JPH11503247A - 液晶アクロマティク複合リターダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、アクロマティク液晶複合リターダ、アクロマティク偏光スイッチ、および液晶複合リターダを用いるアクロマティクシャッタを提供する。さらに、本発明はアクロマティク可変スメクチィク液晶リターダを提供する。本発明の複合リターダは中央液晶リターダユニットと液晶リターダユニットに対して直列に液晶リターダユニットのいずれかの側に配置した２個の外側受動型リターダとを具える。液晶リターダユニットは、回転可能なスメクチィク液晶半波長リターダ（１）または零と半波長との間で電子的に切り換え可能なリターダンスをユニット第１および第２の液晶可変リターダ（２）のいずれかで構成する。外側の受動型リターダはリターダンスおよび方位角について互いに等しい。設計式は、複合構造体について特定のアクロマティクリターダンスが得られるように外側素子のリターダンスおよび中央リターダに対する相対方位角を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】 液晶アクロマティク複合リターダ発明の分野 本発明は、受動型リターダ(passive retarder)と組み合わされて作用する液晶 アクティブリターダを具え、単一のアクロマティクリターダとして動作する複合 リターダに関するものである。発明の背景 液晶リターダは、調整可能なフィルタ、振幅変調器および光シャッタのような 光デバイスにおいて広く用いられている。面整列したスメクチィク液晶デバイス は、電界を印加すると光学軸の方位角が回転するが複屈折性は変化しない回転性 波長板として機能する。これに対して、ホウミィアトロピカリィ(homeotropical ly)に整列したスメクチィク液晶、等方整列したネマティックデバイス、および ネマティックπセルは、電界を印加すると複屈折性が変化する可変リターダとし て機能する。色彩性は複屈折性素子、受動型および液晶の性質である。色度につ いては２個の主要な要因があり、（１）波長λに対する複屈折の変化（Δｎ）で ある分散、および（２）光路長の波長依存性に起因する１／λに対するリターダ ンスの明確な依存性がある。これらの両方の要因により、波長が短くなるにした がって複屈折が増大することになる。設計波長において特定のリターダンス(ret ardance)を有する複屈折性材料は、短い波長においてより大きなリターダンスを 有し、より長い波長においてより小さいリターダンスを有している。色度は複屈 折性光デバイスのスペクトラル動作域に対して制約を課すことになる。 受動型リターダについての色度補償は、ここに参照することでその全体をこの 明細書の一部分となす。S．Pancharatnam，Proc．Indian Acad．Sci．A41，137 [1955]、およびA．M．Title，Appl．Opt．14，229[1975]によって検討された。 受動性複屈折材料の波長依存性は、単一のリターダを複合リターダで置き換える ことにより減少する。アクロマティク複合リターダの原理は、適切なリターダン スおよび相対方位角を有する波長板の積層体を適切に選択して波長不感知性リタ ーダンスを有する純粋なリターダとして動作する構造体を形成することである。 パンクラットナムは、ポインケア球体および三角法を用いることにより、このよ うなデバイスが同一のリターダ材料の最小の３個の膜を用いて作られることを示 している。タイトルによる（上述の）ジョーンズの計算分析は、この結果を達成 するため構造体に課せられる条件として、（１）複合構造体が純粋なリターダ（ 回転のない）として動作するため要件は入射側リターダおよび出射側リターダを 平行方位とすることである、（２）複合リターダの光学軸およびリターダンスの 波長に対する１次安定性として中央リターダを半波長板とする必要がある、こと を確証した。これらの条件により、外側素子のリターダンスおよび特定のアクロ マティクリターダンスにおける中央リターダに対する方位角を決定する設計式が 得られる。これらの設計式は中央リターダの特有の方位角および外側リターダに 対する特有のリターダンスを特定するので、これらをアクティブ液晶デバイスに 適用することができず、アクティブリターダの色彩性についての課題が生じてし まう。 アクロマティク半波長リターダの特定の実施例について、設計式は、外側リタ ーダも半波長板とし外側リターダの中央リターダに対する方位角をπ／３とする ことが示されている。構造体全体を機械的に回転することにより、波長不感知偏 光変調が可能である。さらに、タイトルは、複合半波長リターダは半分にするこ とができ一方の部分を他方の半部に対して機械的に回転させてアクロマティク可 変リターダンスを達成できることを示している。このような複合半波長リターダ を電気機械的に回転させることは、偏光干渉フィルタを天体画像スペクトロメー タ用に適合させるために広く用いられている。 強誘電性液晶（ＦＬＣ）の主要な用途はシャッタおよびシャッタのアレイであ る。現在の技術において、ＦＬＣシャッタのｏｎおよびｏｆｆ状態（図１）は、 ＦＬＣリターダの光学軸を、隣接する(bounding)交差または平行偏光子２０およ び２２に対して、π／４と０との間に再方位角させることにより発生している。 ｏｆｆ状態において、ｘ偏光した光は液晶セルにより回転されず出射側の偏光子 により阻止されている。ｏｎ状態において、この偏光は９０°回転し、従って出 射側の偏光子を透過する。 最大強度変調の場合、セルギャップは適切な設計波長において半波長リターダ ンスを発生するように選択される。ｘ偏光した光のｏｎ状態透過率は、吸収、反 射および散乱の損失を無視すれば、理論的には設計波長において１である。他の 波長光については透過率は低下する。図１のＦＬＣシャッタの理想的な透過関数 は以下の式で与えられる。 ここで、δは波長による半波長リターダンスからの偏移である。この式はδに対 する透過損失の２次依存性を表す。ｏｆｆ状態透過率は原理的に零であるが、実 際には欠陥、異なる整列性を有する多重ドメイン、および温度に対する傾き角の 変動による偏光消滅に起因して１０００：１以下となる限界がある。 ０次リターダンスのデバイスについて広い波長帯域にわたるＦＬＣシャッタの 高い透過性が可能であるが、リターデーションの反転波長依存性および液晶材料 の大きな複屈折分散により限界がある。例えば、４００ｎｍおよび７００ｎｍに おけるｏｎ状態損失が等しい可視ＦＬＣシャッタデバイスは、中心が４８０ｎｍ にある半波長リターダが必要である。このリターダンスを有する０次ＦＬＣデバ イスは、典型的なＦＬＣ複屈折データを用いる場合、約１．３μｍの厚さを有し ている。半波長リターダンスからの偏移に起因する限界波長における透過損失は 約４０％である。これにより、ＦＬＣデバイスの輝度並びにＦＬＣシャッタおよ び光変調器の動作帯域が顕著に制限されてしまう。調整可能な光フィルタや電界 順次デイスプレイカラーシャッタのような複合ＦＬＣデバイスを含むシステムに おいて、この光損失の原因は全体のスループットおよびスペクトラル性能に対し て強い影響を有する。発明の概要 本発明は、アクロマティク液晶複合リターダ、アクロマティク偏光スイッチ、 および液晶複合リターダを用いるアクロマティクシャッタを提供する。さらに、 本発明はスメクチィク液晶を用いるアクロマティク可変リターダを提供する。本 発明によるアクロマティクシャッタは、偏光子損失を正規化した後４００ｎｍか ら７００ｎｍにわたる全可視域において９４％以上の優れたｏｎ状態透過率およ び４５０ｎｍから６５０ｎｍにおいて１０００：１の高いコントラストを与える ことが証明された。 本発明のスメクチィク液晶複合リターダは、中央の回転可能なスメクチィク液 晶半波長リターダと、液晶リターダに直列にそのいずれかの側に配置した２個の 外側受動型リターダとを具える。外側リターダはリターダンスが等しく互いに平 行に方位する。設計式は、この複合構造体について特定のリターダンスが得られ るように外側素子のリターダンスおよび中央リターダに対する方位角を決定する 。反射モード複合アクロマティクリターダは、単一の受動型リターダと反射器と の間に配置したスメクチィク液晶１／４波長リターダを用いて構成される。 本発明の複合リターダにおいて、一般的にこの構造体が方位角およびリターダ ンスの両方について最大の色消し性を有する中央液晶リターダの方位角が存在す る。スメクチィク液晶セルに電界を以下すると、光学軸が２個またはそれ以上の 方位角間で回転し、一方の方位角が最大の色消し性を与える。本発明の重要な概 念は、（１）設計波長における合成リターダンスが中央液晶リターダの回転に伴 って変化しないこと、および（２）複合リターダの光学軸が、たとえ合成リター ダンスがアクロマティクでなくても安定であることである。 これらの特性は、線形偏光子および複合アクロマティクリターダを具える本発 明のアクロマティク偏光スイッチにおいて、および一対の偏光子間に配置した複 合アクロマティクリターダを具える本発明のアクロマティクシャッタにおいて利 用される。一方のスイッチィング状態（ｏｎ状態）において複合リターダはアク ロマティクとなり、第２の状態（ｏｆｆ状態）において複合リターダは一方の偏 光子と平行になり、従って光はこのリターダを見ることはない。従って、ｏｆｆ 状態において、波長に対して固定されたリターダンスは必要ではない。ｏｆｆ状 態において複合リターダにアクロマティクになる方位角を与えることにより、高 いコントラストのシャッタが得られる。さらに、反射モードシャッタが本発明に より実現される。 液晶複合リターダの変形例において、回転可能なスメクチィク液晶半波長リタ ーダは第１および第２の液晶可変複屈折リターダにより置き換えられる。第１お よび第２の可変複屈折リターダはそれぞれ第１および第２の固定された光学軸並 びに零と半波長との間で切り換えることができるリターダンスを有する。動作中 、一方のリターダが零リターダンスに切り換わると、他方のリターダは半波長に 切り換わり、その逆にも動作し、従ってこの対の複合リターダンスは第１の光学 軸の方位角と第２の光学軸の方位角との間で切り換え可能な方位角を有する半波 長リターダンスとなる。 本発明のアクロマティク可変リターダンススメクチィク液晶複合リターダは、 受動型部分に対して回転可能なアクティブ部分を具える。このアクティブ部分は ２個の液晶リターダ、すなわち、それぞれ角度α₂およびα₂＋π／３に方位する 半波長および１／４波長板を具える。尚、ここで、角度α₂は電子的に切り換え 可能である。受動型部分は２個のリターダ、すなわち、それぞれα₁およびα₁＋ π／３に方位角する１／４波長板および半波長板を具える。尚、ここで、α₁は 固定である。１／４波長板は半波長板間に配置する。この複合構造体の合成リタ ーダンスは、２（π／２−α₂＋α₁）である。リターダンスを変化させるため、 アクティブ部分の液晶リターダを共に回転する。 本発明の面整列したスメクチック液晶セルは連続してまたは個別に電子的に回 転可能な光学軸を有する。スメクチック液晶セルはＳｍＣ^*およびＳｍＡ^*液晶並 びに歪み螺旋強誘電性（ＤＨＦ）、反強誘電性、およびアキラル強誘電性液晶を 用いることができる。本発明の可変複屈折液晶セルは等方的に整列したネマチッ ク液晶、π−液晶、およびホウミィアトロピカリィに整列したスメクチック液晶 セルを含むことができる。図面の簡単な説明 図１は交叉した偏光子間に強誘電性液晶を具える光シャッタである。 図２は図２ａ〜ｂを含み、（ａ）回転可能なスメクチック液晶半波長板および ２個の受動型可変リターダまたは（ｂ）２個の液晶可変リターダおよび２個の受 動型可変リターダを具えるアクロマティクアクティブ複合リターダである。 図３は、回転可能なスメクチック液晶１／４波長板、受動型リターダおよび反 射器を具える反射モードのアクロマティクアクティブ複合リターダである。 図４は、交叉した偏光子間のアクロマティク複合リターダを用いるアクロマテ ィクシャッタである。 図５は図５ａ〜ｄを含み、（ａ）アクロマティク複合リターダおよび（ｂ）単 一リターダを有する交叉した偏光子シャッタ並びに（ｃ）アクロマティク複合リ ターダおよび（ｄ）単一リターダを有する平行リターダシャッタの計算したｏｎ 状態およびｏｆｆ状態透過スペクトラムである。 図６は（ａ）複合リターダアクロマティクシャッタおよび（ｂ）単一リターダ シャッタの測定したｏｎ状態透過スペクトラムである。 図７は複合リターダアクロマティクシャッタの測定したｏｆｆ状態透過スペク トラムである。 図８は（ａ）複合リターダアクロマティクシャッタおよび（ｂ）単一リターダ シャッタの半波長リターダンスδからの偏移の関数としての計算したｏｎ状態透 過率である。 図９は複合リターダアクロマティクシャッタのδの関数としての計算したｏｆ ｆ状態透過率である。 図１０は複合リターダアクロマティクシャッタのδの関数としての計算したコ ントラスト比である。 図１１は図１１ａ〜ｂを含み、複合１／４波長リターダを用いるアクロマティ クシャッタの算したｏｎ状態およびｏｆｆ状態透過スペクトラムである。 図１２は図１２ａ〜ｂを含み、（ａ）平行偏光子および（ｂ）交叉した偏光子 を有する複合画素反射モードアクロマティクシャッタを示す。 図１３は複合画素透過モードアクロマティクシャッタである。 図１４は１対の液晶リターダおよび１対の受動型リターダを具える複合アクロ マティク可変リターダである。発明の詳細な説明 本発明のデバイスの素子は光学的に直列に結合する。偏光子の方位角は透過軸 の方位角とし、複屈折素子の方位角はこの素子の主光学軸の方位角とする。本明 細書において、方位角は光の伝搬軸と直交する面内の任意の軸に対して規定する 。複屈折素子の例として、その方位角は矢印で示しそのリターダンスはその素子 の側に表示する。リターダンスが２個のち値の間で切換可能な場合、その値は共 にその傍に表示しコンマにより分離する。そのリターダンスは設計波長における リターダンスに関するものとする。πのリターダンスは半波長（λ／２）のリタ ーダンスに等しい。 用語固定リターダとは、方位角およびリターダンスが電子的に変調されない複 屈折素子に関するものとする。本発明の回転可能な液晶リターダは電子的に回転 可能な方位角および設計波長における固定リターダンスを有する。液晶可変リタ ーダ、等価的には液晶可変複屈折リターダは電子的に可変なリターダンス（複屈 折）および固定された方位角を有する。用語複合リターダは単一のリターダとし て機能する２個またはそれ以上のグループのために用いる。複合リターダの合成 リターダンスーダは方位角およびリターダンスにより特徴付けられる。 用語設計波長および設計周波数（υ₀）とは、複合リターダの個々のリターダ が特定のリターダンスを与える波長および周波数をいう。用語アクロマティクリ ターダとは、入射光の設計周波数からの偏位（Δυ／υ₀）に対するリターダン スおよび方位角の両方の最小１次依存性を有するリターダを称する。用語アクロ マティク方位角とは、入射光の設計周波数からの偏位の最小１次依存性を有する 光学軸の方位角を称する。 本発明の液晶アクロマティク複合リターダの第１実施例（図２ａ）は、角度α₂ とα₂′との間で電子的に回転可能な方位角を有する面整列スメクテック液晶 リターダ３０を具える。これらの方位角は、ここではオン状態およびオフ状態と それぞれ称する。リターダ３０は設計波長において半波長リターダンス（Γ₂ ⁰＝ π）を与える。設計波長において方位角α₁およびリターダンスΓ₁ ⁰を有する外 側の受動型リターダ４０および４２は中央リターダ３０のいずれかの側に配置す る。変形例において、外側リターダは、平行ではなく交叉させる。この用途にお いて、設計式は平行リターダの場合について取り出される。同様な式を交叉リタ ーダについても取り出すことができる。 本例において、液晶はＦＬＣとするが、面整列ＳｍＣ^*およびＳｍＣ^*液晶およ び歪み捩じれ強誘電体（ＤＨＦ）液晶、非強誘電体液晶、およびアキラル強誘電 体液晶を含む電子的に回転可能な光学軸を有するいかなる材料とすることもでき る。リターダは少なくとも２個の方位角α₂とα₂′との間で切り代わる。リター ダは、用いる液晶材料および印加電界に応じて、方位角α₂とα₂′の範囲内で連 続的に回転でき、双安定状態α₂とα₂′との間で切り換えることができ、または ２個のまたはそれ以上の個別であるが必ずしも安定ではない方位角間で切り替わ ることができる。 アクロマティクリターダの第２実施例（図２ｂ）において、回転可能なリター ダ３０は、固定の方位角α₂とα₂′をそれぞれ有する可変リターダ３１および３ ３により置き換える。３１および３３のリターダンスは零と半波長との間で切り 換えることができる。これらのリターダンスは同期して切り換えられ、ここで用 いる場合一方が零リターダンスを有し他方が半波長のリターダンスを有すること およびその逆の場合を意味する。従って、３１および３３の複合リターダンスは 常時半波長となり、合成方位角はα₂とα₂′との間で切り換えることができる。 液晶可変リターダ３１および３３は、等方的に整列したネマティクセル、ネマ ティクπ−セル、および等方的に整列したスメクチィク液晶リターダを含むこと ができる。しかし、これらに限定されるものではない。当該分野において知られ ているように、等方的に整列したネマティクセルおよびネマティクπ−セルは、 ゼロリターダンスに電気的に駆動できない場合がある。この場合、この液晶セル は受動型リターダと組み合わせて(shimmed)残留リターダンスを補償することが できる。受動型リターダは、複屈折が同一符号を有する場合液晶リターダに対し て直交し、複屈折が反対符号を有する場合平行になる。本発明においては、可変 リターダ３１および３３は選択的に受動型リターダを含んで非零残留リターダン スを補償する。 本発明は、本例では図２ａ〜ｂの代表的な例として回転可能なリターダ（図２ ａ）を用いて説明する。本発明の全ての実施例において、液晶回転可能なリター ダは図２ｂの態様で一対の液晶回転可能リターダにより置き換えることができる ものと理解すべきである。図２ａの形式のものはいくつかの理由により好ましい ものである。このリターダは、２個のアクティブセルの代わりに単一の液晶セル を用いているので、その構成は一層簡単である。さらに、スメクテック液晶のス イッチィング速度はネマティク液晶よりも一層高速である。最後に、この観点は 一層重要である。 外側受動型リターダはいかなる複屈折性材料とすることができる。適当な材料 として、マイカまたは水晶のような結晶材料、マイラやポリカーボネートのよう な延伸した重合体フイルム、およびポリマ液晶フイルムが含まれる。好適実施例 において、受動型リターダの分散は液晶の分散とほぼ整合している。例えば、マ イラはあるＦＬＣと同様な分散を有している。 本発明の複合リターダは、中央のリターダがα₂の方位角にあるとき、ｏｎ状 態において色消しとなるように設計する。方位角およびリターダンスの色消し性 に関して、リターダの相対的な方位角についてのある解は、 ここで、Δ＝α₂−α₁である。さらに、アクロマティクな方位角およびリターダ ンスを発生する特定の設計周波数について孤立した(isolated)方位角が存在する 。複合リターダのリターダンスΓは以下の式から得られる。 複合リターダの方位角Ω＋α₁は以下の式から得られる。 ここで、Ωは外側受動型リターダの方位角に対する複合リターダの方位角である 。 上記設計式に基づき、受動型リターダのリターダンスおよびリターダの相対方 位角は複合リターダの所望のリターダンスが得られると共に色消し性が確立され るように選択することができる。例えば、アクロマティク複合半波長リターダ（ Γ＝π）について、式（３）は解Γ₁ ⁰＝πを与え、式（２）はリターダの相対方 位角Δ＝６０°を与える。式（４）は複合リターダの相対方位角としてΩ＝３０ °を与える。従って、複合半波長リターダについてΩ＋α₁＝４５°を得るため には、受動型リターダがα₁＝１５°に方位することである。Δ＝６０°である から、中央リターダの方位角はα₂＝７５°になる必要がある。同様に、複合１ ／４波長リターダ（Γ＝π／２）の場合、この式はΓ₁ ⁰＝１１５°、Δ＝７１° 、およびΩ＝３１°を与える。従って、Ω＋α₁＝４５°の方位角の場合、受動 型リターダはα₁＝１４°となり中央リターダはα₂＝８５°となる。 本発明のアクロマティク複合リターダにおいて、液晶中央リターダはα₂とα₂ ′との間で回転可能な光学軸を有する。この液晶リターダがα₂′にある場合、 外側リターダに対する方位角はΔ′＝α₂′−α₁となり、外側リターダに対する 複合リターダの方位角はΩ′となる。式（２）は複合リターダがアクロマティク な場合のΔの絶対値に対して特有の解を与えるので、式（２）は、外側リターダ に対する中央リターダの方位角を対抗して変化させることを教示している。本発 明の概念は、（１）式（２）を満足しない中央リターダの方位角α₂′において 合成リターダンスΓが設計波長から変化しないことおよび（２）たとえ複合リタ ーダがアクロマティクでなくても光学軸が波長に対して安定である中央リターダ の方位角α₂′が存在することを発見することにある。本発明の別の概念は、多 くのデバイスにおいて複合リターダがあるスイッチィング状態においてデバイス 出力に影響を与えず、従ってその状態においてアクロマティクとする必要のない こと を実現することである。特に、複合リターダが偏光子に平行な場合、偏光した光 はリターダにより変調されず、つまりリターダンスの色彩性は重要ではない。光 学軸の安定性だけが必要となるので、方位角は動作波長域にわたって偏光子に平 行に維持する。これらの特性は、回転可能な中央リターダを有する複合リターダ を用いる多数の有用なデバイスに到達する。 リターダの好適実施例において、液晶リターダがα₂′に向くとき、方位角は アクロマティクになる。リターデーション軸の方位角の周波数依存性の１次項は 以下の式で表される。 ここで、εは相対周波数差Δν／ν₀である。ｏｎ状態において、式（２）が満 足される場合式（５）は∂Ω／∂εを与えることに注意されたい。これは、ｏｎ 状態がアクロマティクであることを確認する。ｏｆｆ状態の方位角α₂′につい て、式（５）を用いて∂Ω′／∂εの大きさを決定することができる。Γ₁ ⁰＝π かつｓｉｎΓ₁ ⁰＝０のアクロマティク半波長リターダの特殊な場合、α₂′の全 ての値について∂Ω／∂ε＝０となり、すなわち方位角は全ての方位角において アクロマティクとなる。 アクロマティクリターダの対称性より、図３に示すように、反射モードで実施 することができる。図２ａのリターダの反射モードの実施例は、リターダンスΓ₁ ⁰ および方位角α₁の単一受動型リターダ４０と、α₂とα₂′との間で切り換え 可能な方位角を有する液晶１／４波長リターダ３２と、反射器５０とを用いる。 反射器は液晶１／４波長リターダを通る第２の経路を形成するので、液晶セルの 正味のリターダンスは半波長となる。反射モードデバイスの前進および後退経路 は図２ａの複合リターダを通る単一の経路と等価である。図２ｂのリターダの反 射モードの実施例は、図３の回転可能な１／４波長リターダ３２の代わりに、零 と１／４波長リターダンスとの間で切り換え可能な可変リターダの対を用いる。 図３の実施例の反射器はＲ＝１を有するが、Ｒ＜１も有することがで きる。この反射器は液晶リターダをアドレスする光信号を透過させることができ る。 さらに、本発明は上述したアクロマティク複合リターダを用いるデバイスを含 む。本発明の偏光スイッチはアクロマティク複合リターダと組み合わされた線形 偏光子を具える。この偏光子は波長に対してニュートラルとすることができ、ま たは多色性偏光子とすることができる。光は偏光子により直線偏光にされ、この 偏光した光は複合リターダにより変調する。半波長リターダの場合、偏光は直線 偏光に保持されその方位角は回転する。別のリターダは楕円偏光を発生する。偏 光スイッチは、光が偏光子ではなくリターダに入射する場合、偏光受光器として 機能する。好適実施例において、複合リターダはｏｎ状態（α₂）においてアク ロマティクとなり、ｏｆｆ状態（α₂′）において偏光子と平行な方位角となる 。この好ましいｏｆｆ状態の方位角の場合複合リターダの色消し性は必要ではな い。この理由は、偏光子と平行な方位角の場合偏光した光は複合リターダを見る ことがなく複合リターダにより変調されないからである。より好適な実施例にお いて、複合リターダの方位角はｏｆｆ状態で安定であり、すなわち∂Ω′／∂ε は零になる。 偏光スイッチの特に有用な実施例を図４に示す。偏光スイッチ１１０は、偏光 子２０、外側リターダ４０および４２、および液晶リターダ３０を具える。受動 型リターダ４０および４２はα₁＝π／１２に方位した半波長リターダ（Γ₁＝π ）とする。液晶半波長プレート３０は、それぞれα₂＝５π／１２およびα₂′＝ ８π／１２のｏｎ状態の方位角とｏｆｆ状態の方位角との間で切り換え可能であ る。これは、複合リターダンスΓ＝λ／２および方位角Ω＋α₁＝π／４とΩ′ ＋α₁＝０を与える。ｏｆｆ状態の光はｘ軸に沿って偏光が保持され、ｏｎ状態 において光はｙ軸に平行な方位角となる。複合半波長リターダはα₂′の全ての 値に対してアクロマティクな方位角を有するので、複合半波長リターダを用いて 入射偏光と他の直線偏光との間の偏光をアクロマティクに回転させることができ る。 複合半波長リターダおよびシャッタの数学的分析は、本発明のデバイスの波長 安定性を実証している。複合半波長リターダのジョーンズマトリックスは、３個 の線形リターダを表すマトリックスの積となる。複雑なカルテシアン電界振幅を 伝搬させるジョーンズマトリックスは、個別の線形マトリックスを表すマトリッ クスを連鎖乗算することにより与えられる。ｏｎ状態およびｏｆｆ状態について 、これらは以下の式によりそれぞれ与えられる。 および ここで、リターダンスΓおよび方位角αを有する線形リターダの一般的なマトリ ックスは以下の式で与えられ、 各リターダの絶対位相は省略される。この分析に関して、特定の設計波長におけ る半波長リターデーションにおいて、各リターダは材料およびリターダンスにお いて同一であるとする。この波長は、好ましくは所望の動作波長帯域にわたって 最良のピーク透過およびコントラストが与えられるように選択する。ここで、リ ターダンスは、式Γ＝（π＋δ）により表され、δは半波長リターダンスからの 波長依存性の偏移である。この作業に関して、分散は、用いるＦＬＣリターダお よびポリマリターダ(Wu，S.T.，Phys．Rev.（1986）A33:1270)に適当な複屈折分 散についての簡単式を用いてモデル化する。適当な実験的なＦＬＣデータおよび ポリマスペクトロメータのデータを用い、各材料の分散を適切にモデル化する共 振波長を選択した。 式（６）および（７）に３個のマトリックスを代入すると、以下の一般式で書 くことができるｏｎ状態およびｏｆｆ状態マトリックスが発生する。 ここで、｜ｔ_ij｜は大きさを表し、θはこの複合構造の合成ｔ_ijマトリックス成 分を表す。（アクロマティク）ｏｎ状態の特定の要素は以下の式で与えられる。 ｏｆｆ状態の成分は以下の式で与えられる。 シャッタデバイスにおいて、複合リターダは交差した偏光子間に配置する。透 過した電界振幅のジョーンズベクトルはマトリックスの式で与えられる。 偏光子は以下の式と同一となるようにし、 らの条件下において、透過した電界のジョーンズベクトルはＷ_cのオフ対角成分 Ｗ_cの成分は大きさの項として与えられるので、この複合リターダのｏｎ状態 およびｏｆｆ状態の強度透過は式（１１）および（１４）のオフ対角項を単に２ 乗することにより、すなわちＴ＝｜ｔ₁₂｜²により与えられる。これはシャッタ の２個の強度透過関数を与える。 上記式は、δについての透過した強度の２次依存性が消滅する所望の結果を示 す。ｏｎ状態での透過損失およびｏｆｆ状態での漏れはせいぜいδについての４ 次依存性を有するにすぎない。 ＦＬＣのように、スメクチィク液晶複合リターダを用いて偏光を変調する機構 は、複屈折を変えるのではなく、複合リターダの方位角を回転させることである 。これは、δにおけるジョーンズマトリックスの２次（高次）の項が無視できる 程十分に狭い波長帯域を考慮することにより明確に明らかにすることができる。 この場合、ｏｎ状態およびｏｆｆ状態をそれぞれ表すマトリックスは以下のよう に減少する。 および ｏｎ状態マトリックスは、この程度の近似に対して、π／４の方位角の理想的 なアクロマティク半波長リターダまで減少し、ｏｆｆ状態マトリックスはリター デーション２θで０の方位角の理想的な線形リターダまで減少する。シャッタの 装置においてはオフ対角成分だけが用いられるので、その出力はこの近似の程度 に対して理想的である。 ２次項の除去は、簡単なＦＬＣシャッタについての単一波長ではなく、２個の 波長において理想的な半波長リターデーションを達成する３−要素構造を用いて 達成される。ｏｎ状態の中央リターダおよび外側リターダの相対方位角を僅かに 変化させることにより明らかにすることができる。２個の理想的な透過状態およ び２個のヌル状態は、このようにしてさらに分離することができ、動作帯域が増 大するが最大（ヌル）間でより顕著な低下（漏れ）が発生する。 上記式に基づき、複合リターダシャッタと通常のＦＬＣＳシャッタとの間で比 較することができる。通常のシャッタの場合δ＝３７°のリターデーション偏移 に対して１０％の透過損失が発生し、アクロマティクシャッタの場合δ＝７２° の場合に同一の損失が発生する。これは、δがほぼ２倍になることである。これ らの構造体についてコンピュータモデルを用いると、可視動作域（４００〜７０ ０ｎｍ）について最適化されたアクロマティクシャッタの透過スペクトラム（図 ５ａ）は３３５ｎｍの９０％透過帯域幅（４０９〜７４４ｎｍ）を有し、４８０ ｎｍの設計波長の通常のシャッタのスペクトラム（図５ｂ）は１２２ｎｍの９０ ％帯域幅（４３３〜５５５）を有する。この結果は、帯域幅が３．７５倍になっ ている。複合リターダ（図５ｃ）および単一リターダ（図５ｄ）を有する平行偏 光子シャッタについて計算したスペクトラは、本発明のアクロマティクリターダ により与えられたｏｆｆ状態のおそろしい程の改良を示している。 動作帯域幅の増大はコントラスト比の理論的な損失を伴う。光学軸の１次安定 性の要件は、高次項の存在に起因するｏｆｆ状態のリークを許容する。実際に は、複合リターダを含む場合に実際の犠牲が観測される場合はほとんどない。可 視動作域について最適化されたＦＬＣ（４８０ｎｍの半波長）は、δ＝７５°の リターダンスの最大のずれを与える。この値を用い、外側リターダがＦＬＣに等 しい分散を有するものとすると、４００〜７００ｎｍの動作域について６６７： １の最悪のコントラスト比が見出される。この帯域の多くについて、理論は１０ ００：１はるかに超えるコントラストを予測している。 通常のシャッタおよびアクロマティクシャッタは、コンピュータのモデル化に より予測された性能を達成することが実証されたＦＬＣデバイスはＥ−メルクか らのＺＬＩ３６５４を用いて製造したＩＴＯコートされた基板にナイロン６／６ をスピンコートし、アニーリングした後一方向にラビングした。一方の基板の表 面上に１．５μの直径のスペーサを均一に配置し、ＵＶ硬化接着剤を他方の基板 の内側表面上に堆積した。この基板に真空バックを用いて均一な圧力をかけてギ ャップを形成し、その後ＵＶ硬化した。ＦＬＣ材料は等方相において毛細管の作 用のもとで充填し、Ｃ^*相までゆっくり冷却した。冷却の後、ＩＴＯにリードを 取り付け、デバイスの縁部をシールした。このＦＬＣは５２０ｎｍの半波長リタ ーダンスを有していた。 図１の通常のシャッタは、平行偏光子間に４５°に方位した光学軸を有するＦ ＬＣセルを配置することにより形成した。可視域にわたって高いコントラストを 有することに基づき、ポラロイドＨＮ２２偏光子を用いた。この構造体を４００ Ｗのキセノンアークランプを用いて照明することにより厳密に試験し、ＳＰＥＸ ０．５ｍの回折格子分光光度システムを用いて透過光を分析した。ｏｎ状態の透 過を図６に示す。 次に、アクロマティクシャッタを、５２０ｎｍの半波長リターダンスを有する ２個のニットウＮＲＦポリカーボネートリターダ間に配置した同一のＦＬＣデバ イスを用いて組み立てた。ＦＬＣデバイスはポリマフィルムに対して分散整合し ていないので、増大したｏｆｆ状態リークによるコントラスト比の損失が複合リ ターダについて予測される。ポリカーボネートフィルムは、出射側の偏光子に対 して交差する入射側偏光子に対して１５°に方位させた。このＦＬＣは５π／１ ２の方位角と８π／１２の方位角との間で切り換えた。ｏｎ状態（図６ａ）お よびｏｆｆ状態（図７）スペクトラを測定した。これらのスペクトラの両方につ いて適切な正規化を行って、非理想偏光子、リターダによる偏光消滅、およびラ ンプスペクトラムの偏光依存性に起因するリークを除去した。測定された透過率 スペクトラはモデルの結果と明確に一致している。図６は本発明のアクロマティ クシャッタにより得られた可視スペクトラムにわたって増大した透過率を明確に 表している。 さらに、このモデルを用いて複合リターダアクロマティクシャッタ （式（１９））および単一リターダシャッタ（式（１））のｏｎ状態透過率をδ すなわち半波長リターダンスからの偏移の関数として計算した。計算された透過 率スペクトラを図８に示す。図９は複合リターダシャッタの計算されたｏｆｆ状 態透過率をδの関数として示し、図１０は計算したコントラスト比である。 僅かに長い中心波長を用いれば、ＦＬＣ分散が大幅に減少している場合極めて 広い動作帯域が可能になる。例えば、中心が６００ｎｍのシャッタの計算された ９５％透過率帯域幅は約４００ｎｍ（４８０ｎｍ〜８８０ｎｍ）であり、簡単な ＦＬＣシャッタの場合は高々１５０ｎｍ（５４０ｎｍ〜６９０ｎｍ）である。 本発明のアクロマティク偏光スイッチおよびシャッタは波長以外の合成リター ダンスを有する複合リターダを用いることもできる。例えば、偏光スイッチは線 型偏光子および複合１／４波長リターダをを用いて製造できる。一例として、複 合リターダは入射側偏光子に対してπ／４と０との間で切り替わり、すなわちΩ ＋α₁＝４５°となりΩ′＋α₁＝０°となる。これを達成するため、式（２）〜 （４）は、ｏｎ状態において、Γ₁ ⁰＝１１５°、Δ＝７１°、α₁＝１４°およ びα₂＝８５°を与え、ｏｆｆ状態においてΔ′＝９６°およびα₂′＝１１１° を与える。複合１／４波長リターダは、ｏｎ状態において直線偏光を円偏光に変 換し、ｏｆｆ状態において直線偏光した光を保存する。第２の偏光子を第１の偏 光子に対して直交するように付加すると、５０％透過のｏｎ状態とゼロ透過のｏ ｆｆ状態とで切り替わるシャッタが構成される。透過スペクトラ（図１１ａ〜ｂ ）を分散がないものとして計算した。ｏｆｆ状態透過スペクトラムは図１１ｂに 対数スケールで図示されていることに注意されたい。 本発明のアクロマティク複合リターダ、偏光スイッチおよび偏光シャッタを、 ２個の光学軸方位角を有するＦＬＣと共に図示した。これらは２個以上の光学軸 方位角を用いることができると共に連続的に調整可能な光学軸を有することがで きる。 本発明のアクロマティクシャッタは、ＣＣＤカメラ、眼保護装置、バーチャル リァリティ装置の眼鏡、フィールド順次ディスプレイ、ビームステアラ(beamste erer)、回折光学系およびＬＣフラットパネルディスプレイの輝度を増大させる ような用途に利用することができる。 多くの表示装置の場合、図１２および図１３に示すように、マルチプル−画素 アレイとして用いことができる。これらの図面において、光学素子を断面で示す と共に矩形のボックスにより表示する。複屈折性素子のリターダンスはボックス の上側に表示し、方位角は下側に表示する。素子が２個又はそれ以上の方位角間 で回転できる場合、両方の方位角をボックス内に表示すると共にコンマにより分 離する。 ２個の反射モードの実施例を図１２に示す。ＦＬＣリターダ３２は設計波長の １／４波長のリターダンスを有し、光学軸は５π／１２と８π／１２との間で回 転可能である。ＦＬＣセルは基板９０および９２で形成する。電圧は、透明電極 ９５および画素化されたミラー電極５２を用いてＦＬＣに印加する。各画素を個 別にアドレスして所望の表示パターンを形成することができる。複合リターダは 、ＦＬＣにπ／１２に方位角した受動型半波長リターダ４０を組み合わすことに より形成する。 図１２ａにおいて、シャッタアレイは０に方位した線型偏光子２０を用いる。 反射モードにおいて、偏光子２０は入射側および出射側の偏光子となるので、こ れは平行偏光子の実施例である。アレイは周辺光１００により照明され、観客は 眼で表示する。図１２ｂにおいて、交差偏光子の実施例を構成するためアレイは 偏光ビームスプリッタ２５を用いる。白色光１０１によりアレイを照明し変調さ れたグレイ光を観客に向けて出射させる。 透過モードアレイを図１３に示す。この実施例において、ＦＬＣは半波長リタ ーダンスを有する。透明電極９５および画素化された透明電極９６を用いて電 圧を印加する。複合リターダは、ＦＬＣと外側リターダ４０および４２とを組み 合わせることにより形成する。シャッタは偏光子２０および２２により形成され 、本例ではこれら偏光子は交差する。アレイはバックライト組立体１０３により 照明され、その光はレンズ１０４によりコリメートすることができる。このディ スプレイは透過光として見られる。 本発明のアクロマティク複合リターダはアクロマティクシャッタ内のものとし て説明した。さらに、この分野で既知の他の多くの光デバイスに用いることがで きる。特に、このアクロマティク複合リターダは、１個の方位角においてだけ色 消し性を必要とし別の方位角において僅かな色消し性が許容されるデバイスにも 適している。特有の例として偏光干渉フィルタおよびダイ形カラー偏光フィルタ が含まれる。 本発明者が挙げた多数のデバイスは本発明のアクロマティクリターダを用いる ことにより改良することができる。本明細書において参照することでその一部分 とする米国特許第５，１３２，８２６号、第５，２４３，４５５号および第５， ２３１，５２１号の偏光干渉フィルタにおいては、スメクチィク液晶の回転可能 なリターダおよび受動型複屈折素子が１対の偏光子間に配置されている。好適実 施例において、複屈折素子は偏光子に対してπ／４の方位角にされている。本明 細書において参考として記載する１９９４年７月１２日に出願された米国特許出 願のスリット素子偏光干渉複屈折においては、中央リターダユニットおよび１対 のスリット素子リターダユニットが１対の偏光子間に配置されている。このリタ ーダユニットは回転可能な液晶リターダを含むことができる。上述した偏光干渉 フィルタの個別の回転可能な液晶リターダは、本発明の複合アクロマティクリタ ーダで置き換えることができる。 液晶左右像(handedness)スイッチおよび参照することで本明細書の一部分とす る１９９３年１０月５日に出願された米国特許出願第０８／１３１，７２５号に 記載されているカラーフィルタも本発明のアクロマティクリターダを用いること により改良することができる。円偏光左右像スイッチおよび線型偏光スイッチは 線形偏光子および回転可能な液晶リターダで構成される。このカラーフィルタは 、コレストリック円偏光子やプリオクロイック線形偏光子のようなカラー偏光 子と組み合わされた偏光スイッチを用いている。左右像スイッチの発明に記載さ れている簡単な回転可能な液晶リターダは、本発明の複合アクロマティクリター ダで置き換えることができる。 複合アクロマティクリターダを用いて、例えば本明細書において参照すること でその一部分とするHandschy外の米国特許第５，３４７，３７８号に記載されて いる既知の他のカラーフィルタを改良することもできる。これらのカラーフィル タは線形偏光子および回転可能な液晶リターダを具える。さらに、ある実施例に おいて、これらのカラーフィルタはプリオクロイック偏光子を具え、別の実施例 においては第２の線形偏光子および受動型フィルタ素子を具える。ハンドスキー 等の発明の簡単な回転可能な液晶リターダは、本発明のフィルタアクロマティク リターダで置き換えることができる。 本発明のカラーフィルタは時間的に多重化することができ、出射光は、肉眼の ような遅い応答時間検出器に比べて高速な時間スケールで切り換えられる。スメ クチィク液晶セルを用いる図２ａの複合リターダは、この用途に特に適している 。 単一のリターダを本発明のアクロマティク複合リターダで置き換える基準は、 単一のリターダが光学軸の２個又はそれ以上の方位角間で回転可能であることで ある。複合リターダは、線形偏光子に隣接して配置されリターダの方位角がある スイッチィング状態において線形偏光子と平行になるデバイスに用いるのに特に 適している。複合リターダの色消し性はカラーフィルタリングデバイスに特に有 益である。この理由は、全可視スペクトラムにわたってスループットを増大させ ることができるからである。 本発明の複合リターダを光学デバイスに用いて１対の可変リターダを置き換え ることができ、この場合、第１および第２の可変リターダが第１および第２の固 定された方位角を有すると共に第１のレベルと第２のレベル間で切り換え可能な リターダンスを有し、且つリターダンスが反対のレベル間で同期して切り換えら れる。さらに、アクロマティク半波長リターダを用いて直線偏光した光を回転さ せることができるので、光学装置の捩れネマチィクセルを置き換えることができ る。 複合アクロマティクリターダに加えて、本発明は、図１４に図示するアクロマ ティク可変リターダを実現することができる。アクティブセクションは、α₂に 方位角したスメクチィク液晶半波長リターダ６０と、α₂＋π／３に方位角した スメクチィク液晶１／４波長リターダ６５とで構成する。リターダ６０および６ ５の角度α₂は電子的に調整され、好ましくは同期して調整する。受動型セクシ ョンは、α₁＋π／３に方位角する受動型１／４波長リターダ７５と、α₁に方位 角する受動型半波長リターダ７０とで構成する。角度α₁は固定する。この液晶 リターダの方位角の角度α₂は少なくとも１個の他方の角α₂′まで個別にまたは 連続して回転することができる。この複合構造体のリターダンスは２（π／２− α₂＋α₁）である。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年５月１４日 【補正内容】 ６４．請求項６３に記載のカラーフィルタにおいて、前記複合リターダが半波長 の合成リターダンスを有することを特徴とするカラーフィルタ。 ６５．前記複合リターダと前記第１のプリオクロイック線形偏光子との間に位置 する第２のプリオクロイック線形偏光子を具えたことを特徴とする請求項６３に 記載のカラーフィルタ。 ６６．方位角θ₁を有する第１の線形偏光子と、 方位角θ₂を有する第２の線形偏光子と、 前記第１のリターダと第２のリターダとの間に配置され、設計波長での合成リ ターダンスπを有すると共に、θ₁に対して５π／１２と８π／１２との間で電 子的に切り換え可能な合成方位角を有する液晶リターダユニットと、 前記第１の偏光子と前記液晶リターダユニットとの間に配置され、設計周波数 でのリターダンスπおよびθ₁に対する方位角π／１２を有する第１のリターダ と、 前記第２の偏光子と前記液晶リターダユニットとの間に配置され、設計周波数 でのリターダンスπおよびθ₁に対する方位角π／１２を有する第１のリターダ とを具えることを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ６７．請求項６６に記載のアクロマティクシャッタにおいて、θ₂−θ₁＝π／２ としたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ６８．請求項６６に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶リターダ ユニットが、設計波長での合成リターダンスπを有すると共に、θ₁に対して５ π／１２と８π／１２との間で電子的に切り換え可能な合成方位角を有する面整 列したスメクチィク液晶リターダを具えることを特徴とするアクロマティクシャ ッタ。 ６９．請求項６８に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記スメクチィク 液晶リターダを、ＳｍＣ^*、ＳｍＡ^*、ＤＨＦ、反強誘電性、およびアキラル強誘 電性液晶リターダから成るグループから選択したことを特徴とするアクロマティ クシャッタ。 ７０．請求項６８に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記スメクチィク 液晶リターダをＳｍＣ^*液晶リターダとしたことを特徴とするアクロマティクシ ャッタ。 ７１．請求項６６に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶リターダ ユニットが第１および第２の液晶可変リターダを具え、前記第１の可変リターダ がθ₁に対して光学軸方位角５π／１２を有すると共にπと０との間で電子的に 切り換え可能なリターダンスを有し、前記第２の可変リターダがθ₁に対して光 学軸方位角８π／１２を有すると共に０とπとの間で電子的に切り換え可能なリ ターダンスを有することを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ７２．請求項７１に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶可変リタ ーダを、等方的に整列したネマティク液晶セル、π−セル、およびホウミィアト ロピカリィに整列したスメクチィク液晶セルから成るグループから選択したこと を特徴とするアクロマティクシャッタ。 ７３．請求項７１に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶可変リタ ーダをπ−セルとしたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ７４．請求項６６に記載の複数のアクロマティクシャッタを具えることを特徴と する複合画素アレイ。 ７５．設計周波数でのリターダンスΓ₁ ⁰および方位角α₁を有する第１の受動型 リターダと、 反射器と、 前記第１のリターダと前記反射器との間に配置され、設計周波数での合成リタ ーダンスπ／２を有すると共に第１の状態のα₂と第２の状態のα₂′との間で電 子的に切り換え可能な合成方位角を有する液晶リターダユニットとを具え、 α₁およびα₂を、前記複合リターダが前記第１の状態においてアクロマティク となるようにしたことを特徴とする反射モード液晶アクロマティク複合リターダ 。 ７６．請求項７５に記載の反射モードリターダにおいて、前記液晶リターダユニ ットが、設計波長でのリターダンスπ／２を有すると共に方位角α₂とα₂′との 間で電子的に切り換え可能な光学軸を有する面整列したスメクチィク液晶リター ダを具えたことを特徴とする反射モードリターダ。 ７７．請求項７５に記載の反射モードリターダにおいて、前記液晶リターダユニ ットが第１および第２の液晶可変リターダを具え、前記第１の可変リターダが光 学軸方位角α₂を有すると共にπ／２と０との間で電子的に切り換え可能なリタ ーダンスを有し、前記第２の可変リターダが光学軸方位角α₂′を有すると共に ０とπ／２との間で電子的に切り換え可能なリターダンスを有することを特徴と する反射モードリターダ。 ７８．請求項７５に記載の反射モードリターダにおいて、ｃｏｓ（２（α₂−α₁ ））＝−π／２Γ₁ ⁰としたことを特徴とする反射モードリターダ。 ７９．請求項７５に記載の反射モードリターダにおいて、Γ₁ ⁰＝π、α₂−α₁＝ π／３、およびα₂′−α₂＝π／４としたことを特徴とする反射モード液晶リタ ーダ。 ８０．請求項７５に記載の反射モードリターダを具えると共に、さらに方位角θ₁ を有すると共に前記第１の受動型リターダに対して前記液晶リターダユニット と は反対側に配置した線形偏光子を具えたことを特徴とする反射モードシャッタ。 ８１．請求項８０に記載の反射モードシャッタにおいて、ｃｏｓ（２（α₂−α₁ ））＝−π／２Γ₁ ⁰としたことを特徴とする反射モードシャッタ。 ８２．請求項８０に記載の反射モードシャッタにおいて、Γ₁ ⁰＝π、α₂−α₁＝ π／３、およびα₂′−α₂＝π／４としたことを特徴とする反射モードシャッタ 。 ８３．請求項８２に記載の反射モードシャッタにおいて、α₁＝θ₁＋π／１２と したことを特徴とする反射モードシャッタ。 ８４．請求項８０に記載の複数の反射モードシャッタを具えることを特徴とする 複合画素アレイ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．設計周波数でのリターダンスΓ₁ ⁰および方位角α₁を有する第１の受動型リ ターダと、 設計周波数でのリターダンスΓ₁ ⁰および方位角α₁を有する第２の受動型リタ ーダと、 前記第１のリターダと第２のリターダとの間に配置され、前記設計周波数での 複合リターダンスπを有すると共に第１の状態におけるα₂と第２の状態におけ るα′との間で電子的に切り換え可能な合成方位角を有する液晶リターダユニッ トとを具え、 α₁およびα₂を、前記複合リターダが前記第１の状態においてアクロマティク となるようにしたことを特徴とする液晶アクロマティク複合リターダ。 ２．請求項１に記載の複合リターダにおいて、ｃｏｓ（２（α₂−α₁））＝−π ／２Γ₁ ⁰したことを特徴とする複合リターダ。 ３．請求項１に記載の複合リターダにおいて、前記複合リターダを、前記第２の 状態においてアクロマティクとしたことを特徴とする複合リターダ。 ４．請求項１に記載の複合リターダにおいて、Γ₁ ⁰＝πとしたことを特徴とする 複合リターダ。 ５．請求項４に記載の複合リターダにおいて、α₂−α₁＝π／３としたことを特 徴とする複合リターダ。 ６．請求項５に記載の複合リターダにおいて、α₂′−α₂＝π／４としたことを 特徴とする複合リターダ。 ７．請求項１に記載の複合リターダにおいて、前記液晶リターダユニットが、前 記設計周波数でのリターダンスπを有すると共に方位角α₂とα₂′との間で電子 的に切り換え可能な光学軸を有する面整列したスメクチィク液晶リターダを具え ることを特徴とする複合リターダ。 ８．請求項７に記載の複合リターダにおいて、前記スメクチィク液晶リターダを 、ＳｍＣ^*、ＳｍＡ^*、ＤＨＦ、反強誘電性、およびアキラル強誘電性液晶リター ダから成るグループから選択したことを特徴とする複合リターダ。 ９．請求項７に記載の複合リターダにおいて、前記スメクチィク液晶リターダを 、ＳｍＣ^*液晶リターダとしたことを特徴とする複合リターダ。 １０．請求項９に記載の複合リターダにおいて、α₂′−α₂＝π／４としたこと を特徴とする複合リターダ。 １１．請求項７に記載の複合リターダにおいて、前記スメクチィク液晶リターダ の光学軸を２個以上の方位角間で電子的に切り換え可能としたことを特徴とする 複合リターダ。 １２．請求項１に記載の複合リターダにおいて、前記液晶リターダユニットが第 １および第２の液晶可変リターダを具え、第１の可変リターダが光学軸方位角α₂ を有すると共にπと０との間で電子的に切り換え可能なリターダンスを有し、 前記第２の可変リターダが光学軸方位角α₂′を有すると共に０とπとの間で電 子的に切り換え可能なリターダンスを有することを特徴とする複合リターダ。 １３．請求項１２に記載の複合リターダにおいて、前記液晶可変リターダを、等 方的に整列したネマティク液晶セル、π−セル、および等方的に整列したスメク チィク液晶セルから成るグループから選択したことを特徴とする複合リターダ。 １４．請求項１２に記載の複合リターダにおいて、前記液晶可変リターダをπ− セルとしたことを特徴とする複合リターダ。 １５．請求項１に記載の複合リターダを具えると共に、さらに、方位角θ₁を有 すると共に前記複合リターダの第１の側に位置する第１の線形偏光子を具えるこ とを特徴とするアクロマティク偏光スイッチ。 １６．請求項１５に記載の偏光スイッチにおいて、ｃｏｓ（２（α₂−α₁））＝ −π／２Γ₁ ⁰としたことを特徴とする偏光スイッチ。 １７．請求項１５に記載の偏光スイッチにおいて、前記複合リターダが、前記液 晶リターダユニットの第２のスイッチィング状態の方位角においてアクロマティ クとなることを特徴とする偏光スイッチ。 １８．請求項１７に記載の偏光スイッチにおいて、前記複合リターダの複合方位 角を、前記第２のスイッチング状態においてθ₁としたことを特徴とする偏光ス イッチ。 １９．請求項１５に記載の偏光スイッチにおいて、Γ₁ ⁰＝πとしたことを特徴と する偏光スイッチ。 ２０．請求項１９に記載の偏光スイッチにおいて、α₂−α₁＝π／３としたこと を特徴とする偏光スイッチ。 ２１．請求項２０に記載の偏光スイッチにおいて、α₂′−α₂＝π／４としたこ とを特徴とする偏光スイッチ。 ２２．請求項２１に記載の偏光スイッチにおいて、α₁＝θ₁＋π／１２としたこ とを特徴とする偏光スイッチ。 ２３．請求項１５に記載の偏光スイッチにおいて、前記液晶リターダユニットが 、前記設計周波数でのリターダンスπを有すると共に方位角α₂とα₂′との間で 電子的に切り換え可能な光学軸を有する面整列したスメクチィク液晶リターダを 具えたことを特徴とする偏光スイッチ。 ２４．請求項１５に記載の偏光スイッチにおいて、前記液晶リターダユニットが 第１および第２の液晶可変リターダを具え、第１の可変リターダが光学軸方位角 α₂を有すると共にπと０との間で電子的に切り換え可能なリターダンスを有し 、前記第２の可変リターダが光学軸方位角α₂′を有すると共に０とπとの間で 電子的に切り換え可能なリターダンスを有することを特徴とする偏光スイッチ。 ２５．請求項１５に記載の偏光スイッチを具えると共に、さらに方位角θ₂を有 すると共に前記複合リターダの第２の側に位置する第２の線形偏光子を具えたこ とを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ２６．請求項２５に記載のアクロマティクシャッタにおいて、ｃｏｓ（２（α₂ −α₁））＝−π／２Γ₁ ⁰としたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ２７．請求項２５に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記複合リターダ が、前記液晶リターダユニットの第２のスイッチィング状態の方位角においてア クロマティクとなり、前記複合リターダの合成方位角を、前記第２のスイッチィ ング状態の方位角においてθ₁としたことを特徴とするアクロマティクシャッタ 。 ２８．請求項２５に記載のアクロマティクシャッタにおいて、Γ₁ ⁰＝πとしたこ とを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ２９．請求項２８に記載のアクロマティクシャッタにおいて、α₂−α₁＝π／ ３としたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ３０．請求項２９に記載のアクロマティクシャッタにおいて、α₂′−α₂＝π／ ４としたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ３１．請求項３０に記載のアクロマティクシャッタにおいて、α₁＝θ₁＋π／１ ２としたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ３２．請求項３１に記載のアクロマティクシャッタにおいて、θ₂＝θ₁＋π／２ としたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ３３．請求項２５に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶リターダ ユニットが、前記設計周波数でのリターダンスπを有すると共に方位角α₂とα₂ ′との間で電子的に切り換え可能な光学軸を有する面整列したスメクチィク液晶 リターダを具えたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ３４．請求項３３に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記スメクチィク 液晶リターダの光学軸が２個以上の方位角間で電子的に切り換え可能であること を特徴とするアクロマティクシャッタ。 ３５．請求項２５に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶リターダ ユニットが第１および第２の液晶可変リターダを具え、第１の可変リターダが光 学軸方位角α₂を有すると共にπと０との間で電子的に切り換え可能なリターダ ンスを有し、前記第２の可変リターダが光学軸方位角α₂′を有すると共に０と πとの間で電子的に切り換え可能なリターダンスを有することを特徴とするアク ロマティクシャッタ。 ３６．請求項２５に記載の複数のアレイシャッタを具えたことを特徴とする複合 画素アレイ。 ３７．請求項１に記載の複合リターダを具えると共に、さらに、 方位角θ₁を有すると共に前記複合リターダの第１の側に配置した第１の線形 偏光子と、 方位角θ₂を有すると共に前記複合リターダの第２の側に配置した第２の線形 偏光子と、 前記第１の偏光子と前記複合リターダとの間に配置され、リターダンスΓ₃お よび方位角α₃を有する第３の受動型リターダとを具えたことを特徴とする偏光 干渉フィルタ。 ３８．請求項３７に記載の偏光干渉フィルタにおいて、α₃＝θ₁＋π／４とした ことを特徴とする偏光干渉フィルタ。 ３９．請求項３７に記載の偏光干渉フィルタを具えると共に、さらに、 第３の線形偏光子と、 前記第３の偏光子と前記偏光子フィルタとの間に配置した２段リターダとを具 えたことを特徴とする２段フィルタ。 ４０．請求項３９に記載の２段フィルタにおいて、前記２段リターダを受動型リ ターダとしたことを特徴とする２段フィルタ。 ４１．請求項３９に記載の２段フィルタにおいて、前記２段リターダを第２の液 晶アクロマティク複合リターダとしたことを特徴とする２段フィルタ。 ４２．請求項４１に記載の２段フィルタにおいて、前記第３の偏光子と前記偏光 干渉フィルタとの間に配置した２段受動型リターダをさらに具えたことを特徴と する２段フィルタ。 ４３．請求項３８に記載の偏光干渉フィルタを具えると共に、さらに、 前記第３の受動型リターダと前記第２の偏光子との間に配置され、方位角θ₁ を有する第４の受動型リターダと、 前記第４のリターダと前記第２の偏光子との間に配置され、リターダンスΓ₃ および方位角θ₁±π／４を有する第５の受動型リターダとを具え、 前記第４または前記第５の受動型リターダのいずれもが、前記第１の受動型リ ターダと第２の受動型との間に位置しないことを特徴とするスリット素子フィル タ。 ４４．請求項４３に記載のスリット素子フィルタにおいて、前記第４の受動型リ ターダを前記第３の受動型リターダと前記複合リターダとの間に配置したことを 特徴とするスリット素子フィルタ。 ４５．請求項４４に記載のスリット素子フィルタにおいて、前記第５の受動型リ ターダを前記第４の受動型リターダと前記複合リターダとの間に配置したことを 特徴とするスリット素子フィルタ。 ４６．請求項４４に記載のスリット素子フィルタにおいて、前記第５の受動型リ ターダを前記複合リターダと前記第２の偏光子との間に配置したことを特徴とす るスリット素子フィルタ。 ４７．請求項４３に記載のスリット素子フィルタにおいて、前記第４の受動型リ ターダを前記複合リターダと前記第２の偏光子との間に配置したことを特徴とす るスリット素子フィルタ。 ４８．請求項４３に記載のスリット素子フィルタにおいて、前記第１の偏光子と 第２の偏光子との間に配置した第２の液晶アクロマティク複合リターダを具えた ことを特徴とするスリット素子フィルタ。 ４９．請求項４５に記載のスリット素子フィルタにおいて、前記第１の偏光子と 第３の偏光子との間に配置した第２の液晶アクロマティク複合リターダを具えた ことを特徴とするスリット素子フィルタ。 ５０．請求項４６に記載のスリット素子フィルタにおいて、前記第３の受動型リ ターダと第４の受動型との間に配置した第２の液晶アクロマティク複合リターダ を具えたことを特徴とするスリット素子フィルタ。 ５１．請求項１５に記載の偏光スイッチを具え、前記第１の偏光子を第１のプリ オクロイック線形偏光子としたことを特徴とするカラーフィルタ。 ５２．前記フィルタリターダの第２の側に第２のプリオクロイック線形偏光子を さらに具えたことを特徴とする請求項５１に記載のカラーフィルタ。 ５３．前記第２のプリオクロイック線形偏光子に対して第１のプリオクロイック 線形偏光子とは反対側に位置する第２の液晶アクロマティク複合リターダをさら に具えたことを特徴とする請求項５２に記載のカラーフィルタ。 ５４．前記第２の液晶アクロマティク複合リターダに対して前記第２のプリオク ロイック線形偏光子とは反対側に位置する第３のプリオクロイック線形偏光子を 具えたことを特徴とする請求項５３に記載のカラーフィルタ。 ５５．前記第３のプリオクロイック線形偏光子に対して前記第２の液晶アクロマ ティク複合リターダとは反対側に位置する第３の液晶アクロマティクフィルタリ ターダを具えたことを特徴とする請求項５４に記載のカラーフィルタ。 ５６．前記第３の液晶アクロマティク複合リターダに対して前記第３のプリオク ロイック線形偏光子とは反対側に位置するニュートラル偏光子をさらに具えたこ とを特徴とする請求項５５に記載のカラーフィルタ。 ５７．請求項１５に記載の偏光スイッチを具えると共に、さらに前記複合リター ダの第２の側に位置するカラー偏光子を具えたことを特徴とするカラーフィルタ 。 ５８．請求項５７に記載のカラーフィルタにおいて、前記カラー偏光子を第１の コレストリック円偏光子としたことを特徴とするカラーフィルタ。 ５９．請求項５８に記載のカラーフィルタにおいて、前記複合リターダが１／４ 波長の合成リターダンスを有することを特徴とするカラーフィルタ。 ６０．請求項５８に記載のカラーフィルタにおいて、前記複合リターダが半波長 の合成リターダンスを有し、さらに、このカラーフィルタが前記複合リターダと コレストリック円偏光子との間に位置する受動型の１／４波長板を有することを 特徴とするカラーフィルタ。 ６１．請求項６０に記載のカラーフィルタにおいて、前記１／４波長板が方位角 θ₁±π／４を有することを特徴とするカラーフィルタ。 ６２．前記複合リターダと前記第１のコレストリック円偏光子との間に位置する 第２のコレストリック円偏光子をさらに具えたことを特徴とする請求項５８に記 載のカラーフィルタ。 ６３．請求項５７に記載のカラーフィルタにおいて、前記カラー偏光子を第１の プリオクロイック線形偏光子としたことを特徴とするカラーフィルタ。 ６４．請求項６３に記載のカラーフィルタにおいて、前記複合リターダが半波長 の合成リターダンスを有することを特徴とするカラーフィルタ。 ６５．前記複合リターダと前記第１のプリオクロイック線形偏光子との間に位置 する第２のプリオクロイック線形偏光子を具えたことを特徴とする請求項６３に 記載のカラーフィルタ。 ６６．方位角θ₁を有する第１の線形偏光子と、 方位角θ₂を有する第２の線形偏光子と、 前記第１のリターダと第２のリターダとの間に配置され、前記設計波長での合 成リターダンスπを有すると共に、θ₁に対して５π／１２と８π／１２との間 で電子的に切り換え可能な合成方位角を有する液晶リターダユニットと、 前記第１の偏光子と前記液晶リターダユニットとの間に配置され、設計周波数 でのリターダンスπおよびθ₁に対する方位角π／１２を有する第１のリターダ と、 前記第２の偏光子と前記液晶リターダユニットとの間に配置され、設計周波数 でのリターダンスπおよびθ₁に対する方位角π／１２を有する第１のリターダ とを具えることを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ６７．請求項６６に記載のアクロマティクシャッタにおいて、θ₂−θ₁＝π／２ としたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ６８．請求項６６に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶リターダ ユニットが、設計波長での合成リターダンスπを有すると共に、θ₁に対して５ π／１２と８π／１２との間で電子的に切り換え可能な合成方位角を有する面整 列したスメクチィク液晶リターダを具えることを特徴とするアクロマティクシャ ッタ。 ６９．請求項６８に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記スメクチィク 液晶リターダを、ＳｍＣ^*、ＳｍＡ^*、ＤＨＦ、反強誘電性、およびアキラル強誘 電性液晶リターダから成るグループから選択したことを特徴とするアクロマティ クシャッタ。 ７０．請求項６８に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記スメクチィク 液晶リターダをＳｍＣ^*液晶リターダとしたことを特徴とするアクロマティクシ ャッタ。 ７１．請求項６６に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶リターダ ユニットが第１および第２の液晶可変リターダを具え、前記第１の可変リターダ がθ₁に対して光学軸方位角５π／１２を有すると共にπと０との間で電子的に 切り換え可能なリターダンスを有し、前記第２の可変リターダがθ₁に対して光 学軸方位角８π／１２を有すると共に０とπとの間で電子的に切り換え可能なリ ターダンスを有することを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ７２．請求項７１に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶可変リタ ーダを、等方的に整列したネマティク液晶セル、π−セル、およびホウミィアト ロピカリィに整列したスメクチィク液晶セルから成るグループから選択したこと を特徴とするアクロマティクシャッタ。 ７３．請求項７１に記載のアクロマティクシャッタにおいて、前記液晶可変リタ ーダをπ−セルとしたことを特徴とするアクロマティクシャッタ。 ７４．請求項６６に記載の複数のアクロマティクシャッタを具えることを特徴と する複合画素アレイ。 ７５．設計周波数でのリターダンスΓ₁ ⁰および方位角α₁を有する第１の受動型 リターダと、 反射器と、 前記第１のリターダと前記反射器との間に配置され、設計周波数での合成リタ ーダンスπ／２を有すると共に第１の状態のα₂と第２の状態のα₂′との間で電 子的に切り換え可能な合成方位角を有する液晶リターダユニットとを具え、 α₁およびα₂を、前記複合リターダが前記第１の状態においてアクロマティク となるようにしたことを特徴とする反射モード液晶アクロマティク複合リター ダ。 ７６．請求項７５に記載の反射モードリターダにおいて、前記液晶リターダユニ ットが、設計波長でのリターダンスπ／２を有すると共に方位角α₂とα₂′との 間で電子的に切り換え可能な光学軸を有する面整列したスメクチィク液晶リター ダを具えたことを特徴とする反射モードリターダ。 ７７．請求項７５に記載の反射モードリターダにおいて、前記液晶リターダユニ ットが第１および第２の液晶可変リターダを具え、前記第１の可変リターダが光 学軸方位角α₂を有すると共にπ／２と０との間で電子的に切り換え可能なリタ ーダンスを有し、前記第２の可変リターダが光学軸方位角α₂′を有すると共に ０とπ／２との間で電子的に切り換え可能なリターダンスを有することを特徴と する反射モードリターダ。 ７８．請求項７５に記載の反射モードリターダにおいて、ｃｏｓ（２（α₂−α₁ ））＝−π／２Γ₁ ⁰としたことを特徴とする反射モードリターダ。 ７９．請求項７５に記載の反射モードリターダにおいて、Γ₁ ⁰＝π、α₂−α₁＝ π／３、およびα₂′−α₂＝π／４としたことを特徴とする反射モード液晶リタ ーダ。 ８０．請求項７５に記載の反射モードリターダを具えると共に、さらに方位角θ₁ を有すると共に前記第１の受動型リターダに対して前記液晶リターダユニット と は反対側に配置した線形偏光子を具えたことを特徴とする反射モードシャッタ。 ８１．請求項８０に記載の反射モードシャッタにおいて、ｃｏｓ（２（α₂−α₁ ））＝−π／２Γ₁ ⁰としたことを特徴とする反射モードシャッタ。 ８２．請求項８０に記載の反射モードシャッタにおいて、Γ₁ ⁰＝π、α₂−α₁＝ π／３、およびα₂′−α₂＝π／４としたことを特徴とする反射モードシャッタ 。 ８３．請求項８２に記載の反射モードシャッタにおいて、α₁＝θ₁＋π／１２と したことを特徴とする反射モードシャッタ。 ８４．請求項８０に記載の複数の反射モードシャッタを具えることを特徴とする 複合画素アレイ。