JPH10213709A - 広帯域コレステリック光学デバイス、並びにそれを用いた偏光子、フィルタ、液晶装置、及び偏光ビームスプリッタ - Google Patents

広帯域コレステリック光学デバイス、並びにそれを用いた偏光子、フィルタ、液晶装置、及び偏光ビームスプリッタ

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JPH10213709A JP10008751A JP875198A JPH10213709A JP H10213709 A JPH10213709 A JP H10213709A JP 10008751 A JP10008751 A JP 10008751A JP 875198 A JP875198 A JP 875198A JP H10213709 A JPH10213709 A JP H10213709A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 広帯域コレステリック層の波長に依存するオ
フ軸複屈折を低減或いは補償することにより、光学的特
性の入射角及び／或いは出射角に対する依存性を実質的
に低減し、比較的広い入射角範囲及び／或いは出射角範
囲に渡って改善された特性を示す広帯域コレステリック
光学デバイスを提供する。 【解決手段】 偏光子や分光フィルタのような広帯域コ
レステリック光学デバイスは、広帯域コレステリック層
１を備えている。この層１は、例えば、コレステリック
ピッチが膜１のある面２からもう一方の面３に向かって
単調増加する、グレーデッドピッチ型である。オフ軸特
性を改善するために、補償器が、膜に対して実質的に垂
直な光軸を有する正の複屈折膜８として設けられる。ま
た、やはり膜に対して垂直な光軸を有する負の複屈折層
９も設けられ得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、偏光子、
フィルタ、液晶装置、及び偏光ビームスプリッタに用い
られる広帯域コレステリック光学デバイスに関する。こ
のようなデバイスは、液晶ディスプレイのようなディス
プレイにおいて用いられ、カラーフィルタ或いはノッチ
フィルタとしても用いられる。また、このようなデバイ
スは、ヘッド内蔵ディスプレイ、光学・電子測定システ
ム及びセンシングシステム、補償器において用いられ、
高フラックスのアプリケーションでも用いられる。
【０００２】
【従来の技術】この技術分野ではよく知られているよう
に、コレステリック液晶は、ディレクターがその材料を
通して旋回し、螺旋構造を形成する液晶である。「コレ
ステリック」という用語は、「カイラルネマティック」
と同義である。
【０００３】欧州特許出願公開公報第0 720 041号は、
それぞれ異なる規定された分光帯域において活性化する
いくつかの層を備えた、パターン化されたコレステリッ
クカラーフィルタ及び偏光子を開示している。
【０００４】欧州特許出願公開公報第0 634 674号は、
直視ディスプレイ用の分光及び角度帯域幅が広い背面偏
光子を開示している。このような広帯域偏光子は、高複
屈折コレステリック材料を用いることによって、或いは
低複屈折コレステリック膜の積層体を用いることによっ
て、構成される。
【０００５】欧州特許出願公開公報第0 606 940号は、
偏光子の帯域幅を広げるための紫外線（ＵＶ）強度プロ
ファイルと拡散との組み合わせを用いて作られる広帯域
コレステリック偏光子を開示している。この強度プロフ
ァイルは、コレステリック材料及びホトイニシエータの
吸収の和の最大値が存在する範囲内の重合波長を用いる
ことによって、得られる。或いは、適切なＵＶ吸収性染
料をコレステリック混合物に添加してもよい。この偏光
子は、一方の表面から他方の表面へ単調変化する、グレ
ーデッドピッチ構造を備えている。
【０００６】特に示されてはいないが、同様のオフ軸複
屈折効果は、各反射層の後ろに厚いコレステリック層を
設けても得られる。
【０００７】「Optics of cholesteric liquid crystal
s」、V.A. Belyakovら、Sov. Phys.Usp. 22(2)、第63〜
88頁、1979年2月、及び「Optical properties of the i
nterface between a twisted liquid crystal and an i
sotropic transparent medium」、G. Jolyら、J. Optic
s、vol.25、第177〜186頁 (1994)は、単一ピッチのコレ
ステリック膜について、反射光及び透過光の偏光状態が
波長と照射角度とに対して複合的な依存性を有すること
を開示している。より広い反射帯域幅を実現するグレー
デッドピッチコレステリック膜の場合、角度依存性はさ
らに複雑になるが、これまでのところ研究されていな
い。「Theory of light reflection bycholesteric liq
uid crystals possesing a pitch gradient」、L.E. Ha
jdoら、J. Opt. Soc. Am.、vol.69、No.7、1979年7月
は、通常の入射状態のみを考えている。
【０００８】国際公開公報第WO96/02016号は、広帯域コ
レステリック偏光子を備えた液晶装置（ＬＣＤ）用のバ
ックライト照射システムを開示している。この特許は、
最大のピッチが照射源に最も近くなるようにコレステリ
ック液晶ポリマ（ＣＬＣＰ）偏光子を配向させることに
よって、改善されたオフ軸特性が実現され得ることを開
示している。また、光を直線偏光状態に変換すると共に
オフ軸特性をさらに改善するためには、負の複屈折を有
する４分の１波長板を用いてもよい。
【０００９】複屈折の望ましくない影響を緩和したり排
除したりするために、ＬＣＤで補償器を用いることが、
知られている。ＬＣＤの複屈折に関する個々の具体的問
題に対処するために、さまざまなタイプの補償器が開示
されてきている。例えば、Japan Display '92、第247〜
250頁には、ノーマリホワイトモードのツイステッドネ
マティックＬＣＤの視角を改善するために、その光軸が
膜の平面に対して法線方向にある負の複屈折膜が開示さ
れている。また、欧州特許出願公開公報第0 531 120号
には、面内屈折率が実質的に平均化され且つ厚み方向の
屈折率よりも大きい短ピッチコレステリック液晶ポリマ
膜を用いて、ノーマリホワイトモードのツイステッドネ
マティックＬＣＤ或いはスーパーツイステッドネマティ
ックＬＣＤに対して角度補償を行うことが開示されてい
る。この補償膜は、本質的には、その光軸が膜の平面に
対して法線方向にある、負の複屈折を有する一軸構造を
有している。また、ノーマリホワイトモードのツイステ
ッドネマティックＬＣＤ用の負の複屈折を有する補償器
としては、多層膜及びホログラフィー的に形成されたグ
レーティング構造も用いられている。SID '95、P47、第
555〜558頁で、S.T.Wuは、軸上及びオフ軸の両方でコン
トラスト比を改善するために、二軸補償器を用いること
を開示している。
【００１０】SID '95、P50、Nishimuraの「Colour comp
ensation」は、通常の入射状態での可視スペクトラムに
おいてスーパーツイステッドネマティックＬＣＤのコン
トラスト比を改善するために、スーパーツイステッドネ
マティック構造と、制御可能なリターデーション、ツイ
スト角及び分散とを有する液晶ポリマ膜を使用すること
を開示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
従来技術は何れも、コレステリック膜を利用して構成さ
れる光学装置（例えば、偏光子、フィルタ、表示装置、
ビームスプリッタ、など）に光が斜めに入射する際に生
じる、斜め入射光に対するコレステリック膜の複屈折性
（オフ軸複屈折）の斜め入射光の波長に対する依存性に
起因する問題点を、考慮していない。従って、従来のコ
レステリック膜を利用して構成される光学装置では、斜
め入射光に対しては、十分な所望の光学的特性が実現さ
れない。
【００１２】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたものであり、その目的は、（１）広帯域コレステリ
ック層における斜め入射光の波長に依存するオフ軸複屈
折を低減或いは補償して、光学的特性の入射角及び／或
いは出射角に対する依存性を実質的に低減し、これによ
って、比較的広い入射角範囲及び／或いは出射角範囲に
渡って改善された特性を示す広帯域コレステリック光学
デバイスを提供すること、及び（２）上記のような広帯
域コレステリック光学デバイスを使用した、偏光子、フ
ィルタ、液晶装置、及び偏光ビームスプリッタなどの光
学装置を提供すること、である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の広帯域コレステ
リック光学デバイスは、広帯域コレステリック層と、所
望のオフ軸デバイス特性を実現する第１の補償器と、を
備えた広帯域コレステリック光学デバイスであって、該
第１の補償器が、正の複屈折を有し且つ自らに対して実
質的に垂直な光軸を有する第１の層を備えていて、その
ことによって上記目的が達成される。
【００１４】前記第１の補償器は、負の複屈折を有し且
つ自らに対して実質的に垂直な光軸を有する第２の層を
さらに備え得る。
【００１５】前記所望のオフ軸デバイス特性は、低減さ
れた角度依存性であり得る。
【００１６】前記コレステリック層は、その第１の表面
から第２の表面に向かって単調増加するグレーデッドピ
ッチを有し得る。
【００１７】前記コレステリック層は、その第１の表面
から第２の表面に向かって単調増加するグレーデッド屈
折率を有し得る。
【００１８】ある実施形態では、前記第１の補償器が、
負の複屈折を有し且つ自らに対して実質的に垂直な光軸
を有する第２の層をさらに備えており、前記コレステリ
ック層が、その第１の表面から第２の表面に向かって単
調増加するグレーデッドピッチを有している。
【００１９】ある実施形態では、前記第１及び第２の層
のオフ軸複屈折の和が、前記コレステリック層の最短ピ
ッチに対応する波長については、実質的にゼロに等し
く、該コレステリック層の最長ピッチに対応する波長に
ついては、実質的に該コレステリック層のオフ軸複屈折
に大きさは等しいが逆符号であり、前記第１の補償器
が、該コレステリック層の前記第１の表面に隣接して配
置されている。好ましくは、前記第１及び第２の層の屈
折率分散が、 ｜Δｎ1（400）／Δｎ1（700）｜−｜Δｎ2（400）／Δ
ｎ2（700）｜＞０ （但し、Δｎ1（４００）及びΔｎ1（７００）は、それ
ぞれ波長４００ｎｍ及び７００ｎｍにおける該第１の層
の複屈折であり、Δｎ2（４００）及びΔｎ2（７００）
は、それぞれ波長４００ｎｍ及び７００ｎｍにおける該
第２の層の複屈折である）と表される。なお、Δｎは、
面内屈折率と面に垂直な方向の屈折率との間の差の大き
さとする。
【００２０】他の実施形態では、前記第１及び第２の層
のオフ軸複屈折の和が、前記コレステリック層の最長ピ
ッチに対応する波長については、実質的にゼロに等し
く、該コレステリック層の最短ピッチに対応する波長に
ついては、実質的に該コレステリック層のオフ軸複屈折
に大きさは等しいが逆符号であり、前記第１の補償器
が、該コレステリック層の前記第２の表面に隣接して配
置されている。好ましくは、前記第１及び第２の層の屈
折率分散が、 ｜Δｎ2（400）／Δｎ2（700）｜−｜Δｎ1（400）／Δ
ｎ1（700）｜＞０ （但し、Δｎ1（４００）及びΔｎ1（７００）は、それ
ぞれ波長４００ｎｍ及び７００ｎｍにおける該第１の層
の複屈折であり、Δｎ2（４００）及びΔｎ2（７００）
は、それぞれ波長４００ｎｍ及び７００ｎｍにおける該
第２の層の複屈折である）と表される。
【００２１】前記第１の層は、反応性メソゲン材料を含
み得る。
【００２２】前記第１の層は、ホメオトロピカルに配向
された反応性メソゲン材料を含み得る。
【００２３】前記第１の層は、前記コレステリック層に
おいて所定の配向を有する部分を含み得る。
【００２４】前記第１の層は、少なくとも１つの延伸さ
れたポリマ膜を含み得る。
【００２５】ある実施形態では、前記第１の層が複数の
一軸性膜を含んでおり、該複数の一軸性膜のそれぞれ
が、負の複屈折と該膜の平面に対して実質的に垂直な光
軸とを有しており、該複数の一軸性膜においてそれぞれ
隣接して対をなす２つの一軸性膜の光軸が、ゼロではな
い角度によって互いに角度的に隔てられている。前記第
１の層が２つの一軸性膜を含み、該２つの一軸性膜の光
軸が実質的に互いに直交していてもよい。
【００２６】他の実施形態では、前記第１の層が複数の
二軸性膜を含んでおり、該複数の二軸性膜のそれぞれに
おいて、該膜に対して垂直な方向の屈折率が、該膜の平
面における屈折率の平均値よりも大きく、該複数の二軸
性膜においてそれぞれ隣接して対をなす２つの二軸性膜
の面内屈折率のうちの小さい方の屈折率に対応する光軸
が、ゼロではない角度によって互いに角度的に隔てられ
ている。前記第１の層が２つの二軸性膜を含み、前記面
内屈折率のうちの小さい方の屈折率に対応する該２つの
二軸性膜のそれぞれの光軸が、実質的に互いに直交して
いてもよい。
【００２７】前記第２の層は、実質的に４４０ｎｍ未満
の波長に対応するピッチを有するコレステリック層を含
み得る。
【００２８】前記第２の層は、前記コレステリック層の
一部を含み得る。
【００２９】前記第２の層は、キャストポリマ膜を含み
得る。前記ポリマはポリイミドであり得る。
【００３０】前記第２の層は、ディスコチック結晶材料
を含み得る。
【００３１】前記第２の層は、少なくとも１つの延伸さ
れたポリマ膜を含み得る。
【００３２】ある実施形態では、前記第２の層が複数の
膜を含んでおり、該複数の膜のそれぞれが、実質的に該
膜の平面上に光軸を有する一軸性材料を有しており、該
複数の膜においてそれぞれ対をなして隣接する２つの膜
の光軸が、ゼロではない角度によって互いに角度的に隔
てられている。前記第２の層が２つの膜を含み、該２つ
の膜の光軸が実質的に互いに直交していてもよい。
【００３３】他の実施形態では、前記第２の層が複数の
二軸性膜を含んでおり、該複数の二軸性膜のそれぞれに
おいて、該膜に対して垂直な方向の屈折率が、該膜の平
面における屈折率の平均値よりも大きく、該複数の二軸
性膜においてそれぞれ対をなして隣接する２つの二軸性
膜の面内屈折率のうちの大きい方の屈折率に対応する光
軸が、ゼロではない角度によって互いに角度的に隔てら
れている。前記第２の層が２つの二軸性膜を含み、前記
面内屈折率のうちの大きい方の屈折率に対応する該２つ
の二軸性膜のそれぞれの光軸が、実質的に互いに直交し
ていてもよい。
【００３４】前記第１の補償器は、軸上リターダを備え
得る。前記リターダは、４分の１波長板であり得る。
【００３５】ある実施形態では、前記コレステリック層
が、前記第１の補償器と第２の補償器との間に配置され
ており、該第２の補償器が複数の層を備えており、該複
数の層のそれぞれが、正の複屈折を有し且つ自らに対し
て実質的に垂直な光軸を有する正の複屈折層と、負の複
屈折を有し且つ自らに対して実質的に垂直な光軸を有す
る負の複屈折層と、を含む。
【００３６】前記第２の補償器は、軸上リターダを備え
得る。前記リターダは、４分の１波長板であり得る。
【００３７】本発明の他の局面によれば、上記のような
特徴を有する広帯域コレステリック光学デバイスを備え
た偏光子が提供される。
【００３８】本発明のさらに他の局面によれば、上記の
ような特徴を有する広帯域コレステリック光学デバイス
を備えたフィルタが提供される。
【００３９】本発明のさらに他の局面によれば、上記の
ような特徴を有する広帯域コレステリック光学デバイス
を備えた液晶装置が提供される。
【００４０】本発明のさらに他の局面によれば、上記の
ような特徴を有する広帯域コレステリック光学デバイス
を備えた偏光ビームスプリッタが提供される。
【００４１】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態を説明する前
に、本発明に至る過程で本願発明者によって行われた検
討の結果を説明する。
【００４２】図１（ａ）は、従来の偏光子の特性を示
す、透過率（％）と波長（ｎｍ）との関係を示すグラフ
である。
【００４３】この偏光子は、その短ピッチ面上にゼロ度
の入射角を有する白光が照射される、広帯域の左回り単
調グレーデッドピッチコレステリック膜を備えている。
図１（ａ）において、実線は、右回り円偏光の透過率を
示しており、破線は、左回り円偏光の透過率を示してい
る。アクロマティック広帯域偏光子として作用させるた
めには、理想の特性では、左回り円偏光は、最小の挿入
損失で可視スペクトラムの全体に渡って均一な透過率で
透過されるべきであり、右回り円偏光は、最大の減衰で
可視スペクトラムの全体に渡って均一に減衰されるべき
である。図１（ａ）に示されているように、従来型の偏
光子のオン軸特性は理想の特性に近づいているので、多
くの実際のアプリケーションに適している。
【００４４】図１（ｂ）は、図１（ａ）と同様のグラフ
であり、２０度で短ピッチ面に入射する光に対する特性
を示している。右回り円偏光の減衰特性はやや劣化して
おり、左回り円偏光の曲線は、アクロマティック特性の
わずかな劣化の兆候を示している。
【００４５】図１（ｃ）は、４０度で入射した光に対す
る動作を示している。左回り及び右回り円偏光の透過率
曲線は類似しているので、消光比（望ましくない偏光の
透過率に対する望ましい偏光の透過率の比）は非常に悪
く、可視スペクトラムの全体に渡って負になっている。
よって、入射角が増加するにつれて、広帯域偏光子の特
性は劣化する。そして、４０度程度の入射角では、偏光
子は、全く偏光子として作用しなくなる。
【００４６】図２（ａ）〜図２（ｃ）は、それぞれ図１
（ａ）〜図１（ｃ）に対応する図面であり、広帯域偏光
子の長ピッチ面上にそれぞれ０度、２０度、及び４０度
で入射した光に対する特性を示している。この場合も、
入射角が大きくなるにつれて特性は劣化し、偏光子のア
クロマティック特性は弱まって消光比は低下する。そし
て、高入射角では、偏光子は、少なくとも可視スペクト
ラムの一部でその有効性を完全に喪失してしまう。
【００４７】図３（ａ）〜図３（ｃ）及び図４（ａ）〜
図４（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）〜図１（ｃ）及び図
２（ａ）〜図２（ｃ）に対応する図面であり、４×４伝
達マトリックス光学モデリングプログラムを用いたシミ
ュレーション結果を示している。シミュレーションされ
た特性は、実際に得られた特性と程々に近い近似を表し
ており、広帯域偏光子の光学的特性の劣化に伴うメカニ
ズムを理解する一助になる。
【００４８】この応答は、光学的に偏光子の照射面から
ある距離を隔ててコレステリック材料からなる層の正面
に位置している、厚いコレステリック層のオフ軸複屈折
の面から理解することができる。例えば、波長５５０ｎ
ｍの円偏光を反射する広帯域偏光子の領域は、オフ軸入
射偏光の偏光状態を変化させるコレステリック液晶ポリ
マ（ＣＬＣＰ）からなる厚い層によって、光源から隔て
られている。このことは、図５（ａ）に示されている。
図５（ａ）は、短ピッチ面２と長ピッチ面３とを有する
偏光子１を示している。中間層４は、５５０ｎｍでの反
射に応答するが、この偏光子の層４と面２との間の部分
は、オフ軸入射光の偏光状態を変化させる。
【００４９】通常の入射状態で５５０ｎｍの光を反射す
る層４のピッチよりも小さいピッチを有するこの厚い中
間層５の及ぼす影響は、層４のピッチよりもはるかに小
さい一定ピッチの層によって可変ピッチの層５を近似す
ることにより、考えることができる。この場合、厚い層
５のカイラル特性は、５５０ｎｍの波長を有する入射光
に対して「可視」ではない。一次近似では、このような
光は、図５（ｂ）に示されているような「平均化された
構造」を感じる。よって、層５は、そのピッチがＵＶ波
長に対応する層としてシミュレーションされる。
【００５０】図６（ａ）〜図６（ｄ）は、それぞれ、入
射角０度、１５．３度、３１．３度、及び４９．５度で
ＵＶ層及び層４を有するシミュレーションされた構造に
入射した光について、透過率と波長との関係を示すグラ
フである。図７（ａ）〜図７（ｄ）は、それぞれ図６
（ａ）〜図６（ｄ）に対応する図であり、ＵＶ層が省略
された場合のシミュレーションに対応している。
【００５１】これらの図面に示されている結果から分か
るように、入射光のオフ軸偏光状態は、厚いＵＶ層に実
質的な影響を及ぼされる結果、右回り円偏光は、左回り
円偏光に部分的に変換され、その光は、５５０ｎｍで反
射する層４によっては反射されない。また、左回り円偏
光は、右回り円偏光に部分的に変換され、その光は、層
４によって反射される。よって、図５（ｂ）に図示され
ている平均化された構造は、オフ軸複屈折の効果に一致
し、これが、特性のオフ軸劣化を引き起こすメカニズム
であると考えられる。
【００５２】図８（ａ）〜図８（ｄ）は、それぞれ図７
（ａ）〜図７（ｄ）に対応する図面であり、波長５５０
ｎｍを反射する薄いＣＬＣＰ層４が、同じピッチの厚い
ＣＬＣＰ層により覆われていて、層４と同じ波長を反射
する場合のシミュレーション結果を示している。ここで
は、カイラル構造の平均化は発生しない。また、図示さ
れているパラメータ及び角度の場合、図７（ａ）〜図７
（ｄ）をそれぞれ図８（ａ）〜図８（ｄ）と比較すれば
分かるように、薄い「緑の」層と厚い「緑の」層との間
のオフ軸のふるまいに見られる差は、無視できる程度の
ものである。
【００５３】図９（ａ）〜図９（ｄ）は、それぞれ図７
（ａ）〜図７（ｄ）に対応する図面であり、軸上で赤外
線放射を反射するように、より大きなピッチを有する厚
い層で薄い層４を覆うことにより得られる効果を示して
いる。この層の存在は、図９（ａ）〜図９（ｄ）に示さ
れているように、特性に影響を及ぼす。しかし、図６
（ａ）〜図６（ｄ）をそれぞれ図９（ａ）〜図９（ｄ）
と比較すれば分かるように、厚い層の及ぼす影響は、そ
のピッチが入射光を反射し得るピッチを有する層４のピ
ッチよりも大きいか小さいかに、依存する。
【００５４】以下には、以上のような本願発明者による
検討結果を考慮して達成された本発明について、その様
々な実施の形態を添付の図面を参照しつつ説明する。な
お、全図面を通して、同一の参照番号は同一の部分を示
す。
【００５５】（第１の実施の形態）図１０に示す装置
は、可視スペクトラムの全体に渡って第１の方向の円偏
光を反射して第２の方向の円偏光を透過する、本発明の
第１の実施形態を構成する広帯域偏光子である。
【００５６】この装置は、広帯域コレステリック膜１を
有している。広帯域コレステリック膜１のピッチは、こ
の膜１の短ピッチ面２から長ピッチ面３に向かって単調
変化する、グレーデッドピッチである。膜１は、例え
ば、図５（ａ）に示す膜と同じタイプの膜である。
【００５７】正の複屈折層８が、膜１の短ピッチ面２に
隣接するように、或いはそれに接して、配置されてい
る。層８は、厚さが１４．３μｍであり、常光屈折率ｎ
４及び異常光屈折率ｎ３を有している。ここで、ｎ４は
ｎ３よりも小さい。また、光軸は、層８に対して実質的
に垂直であり、装置の軸に対して実質的に平行である。
例えば、異常光屈折率ｎ３は、波長４００ｎｍでは１．
７であり、波長７００ｎｍでは１．５５であり得る。常
光屈折率ｎ４は、波長４００ｎｍでは１．５であり、波
長７００ｎｍでは１．３６であり得る。
【００５８】正の複屈折層８は、広帯域コレステリック
膜１と、厚さ１１μｍの負の複屈折層９との間に配置さ
れている。
【００５９】層９の光軸は、この層に対して実質的に垂
直であり、装置の軸に対して実質的に平行である。層９
は、波長４００ｎｍでは１．７０、波長７００ｎｍでは
１．５５の常光屈折率ｎ２を有している。また、層９
は、波長４００ｎｍでは１．５、波長７００ｎｍでは
１．４１の異常光屈折率ｎ１を有している。層８及び９
は、一軸性である。
【００６０】斜め入射角での膜８及び９の位相リターデ
ーションは、以下の式（１）により求められる。
【００６１】 δ（θ、λ）＝２πｄΔｎ／λcosθ （１） ここで、θはＬＣ媒体における光の入射角であり、λは
波長であり、ｄは膜厚である。Δｎは、二層補償器の層
９については、以下の式（２）により得られる。
【００６２】 Δｎ(1、2)＝ｎ1ｎ2（ｎ1 2cos2θ＋ｎ2 2sin2θ）-1/2−ｎ2 （２） 一方、層８については、以下の式（３）により得られ
る。
【００６３】 Δｎ(3、4)＝ｎ3ｎ4（ｎ3 2cos2θ＋ｎ4 2sin2θ）-1/2−ｎ4 （３） これら２つの層８及び９の総位相リターデーションは、
これら２つの膜の位相リターデーションの和として、以
下の式（４）により求められる。
【００６４】 δ（θ、λ）1,2＋δ（θ、λ）3、4 ＝２π（ｄ12Δｎ(1、2)＋ｄ34Δｎ(3、4)）／λcosθ （４） この位相リターデーションは、屈折率ｎ1、ｎ2、ｎ3、
及びｎ4の分散と式（４）の明示的なλの項との両方に
より、波長に依存している。
【００６５】層８及び９の分散及び厚さは、オフ軸位相
リターデーション量、すなわちオフ軸複屈折量が波長と
共に変化することにより、グレーデッドピッチコレステ
リック膜１のオフ軸複屈折の深さ依存性に対処できるよ
うに、調整される。コレステリック膜のピッチがある面
から他方の面に向かって単調変化するものと仮定する
と、図１０に示すような形態の簡単な二層補償器を用い
て、角度応答の改善を実現することができる。また、補
償は、負の複屈折層９を正の複屈折層８よりもコレステ
リック層１の近くに配置することによっても、実現され
得る。
【００６６】補償器が短ピッチ面２に隣接しているとき
には、層８及び９の材料の分散は、以下のようになる。
【００６７】（Δｎ9（400）／Δｎ9（700））−（Δｎ
8（400）／Δｎ8（700））＞０ ここで、Δｎは、面内の屈折率と、その面に対して垂直
な面での屈折率との間の差の絶対値であり、Δｎ9（４
００）及びΔｎ9（７００）は、それぞれ波長４００ｎ
ｍ及び波長７００ｎｍにおける層９についての差であ
り、Δｎ8（４００）及びΔｎ8（７００）は、それぞれ
波長４００ｎｍ及び波長７００ｎｍにおける層８につい
ての差である。
【００６８】光の波長よりも長いピッチを有するコレス
テリック材料のスラブを通して伝搬する偏光した光は、
直線複屈折に加えて、大きな円複屈折も経験する。この
ことは、本発明の構成によっても排除することはできな
い。従って、もし装置の一方の側面においてのみ補償が
必要とされるのなら、コレステリック膜の短ピッチ面２
に補償器を隣接させるのが好ましい。
【００６９】補償器が（以下に説明するように）長ピッ
チ面３に隣接する場合には、もし層８及び９の材料の分
散が以下のようであれば、良好な補償が実現され得る。
【００７０】（Δｎ8（400）／Δｎ8（700））−（Δｎ
9（400）／Δｎ9（700））＞０ 図１０に示す装置の場合、コレステリック膜１の最短ピ
ッチに対応する波長では、オフ軸複屈折は全く必要とさ
れず、補償器の２つの層のオフ軸リターデーションは実
質的にキャンセルし合う。具体的には、層８及び９のリ
ターデーションは逆符号であるので、コレステリック膜
１の最短ピッチに対応する波長では、層８及び９のリタ
ーデーションが広い角度範囲に渡って互いに実質的にキ
ャンセルし合うように、層８及び９の相対的厚さを選択
することができる。
【００７１】逆に、コレステリック膜１の最長ピッチに
対応する波長では、その波長におけるコレステリック膜
１のオフ軸複屈折と絶対値は等しいが逆符号であるオフ
軸複屈折が必要になる。負の複屈折層９の分散は、正の
複屈折層８の分散よりも大きい。換言すれば、負の複屈
折層９の複屈折は、波長が大きくなるにつれて、正の複
屈折層８の場合よりも速く低下する。コレステリック膜
１の最長ピッチに対応する波長の場合、正及び負の複屈
折膜８及び９の組み合わせは正の複屈折構造として近似
され得て、コレステリック膜１は負の複屈折構造として
近似され得る。そこで、層８及び９の厚さの合計は、コ
レステリック膜１の負の複屈折の影響をキャンセルする
ように選択される。
【００７２】さらに複雑なピッチ変化の場合、２層より
も多くの層を有する補償器が必要になることもある。ま
た、補償器をコレステリック膜１の前及び／或いは後ろ
に配置することによって、角度のふるまいをさらに大き
く制御することもできる。これらの補償器それぞれの正
しい位置は、アプリケーションに依存する。
【００７３】図１１（ａ）〜図１１（ｄ）は、シミュレ
ーションにより得られた図１０に示す装置の特性を示す
グラフである。これらの図面において、実線の曲線は、
右回り円偏光の透過率を示しており、破線の曲線は、左
回り円偏光の透過率を示している。図１１（ａ）は、軸
上特性（すなわち、ゼロ度で入射する光に対する特性）
を示しており、図１１（ｂ）、図１１（ｃ）、及び図１
１（ｄ）は、それぞれ１５度、３１度、及び４９度で入
射する光に対する特性を示している。
【００７４】これらの図面のそれぞれに示されているよ
うに、左回り円偏光の透過率は高く、図１１（ｄ）に示
す入射角４９度の光の場合も含めて、可視スペクトラム
の全体を通してほとんど変化しない。一方、右回り円偏
光の減衰は、可視スペクトラムの全体を通して常に高
く、実質的なアクロマティック特性を伴っている。従っ
て、この装置は、高アクロマティック特性を有する広帯
域偏光子として作用し、可視スペクトラムの全体を通し
て広い入射角度範囲に渡って良好な消光比を維持する。
【００７５】図１２（ａ）〜図１２（ｄ）は、それぞれ
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）に対応する図面であり、層
８及び９を有する補償器が省略された場合の図１０に示
す装置の動作を示している。
【００７６】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示されて
いるように、軸上特性、及び短ピッチ面２に１５度で入
射した光に対する特性は、図１１（ａ）及び図１１
（ｂ）に示されている補償器の特性と同様である。しか
し、入射角度が大きくなると、図１２（ｃ）及び図１２
（ｄ）に示されているように、特性は劣化する。入射角
が３１度の場合、この装置は依然として偏光子として作
用するものの、より長い波長の光に対して消光比は著し
く低下し、アクロマティック性はほぼなくなっている。
入射角４９度では、この装置の特性は、実際には、望ま
しい偏光状態に対してよりも、むしろ望ましくない偏光
状態に対してより大きな透過率を有する程度にまで劣化
する。このことから分かるように、補償器の存在は、オ
フ軸特性を大幅に改善する。
【００７７】図１３（ａ）〜図１３（ｄ）は、それぞれ
図１１（ａ）〜図１１（ｄ）と同様のグラフであり、別
の実施形態における特性を図示している。
【００７８】コレステリック膜１は、光が長ピッチ面３
に入射するように配向されている。正の複屈折層８及び
負の複屈折層９は光源と膜１との間に配置されている
が、正の複屈折膜８の厚さが１９．８μｍであり、常光
屈折率ｎ４が波長４００ｎｍでは１．５６、波長７００
ｎｍでは１．５０であり、異常光屈折率ｎ３が波長４０
０ｎｍでは１．８０、波長７００ｎｍでは１．７０であ
る点、及び、膜９の厚さが１５μｍであり、常光屈折率
ｎ２が波長４００ｎｍでは１．７５、波長７００ｎｍで
は１．７２であり、異常光屈折率ｎ１が波長４００ｎｍ
では１．５６、波長７００ｎｍでは１．５１である点
で、前述の層とは異なる。
【００７９】シミュレーションされた軸上特性及び入射
角１５度での特性は、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に
示されており、可視スペクトラムの全体を通して良好な
アクロマティック特性及び消光比を示している。図１３
（ｃ）及び図１３（ｄ）に示されているように、入射角
３１度及び４９度では特性は劣化するが、それでもこの
特性は、従来の装置の特性（具体的には、図１４（ａ）
〜図１４（ｄ）に示す層８及び９を備えた補償器の省略
された膜１）よりも、はるかに改善されたものである。
図１４（ａ）及び図１４（ｄ）に示されているように、
軸上及び入射角１５度の場合の特性は補償器を有する場
合の特性と同様であるが、入射角が大きくなると特性は
大幅に劣化する。
【００８０】二層補償器を製造するためには、いくつか
の技術及び適切な材料が用いられ得る。
【００８１】例えば、負の複屈折層９は、短ピッチコレ
ステリック材料から製造され得る。この層９は、広帯域
コレステリック偏光膜１と一体化されてもよいし、個別
に設けられてもよい。或いは、S.T. Wu、P-47、SID '95
に開示されているように、適切に製造されたポリイミド
膜を用いてもよい。負の複屈折層９は、米国特許第5,51
8,783号に開示されているように、適切なディスコチッ
クＬＣ材料からも製造され得る。さらなる選択肢として
は、面内異方性を殆ど有さない二軸性の延伸ポリマ膜が
ある。また、有効な負の複屈折層は、正の一軸性材料或
いは二軸性材料からなる二層（或いはそれ以上）の積層
膜からも製造され得る。適切な材料としては、面配向を
有するネマティックＬＣポリマ、或いは正の複屈折を示
す（すなわち延伸方向に沿って屈折率の増加を示す）材
料からなる延伸ポリマ膜が挙げられる。
【００８２】最も適切な材料は、補償器が短ピッチ面２
に隣接しているのか或いは長ピッチ面３に隣接している
かに依存する。もし補償器が短ピッチ面２に隣接してい
るのなら、高分散材料が好ましい。適切な高分散材料と
しては、Δｎ400／Δｎ700〜１．４５の二軸性延伸ポリ
エチレンナフタレート（Goodfellows、Cambridge、U
K）、或いは、例えばUltradel PI-7505のようなΔｎ400
／Δｎ700〜１．３のスピンコート可能なポリイミド（A
moco Chemical Company、Naperville、USA）がある。長
ピッチ面３に隣接する補償器については、例えば、Δｎ
400／Δｎ700〜１．０２のＶＡＣ補償膜（住友化学工
業、日本）、或いは、Δｎ400／Δｎ700〜１．０３の延
伸ＰＶＡ（例えば、Polatechno、日本）の積層膜のよう
な低分散材料が適している。
【００８３】正の複屈折層８は、例えば欧州特許出願公
開公報第524 028号に開示されているような、硬化した
ホメオトロピカルに配向した液晶材料或いは液晶ポリマ
材料から、都合よく製造されうる。また、表面効果の使
用或いは電界又は磁界の印加によりコレステリック液晶
或いは液晶ポリマを適切に配向させて、正の複屈折層８
を製造することも可能である。そのような場合、この層
は、実質的にコレステリック膜１の一部になり得る。ま
た、正の複屈折層は、面内異方性を殆ど有さないように
延伸された二軸性延伸ポリマ膜からも製造され得る。こ
のような膜は、延伸されたときに負の複屈折を示す（す
なわち延伸方向に屈折率の減少を示す）材料からも製造
され得る。この特性を示すポリマ材料としては、ポリス
チレン、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エチ
レンメタクリレート、並びにスチレンアクリロニトリル
（ＳＡＮ）を含むアクリロニトリルポリマ及びコポリマ
ーがある。
【００８４】また、有効な正の複屈折層は、負の一軸性
或いは二軸性材料からなる二層（或いはそれ以上）の積
層膜からも製造され得る。負の一軸性材料については、
光軸は膜の面内にあるが互いにある角度（２つの膜につ
いては９０゜）をなしている。二軸性材料については、
面に対して垂直な屈折率は、面内の屈折率の平均よりも
大きい。最小の面内屈折率に対応する光軸は、互いにあ
る角度（２つの膜については９０゜）をなしている。正
の複屈折層を構成する複数の膜は、その光学的分散特性
が類似している。
【００８５】短ピッチ面２に隣接する補償器について
は、低分散の正の複屈折層が必要になる。適切な材料と
しては、Δｎ400／Δｎ700〜１．１５の二軸性延伸ポリ
スチレン膜、例えば、ＯＰＳ（三菱化成、東京、日本）
が挙げられる。長ピッチ面３に隣接する補償器について
は、より高分散の材料が望ましい。適切な材料として
は、別のグレードのポリスチレン（例えば、ＡＫＤ）で
ある二軸性延伸ポリスチレン（AKD America Investment
Corporation、Los Angeles、USA）、或いは、例えば欧
州特許出願公開公報第524 028号に開示されている、高
複屈折のホメオトロピカルに配向した液晶ポリマが挙げ
られる。一般に、液晶材料の場合、既に規定したよう
に、高い複屈折は高分散要因に関連づけられる。
【００８６】理論上は、完全な「外部」補償器は、コレ
ステリック反射膜材料から製造され得るが、屈折率及び
分散が十分に制御される場合にのみ都合よく或いは実現
可能であるにすぎない。
【００８７】外部補償器のオフ軸複屈折の最終調整は、
例えば、屈折率の１つを温度調整することによってin s
ituで実現され得る。
【００８８】加えて、角度依存性を減らす代わりに、コ
レステリック膜／補償器の組み合わせの最適な応答はア
プリケーションに依存する。補償器は、コレステリック
膜の角度応答を特定のアプリケーション（例えば、特定
のＬＣＤとの使用）に整合させるために用いられ得る。
このような場合、再循環バックライトシステムにコレス
テリック膜を使用することにより実現可能な輝度の改善
が、視角或いはカラーバランスのようなシステムの他の
特徴を劣化させることなく、実現され得る。
【００８９】４分の１波長膜或いはその他の適切な軸上
リターダを、オフ軸複屈折補償器と組み合わせて一体的
に用いてもよい。
【００９０】（第２の実施の形態）図１５は、コレステ
リック膜１からの出射光に対して別の補償器１０が設け
られている点で図１０に示す装置とは異なる、本発明の
第２の実施形態による装置を示している。
【００９１】補償器１０は、例えば、第１の補償器の層
８及び９と同じタイプの正の複屈折層８’及び負の複屈
折層９’を備えている。その波長の左回り円偏光を反射
する膜１の中の層を透過した光は、コレステリック膜１
の残りの部分を通過し、オフ軸複屈折の影響を受ける。
その結果、膜１から出射する光は、すべての波長及びす
べてのオフ軸出射角に対して右回り円偏光ではない。第
２の補償器１０は、このような影響に対処するように、
全装置を透過した光が広い出射角範囲に渡って可視スペ
クトラムの全体で主として右回り円偏光となるように、
用いられ得る。
【００９２】（第３の実施の形態）図１６は、ＬＣＤ１
２用のバックライト構成においてコレステリック偏光子
１と出射側補償器１０とを用いる、本発明の第３の実施
形態による装置の応用例を示している。
【００９３】バックライトは、光源１４と、光ガイド１
６へ光を与える反射器１５と、を備えている。ガイド１
６からの光は、拡散器１７により拡散され、コレステリ
ック偏光子１へと与えられる。ある方向の円偏光は、偏
光子１により反射され、その偏光方向を反転した後に再
び循環させられ得る。他方向の円偏光を有する光は偏光
子を透過して、補償器１０は、出射光が実質的に単一方
向の円偏光を有することを確実にする。広帯域４分の１
波長膜１８は、ＬＣＤ１２へ与えるのに適した偏光ベク
トルを用いて、円偏光を直線偏光に変換する。従って、
図１６に示すバックライト構成によれば、光源１４によ
り与えられた光の高利用効率が達成される。
【００９４】（第４の実施の形態）本発明の範囲では、
様々な改変を施すことができる。例えば、図１７に示す
本発明の第４の実施の形態では、図１０の装置から負の
複屈折層９を省くことによって、図１０に示す装置と比
べて特性は劣るものの幾つかのアプリケーションでは実
用に耐え得る、より簡単な構成の装置が提供される。
【００９５】層８の正の複屈折は、例えば、可視スペク
トラムの中心の波長範囲内で緑の光が経験する負の複屈
折をオフセットするように、選択され得る。このように
簡略化された装置の特性は、図１８（ａ）〜図１８
（ｄ）に示されている。層８の異常光屈折率ｎ３は、波
長４００ｎｍでは１．７であり、波長７００ｎｍでは
１．６６である。この層の常光屈折率ｎ４は、波長４０
０ｎｍでは１．６５であり、波長７００ｎｍでは１．６
２である。
【００９６】図１８（ａ）〜図１８（ｃ）に示されてい
るように、特性は、比較的大きな入射角まで良好であ
り、補償器が設けられていない従来の装置に比べると改
善が実現されている。図１８（ｄ）に示す入射角４０度
の場合でも、可視スペクトラムの中心周辺に集まった波
長に対して偏光分離が生じる。
【００９７】本願に開示されている光学デバイスは、広
い波長範囲及び角度範囲の全体に渡って動作するために
或いは大きな入射角度（例えば、４５度程度）の入射ビ
ームに対して動作するために偏光ビームスプリッタを必
要とするアプリケーションでの使用に、適している。例
えば、図１９は、図１５に示すタイプの広帯域コレステ
リック偏光子を偏光ビームスプリッタとして用いる例を
示している。偏光されない光は、膜の平面に対して約４
５度の角度でフィルタ上に入射する。もし入射側補償器
８及び９を省略すれば、偏光子は、このような角度で
は、左回り円偏光と右回り円偏光とを正しく識別するこ
とができない。これに対して、入射側補償器８及び９を
設ければ、偏光子は、反射する左回り円偏光と透過する
右回り円偏光とを、十分に識別することができる。補償
器１０がなければ、透過光の偏光状態は実質的に歪む。
しかし、補償器１０があれば、透過光が実質的に所望の
円偏光状態にあることを確実にする。
【００９８】このような偏光ビームスプリッタは、偏光
に対するビーム結合や光路曲折のような他のアプリケー
ションでも用いることができる。図２０は、光学系を曲
げるために図１５に示すタイプの装置を用いる例を示し
ている。この場合も、入射側補償器８及び９は、広い波
長範囲及び角度範囲に渡って偏光子の反射性を維持す
る。透過光の円偏光を高程度に維持することが必要な場
合には、補償器１０が設けられる。
【００９９】（第５の実施の形態）図２１は、４分の１
波長板２０が負の複屈折層９に隣接して配置されている
点で図１５に示す装置と異なる、本発明の実施の形態５
による装置を示している。
【０１００】（第６の実施の形態）図２２は、４分の１
波長板２０’が補償器１０に隣接して配置されている点
で図１５に示す装置と異なる、本発明の第５の実施形態
による装置を示している。
【０１０１】よく知られているように、このような４分
の１波長板は、直線偏光と円偏光との間で変換を行うた
めに用いられ得る。
【０１０２】第５及び第６の実施形態における４分の１
波長板２０及び２０’は、それぞれ負の複屈折層９及び
９’の外側表面に隣接しているものとして図示されてい
るが、実用上は、４分の１波長板は装置内の任意の位置
に配置されればよい。例えば、膜１を含む複数の層或い
は膜の何れか２つの隣接する面の間に配置されてもよい
し、補償器８、９、或いは１０のある層或いは膜の内部
に配置されてもよい。
【０１０３】４分の１波長板を補償器８及び９、或いは
補償器１０と一体化することも可能である。具体的に
は、４分の１波長板と層８、９、８’、及び９’の何れ
か１つとを組み合わせて単一の層にすることができる。
例えば、４分の１波長板２０或いは２０’と補償器８、
９、或いは１０とは、その最大屈折率が面に対して垂直
な二軸性材料からなる第１の層或いは膜、及びその光軸
が面に対して垂直な負の一軸性材料からなる層或いは膜
として、実現することができる。このような組み合わせ
で可能な他の例は、その最小屈折率が面に対して垂直な
二軸性材料からなる層或いは膜とその光軸が面に対して
垂直な正の一軸性材料からなる層或いは膜との組み合わ
せである。或いは、もし４分の１波長板を補償器８、
９、或いは１０と個別に設けるのなら、最適な広い帯域
幅を実現するために、４分の１波長板を異なる材料から
なる個別の膜（例えば、多層構造）として作ってもよ
い。
【０１０４】（第７の実施の形態）図２３は、正の複屈
折層８が膜１の長ピッチ面３と負の複屈折層９との間に
それらに接触して配置されている点で図１０に示す装置
とは異なる、本発明の第７の実施形態の装置を示す。層
８及び９の材料の分散は、長ピッチ面３に隣接する上述
した補償器８及び９の場合と同様である。
【０１０５】（第８の実施の形態）図２４は、正の複屈
折層８が、その光軸ｎea及びｎebが互いに実質的に垂直
である２つの負の一軸性の膜８ａ及び８ｂを有している
点で図１０に示す装置とは異なる、本発明の第８の実施
形態による装置を示している。具体的には、膜８ａ及び
８ｂは、それぞれ膜８ａ及び８ｂの面内に異常光屈折率
ｎea及びｎebを有しており、図２４に示す直交方向に常
光屈折率noa及びnobをそれぞれ有している。これらの屈
折率は、以下の関係を満たす。
【０１０６】ｎeb＜ｎob ｎea＜ｎoa （実施の形態９）図２５は、膜８ａ及び８ｂが二軸性で
あり、小さい方の面内屈折率ｎ2a及びｎ1bが互いに実質
的に垂直である点で図２４に示す装置とは異なる、本発
明の第９の実施形態による装置を示している。膜８ａ及
び８ｂは、互いに直交する方向にｎ1a、ｎ2a、ｎ3a、ｎ
1b、ｎ2b、及びｎ3bとラベルされた屈折率を有してい
る。これらの屈折率は、以下の関係を満たす。 ｎ1b＜ｎ2b ｎ1b＜ｎ3b ｎ2a＜ｎ1a ｎ2a＜ｎ3a ｎ3b＞（ｎ1b＋ｎ2b）／２ ｎ3a＞（ｎ1b＋ｎ2b）／２ （第１０の実施の形態）図２６は、正の複屈折層８が所
定の配向を有するコレステリック層１の一部を含んでい
る点で図１０に示す装置とは異なる、本発明の第１０の
実施形態による装置を示している。
【０１０７】（第１１の実施の形態）図２７は、負の複
屈折層９が、互いに実質的に垂直である膜面内光軸を有
する一軸性材料からなる２つの膜９ａ及び９ｂを有して
いる点で図１０に示す装置とは異なる、本発明の第１１
の実施形態による装置を示している。図２７に示されて
いる方向における屈折率ｎoa、ｎea、ｎob、及びｎ
ebは、以下の関係を満たす。
【０１０８】ｎea＞ｎoa ｎeb＞ｎｏｂ （第１２の実施の形態）図２８は、膜９ａ及び９ｂが二
軸性の膜であり、大きい方の面内屈折率に対応する光軸
が互いに実質的に垂直である点で図２７に示す装置とは
異なる、本発明の第１２の実施形態による装置を示して
いる。膜９ａ及び９ｂは、互いに直交する方向に
ｎ１ａ、ｎ2a、ｎ3a、ｎ1b、ｎ2b、及びｎ3bとラベルさ
れた屈折率を有している。これらの屈折率は、以下の関
係を満たす。
【０１０９】ｎ3b＜ｎ1b ｎ3b＜ｎ2b ｎ3a＜ｎ1a ｎ3a＜ｎ2a ｎ3a＜（ｎ1a＋ｎ2a）／２ ｎ3b＜（ｎ1b＋ｎ2b）／２ （第１３の実施の形態）図２９は、偏光されていない光
源構成１４、１５、及び１６が偏光された光源１４及び
コリメート光学素子２２に置き換えられている点で図１
６に示す構成とは異なる、本発明の第１３の実施形態に
よるＬＣＤ及びバックライト構成を示している。この実
施形態では、拡散器１７が省かれており、補償器１０は
コリメート光学素子２２とコレステリック偏光子１との
間に配置されており、広帯域４分の１波長膜１８が、偏
光子１とＬＣＤ１２との間に配置されている。補償器１
０、コレステリック偏光子１及び広帯域４分の１波長膜
１８は、液晶装置の一部を有効に備えており、ＬＣＤ１
２の入射側偏光子として作用する。
【０１１０】（第１４の実施の形態）図３０は、コレス
テリック偏光子１がコリメート光学素子２２と補償器１
０との間に配置されている点で図２９に示す構成とは異
なる、本発明の第１４の実施形態による構成を示してい
る。これにより、図２９に示す構成では、偏光子１に入
射する光に対して前段で補償を行うのに対して、図３０
に示す構成では、偏光子１を出射する光に対して後段で
補償を行う。
【０１１１】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
分散を利用することによって波長に応じてオフ軸複屈折
量を変化させ、それにより広帯域コレステリック層の波
長に依存するオフ軸複屈折を低減或いは補償するデバイ
スが、提供される。例えば、コレステリック層からの透
過光及び反射光の強度及び偏光は、照射光の波長、偏光
及び入射角の関数として制御され得る。さらに、入射側
或いは出射側の偏光状態を特定のアプリケーションに必
要な偏光状態に変換するためには、オン軸リターディン
グ層を設けてもよい。これにより、このデバイスの光学
的特性の入射角及び／或いは出射角に対する依存性は、
実質的に低減され得る。従って、比較的広い入射角範囲
及び／或いは出射角範囲に渡って改善された特性を示
す、偏光子及び分光フィルタのような装置を提供するこ
とが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、従来の広帯域コレ
ステリック偏光子において、ある入射角に対する透過率
（％）と波長（ｎｍ）との関係を示すグラフである。
【図２】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、反対方向に透過す
る光に対する特性を示す図１（ａ）〜（ｃ）と同様のグ
ラフである。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、従来型のコレステ
リックデバイスのシミュレーションされた特性を示す図
１（ａ）〜（ｃ）と同様のグラフである。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、従来型のコレステ
リックデバイスのシミュレーションされた特性を示す図
２（ａ）〜（ｃ）と同様のグラフである。
【図５】（ａ）は、従来の単層コレステリック反射器の
模式図であり、（ｂ）は、（ａ）の層の一部について簡
略化された構造を模式的に示す図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、図５（ａ）に示す
タイプの装置におけるシミュレーションされた特性を示
す、ある入射角に対する透過率（％）と波長（ｎｍ）と
の関係のグラフである。
【図７】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、薄い反射層を有す
る装置についての図６（ａ）〜（ｄ）と同様のグラフで
ある。
【図８】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、厚い反射層のシミ
ュレーションされた特性を示す図６（ａ）〜（ｄ）と同
様のグラフである。
【図９】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、厚い赤外（ＩＲ）
層で覆われた厚い反射層のシミュレーションされた特性
を示す図７（ａ）〜（ｄ）と同様のグラフである。
【図１０】本発明の第１の実施形態を構成する光学デバ
イスの構造を示す図である。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、図１０の装置に
おけるシミュレーションされた特性を示す、ある入射角
に対する透過率（％）と波長（ｎｍ）との関係のグラフ
である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、補償器が省略さ
れた図１０に示すタイプの装置についての図１１（ａ）
〜（ｄ）と同様のグラフである。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、装置を反対方向
に透過する光についての図１１（ａ）〜（ｄ）と同様の
グラフである。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、反対方向に透過
する光についての図１２（ａ）〜（ｄ）と同様のグラフ
である。
【図１５】本発明の第２の実施形態を構成する光学デバ
イスを示す図である。
【図１６】本発明の第３の実施形態を構成するＬＣＤ用
のバックライト構成を模式的に示す図である。
【図１７】本発明の第４の実施形態を構成する光学デバ
イスの構造を示す図である。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、図１７の光学デ
バイスについての図１１（ａ）〜（ｄ）と同様のグラフ
である。
【図１９】図１５に示す装置のある応用例を示す図であ
る。
【図２０】図１５に示す装置の別の応用例を示す図であ
る。
【図２１】本発明の第５の実施形態を構成する光学デバ
イスを示す図である。
【図２２】本発明の第６の実施形態を構成する光学デバ
イスを示す図である。
【図２３】本発明の第７の実施形態を構成する光学デバ
イスを示す図である。
【図２４】本発明の第８の実施形態を構成する光学デバ
イスを示す斜視図である。
【図２５】本発明の第９の実施形態を構成する光学デバ
イスを示す斜視図である。
【図２６】本発明の第１０の実施形態を構成する光学デ
バイスを示す図である。
【図２７】本発明の第１１の実施形態を構成する光学デ
バイスを示す斜視図である。
【図２８】本発明の第１２の実施形態を構成する光学デ
バイスを示す斜視図である。
【図２９】本発明の第１３の実施形態を構成するＬＣＤ
用のバックライト構成を模式的に示す図である。
【図３０】本発明の第１４の実施形態を構成するＬＣＤ
用のバックライト構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 広帯域コレステリック膜（コレステリック偏光子） ２ 短ピッチ面 ３ 長ピッチ面 ４ 中間層 ５ 中間層 ８ 正の複屈折層（補償器） ８’ 正の複屈折層（補償器） ９ 負の複屈折層（補償器） ９’ 負の複屈折層（補償器） １０ 補償器 １２ ＬＣＤ １４ 光源（偏光源） １５ 反射器 １６ 光ガイド １７ 拡散器 １８ 広帯域４分の１波長膜 ２０ ４分の１波長膜 ２０’ ４分の１波長膜 ２２ コリメート光学素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギリアン マーガレット デイビス イギリス国 ピーイー17 ４ユージェイ ケンブリッジシャー， ハンティンドン, セント アイベス， オードリー クロ ーズ 16 (72)発明者 カスリン ウォルシュ イギリス国 エヌジー19 ６ティーピー ノッティンガムシャー， マンスフィール ド， ダンバー ドライブ 22

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 広帯域コレステリック層と、 所望のオフ軸デバイス特性を実現する第１の補償器と、
    を備えた広帯域コレステリック光学デバイスであって、 該第１の補償器が、正の複屈折を有し且つ自らに対して
    実質的に垂直な光軸を有する第１の層を備えている、広
    帯域コレステリック光学デバイス。
  2. 【請求項２】 前記第１の補償器が、負の複屈折を有し
    且つ自らに対して実質的に垂直な光軸を有する第２の層
    をさらに備えている、請求項１に記載の広帯域コレステ
    リック光学デバイス。
  3. 【請求項３】 前記所望のオフ軸デバイス特性が低減さ
    れた角度依存性である、請求項１に記載の広帯域コレス
    テリック光学デバイス。
  4. 【請求項４】 前記コレステリック層が、その第１の表
    面から第２の表面に向かって単調増加するグレーデッド
    ピッチを有している、請求項１に記載の広帯域コレステ
    リック光学デバイス。
  5. 【請求項５】 前記コレステリック層が、その第１の表
    面から第２の表面に向かって単調増加するグレーデッド
    屈折率を有している、請求項１に記載の広帯域コレステ
    リック光学デバイス。
  6. 【請求項６】 前記第１の補償器が、負の複屈折を有し
    且つ自らに対して実質的に垂直な光軸を有する第２の層
    をさらに備えており、 前記コレステリック層が、その第１の表面から第２の表
    面に向かって単調増加するグレーデッドピッチを有して
    いる、請求項１に記載の広帯域コレステリック光学デバ
    イス。
  7. 【請求項７】 前記第１及び第２の層のオフ軸複屈折の
    和が、前記コレステリック層の最短ピッチに対応する波
    長については、実質的にゼロに等しく、該コレステリッ
    ク層の最長ピッチに対応する波長については、実質的に
    該コレステリック層のオフ軸複屈折に大きさは等しいが
    逆符号であり、 前記第１の補償器が、該コレステリック層の前記第１の
    表面に隣接して配置されている、請求項６に記載の広帯
    域コレステリック光学デバイス。
  8. 【請求項８】 前記第１及び第２の層の屈折率分散が、 ｜Δｎ1（400）／Δｎ1（700）｜−｜Δｎ2（400）／Δ
    ｎ2（700）｜＞０ （但し、Δｎ1（４００）及びΔｎ1（７００）は、それ
    ぞれ波長４００ｎｍ及び７００ｎｍにおける該第１の層
    の複屈折であり、Δｎ2（４００）及びΔｎ2（７００）
    は、それぞれ波長４００ｎｍ及び７００ｎｍにおける該
    第２の層の複屈折である）と表される、請求項７に記載
    の広帯域コレステリック光学デバイス。
  9. 【請求項９】 前記第１及び第２の層のオフ軸複屈折の
    和が、前記コレステリック層の最長ピッチに対応する波
    長については、実質的にゼロに等しく、該コレステリッ
    ク層の最短ピッチに対応する波長については、実質的に
    該コレステリック層のオフ軸複屈折に大きさは等しいが
    逆符号であり、 前記第１の補償器が、該コレステリック層の前記第２の
    表面に隣接して配置されている、請求項６に記載の広帯
    域コレステリック光学デバイス。
  10. 【請求項１０】 前記第１及び第２の層の屈折率分散
    が、 ｜Δｎ2（400）／Δｎ2（700）｜−｜Δｎ1（400）／Δ
    ｎ1（700）｜＞０ （但し、Δｎ1（４００）及びΔｎ1（７００）は、それ
    ぞれ波長４００ｎｍ及び７００ｎｍにおける該第１の層
    の複屈折であり、Δｎ2（４００）及びΔｎ2（７００）
    は、それぞれ波長４００ｎｍ及び７００ｎｍにおける該
    第２の層の複屈折である）と表される、請求項９に記載
    の広帯域コレステリック光学デバイス。
  11. 【請求項１１】 前記第１の層が、反応性メソゲン材料
    を含んでいる、請求項１に記載の広帯域コレステリック
    光学デバイス。
  12. 【請求項１２】 前記第１の層が、ホメオトロピカルに
    配向された反応性メソゲン材料を含んでいる、請求項１
    １に記載の広帯域コレステリック光学デバイス。
  13. 【請求項１３】 前記第１の層が、前記コレステリック
    層において所定の配向を有する部分を含んでいる、請求
    項１に記載の広帯域コレステリック光学デバイス。
  14. 【請求項１４】 前記第１の層が、少なくとも１つの延
    伸されたポリマ膜を含んでいる、請求項１に記載の広帯
    域コレステリック光学デバイス。
  15. 【請求項１５】 前記第１の層が複数の一軸性膜を含ん
    でおり、 該複数の一軸性膜のそれぞれが、負の複屈折と該膜の平
    面に対して実質的に垂直な光軸とを有しており、 該複数の一軸性膜においてそれぞれ隣接して対をなす２
    つの一軸性膜の光軸が、ゼロではない角度によって互い
    に角度的に隔てられている、請求項１に記載の広帯域コ
    レステリック光学デバイス。
  16. 【請求項１６】 前記第１の層が２つの一軸性膜を含ん
    でおり、該２つの一軸性膜の光軸が実質的に互いに直交
    している、請求項１５に記載の広帯域コレステリック光
    学デバイス。
  17. 【請求項１７】 前記第１の層が複数の二軸性膜を含ん
    でおり、 該複数の二軸性膜のそれぞれにおいて、該膜に対して垂
    直な方向の屈折率が、該膜の平面における屈折率の平均
    値よりも大きく、 該複数の二軸性膜においてそれぞれ隣接して対をなす２
    つの二軸性膜の面内屈折率のうちの小さい方の屈折率に
    対応する光軸が、ゼロではない角度によって互いに角度
    的に隔てられている、請求項１に記載の広帯域コレステ
    リック光学デバイス。
  18. 【請求項１８】 前記第１の層が２つの二軸性膜を含ん
    でおり、 前記面内屈折率のうちの小さい方の屈折率に対応する該
    ２つの二軸性膜のそれぞれの光軸が、実質的に互いに直
    交している、請求項１７に記載の広帯域コレステリック
    光学デバイス。
  19. 【請求項１９】 前記第２の層が、実質的に４４０ｎｍ
    未満の波長に対応するピッチを有するコレステリック層
    を含んでいる、請求項２に記載の広帯域コレステリック
    光学デバイス。
  20. 【請求項２０】 前記第２の層が、前記コレステリック
    層の一部を含んでいる、請求項１９に記載の広帯域コレ
    ステリック光学デバイス。
  21. 【請求項２１】 前記第２の層が、キャストポリマ膜を
    含んでいる、請求項２に記載の広帯域コレステリック光
    学デバイス。
  22. 【請求項２２】 前記ポリマがポリイミドである、請求
    項２１に記載の広帯域コレステリック光学デバイス。
  23. 【請求項２３】 前記第２の層が、ディスコチック結晶
    材料を含んでいる、請求項２に記載の広帯域コレステリ
    ック光学デバイス。
  24. 【請求項２４】 前記第２の層が、少なくとも１つの延
    伸されたポリマ膜を含んでいる、請求項２に記載の広帯
    域コレステリック光学デバイス。
  25. 【請求項２５】 前記第２の層が複数の膜を含んでお
    り、 該複数の膜のそれぞれが、実質的に該膜の平面上に光軸
    を有する一軸性材料を有しており、 該複数の膜においてそれぞれ対をなして隣接する２つの
    膜の光軸が、ゼロではない角度によって互いに角度的に
    隔てられている、請求項２に記載の広帯域コレステリッ
    ク光学デバイス。
  26. 【請求項２６】 前記第２の層が２つの膜を含んでお
    り、該２つの膜の光軸が実質的に互いに直交している、
    請求項２５に記載の広帯域コレステリック光学デバイ
    ス。
  27. 【請求項２７】 前記第２の層が複数の二軸性膜を含ん
    でおり、 該複数の二軸性膜のそれぞれにおいて、該膜に対して垂
    直な方向の屈折率が、該膜の平面における屈折率の平均
    値よりも大きく、 該複数の二軸性膜においてそれぞれ対をなして隣接する
    ２つの二軸性膜の面内屈折率のうちの大きい方の屈折率
    に対応する光軸が、ゼロではない角度によって互いに角
    度的に隔てられている、請求項２に記載の広帯域コレス
    テリック光学デバイス。
  28. 【請求項２８】 前記第２の層が２つの二軸性膜を含ん
    でおり、 前記面内屈折率のうちの大きい方の屈折率に対応する該
    ２つの二軸性膜のそれぞれの光軸が、実質的に互いに直
    交している、請求項２７に記載の広帯域コレステリック
    光学デバイス。
  29. 【請求項２９】 前記第１の補償器が軸上リターダを備
    えている、請求項１に記載の広帯域コレステリック光学
    デバイス。
  30. 【請求項３０】 前記リターダが４分の１波長板であ
    る、請求項２９に記載の広帯域コレステリック光学デバ
    イス。
  31. 【請求項３１】 前記コレステリック層が、前記第１の
    補償器と第２の補償器との間に配置されており、 該第２の補償器が複数の層を備えており、該複数の層の
    それぞれが、正の複屈折を有し且つ自らに対して実質的
    に垂直な光軸を有する正の複屈折層と、負の複屈折を有
    し且つ自らに対して実質的に垂直な光軸を有する負の複
    屈折層と、を含む、請求項１に記載の広帯域コレステリ
    ック光学デバイス。
  32. 【請求項３２】 前記第２の補償器が軸上リターダを備
    えている、請求項３１に記載の広帯域コレステリック光
    学デバイス。
  33. 【請求項３３】 前記リターダが４分の１波長板であ
    る、請求項３２に記載の広帯域コレステリック光学デバ
    イス。
  34. 【請求項３４】 広帯域コレステリック光学デバイスを
    備えた偏光子であって、該広帯域コレステリック光学デ
    バイスが請求項１に記載の広帯域コレステリック光学デ
    バイスである、偏光子。
  35. 【請求項３５】 広帯域コレステリック光学デバイスを
    備えたフィルタであって、該広帯域コレステリック光学
    デバイスが請求項１に記載の広帯域コレステリック光学
    デバイスである、フィルタ。
  36. 【請求項３６】 広帯域コレステリック光学デバイスを
    備えた液晶装置であって、該広帯域コレステリック光学
    デバイスが請求項１に記載の広帯域コレステリック光学
    デバイスである、液晶装置。
  37. 【請求項３７】 広帯域コレステリック光学デバイスを
    備えた偏光ビームスプリッタであって、該広帯域コレス
    テリック光学デバイスが請求項１に記載の広帯域コレス
    テリック光学デバイスである、偏光ビームスプリッタ。
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