JPH0310202A - 偏光素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はランダムな光の偏光特性を一方向の直線偏光に
変える偏光素子に関する。

〔従来の技術〕

従来の光吸収を伴う偏光板に変えて、ランダムな偏光を
有する入射光を一方向偏光の出射光に高効率で変換する
偏光素子が検討されている。」１記偏光素子の基本的な
構造の一例を第５図に示す。

この偏光素子は大まかに等方性層（１４）−複屈折性層
（１５）−等方性ＪＦｉ（１６）−位相差ｍ　（１７）
の４層からなる。入射光（１１）のランダムな偏光をそ
の構成成分であるところの、お互いに直交する２つの偏
光成分（紙面と平行な方向に振動する常光成分（１２）
、紙面と垂直な方向に振動する異常光成分（１３））に
空間的に分離、集光しく図では片方の異常光成分（１３
）のみを集光している）、片方の直線偏光成分の偏光面
をλ／２の位相差板（１７）を用いて９０’回転させる
ことにより、偏光方向が一方向に揃った出射光を得るも
のである。ここで、入射光をお互いに直交する２つの偏
光成分に分離する手段（複屈折層）として、液晶材料の
複屈折性を利用する方法が検討されている。等方性層（
１４）の屈折率ｎｉに対して液晶層の２つの屈折率（常
光屈折率ｎｏ、　　異常光屈折率ｎｅ）の関係をｎ１＝
ｎｏ＜ｎｅとすれば、等方性層（１４）と液晶層（１５
）との界面に形成されたレンズ形状により異常光成分（
１３）のみが集光される。一方、常光成分（１２）は等
方性層（１４）と液晶層（１５）との間で屈折率差がな
いため集光されない。

〔発明が解決しようとする課題〕

液晶材料では極性高分子が規則的に配列することにより
光学的異方軸（−軸性複屈折材料となる）が形成される
。この状態では入射光の偏光方向に応じて異なる屈折効
果（常光屈折、異常光屈折）を示すため、２つの偏光成
分に分離することが可能である。また、液晶材料を挟持
する基板をはじめに作り込んでおき、その後に減圧封入
法により液晶を封入すれば、先の第５図に示すような微
細な構造を持った基板間においても、容易に配向させる
ことが可能である。

反面、液晶材料は屈折率の温度依存性が大きいことが、
偏光素子に用いた場合の実用上の最大の欠点となってい
た。ネマチック系液晶の屈折率の温度依存性の一例を第
２図に示す。温度が高くなるにしたがって、ｎｏ（常光
屈折率）、ｎｅ（！ｌ：常光屈折率）がともに大きく変
化していることがわかる。偏光分離に用いる液晶材料の
屈折率の温度依存性が大きいと、使用温度により分離、
集光する偏光の集光位置が異なることになり、片方の偏
光成分だけを効率よく集光することが出来ないことにな
る。つまり、例えば第３図に示すように、本来の合焦位
置（３１）は位相差板（１７）上に来るように設計しで
あるはずであるが、使用温度が変化することにより液晶
層の屈折率が変化した場合、仮に液晶層の屈折率値が設
計値よりも大きくなれば合焦位置は液晶層側に近＜　（
３２）なり、逆に設計値よりも小さくなれば合焦位置は
遠＜　（３’３）なる。何れにしても合焦位置は本来の
位相差板がある位置をはずれるため、位相差板を通る光
は集光した光の一部となり、集光した光の全ての偏光面
を回転させることはできないことになる。従って、光の
一方向偏光への変換効率が低下することになる。

そこで、本発明は以上のような問題点を解決するもので
、その目的とするところは、液晶材料を用いた偏光素子
において、液晶材料の屈折率の温度依存性に伴って生じ
る変換効率の低下を改善することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の偏光素子は、偏光
成分を分離、集光する手段として複屈折性を示す液晶材
料を用いた、ランダムな偏光成分を一方向の直線編光成
分に変換する偏光素子において、該偏光素子に温度制御
が可能な面状の発熱体を一体化したことを特徴とする。

〔作用〕

第１図は本発明の偏光素子の構成断面図であり、この第
１図に基づいて本発明の詳細な説明する。

先に第５図に示した偏光素子を基本に、偏光分離を行な
う液晶層（複屈折性層）の近傍に温度センサーと温度制
御が可能な面状の透明発熱体（１９）が形成されており
、液晶層の温度が常に一定になるように制御されている
。これにより、液晶の常光μ折率及び異常光屈折率を常
に一定値（設計値）に保つことが可能となり、屈折率変
化に伴う偏光成分の集光位置のズレを無くずことができ
、従って、入射光の一方向偏光への変換効率の低下を防
止することが可能となる。

〔実施例〕

以下、実施例に基づき本発明の詳細な説明する。

但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない
。

第１図に基づいて本発明の詳細な説明する。

片面に凹型のレンズパターンを有する光学的に等方な等
方性層（以下基板１と呼ぶ）及び両面が平板状の等方性
層（以下基板２と呼ぶ）を高耐熱性のアクリル系樹脂材
料（屈折率ｎ＝１．４９）により形成した。なお、基板
１及び基板２の厚みは各々１　ｍｍ、１．３２ｒｎｍと
した。基板２の片側及び基板１のレンズパターンのない
側にスパッタ法により厚さ約０．２μｍの透明導電膜（
ＩＴＯ膜、インジウム及びすすの酸化物）を形成した。

レンズパターンは断面形状が凹型である一方向集光性の
リニアレンチキュラー状のパターンをアレイ状に配列し
たもので、個々のパターン形状はレンズ幅０．１＋ｏｎ
＋、曲率半径０．２ｍｍである。上記基板１及び基板２
を用いて通常の液晶セルを組む方法に準じて、約１０μ
ｍのギャップを持つセルを、透明導電膜が外側に位置す
るように張り合わせにより作製した。その後、減圧封入
法により約１０μｍの間隙に液晶材料（ネマチック系液
晶、常光屈折率ｎｏ＝１．．４９、異常光屈折率ｎｅ＝
１゜７１）を注入し、封止して、等方性層−複屈折性層
一等方性層の３層構造体を形成した。なお、この場合基
板１および基板２の液晶材料と接する面側には予めポリ
イミドによる配向剤を塗布しておき、液晶材料が配向し
易いようにしておいた。次に、基板２の液晶材料と接し
ない面には、上記レンズピッチに合わせて、λ／２の位
相差を与える幅２０μｍのストライプ状の位相差板（１
７）を形成した。次に、基板１及び基板２に形成し力透
明導電ｊ！（シート抵抗値４０Ω／Ｃイ）に電流を流し
、透明導電膜をシート状の発熱体として用い偏光素子全
体が一定の温度（約４０°Ｃ）になるように加熱した。

なお、基板の片面に温度センサーを取り付は温度センサ
ーからの信号をフィードバックさせ閉ループを構成して
偏光素子全体の温度を一定値に制御した。先に説明した
ように、液晶材料は屈折率の温度依存性が大きいことが
偏光素子を実用化する上での問題点となっていたが、素
子全体を設計温度に温度制御することにより、等方性層
と液晶層との界面における屈折特性を一定に保つことが
でき、結果として、光の一方向偏光への変換効率を高め
ることが可能である。

いま、第１図において常光成分（偏光方向が紙面に平行
）を実線（１２）で、異常光成分（偏光方向が紙面に垂
直）を破線（１３）で示すと、等方性層（１４）の屈折
率ｎｉと液晶層（Ｉ５）の常光屈折率ｎｏが等しいこと
により、偏光素子に入射した光のうち常光成分（１２）
は等方性層（１４）と液晶層（１５）の界面において、
何等屈折作用を受けることなく直進するのに対して、異
常光成分（１３）は界面での屈折率変化にともなう光の
屈折作用を受は光が空間的に集められ、λ／２の位相差
を与える位相差板（１７）上に焦点を結ぶ。この位相差
板を透過することにより偏光方向は９０°回転するため
、異常光成分の偏光方向は常光成分の偏光方向と同一と
なる。

なお、位相差板に入射した常光成分も同様に偏光方向の
回転作用を受けるが、全光透過面積に対する位相差板の
占める面積の割合が小さければ、偏光方向が充分に揃っ
た出射光を得ることが可能である。ちなみに、本実施例
の場合、位相差板の全光透過面積に占める面積の割合は
２０％であるため、全出射光に対して偏光方向が揃って
いる光の割合は約９０％と非常に高い。さらに、素子全
体の温度制御を行なっているため、温度変化に伴う合焦
位置のズレが生じないため、位相差板の面積を更に小さ
くし、全出射光に対して偏光方向が揃っている光の割合
を更に高めることも十分可能である。

なお、本実施例では透明発熱体を基板１及び基板２の両
端側に形成したが、発熱体自体が透明な薄膜状であり、
その厚さも０．１〜０．４μｍ程度と非常に薄いことか
ら、例えば第４図に示すようにレンズパターン部分に形
成してもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の偏光素子は、偏光成分を分
離、集光する手段として複屈折性を示す液晶材料を用い
た、ランダムな偏光成分を一方向の直線縞光成分に変換
する偏光素子において、該偏光素子に温度制御が可能な
面状の発熱体を一体化し、液晶層の温度を常に設計温度
に保つことにより、液晶材料の屈折率の温度依存性に起
因する光の一方向偏光への変換効率の低下を補償するこ
とが可能となる。従来、偏光成分を分離、集光する手段
として液晶材料を用いた偏光素子では、周辺温度により
偏光素子の特性が大きく変化するという問題点があった
が、本発明の構成をとることにより、常に一定の特性を
有する偏光素子を容易に実現することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の偏光素子の原理構造を説明するための
構成断面図。 第２図はネマチック系液晶の屈折率の温度依存性を示し
た図。ｎｏは常光屈折率を、ｎｅは異常光屈折率を示す
。 第３図は液晶層に屈折率の温度依存性がある場合に形成
される焦点位置を示した図。 第４図は透明発熱体をレンズパターン部分に付けた場合
の構成断面図。 第５図は従来の液晶材料を利用した代表的は偏光素子の
構成断面図。 液晶層（複屈折率層） 等方性層（基板２） 位相差層 出射光 面状透明発熱体 ３１・・・設計」二の合焦位置 ３２・・・焦点距離が短い場合の合焦位置３３・・・焦
点距離が長い場合の合焦位置第１図、第３図、第４図及
び第５図において各々共通ずる部分には同じ番号を用い
た。 以上 １１・・・入射光 １２・・・常光成分 １３・・・異常光成分 １４・・・等方性層（基板１）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 偏光成分を分離、集光する手段として複屈折性を示す液
   晶材料を用いた、ランダムな偏光成分を一方向の直線偏
   光成分に変換する偏光素子において、該偏光素子に温度
   制御が可能な面状の発熱体を一体化したことを特徴とす
   る偏光素子。