JPH01274103A - 偏光素子 - Google Patents
偏光素子Info
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- JPH01274103A JPH01274103A JP10483088A JP10483088A JPH01274103A JP H01274103 A JPH01274103 A JP H01274103A JP 10483088 A JP10483088 A JP 10483088A JP 10483088 A JP10483088 A JP 10483088A JP H01274103 A JPH01274103 A JP H01274103A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は表示体、光検出器等に有用な光の透過率の高い
偏光素子の構成に関する。
偏光素子の構成に関する。
[従来の技術]
従来の偏光素子は例えば、光学的測定(飯田修−他編集
、朝食書店)P414に記載の如く、グラントムソンプ
リズム等複屈折性結晶プリズムを組合わせた物、叉は光
吸収の二色性を利用した延伸配向フィルムが代表的であ
った。
、朝食書店)P414に記載の如く、グラントムソンプ
リズム等複屈折性結晶プリズムを組合わせた物、叉は光
吸収の二色性を利用した延伸配向フィルムが代表的であ
った。
[発明が解決しようとする課題]
しかし、上記配向フィルムタイプは、本質的に光吸収の
二色性を利用しているために、偏光度の高いものは絶対
透過率が低く、高精細な液晶表示体や、高感度な偏光検
出器に用いる場合には、1゜大出力の光源が必要となる
、2.偏光素子が発熱により破壊する等の課題を有して
いた。叉結晶プリズムタイプは受光面の大きさとほぼ等
しいか叉はそれ以上の奥行きを要し、3.配置上扱いに
くい、40組み込んだシステムが重い、50価格が高い
等の課題を有していた。
二色性を利用しているために、偏光度の高いものは絶対
透過率が低く、高精細な液晶表示体や、高感度な偏光検
出器に用いる場合には、1゜大出力の光源が必要となる
、2.偏光素子が発熱により破壊する等の課題を有して
いた。叉結晶プリズムタイプは受光面の大きさとほぼ等
しいか叉はそれ以上の奥行きを要し、3.配置上扱いに
くい、40組み込んだシステムが重い、50価格が高い
等の課題を有していた。
本発明の目的はかかる課題を解決すべく吸収が本質的に
なく明るく、コンパクトで、安価な偏光素子を提供する
点にある。
なく明るく、コンパクトで、安価な偏光素子を提供する
点にある。
[課題を解決するための手段]
本発明の偏光素子は、光学的一軸性材料の表面を、その
光学主軸に垂直な面内に曲率を持たせた複屈折レンズ、
及び該複屈折レンズの一方の焦線近傍に選択的に開口部
を設けた旋光層、から成る単位を同一面内に複数配置し
た事を特徴とする。
光学主軸に垂直な面内に曲率を持たせた複屈折レンズ、
及び該複屈折レンズの一方の焦線近傍に選択的に開口部
を設けた旋光層、から成る単位を同一面内に複数配置し
た事を特徴とする。
一般にランプ等のインコヒーレントな光源からの光は任
意の偏光面からなる自然偏光で、直交する二つの成分く
例えばPx、Py)に等測的に分けることができる。P
x酸成分利用する場合、Pyを吸収により除去するか、
偏光ビームスプリッタ−等によりpyを光路より分離し
てやることが必要であり、このままでは光強度は1/2
以下になってしまう。そこで、本質的に光減少の少ない
偏光素子は、−度光束を複屈折レンズにより分離した後
、一方のみを選択的に位相差を与えて90度旋回し、両
者を再度空間的に合成することで得られる。その際、該
複屈折レンズと旋光層の単位を複数配置することにより
、小型で均一性のよいシステムが得られる。
意の偏光面からなる自然偏光で、直交する二つの成分く
例えばPx、Py)に等測的に分けることができる。P
x酸成分利用する場合、Pyを吸収により除去するか、
偏光ビームスプリッタ−等によりpyを光路より分離し
てやることが必要であり、このままでは光強度は1/2
以下になってしまう。そこで、本質的に光減少の少ない
偏光素子は、−度光束を複屈折レンズにより分離した後
、一方のみを選択的に位相差を与えて90度旋回し、両
者を再度空間的に合成することで得られる。その際、該
複屈折レンズと旋光層の単位を複数配置することにより
、小型で均一性のよいシステムが得られる。
[作用〕
第一図は本発明の詳細な説明する為の原理図である。X
方向に一軸配向させ、その光学主軸に垂直な面内に曲率
を持たせた複屈折レンズ101へY方向に入射した自然
光102は等測的にX、 Y方向に偏光した平面波P
x(破rJ)、Pz(実線)の集りとみなせる。上記複
屈折レンズ内に於いては、各々に対し異なる屈折率Nx
、Nzが存在し、界面103により異なる屈折を受ける
。該複屈折レンズが凸レンズの場合、レンズの外側の媒
体が空気等のレンズ媒体より屈折率の小さなもので、且
つNx<Nzの場合にはPzの方が大きな屈折を受ける
ことになる。一般にレンズの像側有効焦点距離: f”
は、オグトロニクス1983.No。
方向に一軸配向させ、その光学主軸に垂直な面内に曲率
を持たせた複屈折レンズ101へY方向に入射した自然
光102は等測的にX、 Y方向に偏光した平面波P
x(破rJ)、Pz(実線)の集りとみなせる。上記複
屈折レンズ内に於いては、各々に対し異なる屈折率Nx
、Nzが存在し、界面103により異なる屈折を受ける
。該複屈折レンズが凸レンズの場合、レンズの外側の媒
体が空気等のレンズ媒体より屈折率の小さなもので、且
つNx<Nzの場合にはPzの方が大きな屈折を受ける
ことになる。一般にレンズの像側有効焦点距離: f”
は、オグトロニクス1983.No。
10、P2Oに記載の如く、例えば空気中に置かれた平
凸レンズの場合次式で与えられる。
凸レンズの場合次式で与えられる。
f”=r2/(1−n) (1)(但しr2
は凸面の曲率半径、nはレンズの屈折率を示す。) Pzの焦点Fzの近傍には、微小な開口部104を有す
る1/2波長板よりなる旋光Jil 05がその光学主
軸をXY面内に於てX(叉はZ)軸より45度傾けて置
かれている。Pz酸成分開口部に集光されるため偏光面
は保持されるが、Px酸成分上記開口部を透過する微小
量を除き、大半の成分は1/2波長の位相差を受け90
度の旋回によりPz酸成分変換される。レンズ形状がシ
リンドリカルな場合、レンズ径2d、開口径2aとする
と、旋光層105の後方に於けるPx、Pz両酸成分強
度割合Qx、Qzは次式で与えられる。
は凸面の曲率半径、nはレンズの屈折率を示す。) Pzの焦点Fzの近傍には、微小な開口部104を有す
る1/2波長板よりなる旋光Jil 05がその光学主
軸をXY面内に於てX(叉はZ)軸より45度傾けて置
かれている。Pz酸成分開口部に集光されるため偏光面
は保持されるが、Px酸成分上記開口部を透過する微小
量を除き、大半の成分は1/2波長の位相差を受け90
度の旋回によりPz酸成分変換される。レンズ形状がシ
リンドリカルな場合、レンズ径2d、開口径2aとする
と、旋光層105の後方に於けるPx、Pz両酸成分強
度割合Qx、Qzは次式で与えられる。
Qx=50*a/d (2)Qy=50*
(2−a/d) (3)例えば、a/d=0.
1に於いて、Qyは95という大きな値となる。
(2−a/d) (3)例えば、a/d=0.
1に於いて、Qyは95という大きな値となる。
一方第二図は第一図に記載のレンズ101と旋光層10
5の単位を多数アレイ状に並べた場合の全体構成を示す
。各単位からの光束は重なりあってほとんど−様なPz
偏向が得られる。叉偏光度を高める為に後方にPz偏光
を透過する通常の偏光板、又は偏光素子201を設置す
ると効果的である。以下実施例に基すき本発明の偏光素
Tを説明する。
5の単位を多数アレイ状に並べた場合の全体構成を示す
。各単位からの光束は重なりあってほとんど−様なPz
偏向が得られる。叉偏光度を高める為に後方にPz偏光
を透過する通常の偏光板、又は偏光素子201を設置す
ると効果的である。以下実施例に基すき本発明の偏光素
Tを説明する。
[実施例]
実施例1
第三図は本発明の一実施例である複屈折レンズとしてネ
マチック液晶層セルを用いた場合の構成の斜視図である
。透明基板301と、シリンドリカルな凹面アレイ30
2を有する透明基板303の間にネマチック液晶304
をY方向に一軸配向させて挟持した複屈折レンズアレイ
と、該複屈折レンズアレイの光軸上焦線近傍に開口部1
04を設けたポリカーボネイト(pc)製1/2波長板
105を透明支持基板305に固定した旋光層より成る
。液晶層の最大厚みは約19μ、液晶には複屈折性の大
きなシアノビフェニル系混合物を用いた。叉凹面アレイ
のピッチは0. 5mm、 凹面の曲率寥径は約14
.3mmである。シリンドリカルアレイの基板には加工
性がよく、屈折率が小さいアクリルを用いた。
マチック液晶層セルを用いた場合の構成の斜視図である
。透明基板301と、シリンドリカルな凹面アレイ30
2を有する透明基板303の間にネマチック液晶304
をY方向に一軸配向させて挟持した複屈折レンズアレイ
と、該複屈折レンズアレイの光軸上焦線近傍に開口部1
04を設けたポリカーボネイト(pc)製1/2波長板
105を透明支持基板305に固定した旋光層より成る
。液晶層の最大厚みは約19μ、液晶には複屈折性の大
きなシアノビフェニル系混合物を用いた。叉凹面アレイ
のピッチは0. 5mm、 凹面の曲率寥径は約14
.3mmである。シリンドリカルアレイの基板には加工
性がよく、屈折率が小さいアクリルを用いた。
第四図は前記構成の1単位に、X、Z方向に偏光した平
面波Px、Pzを垂直入射させた場合の代表的光線の軌
跡を示す。実線106がPx、破線107がPzを示す
。液晶層に入射したPx。
面波Px、Pzを垂直入射させた場合の代表的光線の軌
跡を示す。実線106がPx、破線107がPzを示す
。液晶層に入射したPx。
Pzは各々ネマチック液晶層の常光、異常光の屈折率N
x、Nzを感じる。凹状界面302に於いて、入射角θ
i、出射角θ0は5nellの法則により互いに関係づ
けられる。Px、Pzに対する出射角θOX、 θO
Zは次式で与えられる。
x、Nzを感じる。凹状界面302に於いて、入射角θ
i、出射角θ0は5nellの法則により互いに関係づ
けられる。Px、Pzに対する出射角θOX、 θO
Zは次式で与えられる。
(但しNoは第二の透明基板の屈折率比ある。)一方θ
iは凹面の曲率半径:r2、レンズの口径: 2dとす
ると次式で与えられる。
iは凹面の曲率半径:r2、レンズの口径: 2dとす
ると次式で与えられる。
sin θi = d / r 2 (
6)シアノビフェニル系液晶ではNx>Nzであり(4
)、 (5)式からθOX>θozとなり、PX10
6が手前に集光され旋光層105の置かれた面内ではP
xとPzは空間的に分離される。旋光層の位置はPzO
焦線画線面よいが、素子の厚み等から手前のPxにあわ
せる方が好ましい。
6)シアノビフェニル系液晶ではNx>Nzであり(4
)、 (5)式からθOX>θozとなり、PX10
6が手前に集光され旋光層105の置かれた面内ではP
xとPzは空間的に分離される。旋光層の位置はPzO
焦線画線面よいが、素子の厚み等から手前のPxにあわ
せる方が好ましい。
旋光層の開口部104はPCをガラス基板に接着又は圧
着後、幅50μのストライプ状に加熱除去、叉は選択溶
出等により形成した。この結果、直線偏光板201の後
方401でPx、Pzに対する透過率を測定したところ
、各々5%、70%であった。叉液晶層の厚みの制御を
うまくすることにより100mmサイズの物は比較的容
易に作ることが可能であった。
着後、幅50μのストライプ状に加熱除去、叉は選択溶
出等により形成した。この結果、直線偏光板201の後
方401でPx、Pzに対する透過率を測定したところ
、各々5%、70%であった。叉液晶層の厚みの制御を
うまくすることにより100mmサイズの物は比較的容
易に作ることが可能であった。
本実施例に用いた材料の589nmに於ける屈折率の値
を表1に示す。
を表1に示す。
表 1゜
実施例2
複屈折レンズとしてPC叉はポリビニルアルコール(P
VA)に可視部に吸収の無い電子分極のおおきな分子を
分散等により含有させたポリマーを、射出等によりレン
チキュラー状に成形後一軸的に延伸した物を用いた。構
造は第一図と同じである。この場合複屈折の値はPCで
0.001、PVAで0.1程度と小さく、光束の分離
度が悪いがPzに対し実施例1と同様の効果が認められ
た。
VA)に可視部に吸収の無い電子分極のおおきな分子を
分散等により含有させたポリマーを、射出等によりレン
チキュラー状に成形後一軸的に延伸した物を用いた。構
造は第一図と同じである。この場合複屈折の値はPCで
0.001、PVAで0.1程度と小さく、光束の分離
度が悪いがPzに対し実施例1と同様の効果が認められ
た。
上記実施例では光学的一軸性材料としてネマッチク液晶
、PC,PVAを用いたが、その他配向性の高い材料と
して液晶ポリマー等も有用である 。
、PC,PVAを用いたが、その他配向性の高い材料と
して液晶ポリマー等も有用である 。
ことは自明である。
[発明の効果]
以上実施例からも明らかなように本発明によれば、光学
的一軸性材料の表面を、その光学主軸に垂直な面内に曲
率を持たせた複屈折レンズ、及び該複屈折レンズの一方
の焦線近傍に選択的に開口部を設けた旋光層、から成る
弔位を、同一面内に複数配置したことにより、従来の約
1/2の光清の光源で同じ明るさが得られ、且つコンパ
クトで、吸収による発熱も少なく、大面積の偏光素子の
提供が可能となる。これにより従来、暗く見にくかった
液晶デイスプレィや、感度が問題であったアレイ状の偏
光検出器等の発展に大きく寄与するものと確信する。
的一軸性材料の表面を、その光学主軸に垂直な面内に曲
率を持たせた複屈折レンズ、及び該複屈折レンズの一方
の焦線近傍に選択的に開口部を設けた旋光層、から成る
弔位を、同一面内に複数配置したことにより、従来の約
1/2の光清の光源で同じ明るさが得られ、且つコンパ
クトで、吸収による発熱も少なく、大面積の偏光素子の
提供が可能となる。これにより従来、暗く見にくかった
液晶デイスプレィや、感度が問題であったアレイ状の偏
光検出器等の発展に大きく寄与するものと確信する。
第1図は本発明の偏光素子の作用を説明する原理図。
第2図は本発明の偏光素子の全体図。
第3図は本発明の液晶を用いた構成の斜視図。
第4図は本発明の偏光素子に於ける代表的光線の軌跡図
。 101 複屈折レンズ 104 開口部 105 1/2波長板 201 直線偏光板 303 シリンドリカルアレイ基板 304 ネマチック液晶 305 透明支持基板 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 上柳雅誉(他1名) 第1図 蕗2図
。 101 複屈折レンズ 104 開口部 105 1/2波長板 201 直線偏光板 303 シリンドリカルアレイ基板 304 ネマチック液晶 305 透明支持基板 以上 出願人 セイコーエプソン株式会社 代理人 弁理士 上柳雅誉(他1名) 第1図 蕗2図
Claims (1)
- 光学的一軸性材料の表面を、その光学主軸に垂直な面内
に曲率を持たせた複屈折レンズ、及び該複屈折レンズの
一方の焦線近傍に選択的に開口部を設けた旋光層、から
成る単位を、同一面内に複数配置したことを特徴とする
偏光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63104830A JP2671376B2 (ja) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | 偏光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63104830A JP2671376B2 (ja) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | 偏光素子 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01274103A true JPH01274103A (ja) | 1989-11-01 |
JP2671376B2 JP2671376B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=14391294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63104830A Expired - Lifetime JP2671376B2 (ja) | 1988-04-27 | 1988-04-27 | 偏光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2671376B2 (ja) |
-
1988
- 1988-04-27 JP JP63104830A patent/JP2671376B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2671376B2 (ja) | 1997-10-29 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |