（Ｌ軸）
が、図１（ａ）に示すように、単一方向周期構造の繰り
返し方向（Ｘ軸方向）に対して一定の傾き（一例として
４５°）に設定されると同時に、液晶材料Ｂの光軸（Ｍ
軸）に対して所定角度に設定されている。なお、Ｍ偏光
とＬ偏光とが共に回転しても良い。
入射光（波長λ）に対する液晶材料Ａの光軸（Ｌ軸）
が、図１（ａ）に示すように、単一方向周期構造の繰り
返し方向（Ｘ軸方向）に対して一定の傾き（一例として
４５°）に設定されると同時に、液晶材料Ｂの光軸（Ｍ
軸）に対して所定角度に設定されている。なお、Ｍ偏光
とＬ偏光とが共に回転しても良い。
【００３１】これにより、Ｍ偏光の感じる複屈折性によ
る偏光面の回転角とＬ偏光の感じる複屈折性による偏光
面の回転角との差が、９０°の奇数倍になる。このと
き、Ｍ偏光の偏光面とＬ偏光の偏光面の回転角が９０°
の整数倍になっていれば、直線偏光を得ることができ
る。一方、Ｍ偏光の回転角とＬ偏光の回転角が９０°の
整数倍でなくとも、回転角の差が９０°の奇数倍になっ
ていれば、そのときの出射光を４分の１波長板に通すこ
とにより、直線偏光を得ることができる。
る偏光面の回転角とＬ偏光の感じる複屈折性による偏光
面の回転角との差が、９０°の奇数倍になる。このと
き、Ｍ偏光の偏光面とＬ偏光の偏光面の回転角が９０°
の整数倍になっていれば、直線偏光を得ることができ
る。一方、Ｍ偏光の回転角とＬ偏光の回転角が９０°の
整数倍でなくとも、回転角の差が９０°の奇数倍になっ
ていれば、そのときの出射光を４分の１波長板に通すこ
とにより、直線偏光を得ることができる。
【００３２】この様な素子構造によれば、入射光に対す
る液晶材料Ａの光軸であるＬ軸が単一方向周期構造の繰
り返し方向であるＸ軸方向に対して一定の傾き（一例と
して４５度）に設定され液晶材料Ｂの光軸であるＭ軸に
対して所定角度に設定されるように１種類の複屈折材料
Ａ，ＢのＭ軸方向の屈折率を制御することにより、従来
と同様に、入射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入
射時と同じ偏光状態を保ったまま透過させることによ
り、偏光素子１０を透過した光を全てＬ偏光に変換する
偏光機能を損失無く発現できる単一方向周期構造実現で
き、その結果、製造工程の簡便化、装置構成の小型化、
偏光素子１０の低コスト化を図ることができるようにな
るといった効果を奏する。
る液晶材料Ａの光軸であるＬ軸が単一方向周期構造の繰
り返し方向であるＸ軸方向に対して一定の傾き（一例と
して４５度）に設定され液晶材料Ｂの光軸であるＭ軸に
対して所定角度に設定されるように１種類の複屈折材料
Ａ，ＢのＭ軸方向の屈折率を制御することにより、従来
と同様に、入射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入
射時と同じ偏光状態を保ったまま透過させることによ
り、偏光素子１０を透過した光を全てＬ偏光に変換する
偏光機能を損失無く発現できる単一方向周期構造実現で
き、その結果、製造工程の簡便化、装置構成の小型化、
偏光素子１０の低コスト化を図ることができるようにな
るといった効果を奏する。
【００３３】また液晶材料Ａ及び液晶材料Ｂの光の入射
面（図１（ｂ）参照）における配向方向は、配向方向に
基づいて決定される光路差Δｎｄが入射光波長λの１／
２の整数倍（Δｎｄ＝｜ｎX−ｎY｜ｄ＝ｋλ／２、ｋは
自然数）を満たすように設定されている。
面（図１（ｂ）参照）における配向方向は、配向方向に
基づいて決定される光路差Δｎｄが入射光波長λの１／
２の整数倍（Δｎｄ＝｜ｎX−ｎY｜ｄ＝ｋλ／２、ｋは
自然数）を満たすように設定されている。
【００３４】このような設定によれば、液晶材料Ａ及び
液晶材料Ｂの光の入射面であるＭＬ平面における配向方
向に基づいて決定される光路差Δｎｄが入射光波長λの
１／２の整数倍を満たすように１種類の複屈折材料Ａ，
ＢのＭ軸方向の屈折率を制御することにより、従来と同
様に、入射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時
と同じ偏光状態を保ったまま透過させることにより、偏
光素子１０を透過した光を全てＬ偏光に変換する偏光機
能を損失無く発現できる単一方向周期構造を実現でき、
その結果、製造工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光
素子１０の低コスト化を図ることができるようになると
いった効果を奏する。
液晶材料Ｂの光の入射面であるＭＬ平面における配向方
向に基づいて決定される光路差Δｎｄが入射光波長λの
１／２の整数倍を満たすように１種類の複屈折材料Ａ，
ＢのＭ軸方向の屈折率を制御することにより、従来と同
様に、入射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時
と同じ偏光状態を保ったまま透過させることにより、偏
光素子１０を透過した光を全てＬ偏光に変換する偏光機
能を損失無く発現できる単一方向周期構造を実現でき、
その結果、製造工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光
素子１０の低コスト化を図ることができるようになると
いった効果を奏する。
【００３５】また第１実施形態の偏光素子１０において
は、液晶材料Ａ及び液晶材料Ｂの光の入射面における２
方向の屈折率ｎX，ｎYは、２方向の屈折率ｎX，ｎYに基
づいて決定される光路差Δｎｄが入射光波長λの１／２
の整数倍を満たすように設定されている。
は、液晶材料Ａ及び液晶材料Ｂの光の入射面における２
方向の屈折率ｎX，ｎYは、２方向の屈折率ｎX，ｎYに基
づいて決定される光路差Δｎｄが入射光波長λの１／２
の整数倍を満たすように設定されている。
【００３６】いま、このような周期構造を有する偏光素
子１０のＭＬ平面に垂直（前述の所定角度の一例）に光
を入射した場合の、Ｌ軸方向の偏光（以下、Ｌ偏光と呼
ぶ）とＭ軸方向の偏光（以下Ｍ偏光）を考える。
子１０のＭＬ平面に垂直（前述の所定角度の一例）に光
を入射した場合の、Ｌ軸方向の偏光（以下、Ｌ偏光と呼
ぶ）とＭ軸方向の偏光（以下Ｍ偏光）を考える。
【００３７】このとき、Ｌ偏光及びＭ偏光においてはｔ
A＋ｔB＜λの関係が成立するので、屈折率の平均値を感
じることになる。
A＋ｔB＜λの関係が成立するので、屈折率の平均値を感
じることになる。
【００３８】また、Ｌ軸方向の屈折率は一定なのでＬ偏
光が入射時と同じ偏光状態を保ったまま偏光素子１０を
透過する。
光が入射時と同じ偏光状態を保ったまま偏光素子１０を
透過する。
【００３９】前述したように、Ｍ軸方向の屈折率は周期
性を有しているので、Ｍ偏光は構造複屈折により偏光状
態が変化する。例えば、ｔA＝ｔBの場合、複屈折材料Ａ
のＭ軸方向の屈折率をｎA、複屈折材料ＢのＭ軸方向の
屈折率をｎBとすると、Ｘ軸方向とＹ軸方向にＭ偏光が
感じる屈折率ｎX，ｎYは、各々、ｎX＝（（１／ｎA）2
＋（１／ｎB）2）-1/2，ｎY＝（ｎA 2＋ｎB 2）1/2と表現
できる。
性を有しているので、Ｍ偏光は構造複屈折により偏光状
態が変化する。例えば、ｔA＝ｔBの場合、複屈折材料Ａ
のＭ軸方向の屈折率をｎA、複屈折材料ＢのＭ軸方向の
屈折率をｎBとすると、Ｘ軸方向とＹ軸方向にＭ偏光が
感じる屈折率ｎX，ｎYは、各々、ｎX＝（（１／ｎA）2
＋（１／ｎB）2）-1/2，ｎY＝（ｎA 2＋ｎB 2）1/2と表現
できる。
【００４０】そこで実施形態の偏光素子１０では、光路
差Δｎｄ＝｜ｎX−ｎY｜ｄ＝ｋλ／２、（ｄは偏光素子
１０の厚さ、ｋは自然数）を満たすように図１（ａ）の
偏光素子１０の厚さｄを決定している。
差Δｎｄ＝｜ｎX−ｎY｜ｄ＝ｋλ／２、（ｄは偏光素子
１０の厚さ、ｋは自然数）を満たすように図１（ａ）の
偏光素子１０の厚さｄを決定している。
【００４１】この様な素子構造によれば、液晶材料Ａ及
び液晶材料Ｂの光の入射面における２方向の屈折率
ｎX，ｎYを、これらに基づいて決定される光路差Δｎｄ
が入射光波長λの１／２の整数倍を満たすように制御す
ることにより、従来と同様に、偏光素子１０に入射した
Ｍ偏光をＬ偏光に変換し、偏光素子１０を透過した光は
全てＬ偏光に損失無く変換できるようになり、入射した
Ｍ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態
を保ったまま透過させることにより、偏光素子１０を透
過した光を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無く発
現できる単一方向周期構造を実現でき、その結果、製造
工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光素子１０の低コ
スト化を図ることができるようになるといった効果を奏
する。
び液晶材料Ｂの光の入射面における２方向の屈折率
ｎX，ｎYを、これらに基づいて決定される光路差Δｎｄ
が入射光波長λの１／２の整数倍を満たすように制御す
ることにより、従来と同様に、偏光素子１０に入射した
Ｍ偏光をＬ偏光に変換し、偏光素子１０を透過した光は
全てＬ偏光に損失無く変換できるようになり、入射した
Ｍ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態
を保ったまま透過させることにより、偏光素子１０を透
過した光を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無く発
現できる単一方向周期構造を実現でき、その結果、製造
工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光素子１０の低コ
スト化を図ることができるようになるといった効果を奏
する。
【００４２】以上説明したように、実施形態の偏光素子
１０によれば、１種類の複屈折材料Ａ，ＢのみでＭ軸方
向の屈折率を制御して従来と同様に、入射したＭ偏光を
Ｌ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態を保った
まま透過させることにより、偏光素子１０を透過した光
を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無く発現できる
単一方向周期構造を実現でき、その結果、製造工程の簡
便化、装置構成の小型化、偏光素子１０の低コスト化を
図ることができるようになるといった効果を奏する。
１０によれば、１種類の複屈折材料Ａ，ＢのみでＭ軸方
向の屈折率を制御して従来と同様に、入射したＭ偏光を
Ｌ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態を保った
まま透過させることにより、偏光素子１０を透過した光
を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無く発現できる
単一方向周期構造を実現でき、その結果、製造工程の簡
便化、装置構成の小型化、偏光素子１０の低コスト化を
図ることができるようになるといった効果を奏する。
【００４３】図１（ｃ）は、第２実施形態の本発明の偏
光素子１０の分子配向状態を説明するための素子断面図
である。
光素子１０の分子配向状態を説明するための素子断面図
である。
【００４４】第２実施形態の偏光素子１０は、偏光状態
がランダムな光の特性を一方向の直線偏光に変換する光
学素子であり、ガラス基板、透明電極１３，１４、配向
膜１５，１６、スペーサ１７，１８、紫外線硬化樹脂と
ＴＮ液晶材料との混合物又は紫外線硬化性を有するＴＮ
液晶材料とを用いた多層膜構造を有している。なお、液
晶材料をＴＮ配向させる代わりに、液晶材料をホモジニ
アス配向等の他の配向を用いても良い。
がランダムな光の特性を一方向の直線偏光に変換する光
学素子であり、ガラス基板、透明電極１３，１４、配向
膜１５，１６、スペーサ１７，１８、紫外線硬化樹脂と
ＴＮ液晶材料との混合物又は紫外線硬化性を有するＴＮ
液晶材料とを用いた多層膜構造を有している。なお、液
晶材料をＴＮ配向させる代わりに、液晶材料をホモジニ
アス配向等の他の配向を用いても良い。
【００４５】第２実施形態の偏光素子１０は、図１
（ｃ）に示すように、第１種複屈折材料ＡとしてのＴＮ
液晶材料Ａと第２種複屈折材料ＢとしてのＴＮ液晶材料
Ｂ（図中のＢ）を用いた点に特徴を有している。
（ｃ）に示すように、第１種複屈折材料ＡとしてのＴＮ
液晶材料Ａと第２種複屈折材料ＢとしてのＴＮ液晶材料
Ｂ（図中のＢ）を用いた点に特徴を有している。
【００４６】この場合、ＴＮ液晶材料ＡとＴＮ液晶材料
Ｂとが交互にＸ軸方向に対して繰り返されて成る単一方
向の周期構造を有すると同時に、単一方向周期構造の単
位周期を形成するＴＮ液晶材料Ａの厚さｔAとＴＮ液晶
材料Ｂの厚さｔBとの和（ｔA＋ｔB）が入射光の波長λ
よりも十分小さく（λ≫ｔA＋ｔB）なるように設定され
ている。
Ｂとが交互にＸ軸方向に対して繰り返されて成る単一方
向の周期構造を有すると同時に、単一方向周期構造の単
位周期を形成するＴＮ液晶材料Ａの厚さｔAとＴＮ液晶
材料Ｂの厚さｔBとの和（ｔA＋ｔB）が入射光の波長λ
よりも十分小さく（λ≫ｔA＋ｔB）なるように設定され
ている。
【００４７】具体的には、図１（ｃ）に示すような同一
種類の配向構造を有するＴＮ液晶材料のＸＹ面内の屈折
率ｎ′X，ｎ′Yは、各々、式（３）、式（４）によって
決定することができる。
種類の配向構造を有するＴＮ液晶材料のＸＹ面内の屈折
率ｎ′X，ｎ′Yは、各々、式（３）、式（４）によって
決定することができる。
【００４８】
【数２】
ここで、φは入射面と出射面とのθ方向の差であって、
９０°が最適値であり、ｎ Xmin ，ｎ Xmax は式（１）で表
されるｎ X の最小値及び最大値、ｎ Ymin, ｎ Ymax は式
（２）で表されるｎ Y の最小値及び最大値である。式
（３）、式（４）によって配向方向と配向構造とを選択
することにより、層の繰り返し方向Ｘに対して傾いたＬ
方向に屈折率が一様になるようにでき、Ｌ方向に対して
９０°傾いた方向には屈折率の周期構造があるようにで
きる。
９０°が最適値であり、ｎ Xmin ，ｎ Xmax は式（１）で表
されるｎ X の最小値及び最大値、ｎ Ymin, ｎ Ymax は式
（２）で表されるｎ Y の最小値及び最大値である。式
（３）、式（４）によって配向方向と配向構造とを選択
することにより、層の繰り返し方向Ｘに対して傾いたＬ
方向に屈折率が一様になるようにでき、Ｌ方向に対して
９０°傾いた方向には屈折率の周期構造があるようにで
きる。
【００４９】第２実施形態の偏光素子１０においては、
入射光（波長λ）に対するＴＮ液晶材料Ａの光軸（Ｌ
軸）が、図１（ａ）に示すように、単一方向周期構造の
繰り返し方向（Ｘ軸方向）に対して一定の傾き（一例と
して４５度）に設定されると同時に、ＴＮ液晶材料Ｂの
光軸（Ｍ軸）に対して所定角度に設定されている。
入射光（波長λ）に対するＴＮ液晶材料Ａの光軸（Ｌ
軸）が、図１（ａ）に示すように、単一方向周期構造の
繰り返し方向（Ｘ軸方向）に対して一定の傾き（一例と
して４５度）に設定されると同時に、ＴＮ液晶材料Ｂの
光軸（Ｍ軸）に対して所定角度に設定されている。
【００５０】これにより、Ｍ偏光の感じる複屈折性によ
る偏光面の回転角とＬ偏光の感じる複屈折性による偏光
面の回転角との差が、９０°の奇数倍になる。このと
き、Ｍ偏光の偏光面とＬ偏光の偏光面の回転角が９０°
の整数倍になっていれば、直線偏光を得ることができ
る。一方、Ｍ偏光の回転角とＬ偏光の回転角が９０°の
整数倍でなくとも、回転角の差が９０°の奇数倍になっ
ていれば、そのときの出射光を４分の１波長板に通すこ
とにより、直線偏光を得ることができる。
る偏光面の回転角とＬ偏光の感じる複屈折性による偏光
面の回転角との差が、９０°の奇数倍になる。このと
き、Ｍ偏光の偏光面とＬ偏光の偏光面の回転角が９０°
の整数倍になっていれば、直線偏光を得ることができ
る。一方、Ｍ偏光の回転角とＬ偏光の回転角が９０°の
整数倍でなくとも、回転角の差が９０°の奇数倍になっ
ていれば、そのときの出射光を４分の１波長板に通すこ
とにより、直線偏光を得ることができる。
【００５１】この様な素子構造によれば、入射光に対す
るＴＮ液晶材料Ａの光軸であるＬ軸が単一方向周期構造
の繰り返し方向であるＸ軸方向に対して一定の傾き（一
例として４５度）に設定されＴＮ液晶材料Ｂの光軸であ
るＭ軸に対して所定角度に設定されるように１種類のＴ
Ｎ液晶材料Ａ，ＢのＭ軸方向の屈折率を制御することに
より、従来と同様に、入射したＭ偏光をＬ偏光に変換し
Ｌ偏光を入射時と同じ偏光状態を保ったまま透過させる
ことにより、偏光素子１０を透過した光を全てＬ偏光に
変換する偏光機能を損失無く発現できる単一方向周期構
造を実現でき、その結果、製造工程の簡便化、装置構成
の小型化、偏光素子１０の低コスト化を図ることができ
るようになるといった効果を奏する。
るＴＮ液晶材料Ａの光軸であるＬ軸が単一方向周期構造
の繰り返し方向であるＸ軸方向に対して一定の傾き（一
例として４５度）に設定されＴＮ液晶材料Ｂの光軸であ
るＭ軸に対して所定角度に設定されるように１種類のＴ
Ｎ液晶材料Ａ，ＢのＭ軸方向の屈折率を制御することに
より、従来と同様に、入射したＭ偏光をＬ偏光に変換し
Ｌ偏光を入射時と同じ偏光状態を保ったまま透過させる
ことにより、偏光素子１０を透過した光を全てＬ偏光に
変換する偏光機能を損失無く発現できる単一方向周期構
造を実現でき、その結果、製造工程の簡便化、装置構成
の小型化、偏光素子１０の低コスト化を図ることができ
るようになるといった効果を奏する。
【００５２】またＴＮ液晶材料Ａ及びＴＮ液晶材料Ｂの
光の入射面（図１（ｃ）参照）における配向方向は、配
向方向に基づいて決定される光路差Δｎｄが入射光波長
λの１／２の整数倍（Δｎｄ＝｜ｎ′ X −ｎ′ Y｜ｄ＝ｋ
λ／２、ｋは自然数）を満たすように設定されている。
光の入射面（図１（ｃ）参照）における配向方向は、配
向方向に基づいて決定される光路差Δｎｄが入射光波長
λの１／２の整数倍（Δｎｄ＝｜ｎ′ X −ｎ′ Y｜ｄ＝ｋ
λ／２、ｋは自然数）を満たすように設定されている。
【００５３】このような設定によれば、ＴＮ液晶材料Ａ
及びＴＮ液晶材料Ｂの光の入射面であるＭＬ平面におけ
る配向方向を光路差Δｎｄが入射光波長λの１／２の整
数倍を満たすように１種類のＴＮ液晶材料Ａ，ＢのＭ軸
方向の屈折率を制御することにより、従来と同様に、入
射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏
光状態を保ったまま透過させることにより、偏光素子１
０を透過した光を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失
無く発現できる単一方向周期構造を実現でき、その結
果、製造工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光素子１
０の低コスト化を図ることができるようになるといった
効果を奏する。
及びＴＮ液晶材料Ｂの光の入射面であるＭＬ平面におけ
る配向方向を光路差Δｎｄが入射光波長λの１／２の整
数倍を満たすように１種類のＴＮ液晶材料Ａ，ＢのＭ軸
方向の屈折率を制御することにより、従来と同様に、入
射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏
光状態を保ったまま透過させることにより、偏光素子１
０を透過した光を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失
無く発現できる単一方向周期構造を実現でき、その結
果、製造工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光素子１
０の低コスト化を図ることができるようになるといった
効果を奏する。
【００５４】また第２実施形態の偏光素子１０において
は、ＴＮ液晶材料Ａ及びＴＮ液晶材料Ｂの光の入射面に
おける２方向の屈折率ｎ′ X ，ｎ′ Yは、２方向の屈折率
ｎ′ X ，ｎ′ Yに基づいて決定される光路差Δｎｄが入射
光波長λの１／２の整数倍を満たすように設定されてい
る。
は、ＴＮ液晶材料Ａ及びＴＮ液晶材料Ｂの光の入射面に
おける２方向の屈折率ｎ′ X ，ｎ′ Yは、２方向の屈折率
ｎ′ X ，ｎ′ Yに基づいて決定される光路差Δｎｄが入射
光波長λの１／２の整数倍を満たすように設定されてい
る。
【００５５】いま、このような周期構造を有する偏光素
子１０のＭＬ平面に垂直（前述の所定角度の一例）に光
を入射した場合の、Ｌ軸方向の偏光（以下、Ｌ偏光と呼
ぶ）とＭ軸方向の偏光（以下Ｍ偏光）を考える。
子１０のＭＬ平面に垂直（前述の所定角度の一例）に光
を入射した場合の、Ｌ軸方向の偏光（以下、Ｌ偏光と呼
ぶ）とＭ軸方向の偏光（以下Ｍ偏光）を考える。
【００５６】このとき、Ｌ偏光及びＭ偏光においてはｔ
A＋ｔB＜λの関係が成立するので、屈折率の平均値を感
じることになる。
A＋ｔB＜λの関係が成立するので、屈折率の平均値を感
じることになる。
【００５７】また、Ｌ軸方向の屈折率は一定なのでＬ偏
光が入射時と同じ偏光状態を保ったまま偏光素子１０を
透過する。
光が入射時と同じ偏光状態を保ったまま偏光素子１０を
透過する。
【００５８】前述したように、Ｍ軸方向の屈折率は周期
性を有しているので、Ｍ偏光は構造複屈折により偏光状
態が変化する。例えば、ｔA＝ｔBの場合、ＴＮ液晶材料
ＡのＭ軸方向の屈折率をｎA、複屈折材料ＢのＭ軸方向
のの屈折率をｎBとすると、Ｘ軸方向とＹ軸方向にＭ偏
光が感じる屈折率ｎ′ X ，ｎ′ Yは、各々、ｎ′ X＝
（（１／ｎA）2＋（１／ｎB）2）-1/2，ｎ′ Y＝（ｎA 2
＋ｎB 2）1/2と表現できる。
性を有しているので、Ｍ偏光は構造複屈折により偏光状
態が変化する。例えば、ｔA＝ｔBの場合、ＴＮ液晶材料
ＡのＭ軸方向の屈折率をｎA、複屈折材料ＢのＭ軸方向
のの屈折率をｎBとすると、Ｘ軸方向とＹ軸方向にＭ偏
光が感じる屈折率ｎ′ X ，ｎ′ Yは、各々、ｎ′ X＝
（（１／ｎA）2＋（１／ｎB）2）-1/2，ｎ′ Y＝（ｎA 2
＋ｎB 2）1/2と表現できる。
【００５９】そこで第２実施形態の偏光素子１０では、
光路差Δｎｄ＝｜ｎ′ X −ｎ′ Y｜ｄ＝ｋλ／２、（ｄは
偏光素子１０の厚さ、ｋは自然数）を満たすように図１
（ａ）の偏光素子１０の厚さｄを決定している。
光路差Δｎｄ＝｜ｎ′ X −ｎ′ Y｜ｄ＝ｋλ／２、（ｄは
偏光素子１０の厚さ、ｋは自然数）を満たすように図１
（ａ）の偏光素子１０の厚さｄを決定している。
【００６０】この様な素子構造によれば、ＴＮ液晶材料
Ａ及びＴＮ液晶材料Ｂの光の入射面における２方向の屈
折率ｎ′ X ，ｎ′ Y を、光路差Δｎｄが入射光波長λの１
／２の整数倍を満たすように制御することにより、従来
と同様に、偏光素子１０に入射したＭ偏光をＬ偏光に変
換し、偏光素子１０を透過した光は全てＬ偏光に損失無
く変換できるようになり、入射したＭ偏光をＬ偏光に変
換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態を保ったまま透過さ
せることにより、偏光素子１０を透過した光を全てＬ偏
光に変換する偏光機能を損失無く発現できる単一方向周
期構造を実現でき、その結果、製造工程の簡便化、装置
構成の小型化、偏光素子１０の低コスト化を図ることが
できるようになるといった効果を奏する。
Ａ及びＴＮ液晶材料Ｂの光の入射面における２方向の屈
折率ｎ′ X ，ｎ′ Y を、光路差Δｎｄが入射光波長λの１
／２の整数倍を満たすように制御することにより、従来
と同様に、偏光素子１０に入射したＭ偏光をＬ偏光に変
換し、偏光素子１０を透過した光は全てＬ偏光に損失無
く変換できるようになり、入射したＭ偏光をＬ偏光に変
換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態を保ったまま透過さ
せることにより、偏光素子１０を透過した光を全てＬ偏
光に変換する偏光機能を損失無く発現できる単一方向周
期構造を実現でき、その結果、製造工程の簡便化、装置
構成の小型化、偏光素子１０の低コスト化を図ることが
できるようになるといった効果を奏する。
【００６１】以上説明したように、第２実施形態の偏光
素子１０によれば、１種類のＴＮ液晶材料Ａ，Ｂのみで
Ｍ軸方向の屈折率を制御して従来と同様に、入射したＭ
偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態を
保ったまま透過させることにより、偏光素子１０を透過
した光を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無く発現
できる単一方向周期構造を実現でき、その結果、製造工
程の簡便化、装置構成の小型化、偏光素子１０の低コス
ト化を図ることができるようになるといった効果を奏す
る。
素子１０によれば、１種類のＴＮ液晶材料Ａ，Ｂのみで
Ｍ軸方向の屈折率を制御して従来と同様に、入射したＭ
偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ偏光状態を
保ったまま透過させることにより、偏光素子１０を透過
した光を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無く発現
できる単一方向周期構造を実現でき、その結果、製造工
程の簡便化、装置構成の小型化、偏光素子１０の低コス
ト化を図ることができるようになるといった効果を奏す
る。
【００６２】以上説明したように、第１及び第２実施形
態の偏光素子の製造方法によれば、具体的には図２及び
図３に示すように、透明電極１３，１４に配向電圧を外
部から印加して配向電圧の向きと強度を変えて液晶分子
の向きを一定周期で交互に切り換える制御に同期させて
偏光素子１０の周期構造と同一移動距離で遮光板３０の
エッジ３０Ａ又は遮光板３０，３１のスリット２３を透
明電極１３，１４面に平行に移動し、紫外線光源２４か
らの紫外線２５を照射するといった簡便で高い位置精度
及び幅精度を有する制御を行うことにより、偏光素子１
０の偏光周期のパターニング用の光硬化制御を実行でき
るようになるので、エックス線リソグラフィ法を用いた
場合のように装置構成が大がかりとなることを回避で
き、その結果、偏光素子１０のコストアップを回避でき
るようになるといった効果を奏する。エックス線リソグ
ラフィ法を用いた場合のように装置構成が大がかりとな
ることを回避でき、その結果、偏光素子１０のコストア
ップを回避できるようになるといった効果を奏する。
態の偏光素子の製造方法によれば、具体的には図２及び
図３に示すように、透明電極１３，１４に配向電圧を外
部から印加して配向電圧の向きと強度を変えて液晶分子
の向きを一定周期で交互に切り換える制御に同期させて
偏光素子１０の周期構造と同一移動距離で遮光板３０の
エッジ３０Ａ又は遮光板３０，３１のスリット２３を透
明電極１３，１４面に平行に移動し、紫外線光源２４か
らの紫外線２５を照射するといった簡便で高い位置精度
及び幅精度を有する制御を行うことにより、偏光素子１
０の偏光周期のパターニング用の光硬化制御を実行でき
るようになるので、エックス線リソグラフィ法を用いた
場合のように装置構成が大がかりとなることを回避で
き、その結果、偏光素子１０のコストアップを回避でき
るようになるといった効果を奏する。エックス線リソグ
ラフィ法を用いた場合のように装置構成が大がかりとな
ることを回避でき、その結果、偏光素子１０のコストア
ップを回避できるようになるといった効果を奏する。
【００６３】
【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、複屈折
材料として同一種類の材料を使用して、従来と同様に、
入射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ
偏光状態を保ったまま透過させることにより、偏光素子
を透過した光を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無
く発現できる単一方向周期構造を実現でき、その結果、
製造工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光素子の低コ
スト化を図ることができるようになるといった効果を奏
する。また、請求項２に記載の発明によれば、配向構造
も同一の複屈折材料を使用して単一方向周期構造を実現
できる結果、さらに、製造工程の簡便化、装置構成の小
型化、偏光素子の低コスト化を図ることができるように
なるといった効果を奏する。
材料として同一種類の材料を使用して、従来と同様に、
入射したＭ偏光をＬ偏光に変換しＬ偏光を入射時と同じ
偏光状態を保ったまま透過させることにより、偏光素子
を透過した光を全てＬ偏光に変換する偏光機能を損失無
く発現できる単一方向周期構造を実現でき、その結果、
製造工程の簡便化、装置構成の小型化、偏光素子の低コ
スト化を図ることができるようになるといった効果を奏
する。また、請求項２に記載の発明によれば、配向構造
も同一の複屈折材料を使用して単一方向周期構造を実現
できる結果、さらに、製造工程の簡便化、装置構成の小
型化、偏光素子の低コスト化を図ることができるように
なるといった効果を奏する。
【図１】図１（ａ）は、本発明の偏光素子の実施形態を
説明するためのＸ−Ｙ平面に沿った素子断面図であり、
図１（ｂ）は、第１実施形態の分子配向状態を説明する
ための素子断面図であり、図１（ｃ）は、第２実施形態
の分子配向状態を説明するための素子断面図であり、図
１（ｄ）は、配向方向を説明するための図である。
説明するためのＸ−Ｙ平面に沿った素子断面図であり、
図１（ｂ）は、第１実施形態の分子配向状態を説明する
ための素子断面図であり、図１（ｃ）は、第２実施形態
の分子配向状態を説明するための素子断面図であり、図
１（ｄ）は、配向方向を説明するための図である。
【図２】図１の偏光素子の製造方法の第１実施形態を説
明するためのＸ−Ｚ平面に沿った素子断面図である。
明するためのＸ−Ｚ平面に沿った素子断面図である。
【図３】図１の偏光素子の製造方法の第２実施形態を説
明するためのＸ−Ｚ平面に沿った素子断面図である。
明するためのＸ−Ｚ平面に沿った素子断面図である。
【図４】従来の偏光素子を説明するためのＸ−Ｙ平面に
沿った素子断面図である。
沿った素子断面図である。
【図５】図４の偏光素子の製造方法を説明するためのＸ
−Ｚ平面に沿った素子断面図である。
−Ｚ平面に沿った素子断面図である。
１０…偏光素子
１１，１２…ガラス基板（又は透光性樹脂基板、樹脂フ
ィルム） １３，１４…透明電極 １５，１６…配向膜 １７，１８…スペーサ ２０…光硬化後の紫外線硬化樹脂と液晶との混合物（又
は紫外線硬化性液晶） ２１…光硬化前の紫外線硬化樹脂と液晶との混合物（又
は紫外線硬化性液晶） ２３…スリット ２４…紫外線光源 ２５…紫外線 ３０，３１…遮光板 Ａ…第１種複屈折材料 Ｂ…第２種複屈折材料
ィルム） １３，１４…透明電極 １５，１６…配向膜 １７，１８…スペーサ ２０…光硬化後の紫外線硬化樹脂と液晶との混合物（又
は紫外線硬化性液晶） ２１…光硬化前の紫外線硬化樹脂と液晶との混合物（又
は紫外線硬化性液晶） ２３…スリット ２４…紫外線光源 ２５…紫外線 ３０，３１…遮光板 Ａ…第１種複屈折材料 Ｂ…第２種複屈折材料
Claims (2)
- 【請求項１】 同一種類の複屈折材料であって配向方向
が異なる第１種複屈折材料と第２種複屈折材料とがＸＹ
Ｚ座標のＸ軸方向に対して交互に繰り返されて成る単一
方向周期構造を有すると共に、当該単一方向周期構造の
単位周期を形成する第１種複屈折材料の厚さと第２種複
屈折材料の厚さとの和がＸＹ面への入射光の波長よりも
十分小さくなるように設定された偏光素子において、 前記両複屈折材料の前記ＸＹ面内のＸ軸方向及びＹ軸方
向の屈折率に基づき決定される光路差が２分の１波長の
整数倍に等しく、かつ前記Ｘ軸に対して傾いている前記
一方の複屈折材料の光軸方向において屈折率が一様にな
り、前記光軸方向に対して９０°傾いている方向におい
て屈折率が周期構造を持つように、前記両複屈折材料の
前記ＸＹ面内のＸ軸方向及びＹ軸方向の屈折率が、前記
両複屈折材料の配向方向のＸ軸に対する傾きと、Ｚ軸に
対する傾きと、前記複屈折材料の前記ＸＹＺ座標の各軸
方向の屈折率とによってそれぞれ決定され、前記第１種
複屈折材料と前記第２種複屈折材料との配向方向が異な
らされている ことを特徴とする偏光素子。 - 【請求項２】 前記両複屈折材料が同一種類の配向構造
を有することを特徴とする請求項１記載の偏光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16094798A JP3483115B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 偏光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16094798A JP3483115B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 偏光素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11352327A JPH11352327A (ja) | 1999-12-24 |
| JP3483115B2 true JP3483115B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=15725661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16094798A Expired - Fee Related JP3483115B2 (ja) | 1998-06-09 | 1998-06-09 | 偏光素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3483115B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7310463B2 (en) | 2002-09-09 | 2007-12-18 | Kyocera Corporation | Optical structural body, its manufacturing method and optical element |
-
1998
- 1998-06-09 JP JP16094798A patent/JP3483115B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11352327A (ja) | 1999-12-24 |
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