JPH1152131A - 位相差板及びそれを用いた偏光素子 - Google Patents

位相差板及びそれを用いた偏光素子

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JPH1152131A
JPH1152131A JP9207470A JP20747097A JPH1152131A JP H1152131 A JPH1152131 A JP H1152131A JP 9207470 A JP9207470 A JP 9207470A JP 20747097 A JP20747097 A JP 20747097A JP H1152131 A JPH1152131 A JP H1152131A
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JP
Japan
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phase difference
wavelength
liquid crystal
birefringent medium
plate
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JP9207470A
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Hisashi Ito
寿 伊東
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Sumitomo Bakelite Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学素子、偏光素子、光分析装置、光計測装
置や光学実験等で、直線偏光、円偏光、楕円偏光を作り
出す際に可視光波長域で一様な位相差を発生させる広帯
域波長板として有利な量産性に優れた位相差板を得る。 【解決手段】 複屈折率Δnの波長分散値α(α=Δn
(450nm)/Δn(650nm))の関係がαA
αBである複屈折媒体の各遅相軸を直行する方位に積層
し、複屈折媒体のうち少なくとも一つがホモジニアス配
向した分子配向状態にある液晶分子からなり、各複屈折
媒体の位相差Rの関係がRA>RBであり、波長分散値α
が1より小さい積層型位相差板を得ることで、可視光域
の全ての波長に対応してほぼ一様な位相差を発生させる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光学素子、偏光素
子、光分析装置、光計測装置や光学実験等で、直線偏
光、円偏光、楕円偏光を作り出す際に可視光波長域で一
様な位相差を発生させる広帯域波長板として有利な量産
性に優れた位相差板に関する。
【0002】
【従来の技術】位相差板は、方解石、雲母、水晶などの
無機材料から構成される薄板や固有複屈折性の高いポリ
マーフィルムを延伸処理することにより得られる。この
位相差板の活用例として直線偏光を円偏光に変換する1
/4波長板(以下1/4λ板と略す)や直線偏光の偏光
振動面を90°変換する1/2波長板(以下1/2λ板
と略す)がある。
【0003】これらの位相差板は単色光の場合は光線波
長の1/4λまたは1/2λの位相差に調整されるが、
可視光域の光線が混在している合成波である白色光の場
合は、位相差板を構成する材料の位相差の波長分散性か
ら各波長での偏光状態の分布が生じ有色の偏光に変換さ
れる。また、波長板の場合材料の波長分散性から適用さ
れる波長に合わせて調整した位相差板を用意する必要が
あるので、波長ごとの波長板が必要になってくる。つま
り、従来の位相差板では利用する光線波長ごとに波長板
を用意するためコスト高になることや、白色光への適用
が不適である等の問題が生じていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、可視
光の全ての波長における光学的位相差が、波長によらず
一様な位相差を発生するような波長分散性を有する、量
産性に優れた位相差板を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の位相差板は、前
記の解決しようとする課題を達成するために、複屈折率
Δnの波長分散値α(α=Δn(450nm)/Δn
(650nm))の関係がαA<αBである波長分散値α
Aの複屈折媒体A及び波長分散値αBの複屈折媒体Bの各
遅相軸を直行する方位に積層した位相差板において、複
屈折媒体のうち少なくとも一つがホモジニアス配向した
分子配向状態にある液晶分子からなり、複屈折媒体Aの
位相差RAと複屈折媒体Bの位相差RBの関係がRA>RB
であり、複屈折媒体Aと複屈折媒体Bを積層した位相差
板の波長分散値αが1より小さいことを特徴とする。
【0006】また、複屈折媒体を構成する少なくとも一
つの分子配向状態にある液晶分子が、重合官能基として
アクリレート基、メタクリレート基、ビニルエーテル基
またはエポキシ基のうち少なくとも一つ以上有している
ことを特徴とする。
【0007】また、複屈折媒体を構成する少なくとも一
つの液晶分子がネマティック相の分子配向状態にあるこ
とを特徴とする。
【0008】また、複屈折媒体を構成する少なくとも一
つの液晶分子がスメクティック相の分子配向状態にある
ことを特徴とする。
【0009】また、複屈折媒体を構成する薄膜が少なく
とも液晶分子とそれ以外の有機化合物の混合物からなる
ことを特徴とする。
【0010】また、複屈折媒体を構成する少なくとも一
つの液晶分子の液晶相の分子配向状態が光重合により配
向固定化されていることを特徴とする。
【0011】また、複屈折媒体を構成する少なくとも一
つの液晶分子の分子配向状態を制御する無機または有機
分子の配向膜が少なくとも1層用いられていることを特
徴とする。
【0012】また、位相差Rが(RA−RB)=λ/4に
調整された1/4λ板であることを特徴とする。
【0013】また、位相差Rが(RA−RB)=λ/2に
調整された1/2λ板であることを特徴とする。
【0014】また、非偏光光の一部分を互いに偏光面が
直交する2つの偏光に分割する部分と、2つの偏光の内
1つの偏光面を変化させて偏光面の変化しない偏光の偏
光面と一致させる変調部を有している偏光素子におい
て、変調部として本発明の位相差板を用いるとよい。
【0015】また、非偏光光を偏光に変換する単位が、
連続的に加工されたシート状偏光素子であって、前記単
位が、前記非偏光光の一部分を互いに偏光面が直交する
反射光及び透過光に分割する部分と、前記反射光の偏光
面を変化させて透過光の偏光面と一致させる変調部を有
しているシート状偏光素子において、変調部として本発
明の位相差板を用いるとよい。
【0016】また、キューブ型偏光ビームスプリッター
と、該偏光ビームスプリッターの反射光側の出射面に1
/4波長板を挟むように組み合わせて張り合わせられた
光反射板と、反射板と該偏光ビームスプリッターを挟ん
で張り合わせられた少なくとも2つ以上の直角プリズム
からなる偏光素子において、1/4波長板として本発明
の位相差板を用いるとよい。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明の位相差板に白色光の直線
偏光が入射すると、複屈折率Δnの波長分散値α(α=
Δn(450nm)/Δn(650nm))の関係がα
A<αBであるA及びBの複屈折媒体の遅相軸が直行する
ように積層されているために、波長分散性の小さいαA
の特性を有する材料より生じる光学的位位相差は、波長
分散性の大きいαBの特性を有する材料により生じる位
相差に打ち消される。この時、波長分散性の大きいαB
の特性を有する材料により位相差が打ち消されるため
に、短波長で生じる位相差ほど打ち消される位相差量が
大きい。
【0018】また、各複屈折媒体の関係がRA>RBであ
るため、出射される位相差は短波長ほど小さな位相差を
有する偏光として出射される。つまり、本発明の位相差
板によって、入射する光線波長が短波長ほど小さな位相
差を生じ、入射する光線波長が長波長ほど大きな位相差
を生じる。よって、本発明による位相差板の波長分散特
性は長波長ほど単調増加する傾向を示し、可視光の全て
の波長における光学的位相差が、波長によらず一様にな
るような波長分散性を本発明の位相差板が有するので、
白色光として入射した偏光も可視光域で一様な位相差を
生じ白色偏光として得ることができる。
【0019】
【実施例】次に、実施例に基づき本発明を詳細に説明す
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。本発明の位相差板の光学的物性は次の方法により
測定した。 (1)位相差及び遅相軸 オリンパス光学(株)製偏光顕微鏡BH2とベレックコ
ンペンセーターを用い、波長550nmでの光学的位相
差及び遅相軸を測定した。 (2)波長分散値 王子計測機器(株)製KOBRAを用いて450nmから
754nmの波長範囲の光学的位相差を測定した。
【0020】(実施例)ポリエチレン−ビニルアルコー
ル共重合体(クラレ社製、EF-F、以下、EVOHと略
す)を熱変形温度以上の雰囲気温度の180℃で一軸延
伸し、550nmの光線に対し550nmの位相差に調
整した。延伸EVOHフィルムは遅相軸が延伸方向に一
致し、波長分散値αは1.004であった。
【0021】延伸したEVOHフィルムに配向膜(住友
ベークライト社製、CRD-8616)をフレキソ印刷し、10
0℃の雰囲気下で2時間イミド化処理をした後に、EV
OHの延伸方向に対して直行方向にラビング処理を行い
配向膜を形成した。
【0022】ネマティック型のUV硬化型液晶(ロディ
ック社製、UCL-002)1.98g、光重合開始剤(チバ
ガイギー社製、イルカ゛キュア―651)0.02gを3gのメチ
ルエチルケトンに溶解した塗布液を、配向処理したEV
OHフィルムにバーコーターで塗布乾燥した後に、窒素
雰囲気下室温にて水銀キセノンランプを用いて1mW/
cm2、240秒の条件でUV照射し、複屈折薄膜を得
た。UV硬化液晶の複屈折薄膜は2.8μmの膜厚で5
50nmの光線に対し275nmの位相差であった。ま
た、複屈折の遅相軸が配向膜のラビング方向に一致し、
波長分散値αは1.439であった。
【0023】配向処理した延伸EVOHフィルムにUV
硬化液晶を塗布硬化した位相差板は各層の複屈折の遅相
軸が直行しており、積層位相差板の位相差は550nm
の光線に対し275nmであり、波長分散値は0.66
9であった。
【0024】450nmから754nmの波長範囲の光
学的位相差を測定した結果、本発明によるUV硬化型液
晶/EVOH積層型の位相差板から作製した1/2λ板
の光学的機能は、450nmから650nmの波長範囲
において5%以下の位相差ずれであり、良好な1/2λ
機能を示した。
【0025】(比較例)比較例として既存材料による位
相差板を示す。
【0026】ポリカーボネート(ロンザ社製Pokalon、
以下、PCと略す)を熱変形温度以上の雰囲気温度の1
75℃で一軸延伸し、550nmの光線に対し275n
mの位相差に調整した。延伸PCフィルムは遅相軸が延
伸方向に一致し、波長分散値αは1.098であった。
【0027】450nmから754nmの波長範囲の光
学的位相差を測定した結果、延伸PCフィルムの位相差
板から作製した1/2λ板の光学的機能は、450nm
から650nmの波長範囲において28%の位相差ずれ
であり、1/2λ機能が大きく低下した。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の位相差板
を用いることにより、可視光域の全ての波長における光
学的位相差が光線波長によらずほぼ一様になるため、白
色偏光を容易に得られるばかりでなく、波長板を得る際
に適用光線波長ごとの波長板も必要にはならず、一枚の
波長板で全波長域に適用できる利点を備え、更に量産性
に優れた位相差板を提供できる。本発明の位相差板は上
記の特徴を活かして、偏光を必要とする各種表示素子、
特に液晶表示素子、光スイッチ、光学フィルターや、そ
れを構成要素とする各種光学測定機器など、広範囲の応
用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 可視光域における位相差板の波長分散特性
【図2】 本発明の位相差板により作製した1/2波長
板の可視光域における位相差特性

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複屈折率Δnの波長分散値α(α=Δn
    (450nm)/Δn(650nm))の関係がαA
    αBである波長分散値αAの複屈折媒体A及び波長分散値
    αBの複屈折媒体Bの各遅相軸を直行する方位に積層し
    た位相差板において、複屈折媒体のうち少なくとも一つ
    がホモジニアス配向した分子配向状態にある液晶分子か
    らなり、複屈折媒体Aの位相差RAと複屈折媒体Bの位
    相差RBの関係がRA>RBであり、複屈折媒体Aと複屈
    折媒体Bを積層した位相差板の波長分散値αが1より小
    さいことを特徴とする位相差板。
  2. 【請求項2】 複屈折媒体を構成する少なくとも一つの
    分子配向状態にある液晶分子が、重合官能基としてアク
    リレート基、メタクリレート基、ビニルエーテル基また
    はエポキシ基のうち少なくとも一つ以上有していること
    を特徴とする請求項1記載の位相差板。
  3. 【請求項3】 複屈折媒体を構成する少なくとも一つの
    液晶分子がネマティック相の分子配向状態にあることを
    特徴とする請求項1記載の位相差板。
  4. 【請求項4】 複屈折媒体を構成する少なくとも一つの
    液晶分子がスメクティック相の分子配向状態にあること
    を特徴とする請求項1記載の位相差板。
  5. 【請求項5】 複屈折媒体を構成する薄膜が少なくとも
    液晶分子とそれ以外の有機化合物の混合物からなること
    を特徴とする請求項1記載の位相差板。
  6. 【請求項6】 複屈折媒体を構成する少なくとも一つの
    液晶分子の液晶相の分子配向状態が光重合により配向固
    定化されていることを特徴とする請求項1記載の位相差
    板。
  7. 【請求項7】 複屈折媒体を構成する少なくとも一つの
    液晶分子の分子配向状態を制御する無機または有機分子
    の配向膜が少なくとも一層用いられていることを特徴と
    する請求項1記載の位相差板。
  8. 【請求項8】 位相差Rが(RA−RB)=λ/4に調整
    された1/4λ板であることを特徴とする請求項1記載
    の位相差板。
  9. 【請求項9】 位相差Rが(RA−RB)=λ/2に調整
    された1/2λ板であることを特徴とする請求項1記載
    の位相差板。
  10. 【請求項10】 非偏光光の一部分を互いに偏光面が直
    交する2つの偏光に分割する部分と、2つの偏光の内1
    つの偏光面を変化させて偏光面の変化しない偏光の偏光
    面と一致させる変調部を有している偏光素子において、
    変調部として請求項1又は9記載の位相差板を有してい
    ることを特徴とする偏光素子。
  11. 【請求項11】 非偏光光を偏光に変換する単位が、連
    続的に加工されたシート状偏光素子であって、前記単位
    が、前記非偏光光の一部分を互いに偏光面が直交する反
    射光及び透過光に分割する部分と、前記反射光の偏光面
    を変化させて透過光の偏光面と一致させる変調部を有し
    ているシート状偏光素子において、変調部として請求項
    1又は9記載の位相差板を有していることを特徴とする
    シート状偏光素子。
  12. 【請求項12】 キューブ型偏光ビームスプリッター
    と、該偏光ビームスプリッターの反射光側の出射面に1
    /4波長板を挟むように組み合わせて張り合わせられた
    光反射板と、反射板と該偏光ビームスプリッターを挟ん
    で張り合わせられた少なくとも2つ以上の直角プリズム
    からなる偏光素子において、1/4波長板として請求項
    1又は8記載の位相差板を有していることを特徴とする
    偏光素子。
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