JP6265901B2 - 広帯域偏光変換のためのマルチツイストリターダ光学素子および関連製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2007年4月16日に出願された「Low−Twist Chiral Liquid Crystal Polarization Gratings and Related Fabrication Methods」と題する米国仮特許出願第60/912,044号の優先権を主張する、2008年4月16日の国際出願日を有するPCT国際出願PCT/US2008/004888号の米国特許法第371条による国内段階出願である、米国特許出願第12/596,189号の一部係属出願であり、これらの開示を、それらの全体が記載されているように、引用することにより本明細書の一部となすものとする。本出願はまた、米国特許法第119条に基づく、2011年10月7日に出願された「Multi−Twist Retarders For Broadband Polarization Transformation And Related Fabrication Methods」と題する米国仮特許出願第61/544,936号に対する優先権をも主張し、この開示を、引用することにより本明細書の一部となすものとする。
本発明は、偏光変換および関連システムに関する。
TMTR=TM...T2T1 (6)
であり、出力偏光はSo=TMTRSiとして求めることができ、ここで、So(λ)およびSi(λ)はそれぞれ各波長についての入力偏光および出力偏光のストークスベクトルである。S=(S0,S1,S2,S3)Tは、いくつかの手法を使用して測定することができる。MTRは一様でないプロファイルの一軸複屈折性を有し得るため、それらは、概して全体的に見ると一軸でも二軸でもないものであり得る。それにもかかわらず、有効遅延および光軸方向は、ストークス出力を、同じ入力偏光に対する、標準の一様なリターダから予測されるものと比較することによって、構造全体について計算することができる。
なお、出願当初の特許請求の範囲の記載は以下の通りである。
請求項1:
第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層であって、それぞれのローカル光軸が、該第1の層および第2の層のそれぞれの厚さにわたってそれぞれのねじれ角で回転されており、該第1の層と第2の層との間の界面に沿って整列されている、第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層を備え、
前記それぞれのねじれ角および/または前記それぞれの厚さは異なっており、前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層の前記それぞれのローカル光軸は、それらの間の前記界面に沿った方向において非周期的である、光学素子。
請求項2:
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層は、それぞれ、通過する光の伝播方向を実質的に変更することなく偏光を変更するように構成されている光学リターダ層を備える、請求項1に記載の光学素子。
請求項3:
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層の前記それぞれのローカル光軸は、それらの間の前記界面に沿った方向において実質的に均一である、請求項1に記載の光学素子。
請求項4:
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層は、互いの上に直接、積層されており、一体構造を画定している、請求項3に記載の光学素子。
請求項5:
実質的に均一な配向状態を内部に有する配向面をさらに備え、
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層のうちの一方は、その前記それぞれのローカル光軸が前記配向状態に従って整列されるように、前記配向面の直接上にある、請求項4に記載の光学素子。
請求項6:
前記それぞれのねじれ角は同じねじれ方向を有する、請求項4に記載の光学素子。
請求項7:
前記それぞれのねじれ角は大きさが実質的に等しく、ねじれ方向が反対である、請求項4に記載の光学素子。
請求項8:
前記それぞれのねじれ角は異なっており、前記ねじれ角の一方は非ゼロである、請求項4に記載の光学素子。
請求項9:
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層の前記それぞれのローカル光軸は、それらの間の前記界面に沿った方向において連続的に変化する、請求項1に記載の光学素子。
請求項10:
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層は、それぞれ第1の隣接領域および第2の隣接領域を含んでおり、
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層の前記それぞれのローカル光軸は、それらの間の前記界面に沿って前記第1の領域および第2の領域の各々において実質的に均一であり、前記第1の領域および第2の領域内の前記それぞれのローカル光軸は異なっている、請求項1に記載の光学素子。
請求項11:
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層は、第1の液晶層およびその上に積層されている第2の液晶層を備え、
前記第1の液晶層および第2の液晶層のそれぞれの分子配向は、それらの間の前記界面に沿って整列され、前記第1の液晶層および第2の液晶層のすくなくとも一方はキラル層である、請求項1に記載の光学素子。
請求項12:
前記第1の液晶層および第2の液晶層のうちの少なくとも一方は、重合液晶層である、請求項11に記載の光学素子。
請求項13:
前記第1の液晶層および第2の液晶層のうちのもう一方は、切替可能液晶層である、請求項12に記載の光学素子。
請求項14:
前記第2の液晶層上に積層されている第3のキラル液晶層をさらに備える、請求項12に記載の光学素子。
請求項15:
直線偏光子をさらに備え、
前記第1の光学層および第2の光学層は、それらの間の配向層または接着層によって、前記直線偏光子上に積層されている、請求項1に記載の光学素子。
請求項16:
前記第1の光学層および第2の光学層の前記それぞれのねじれ角および/または厚さは、約200nm以上の広帯域波長範囲にわたって実質的に無彩色である2分の1波長遅延を提供するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。
請求項17:
前記第1の光学層および第2の光学層の前記それぞれのねじれ角および/または厚さは、約200nm以上の広帯域波長範囲にわたって実質的に無彩色である4分の1波長遅延を提供するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。
請求項18:
第1の複屈折層を提供するステップと、
前記第1の複屈折層上に第2の複屈折層を提供するステップと
を含み、
前記第1の複屈折層および第2の複屈折層は、それらのそれぞれの厚さにわたってそれぞれのねじれ角で回転されており、それらの間の界面に沿って整列されているそれぞれのローカル光軸を有し、
前記それぞれのねじれ角および/または前記それぞれの厚さは異なっており、
前記第1の複屈折層および第2の複屈折層の前記それぞれのローカル光軸は、それらの間の前記界面に沿った方向において非周期的である、光学素子を製造する方法。
請求項19:
前記第1の複屈折層および第2の複屈折層は、それぞれ、通過する光の伝播方向を実質的に変更することなく偏光を変更するように構成されている光学リターダ層を含む、請求項18に記載の方法。
請求項20:
前記第1の複屈折層および第2の複屈折層の前記それぞれのローカル光軸は、それらの間の前記界面に沿った方向において実質的に均一である、請求項18に記載の方法。
請求項21:
前記第1の複屈折層および第2の複屈折層は、一体構造を画定している、請求項18に記載の方法。
請求項22:
前記第1の複屈折層および第2の複屈折層は液晶層を含み、
前記第2の複屈折層を提供するステップは、前記第2の複屈折層のそれぞれの分子配向が、それらの間の前記界面に沿って前記第1の複屈折層のそれぞれの分子配向に従って整列されるよう、前記第2の複屈折層を前記第1の複屈折層の上に直接、形成するステップを含む、請求項21に記載の方法。
請求項23:
前記第2の複屈折層を形成するステップの前に、
非周期的な配向状態を有する配向面を形成するステップと、
前記第1の複屈折層の前記それぞれの分子配向が、前記配向状態に従って前記配向面との界面に沿って整列されるように、前記第1の複屈折層を前記配向面の上に直接、形成するステップと
をさらに含む、請求項22に記載の方法。
請求項24:
前記第1の複屈折層および第2の複屈折層のうちの少なくとも一方は、キラル液晶層である、請求項22に記載の方法。
請求項25:
前記第1の複屈折層は重合液晶層を含み、
前記方法は、前記第1の複屈折層の上に前記第2の複屈折層を形成する前に、前記第1の複屈折層を前記配向面上に光重合するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
請求項26:
第3の液晶層を、そのそれぞれの分子配向が、前記第2の複屈折層と前記第3の液晶層と間の界面に沿って前記第2の複屈折層の前記それぞれの分子配向に従って整列されるように、前記第2の複屈折層の上に直接、形成するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
請求項27:
前記配向面を形成するステップは、連続的に変化する配向状態を含むように前記配向面を形成するステップを含む、請求項23に記載の方法。
請求項28:
前記配向面を形成するステップは、前記配向面を、その隣接する第1の領域および第2の領域において実質的に均一な配向状態を含むように形成するステップを含み、
前記配向面の前記第1の領域および第2の領域内の前記実質的に均一な配向状態は異なっている、請求項23に記載の方法。
Claims (24)
- 第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層であって、それぞれのローカル光軸が、該第1の層および第2の層のそれぞれの厚さにわたってそれぞれのねじれ角で回転されており、該第1の層と第2の層との間の界面に沿って整列されている、第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層を備え、
前記それぞれのねじれ角は、0度から、前記第1の積層複屈折層と前記第2の積層複屈折層のそれぞれの位相遅延角までの範囲であり、前記それぞれのねじれ角および/または前記それぞれの厚さは異なっており、前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層の前記それぞれのローカル光軸は、それらの間の前記界面に沿った方向において非周期的であり変化する、光学素子。 - 前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層は、それぞれ、通過する光の伝播方向を実質的に変更することなく偏光を変更するように構成されている光学リターダ層を備える、請求項1に記載の光学素子。
- 前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層は、互いの上に直接、積層されており、一体構造を画定している、請求項1に記載の光学素子。
- 非周期的な配向状態を内部に有する配向面をさらに備え、
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層のうちの一方は、その前記それぞれのローカル光軸が前記配向状態に従って整列されるように、前記配向面の直接上にある、請求項3に記載の光学素子。 - 前記それぞれのねじれ角は同じねじれ方向を有する、請求項3に記載の光学素子。
- 前記それぞれのねじれ角は大きさが実質的に等しく、ねじれ方向が反対である、請求項3に記載の光学素子。
- 前記それぞれのねじれ角は異なっており、前記ねじれ角の一方は非ゼロである、請求項3に記載の光学素子。
- 前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層の前記それぞれのローカル光軸の配向は、それらの間の前記界面に沿った方向において連続的に変化する、請求項1に記載の光学素子。
- 前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層は、第1の液晶層およびその上に積層されている第2の液晶層を備え、
前記第1の液晶層および第2の液晶層のそれぞれの分子配向は、それらの間の前記界面に沿って整列され、前記第1の液晶層および第2の液晶層のすくなくとも一方はキラル層である、請求項1に記載の光学素子。 - 前記第1の液晶層および第2の液晶層のうちの少なくとも一方は、重合液晶層である、請求項9に記載の光学素子。
- 前記第1の液晶層および第2の液晶層のうちのもう一方は、切替可能液晶層である、請求項10に記載の光学素子。
- 前記第2の液晶層上に積層されている第3のキラル液晶層をさらに備える、請求項10に記載の光学素子。
- 直線偏光子をさらに備え、
前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層は、それらの間の配向層または接着層によって、前記直線偏光子上に積層されている、請求項1に記載の光学素子。 - 前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層の前記それぞれのねじれ角および/または厚さは、約200nm以上の広帯域波長範囲にわたって実質的に無彩色である2分の1波長遅延を提供するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。
- 前記第1の積層複屈折層および第2の積層複屈折層の前記それぞれのねじれ角および/または厚さは、約200nm以上の広帯域波長範囲にわたって実質的に無彩色である4分の1波長遅延を提供するように構成されている、請求項1に記載の光学素子。
- 第1の複屈折層を提供するステップと、
前記第1の複屈折層上に第2の複屈折層を提供するステップと
を含み、
前記第1の複屈折層および第2の複屈折層は、それらのそれぞれの厚さにわたってそれぞれのねじれ角で回転されており、それらの間の界面に沿って整列されているそれぞれのローカル光軸を有し、
前記それぞれのねじれ角は、0度から、前記第1の積層複屈折層と前記第2の積層複屈折層のそれぞれの位相遅延角までの範囲であり、
前記それぞれのねじれ角および/または前記それぞれの厚さは異なっており、
前記第1の複屈折層および第2の複屈折層の前記それぞれのローカル光軸は、それらの間の前記界面に沿った方向において非周期的であり変化する、光学素子を製造する方法。 - 前記第1の複屈折層および第2の複屈折層は、それぞれ、通過する光の伝播方向を実質的に変更することなく偏光を変更するように構成されている光学リターダ層を含む、請求項16に記載の方法。
- 前記第1の複屈折層および第2の複屈折層は、一体構造を画定している、請求項16に記載の方法。
- 前記第1の複屈折層および第2の複屈折層は液晶層を含み、
前記第2の複屈折層を提供するステップは、前記第2の複屈折層のそれぞれの分子配向が、それらの間の前記界面に沿って前記第1の複屈折層のそれぞれの分子配向に従って整列されるよう、前記第2の複屈折層を前記第1の複屈折層の上に直接、形成するステップを含む、請求項18に記載の方法。 - 前記第2の複屈折層を形成するステップの前に、
非周期的な配向状態を有する配向面を形成するステップと、
前記第1の複屈折層の前記それぞれの分子配向が、前記配向状態に従って前記配向面との界面に沿って整列されるように、前記第1の複屈折層を前記配向面の上に直接、形成するステップと
をさらに含む、請求項19に記載の方法。 - 前記第1の複屈折層および第2の複屈折層のうちの少なくとも一方は、キラル液晶層である、請求項19に記載の方法。
- 前記第1の複屈折層は重合液晶層を含み、
前記方法は、前記第1の複屈折層の上に前記第2の複屈折層を形成する前に、前記第1の複屈折層を前記配向面上に光重合するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。 - 第3の液晶層を、そのそれぞれの分子配向が、前記第2の複屈折層と前記第3の液晶層と間の界面に沿って前記第2の複屈折層の前記それぞれの分子配向に従って整列されるように、前記第2の複屈折層の上に直接、形成するステップをさらに含む、請求項19に記載の方法。
- 前記配向面を形成するステップは、連続的に変化する配向状態を含むように前記配向面を形成するステップを含み、
前記第1の複屈折層は、前記それぞれの分子配向が前記配向面との界面に沿って連続的に変化するように、前記配向面の上に直接形成される、請求項20に記載の方法。
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