JP4368608B2

JP4368608B2 - 光学素子

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Publication number: JP4368608B2
Application number: JP2003109272A
Authority: JP
Inventors: ミシアン−ドン; ケスラーデイビッド; エフ．クルツアンドリュー; イシカワトモヒロ
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2002-04-12
Filing date: 2003-04-14
Publication date: 2009-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-14
Also published as: US6995816B2; US7359020B2; JP2003315558A; US20060119766A1; EP1353214B1; DE60330824D1; EP1353214A3; EP1353214A2; US20030193635A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は一定配置の補償板を有するシート偏光子パッケージを含んで成る光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ等のフラットパネルディスプレイは、典型的に、シート偏光子を用いる。商業規模生産における大部分のシート偏光子は、サブミクロンサイズのダイクロイック結晶を単一方向配列させることによって作成される。この結晶はポリビニルアルコール（ＰＶＡ）等のポリマー材料に導入され、次いで延伸することによってダイクロイック結晶の一軸配列を導入する。「Ｏ」型シート偏光子は、常光線を透過しながら延伸方向に振動する異常光線を吸収する。シート偏光子の他のタイプでは、「Ｅ」型は異常光線を透過し、常光線を吸収する。商業的に現行使用されている大部分のシート偏光子は、「Ｏ」型シート偏光子である。Moxtek Inc. (Orem UT )から市販されている米国特許第6,122,103号明細書に記載されているワイヤグリッド偏光子、または米国特許第2,403,731号明細書に記載されているようなプリズム状偏光子等、他に多くの種類の偏光子があるが、Nitto Denko America, Inc. (San Joes, CA)から市販されている高効率偏光子NPF-G1220DU等のシート偏光子のみとして、本願の「偏光子」を理解されたい。
理想的なシート偏光子は吸収軸内に偏光された光を１００％吸収し、透過軸内に偏光された光を１００％透過する。しかし、実際のシート偏光子は、一般的に、入射する偏光されていない光の５０％未満を透過する。通常、シート偏光子は吸収層および２つの保護層を含み、補償子を含むこともある。このため、この用途では、偏光子は偏光子パッケージとも言われる。
【０００３】
ツイストネマチック（ＴＮ）ＬＣＤ等の典型的な透過型ＬＣＤでは、液晶セルは、お互いに直交する吸収軸（または、同様に透過軸）を有する交差させた偏光子パッケージの間に配置される。ＬＣＤ様式およびそれらの補償子の絶え間ない開発にもかかわらず、ＬＣＤの見た目の品質は、この偏光子パッケージの性能によって制限される場合がある。特に、ＬＣＤの見た目の性能は、液晶が２つの交差させた偏光子の間に配置されていないときに、その２つの交差させた偏光子パッケージを通って伝わって漏れる光の量によって大きく左右される。できるだけ光の漏洩が無いことが望ましい。
【０００４】
実際、光がシート偏光子の面に対して垂直に入射するとすると、光は２つの交差する偏光子パッケージを通り抜けることがほとんどできない。しかし、当該技術分野で公知であるように、光伝搬方向がこの垂線から偏向すると、有意量の光漏洩が生じ、最大漏洩は、偏光子の透過軸に対して大きな極角度(polar angle)および４５度の方位角のところに生じる。これを防止するために、２種類の偏光子、「Ｏ」型と「Ｅ」型の組み合わせが、Lazarev等によって提案されている（"Low-leakage off-angle in E-polarizers", Journal of SID, pp.101-105(2001))。理論的には、この２種類の好適な組合せは、全ての方向にほとんど光を透過しない。しかし、「Ｅ」型シート偏光子の具体化はまだ緒に就いたばかりで、その性能は決して満足のいくものではない。従って、実用的には、別の光漏洩を防止する方法が望ましい。以下の説明では、実際に提供されている具体例は「Ｏ」型シート偏光子であるが、偏光子は「Ｏ」型でも「Ｅ」型でもよい。
【０００５】
交差させた２つの偏光子パッケージを通る光漏洩を減らすもう一つの方法は、２つの偏光子パッケージの間に補償子を挿入することである。偏光子に用いられる補償子は、名目上はＡ−プレートとＣ−プレート、または、２種類の二軸プレートの組合せであり、このことは、Chen等（"Optimum film compensation modes for TN and VA LCDs", SID 98 Digest, pp.315-318(1998))並びにIshinabe等("Novel wide viewing angle polarizer with high achromaticity", SID 2000 Digest, pp.1094-1097(2000)および"Wide viewing angle polarizer and quarter-wave plate with a wide wavelength range for extremely high quality LCDs", Asia Display/IDW 2001, pp.485-488(2001))にそれぞれ提案されている。このようにして広視野角偏光子が実現されている。広視野角偏光子は、吸収層（偏光を吸収するもの）およびその補償子の一体化された組合せ含む偏光子パッケージとして理解され、広視野角に由来する光漏洩がほとんど無い２つの交差させた偏光子パッケージを含む透過型光学素子を可能にする。上述したように、２つの交差させた偏光子パッケージによって形成されるこの透過型光学素子は、ＬＣＤの品質には不可欠である。
【０００６】
従来技術における広視野角偏光子によって作製される透過型光学素子の設計を注意深く検討することによって、本願発明者は、交差させた偏光子パッケージの従来技術での設計は、多くの場合、第一偏光子パッケージおよび第二偏光子パッケージをそれぞれ有する２つの同じパーツに分離できないことを見出した。これを図２Ｄで説明する。
【０００７】
従来技術の透過型光学素子２９は２つの交差させた偏光子パッケージ２９Ａおよび２９Ｂによって形成される。偏光子パッケージ２９Ａは、吸収層２５Ａと補償子２３Ａの一体式組合せ体によって構成され、偏光子２９Ｂは、吸収層２５Ｂと補償子２３Ｂの一体式組合せ体によって構成される。吸収層２５Ａ、２５Ｂの面内の矢印はそれらの透過軸を示し、お互いに直交する。補償子２３Ａおよび２３Ｂは光学素子２９を通って漏洩する光７を防止するが、従来技術に従うと、補償子２３Ａ、２３Ｂは異なるものである。結果として、得られる偏光子２９Ａ、２９Ｂ（吸収層と補償子との一体式組合せ体）は同じものでない。この特徴は、２つの異なる補償子を用いるために、第一偏光子のパッケージは、第二偏光子のパッケージとは異なることを意味し、この光学素子２９はこの用途では、非同一補償子設計装置と呼ばれる。
【０００８】
この非同一補償子設計の結果として、従来技術は、吸収層の透過軸に対して補償子を正確に配置することを求めている。それゆえに、複雑で精密な製造プロセスが用いられる。また、そのような設計は２種類の補償子を製造することを要するので、生産に追加の操作を必要とする。さらに、Chen等によって提案されているように、非同一補償子を用いる偏光子パッケージ設計は、透過型光学素子と一緒に用いることができるが、反射型光学素子と一緒に用いることができない。代わりに、Ishinabe等("Wide viewing angle polarizer and quarter-wave plate with a wide wavelength range for extremely high quality LCDs", Asia Display/IDW 2001, pp.485-488(2001))によると、２種類の二軸プレートを、フロントおよびリア偏光子の各偏光子パッケージの補償子として効率良く用いることができる。２つの同じ二軸プレートをフロントおよびリア偏光子と組合せて用いることができるが、前記引用の刊行物の状態の場合、交差させた偏光子パッケージの性能は低下する。
【０００９】
Yoshimi等は特開平09-325216号公報において、接着された補償子を伴う偏光子を開示する。この補償子は吸収層の少なくとも一方の面上に置くことができる。フィルムは二軸性であり、面内位相差５０〜２００ｎｍを有する。面内スロー軸(slow axis)は、偏光子の透過軸に対して平行もしくは直交のいずれかにある。しかし、それらの発明の補償子の主たる機能は、交差させた偏光子を補償することではなく、むしろ色シフトおよびコントラスト逆転を防止するように液晶セルを通る斜め方向の光を補償することである。従って、そのような交差させた偏光子だけによって形成された透過型光学素子は、広視野角のところでの光漏洩を防止することはできない。
【００１０】
【非特許文献１】
チェン（Chen）等著「 TNおよび VA LCDに最適なフィルム補償様式」
（Optimum film compensation modes for TN and VA LCDs）、ＳＩＤ
９８ダイジェスト（SID 98 Digest）、1998年、p.315-318
【非特許文献２】
イシナベ（Ishinabe）等著「高色消し性を備えた新規広視野角偏光子
」(Novel wide viewing angle polarizer with high achromaticity
）、ＳＩＤ２０００ダイジェスト(SID 2000 Digest)、 2000年、p.10
94-1097
【非特許文献３】
イシナベ（Ishinabe）等著「ＬＰ−６：高品質反射型ＬＣＤのための
広視野角および広波長レンジを有する四分の一波長板の設計」(LP-6:
Design of a Quarter Wave Plate with Wide Viewing Angle and Wi
de Wavelength Range for High Quality Reflective LCDs）、ＳＩＤ
０１ダイジェスト(SID 01 Digest)、 2001年、p.906-909
【非特許文献４】
ラザレブ(Lazarev)等著「Ｅ−偏光子の低漏洩オフアングル」（Low-l
eakage off-angle in E-polarizers)、ＳＩＤジャーナル( Journal o
f SID)、 2001年、p.101-105
【非特許文献５】
イシナベ（Ishinabe）等著「超高品質反射型ＬＣＤのための広視野角
偏光子および広波長レンジを有する四分の一波長板」(Wide viewing
angle polarizer and quarter-wave plate with a wide wavelength
range for extremely high quality LCDs)、アジアディスプレイ／Ｉ
ＤＷ２００１( Asia Display/IDW 2001)、 2001年、p.485-488
【非特許文献６】
ウチヤマ（Uchiyama）等著「ＦＰＤ用光学位相差フィルムにおける最
近の発展」(Recent Progress in Optical Retardation Films for FP
Ds)、アジアディスプレイ／ＩＤＷ２００１( Asia Display/IDW 2001
)、 2001年、p.493-496
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
透過軸に対する補償子の配置に関する敏感性が減らされ、そのために簡単かつより要求が厳しくない方法で製造できる改善された偏光子パッケージを提供することが望ましい。
【００１２】
また、透過型光学素子を形成するフロントおよびリア偏光子のために実質的に同じ偏光子パッケージを用いることによって改善された偏光性能を備えた偏光子パッケージを提供することも望ましい。「実質的に同じ偏光子パッケージ」とは、同じ方法で製造される偏光子パッケージを意味する。
【００１４】
これらの高性能偏光子パッケージを用いて液晶ディスプレイの視野性能を改善することができる。また、例えば、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）のような自発光ディスプレイ用の反射防止フィルムとして、高視野四分の一波長板と組合せた用途にも適用できる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一組の実質的に同じである交差させたシート偏光子パッケージを含み、各シート偏光子パッケージが吸収層と前記吸収層の少なくとも一方の側に配置された補償子との一体式組合せ体を含む光学素子であって、前記補償子が、２つのＡ−プレート、またはＡ−プレートおよびＣ−プレートを含む組合せを含んでいる光学素子を提供する。この素子は全ての視野角および広い波長領域にわたって減少した光漏洩を示す。
【００１６】
【発明の実施の形態】
好ましい配向に対する補償子の広許容配置を有し、そのためより簡単なプロセスで製造することができる高性能偏光子パッケージを提供することが目的である。
もう一つの同じ偏光子パッケージと組合せて用いることができる高性能偏光子パッケージを提供することが目的である。
【００１７】
さらに、反射板および四分の一波長板と組合せて用いることができる高性能偏光子パッケージを提供することも目的である。
また、高品質を実現するためにＬＣＤと組合せて用いることができる高性能偏光子パッケージを提供することも目的である。
【００１８】
さらにまた、有機発光ダイオードディスプレイ（ＯＬＥＤ）等の自発光ディスプレイと組合せて用いることができる高性能偏光子パッケージを提供することも目的である。
【００１９】
図面に参照符を付し、本発明の種々の要素に数字を付して、当業者が本発明を実施および使用できるように検討する。
【００２０】
図１Ａは基本的な従来技術偏光子パッケージ１０を図示する。それは、２つの保護層１２（典型的に、三酢酸セルロース層）に挟まれた吸収層１４（典型的に、ＰＶＡ層）からなる。保護層１２は、その平面内に（約１〜１０ｎｍ）またはその厚み方向内に（約−４０〜−８０ｎｍ）意図しないまたはランダムの位相差を伴って製造されるが、その位相差はこの偏光子パッケージ１０の視野角特性を補償することを意味するものではない。実際、この保護層１２の絶対位相差値はできるだけ小さくなるのが好ましい。
【００２１】
図１Ｂは、前記偏光子パッケージ１０（吸収層１４Ａ、１４Ｂおよび保護層１２Ａ、１２Ｂを含む）に従う、２つの交差させた従来技術の偏光子パッケージ１０Ａ、１０Ｂによって形成された透過型光学素子１５を図示する。２つの偏光子パッケージ１０Ａ、１０Ｂは交差（または直交）しているといわれる。なぜなら、それらの吸収層１４Ａ、１４Ｂは交差して配置されるからである。具体的には、一方の吸収層（例えば１４Ａ）は方位角０度に配置され、他方（例えば１４Ｂ）は９０度で配置される。方位角φは、ｘ軸から測定され、ｘｙｚ座標系５のｘｙ面内にあり、ｚ軸は吸収層１４Ａ、１４Ｂの面に対して垂直である。
【００２２】
また、ｘｙｚ座標系５はｚ軸から測定される極角度θを規定する。吸収層１４Ａ、１４Ｂの面内の矢印はその透過軸を示し、吸収軸に対して垂直である。以後の図面において、吸収層面内の矢印（２５Ａ、２５Ｂ、３１Ａ、３１Ｂ、５４または７０）は常にその透過軸を示す。偏光子パッケージ１０Ａ（または１０Ｂ）の透過軸（または吸収軸）は、光がｚ軸に沿う場合、吸収層１４Ａ（または１４Ｂ）の透過軸（または吸収軸）と同じであると言うべきである。従って、この用途では、偏光子パッケージの透過軸（または吸収軸）は、その吸収層の透過軸（または吸収軸）として理解される。また、図１Ｂは光学素子１５に当たる光７のビームも示しており、極角度θと方位角φとによって特定されている。光７がシート偏光子パッケージの面に対して垂直方向に当たると（即ち、極角度θ＝０）素子１５を通る光はほとんど無い。しかし、それが、大きな極角度θ（例えば６０度）かつ方位角φ４５度のところに移動すると、光学素子１５を通って有意量の光７が漏洩する。この例では、吸収層１４Ａおよび１４Ｂの透過軸は、それぞれ、方位角０度および９０度に配置されていることに留意されたい。
【００２３】
図１Ｃは、２つの交差させた偏光子パッケージ１０Ａ、１０Ｂを含む従来技術の透過型光学素子１５の視野角特性を示す。同心円は種々の極角度θに対応し、直線（０、４５、９０、１３５、１８０、２２５、２７０、３１５度）は方位角φを示す。２つの偏光子パッケージの透過軸は、垂直（直線９０−２７０度）および水平（直線０−１８０度）方向に配置されている。０．１％、０．５％および１．０％として指示された等透過率曲線は、それぞれ、従来技術の光学素子１５を通る透過率０．１％、０．５％および１．０％に対応する。任意の同心円上で（例えば、６０度の円）、斜め方向（直線４５−２２５度および直線１３５−３１５度）の光漏洩量は、水平方向（直線０−１８０度）または垂直方向（直線９０−２７０度）よりも非常に多い。
【００２４】
図１Ｄは、３種類の波長、４５０ｎｍ（□）、５５０ｎｍ（△）および６５０ｎｍ（○）の場合の方位角０度（塞いだ記号）および４５度（空の記号）における極角度θの変化に伴う透過率の変化を示す。所与の極角度での透過率は、大体においてこの３種の波長とは無関係である。図１Ｃおよび１Ｄは両方とも、極角度６０度および方位角４５度で、交差された偏光子パッケージを通って１．２％〜１．４％の光が漏洩することを表す（この漏洩は偏光子の厚みと屈折率に依存するが、本発明に開示されている補償原理は他の全ての条件に適用される）。補償子の場合に用いられる基準は、極角度６０度またはそれ以下から見た場合、全ての方位角、そしてできれば全ての関心のある波長において、０．１％未満（補償子の無い場合の１．４％と比較して１０倍超まで減少させる）に光漏洩を低下させることである。この明細書では、図１Ｃ、１Ｄ、２Ｃ、８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、９Ａおよび９Ｂの場合のような従来技術例および発明例に用いられる例示の偏光子で提供されたデータは全て、Nitto DenkoのNPF-G1220DU高効率偏光子と同じ偏光子に当てはまる。しかし、本発明は他の全てのシート偏光子にも適用される。
【００２５】
１組の交差させた偏光子パッケージによって形成された光学素子を通る透過率が、Ａ−プレート、Ｃ−プレート、または二軸プレート等の好適な補償子を挿入することによって、全ての視野角において大きく低下した。当業者に周知であるように、Ａ−プレート、Ｃ−プレートおよび二軸プレートを呼ばれているものを、図３Ａ〜３Ｄを引用して規定する。Ａ−プレートおよびＣ−プレートは、光学的な一軸材料の様式であって、２つの屈折率、ｎ_e（異常光屈折率）およびｎ_o（常光屈折率）によって特徴付けられる。光軸（光が複屈折を受けない方向）はｎ_e方向にある。光軸がプレートの面内にある場合は、図３Ａで示されるようにそれはＡ−プレートであり、光軸が垂直方向にある場合は、図３Ｂで示されるようにそれはＣ−プレートである。これに対し、二軸プレート（図３Ｃで示す）は３つの主屈折率、ｎ_x0、ｎ_y0およびｎ_z0を有する。この場合、光軸が最大（または最小）屈折率の方向に必ずしも存在する必要はない。一般的に、屈折率の３つの主軸は、図３Ｄに示すようにプレートの面内には無い。本発明に従う以下に提供する例では、全ての二軸プレートは、プレートの面内にあるｎ_x0およびｎ_y0の軸ならびにプレートの面に垂直なｎ_z0の軸を有する図３Ｃのようなものを引用する。
【００２６】
図２Ａは、Ａ−プレート２４およびＣ−プレート２６から成る従来技術の補償子を備えた交差された吸収層２１、２２によって形成された改良された透過型光学素子１８を示し、Ａ−プレート２４の光軸はその隣接する吸収層２２の透過軸と平行となるように配置されている。図２Ｂは、２つの異なる二軸プレート２７、２８から成る従来技術の補償子を備えた交差された吸収層２１、２２によって形成されたもう一つの改良された透過型光学素子１９を示す。両方の場合とも、保護層は示されていない。理想的には、それらが無視できる位相差を有するのが好ましく、あるいはそれらが無視できない位相差を有する場合は、個々のＡ−プレート、Ｃ−プレートまたは二軸プレートに挿入することができるからである。しかし、従来技術の光学素子は両方とも、図２Ａおよび２Ｂに従って設計されるので、二つの同じ偏光子パッケージに分割されない。
【００２７】
図２Ａに従う光学素子設計を例として考える。光学素子１８を、吸収層２２およびＡ−プレート２４からなるものと、吸収層２１およびＣ−プレート２６から成るものとの２つの偏光子パッケージに分離することができる。しかし、これらの２つの偏光子パッケージは同じでは無い。また、光学素子１８を、吸収層２２からなるものと、吸収層２１、Ｃ−プレート２６およびＡ−プレート２４から成るものとの２つの偏光子パッケージに分離することができる。この場合も、これらの２つの偏光子パッケージは同じでは無い。結果として、１８および１９のような透過型光学素子を作製して、広視野性能を提供するためには、２つの異なる偏光子パッケージ（フロント偏光子パッケージおよびリア偏光子パッケージ）が製造に必要である。結論として製造プロセスはより複雑となる。さらに、これらの偏光子パッケージは、図２Ｃに示すようにその好ましい配列に対するＡ−プレートまたは二軸プレートの配置に関して敏感である。このことは方位角４５度および極角度６０度のところでの透過率が偏差角（Ａ−プレートの光軸とその隣接する層の透過軸とのなす角）に従って変わることを示す。補償子の光軸と偏光子の透過軸との間の２つのミスアラインメントの程度が、完全に位置合わせされた場合よりも５倍（０．０２％から０．１％へ）の漏洩を生じることが判る。
【００２８】
本発明に従う偏光子パッケージの２つの外略図を図４Ａおよび４Ｂに示す。図４Ａでは、透過型光学素子３２は、１組の実質的に同じ交差させたシート偏光子パッケージ３２Ａおよび３２Ｂを含む。偏光子パッケージ３２Ａおよび３２Ｂは、それらが、同じプロセスを用いて製造されている場合は実質的に同じであるとして考える。２つの偏光子パッケージは、それぞれ、例として３２Ａを用いると、吸収層３１Ａおよび補償子３０Ａの一体式組合せ体を含む。吸収層３１Ａは一般的に二色結晶を含む延伸されたＰＶＡ層であり、光を偏光させる。同様に他方の偏光子パッケージ３２Ｂも吸収層３１Ｂおよび補償子３０Ｂの一体式組合せ体を含む。
【００２９】
吸収層３１Ａと３１Ｂの透過軸が、これらの層の垂直方向から見たときに、お互いに交差されている（直交）ので、偏光子パッケージ３２Ａおよび３２Ｂは交差されていると言われる。二つの透過軸によって形成される角が８０〜１００度である場合に、それらが交差されていると考えるべきである。補償子３０Ａおよび３０Ｂは、それぞれそれらが隣接する吸収層３１Ａおよび３１Ｂの少なくとも一方の側に配置される。補償子がそれらが隣接している吸収層の一方の側だけに置かれている場合は、それらの補償子は吸収層３１Ａおよび３１Ｂの間に配置されなければならない。補償子３０Ｂは補償子３０Ａと同じであり、それは補償子３０Ａに対してその面の垂線方向のまわりに９０度回転される。補償子３０Ａまたは３０Ｂの面内の矢印３７は、各自の補償子の特性方向を示し、補償子がＡ−プレートまたはＣ−プレートである場合は光軸であり、あるいはそれが二軸プレートである場合はその層面内にある屈折率（ｎ_x0またはｎ_y0）の２つの主軸の一方である。このルールは、他の全ての補償子、例えば３０Ａ、３０Ｂ、３３Ａ、３３Ｂ、５２、５２Ａ、５２Ｂ、７２、７４、７６、７６Ａ、７６Ｂ、７８、７８Ａ、７８Ｂ、８０、８２、および８４等の種々の態様に示されるものに適用される。
【００３０】
図４Ｂでは、透過型光学素子３５は１組の交差されたシート偏光子パッケージ３５Ａおよび３５Ｂを含む。偏光子パッケージ３５Ａは、吸収層３１Ａおよび補償子３３Ａの一体式組合せ体を含む。同様に、偏光子パッケージ３５Ｂは、吸収層３１Ｂおよび補償子３３Ｂの一体式組合せ体を含む。図４Ａと同じように、２つの吸収層３１Ａおよび３１Ｂの透過軸はこれらの層の垂直方向から見たときに、お互いに交差されている。しかし、補償子３３Ａおよび３３Ｂの特性方向は、補償子３０Ａおよび３０Ｂの特性方向がお互いに直交しているのとは反対に、お互いに平行である。結果として、偏光子パッケージ３５Ａおよび３５Ｂは同じではない。前者の光学素子３２を同一パッケージ設計と呼び、後者の光学素子３５を対称補償子設計と呼ぶ。
【００３１】
図５Ａは吸収層５４および同一パッケージ設計に従うその補償子５２を備えた第一例の偏光子パッケージ５０の特性を示す。偏光子パッケージ５６は偏光子パッケージ５０、５５と同じである。偏光子パッケージ５０をそのｚ軸のまわりに９０度回転させたとき、それを偏光子パッケージ５５という。偏光子パッケージ５５をそのｘ軸のまわりに１８０度裏返しさせたとき、それは偏光子パッケージ５６となる。同一設計の偏光子パッケージのいずれも図５Ｂに示すように５０、５６のように対なって、光漏洩７を大きく減らした本発明の透過型光学素子５１を形成することができる。
【００３２】
第二の例（本発明に従う同一パッケージ設計の図５Ｃ）では、偏光子パッケージ５８Ａの場合、吸収層５４の両側に同じ補償子５２Ａ、５２Ｂを配置する。偏光子パッケージ５８Ｂは、偏光子パッケージ５８Ａと同じであり、ｚ軸のまわりに偏光子パッケージ５８Ａを９０度回転させることによって得られる。図５Ｄは、お互いに交差させた、それらの吸収層５４内に透過軸を有する２つの同じ偏光子パッケージ５８Ａおよび５８Ｂによって形成された本発明に従う透過型光学素子５７を示す。
【００３３】
同一設計のこれらの偏光子パッケージのいずれも、イシナベ（Ishinabe）等著「高品質反射型ＬＣＤのための広視野角および広波長レンジを有する四分の一波長板の設計」(Design of a Quarter Wave Plate with Wide Viewing Angle and Wide Wavelength Range for High Quality Reflective LCDs）、ＳＩＤ０１ダイジェスト(SID 01 Digest)、 2001年、p.906-909に記載されている広視野角波長板のような四分の一波長板と組合せて用いることができる。同様に、これらの偏光子パッケージを反射層５９と一緒に用いて、図５Ｅに示すような反射型光学素子を形成することができる。光学素子６０は、吸収層５４と補償子５２との一体式組合せ体、四分の一波長板５３、および反射層５９を有する偏光子パッケージ６１を含んで成る、反射様式に用いられる高性能偏光子パッケージである。この偏光子パッケージを液晶ディスプレイに取り付けることができ、また、周囲光排除層としてＯＬＥＤ等の自発光ディスプレイと組合せて用いることもできる。詳細な説明は図１０を参照して行う。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の例示補償子の詳細な設計を表１から８を参照して提供する。これらの表ではそれぞれ、Ａ−プレートのような補償子の配向を、取り付けた吸収層の透過軸につけた各矢印によって示されるその光軸に関する一つの角度φによって提供する。ｚ軸のまわりのＣ−プレートの回転対称性のために、その配向は任意に自由なものとなることができる。二軸プレートの配向は、そのｎ_x0軸と吸収層の透過軸との間の角度をいう。これらの表には、特に断らない限り、５５０ｎｍ波長のところでの、各補償子の好ましい位相差値と許容値も示している。
【００３５】
表１〜３の例は、それぞれ、偏光子パッケージ設計６２（図６Ａ参照）、６３（図６Ｂ参照）、および６４（図６Ｃ参照）に用いる補償子設計を示し、それらのいずれも３２Ａおよび３２Ｂのように対になって、図４Ａに示す同一パッケージ設計に従う透過型光学素子３２を形成することができる。
【００３６】
例１：
偏光子パッケージ６２を、図６Ａに従って、吸収層７０および２つのＡ−プレート７２、７４を有する補償子から作製する。
表１はＡ１で表した、吸収層７０に隣接するＡ−プレート７２が、吸収層７０の透過軸に対して平行（φ＝０度）に配置された光軸を有することを示す。Ａ２で表した次のＡ−プレート７４は、吸収層７０の透過軸に対して直角（φ＝９０度）の光軸を有する。設計１に従うと、Ａ１およびＡ２は、それぞれ、−４４ｎｍ±１１ｎｍ許容値および１１５ｎｍ±２１ｎｍ許容値の好ましい位相差を有する。設計２に従うと、Ａ１およびＡ２は、それぞれ、４４ｎｍ±１１ｎｍ許容値および−１１５ｎｍ±２１ｎｍ許容値の好ましい位相差を有する。位相差許容値内に入る同じパッケージ設計のいずれも、設定基準（０．１％未満、即ち、６０度以下の極角度から見たとき、補償されていない全ての方位角の交差させた偏光子と比較して１０倍以上に減少）に適合する。
【００３７】
【表１】

【００３８】
例２：
偏光子パッケージ６３を、図６Ｂに従って、吸収層７０ならびにＡ−プレート７６およびＣ−プレート７８を有する補償子から作製する。
表２はＡで表したＡ−プレート７２が、吸収層７０に隣接して配置され、吸収層７０の透過軸に対して平行（φ＝０度）に配置された光軸を有することを示す。追加のＣ−プレート７８は、Ａ−プレートのもう一方の側に配置されている。前に述べたように、Ｃ−プレートの光軸の配向は、ｚ軸のまわりのその回転対称性のために自由となることができる。設計３に従うと、Ａ−プレートおよびＣ−プレートは、それぞれ、−９１ｎｍ±１２ｎｍ許容値および−７６ｎｍ±１２ｎｍ許容値の位相差を有する。例設計４では、Ａ−プレートおよびＣ−プレートは、それぞれ、９１ｎｍ±１２ｎｍ許容値および７６ｎｍ±１２ｎｍ許容値の位相差を有する。
【００３９】
【表２】

【００４０】
例３：
偏光子パッケージ６４を、図６Ｃに従って、吸収層７０ならびにＣ−プレート８０およびＡ−プレート８２を有する補償子から作製する。
表３はＣ−プレート８０が吸収層７０に隣接して配置され、Ａ−プレート８２がＣ−プレートの隣にある設計例を示す。例２とは異なり、Ａ−プレート８２は吸収層７０の透過軸に対して（平行の替わりに）直角の光軸を有する。Ａ−プレート８２の光軸と吸収層７０の透過軸との間の角度φは９０度に等しい。Ｃ−プレート８０およびＡ−プレート８２の位相差は、それぞれ、−４５ｎｍ±１１ｎｍ許容値および−１３７ｎｍ±２１ｎｍ許容値（設計５）、またはそれぞれ、４５ｎｍ±１１ｎｍ許容値および１３７ｎｍ±２１ｎｍ許容値（設計６）である。
【００４１】
【表３】

【００４２】
例４：
偏光子パッケージ６５を、図６Ｄに従って、吸収層７０および単一の二軸プレート８４から作製する。
例４は、図４Ａに示す同一パッケージ設計に従って、透過型光学素子３２を形成する３２Ａおよび３２Ｂのような対と成ることもできる、もう一つの偏光子パッケージ設計６５を示す。この例では、所与の同一偏光子パッケージに用いられる補償子は単一の二軸プレート８４であり、分散マッチング設計を用いるために向上した性能を有する。表４．１は、単一二軸プレート８４が吸収層７０に隣接して配置されている、波長５５０ｎｍの場合の４つの例示設計を示す。この場合では、二軸プレートの配向は、そのｎ_x0軸と吸収層７０の透過軸との間の角度をいう。
【００４３】
二軸１および二軸２で示した最初の２つの二軸プレートは、吸収層７０の透過軸に対して平行（φ＝０度）のｎ_x0（ｎ_y0＞ｎ_x0＞ｎ_x0、例えば、ｎ_y0＝１．５０７、ｎ_x0＝１．５０２、ｎ_x0＝１．５）を有し、それぞれ、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２７１ｎｍ±４０ｎｍ（２７１ｎｍが好ましい位相差値であり、±４０ｎｍはこの好ましい値の許容値である）および（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝６８ｎｍ±１９ｎｍ、そして（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝−２７６ｎｍ±４０ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝−７０ｎｍ±１９ｎｍである。二軸３および二軸４で表す次の２つの二軸プレートは、吸収層７０の透過軸に対して直角（φ＝９０度）のｎ_x0（ｎ_y0＞ｎ_x0＞ｎ_x0を有し、それぞれ、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２７６ｎｍ±４０ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝２０８ｎｍ±３５ｎｍ、そして（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝−２７１ｎｍ±４０ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝−２０３ｎｍ±３５ｎｍである。表４．１は、４つの設計（二軸１、二軸２、二軸３および二軸４）の全ての場合の（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λの比および（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λの比も示す。ここでλは波長であって、この例の場合は５５０ｎｍである。
【００４４】
特に、表４．１の（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄは、特開平09-325216号公報に記載のもの（面内位相差値（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄを０〜２００ｎｍとする）とは全く異なる。これは、前述したように、視野角が６０度までのとき、２つの交差させた同じ偏光子パッケージを通る光漏洩を０．１％未満に低下させるための本発明の異なる設計目的の当然の結果である。同様に、イシナベ（Ishinabe）等著「高色消し性を備えた新規広視野角偏光子」(Novel wide viewing angle polarizer with high achromaticity）、ＳＩＤ２０００ダイジェスト(SID 2000 Digest)、 2000年、p.1094-1097;および「超高品質反射型ＬＣＤのための広視野角偏光子および広波長レンジを有する四分の一波長板」(Wide viewing angle polarizer and quarter-wave plate with a wide wavelength range for extremely high quality LCDs)、アジアディスプレイ／ＩＤＷ２００１( Asia Display/IDW 2001)、 2001年、p.485-488には、高性能を実現させるために、２つの異なる二軸プレート：プレート１（（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２７５ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝５７ｎｍ）ならびにプレート２（（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２７５ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝２０５ｎｍ）の組合せを必要とする、非同一パッケージケースが開示されている。前述したように、２種類の二軸プレートを作製することはコスト効率が良くない。上記引用の文献には、２つの同じ二軸プレート１および２を独立に対にして（例えば、プレート１およびプレート１、またはプレート２およびプレート２）、同一の偏光子パッケージを形成することが記載されているが、その場合の性能は設計波長以外の波長のところで大きく低下した（同じ引用文献に基づく）。
【００４５】
比較すると、本発明の補償された偏光子パッケージは、同一の補償子を用いて構成される偏光子パッケージを提供できるだけでなく、意図している実質的に全ての波長において高性能を維持することもできる。特に、少なくとも２０ｎｍ幅の波長域にわたって、また同様に４００〜７００ｎｍの可視領域全体を含めた非常に大きな波長帯にわたって低透過率を提供することができる。このことは、表４．２および４．３から良く理解できるであろう。
【００４６】
【表４】

【００４７】
【表５】

【００４８】
【表６】

【００４９】
表４．２および４．３は、全ての位相差値（（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ）ならびに位相差値割る波長の比（（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λ）が、それぞれ、波長４５０ｎｍおよび６５０ｎｍのところでの例示の二軸プレート１および二軸プレート２において提供されること以外は、表４．１と同じである。二軸１の場合の（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λの値が、波長４５０ｎｍのところで０．４９３±０．０８２（表４．２）、波長５５０ｎｍのところで０．４９３±０．０７３（表４．１）、そして波長６５０ｎｍのところで０．４９５±０．０７４（表４．３）であることに留意されたい。従って、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは、事実上、波長とは独立した定数である。後で説明するように、この波長に対する位相差比の不変性は、波長分散マッチングを提供するように適当に補償子材料を選択することによって得られる。
【００５０】
同様に、二軸１の場合の（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λの値が、波長４５０ｎｍのところで０．１２４±０．０３８（表４．２）、波長５５０ｎｍのところで０．１２４±０．０３５（表４．１）、そして波長６５０ｎｍのところで０．１２５±０．０３４（表４．３）である。このように、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは両方とも、以下の目的の波長領域の全てにおいて事実上一定（±２０％）：（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは０．５±０．１または−０．５±０．１の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは０．１±０．０７または−０．１±０．０７の範囲内である。より好ましくは、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは０．４９４±０．０９０または−０．４９８±０．０８０の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは０．１２４±０．００４０または−０．１２４±０．０４０の範囲内である。
【００５１】
（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λの両方ともが目的の全ての波長にわたって事実上一定（±２０％）であるという結論は、二軸１および二軸２だけでなく、二軸３および二軸４においても本当である。二軸３または二軸４を用いて補償子を構成すると、表４．１に示すように、ｎ_x0（ｎ_y0＞ｎ_x0＞ｎ_x0）の軸は、吸収層７０の透過軸に対して直角（φ＝９０度）であり、５５０ｎｍの波長の場合、それぞれ、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２７６ｎｍ±４０ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝２０８ｎｍ±３５ｎｍ、そして（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝−２７１ｎｍ±４０ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝−２０３ｎｍ±３５ｎｍである。二軸３の場合は、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは０．５±０．１の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは０．３８±０．０８の範囲内であり、より好ましくは、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは０．５０±０．０５の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは０．３７±０．０４の範囲内である。二軸４の場合は、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．５±０．１の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．３８±０．０８の範囲内であり、より好ましくは、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．５０±０．０５の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．３７±０．０４の範囲内である。このひな形は、例示の設計が、約±２０％（但し、変動が小さいほど、さらに低い透過率値が達成できる）広い変動の（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λおよび（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λを用いて達成できることを示しており、このことは目的により近い。
【００５２】
図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは、二軸１の設計に従う２つの交差させた偏光子パッケージ６５によって形成された光学素子３２が、４５０ｎｍ（領域１）、５５０ｎｍ（領域２）、および６５０ｎｍ（領域３）のところで透過率が０．１％未満である、位相差値（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄをプロットしたものである。領域１、領域２および領域３は重なるので、より理解しやすいように違った様式の３種類のグラフをプロットしている。図７Ａでは、領域３（６５０ｎｍ）が領域２（５５０ｎｍ）の上に位置し、この領域２は領域１（４５０ｎｍ）の上にある。図７Ｂは別の様式であり、領域１は領域２および領域３の上にある。図７Ｃでは、領域２が領域１および領域３の上にある。
【００５３】
（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２６５ｎｍ±５ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝６５ｎｍ±１０ｎｍによって与えられる領域が、３つの主波長の場合最も重なる。明らかに、容認できる位相差値のこれらの領域は方形ではない。さらに、この例は（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２６５ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝６５ｎｍの位相差を有する単一の二軸プレートが、緑（５５０ｎｍ）では０．１％未満であり、そして青（４５０ｎｍ）および赤（６５０ｎｍ）の両方では目標０．１％透過率を僅かに超えるであろうことを示している。このことは、低透過率のために一定の位相差対波長を有する補償子を設計できることを意味する。しかし、容認できる位相差の許容範囲は非常に小さく、目標の低透過率を提供する波長領域は非常に限定されている。
【００５４】
例４の二軸プレート１および二軸プレート２を除いた全ての例で、５５０ｎｍの波長のところでしか位相差値が与えられていないが、補償子の波長分散を適当に選択することによって、広範囲の波長において偏光子パッケージを使用できることは理解されよう。波長分散マッチングとは、二軸プレートにおける（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λの値、ならびにＡ−プレートまたはＣ−プレートにおける波長に対する位相差の比が、表４．１、４．２および４．３を引用して説明したように、目的の全ての波長にわたって事実上一定であることを意味する。言い換えると、波長分散マッチングとは、選択された材料の複屈折（ｎ_y0−ｎ_x0）または（ｎ_z0−ｎ_x0）が、一定の勾配対波長を有することを意味する。モデル設計は、実施材料に関して、これらの条件が、限定された解決空間、例えば、二軸プレートの場合の０．５±０．１に一般的に収束する、位相差対波長の比（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λの値に合致することを示す。
【００５５】
図８Ａは、４５度方位角および６０度極角度から見たとき、３種類の組合せ偏光子パッケージを通る透過率の波長依存性を示す。従来技術１（開いた円である曲線ａ１によって表す）は、二軸プレート補償子を備えた同一偏光子パッケージであり、従来技術２（開いた方形である曲線ａ２によって表す）は、２つの異なる二軸プレートを備えた非同一偏光子パッケージに相当する。従来技術は両方とも、イシナベ等著「高色消し性を備えた新規広視野角偏光子」(Novel wide viewing angle polarizer with high achromaticity）、ＳＩＤ２０００ダイジェスト(SID 2000 Digest)、 2000年、p.1094-1097によって与えられる構成に従う。従来技術パッケージは、短波長端と長波長端のところで漏洩に遭遇する。特に、従来技術１（曲線ａ１）は、４２０ｎｍのところで光を０．２５％超透過する。一方、本発明に従う波長分散マッチング（開いた△を伴う曲線ｂによって示される）を伴う同一パッケージは、全ての試験波長において、２つの従来例よりも非常に小さな透過率を提供する。これは、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λの値が一定であるような波長分散マッチングを有する材料を選択することによって達成される。
【００５６】
ウチヤマ（Uchiyama）等著「ＦＰＤ用光学位相差フィルムにおける最近の発展」(Recent Progress in Optical Retardation Films for FPDs)、アジアディスプレイ／ＩＤＷ２００１( Asia Display/IDW 2001)、 2001年、p.493-496に記載されるように、広帯域位相差フィルムの製品ラインを形成するために、波長から独立した（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λを有する材料が用いられている。モデル設計は、従来技術１（曲線ａ１）および従来技術２（曲線ａ２）の透過率低下対波長が、一定の（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λ対波長を有しない材料を用いる補償子設計の典型であることを示した。従来技術１（曲線ａ１）は、同一偏光子パッケージを用いるが、この従来技術の交差させた偏光子パッケージは図８Ａに示されるように波長に対して大きく低下する透過率性能を提供する。従来技術２（曲線ａ２）は、低下された透過率を有するが、それは２種類の二軸プレートを用いなければならない。
【００５７】
図８Ｂおよび８Ｃは、白色光が交差させた偏光子パッケージを通るときの等輝度プロットに関して、同じ偏光子パッケージにおける、分散マッチングを伴わない場合（図８Ｂ）と伴う場合（図８Ｃ）の補償子の効果を比較する。両方の図は、０．０３％および０．０５％の等輝度曲線である。図８Ｃの輝度曲線は、特に４５度方位角のところで外側に向かって拡がり、図８Ｂではそれらの対抗品よりもより広い領域を包んでいる。従って、分散マッチングを伴うもの（図８Ｃ）は、分散マッチングを伴わないもの（図８Ｂ）と比較して、どこの部分においても等しいかまたは低い光漏洩を有する。変わった特徴は、分散マッチングを伴うものが、４５度の方位角から見た場合に、０度よりもより低い輝度を有することである。比較例では、補償されてない交差させた偏光子パッケージは、４５度の方位角から見た場合に、０度よりもより高い輝度を示す。別の比較例では、分散マッチングを伴わない補償子によって補償されている交差させた偏光子パッケージは、４５度の方位角から見た場合、０度のところとおおよそ同じ輝度を示す。一般的に、波長λの場合、所望の位相差値（ｎｍ）は、上記表（表１、２、３、４．１、４．２および４．３）の５５０ｎｍのところの位相差をλ／５５０倍したものである。また、所与の例に全波長位相差を加えるかまたは差し引くかすることによるいずれの設計も当業者にとって自明であることは理解されよう。
【００５８】
図５Ａ〜５Ｄは、吸収層７０の一方の側に補償子を備えた偏光子パッケージを示す。２つの交差させた偏光子パッケージによって形成される透過型光学素子５１（図５Ｂ）を得るためには、図５Ａに従う２つの回転をまねなければならない。図６Ｅに例示するように、全ての偏光子パッケージにおいては、補償子を吸収層の両側に配置することができる。対称様式では、偏光子パッケージ６７において、補償子Ａ−プレート７６Ａ、７６ＢおよびＣ−プレート７８Ａ、７８Ｂは吸収層７０の両側に配置される。透過型光学素子５７での交差させた偏光子パッケージの配置は、図５Ｃおよび５Ｄに従う。
【００５９】
【表７】

【００６０】
【表８】

【００６１】
【表９】

【００６２】
【表１０】

【００６３】
表５〜８は、いずれも、図４Ｂに示すように対称補償子設計に従う透過型光学素子３５を形成するために３５Ａおよび３５Ｂのように対に成ることができる偏光子パッケージにおける、５５０ｎｍの波長のところでの追加の例示補償子の位相差値を提供する。一般的に、補償子の特性方向が吸収層の透過軸に対して完全に位置合わせされているときは、表１〜４に従う全ての同一パッケージ設計は、表５〜８の対称補償子設計と同じ性能を有する。しかし、角依存性を考慮すると、表１〜４の同一パッケージ設計が好ましい。対称補償子設計（設計７〜設計１８、および二軸５〜二軸８）は全て、取付けられる吸収層の透過軸に対する補償子の特性軸の位置合わせ要件が厳しい。一般的に、設定基準（極角度６０度から見た場合、全ての方位角において、０．１％未満に、または補償子の無い場合の交差させた偏光子と比較して１０倍超まで減少させる）に適合させるために２つの角度の正確さが要求され、ある場合では、単一の角度許容値が満たされなければならない。一方、同一パッケージ設計は、非常に大きな角度許容を有する。
【００６４】
図９Ａおよび９Ｂでは、本発明に従う２つの交差させた補償された偏光子パッケージによって形成された透過型光学素子を通る透過率曲線対表１〜表８に従う所望の配向設定に対する補償子の特性方向の偏差角を表す。図９Ａでは、曲線１は、チェン（Chen）等著「 TNおよび VA LCDに最適なフィルム補償様式」（Optimum film compensation modes for TN and VA LCDs）、ＳＩＤ９８ダイジェスト（SID 98 Digest）、1998年、p.315-318に記載されるような従来技術の補償された偏光子に相当する。曲線２および曲線３は、例２の設計３および例３の設計５にそれぞれ相当する。例２および３では、補償子はＣ−プレートとＡ−プレートとの組合せである。これらのケースでは、偏差角は、表２および３に記載されている正確な位置と、Ａ−プレートの光軸との角度である。例１の設計１および設計２では、２つのＡ−プレートが用いられるので、２つの偏差角を考慮する。一方はＡ２プレート（曲線４）であり、もう一方はＡ１プレート（曲線５）である。本発明の全ての例示設計は、広許容の偏差角を伴って、０．１％より低い透過度を示す。
【００６５】
図９Ｂは補償子が二軸プレートであるときの透過率の角依存性を示す。このケースでは、偏差角は、表４．１、５、６、７および８に記載されている正確な位置と、二軸プレートのｎ_x0軸との角度である。曲線６は表５、６、７および８の対称補償子設計の典型的な挙動であり、その好ましい配向に対する二軸プレートの主軸の位置合わせのために２度の厳しい要件を示す。偏差角が２度のとき、光漏洩は０．０２％（０度偏差）から０．１％に急上昇する。曲線７、８および９は、同一パッケージ設計（表４．１）に従う二軸１プレートに由来する。曲線８は二軸１が表４．１に示した公称値（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２７１ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝６８ｎｍ（位置合わせが完全、即ち、偏差角がゼロの場合の最小透過率を示す）を有する場合に得られる。曲線９および曲線７は、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄの容認可能な許容±４０ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄの容認可能な許容±１９ｎｍの範囲内の別の値を表す。曲線９は（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２８５ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝７０ｎｍを有する二軸１に由来し、曲線７は（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ＝２６５ｎｍおよび（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ＝７０ｎｍ（図７に示すような３つの主波長における領域１、領域２および領域３の重なり合う点）を有する二軸１に相当する。
【００６６】
Ａ−プレートおよびＣ−プレートの二軸度(biaxiality)の許容を検討する。理想的には、Ａ−プレートおよびＣ−プレートの両方とも一軸材料である（即ち、３つの主屈折率のうち２つはお互いに等しい（ｎ_x0＝ｎ_y0と仮定））。しかし、ｎ_x0およびｎ_y0の差がＡ−プレートで０．００００５より小さく、Ｃ−プレートで０．０００８より小さい限りは、小二軸度を有する材料を本発明にしたがって用いることができる。
【００６７】
上述の例は全て特に「Ｏ」型シート偏光子のために設計されているが、設計方針および同じ補償子が「Ｅ」型偏光子においても同様に、本発明が十分機能することを実現しかつ確認した。言い換えれば、上述の全ての例において、「Ｏ」型偏光子を「Ｅ」型偏光子で置き換えることができる。しかし、「Ｅ」型偏光子の透過軸がその光軸（即ち、異常光屈折率の軸）であり、「Ｏ」型偏光子の吸収軸はその光軸（即ち、異常光屈折率の軸）であるために、「Ｅ」型偏光子の透過軸は「Ｏ」型偏光子の吸収軸と同じ方向に配向されるのがよい。
【００６８】
上述の二軸プレートは米国特許第5,245,456号(Yoshimi等）明細書に従って製造できる。当該技術分野で周知であるように、Ｃ−プレートは、単軸に圧縮されたポリマーまたはキャスティング酢酸セルロースを用いて製造でき、Ａ−プレートは、ポリビニルアルコールまたはポリカーボネート等の延伸ポリマーフィルムで製造できる。
【００６９】
高性能偏光子パッケージを含む本発明の上記透過型光学素子５１および５７並びに反射型光学素子６０を、種々の様式の液晶ディスプレイ、特に、ツイストネマチック（ＴＮ）液晶様式、垂直配向（ＶＡ）液晶様式、光学補償ベンド（ＯＣＢ）様式、およびイン−プレーンスイッチング（ＩＰＳ）様式と一緒に用いることができる。本発明に従う偏光子パッケージを含む光学素子を用いることによって、これらのディスプレイの視野特性を改善することができる。
【００７０】
透過型光学素子５１および５７がＬＣＤセルを含む場合、このＬＣＤセルは２つの交差させた偏光子パッケージの間に配置される。図１０は、高性能光学素子６０（図５Ｅに示す）をディスプレイ１１０と組合せて用いる例を示す。この具体例では、ディスプレイ１１０は液晶ディスプレイである。より具体的には、それはＶＡ反射型液晶セル１１０およびセル補償子１０２である。ディスプレイ１１０は反射層５９と四分の一波長板５３との間に配置されている。偏光子パッケージ６１は吸収層および補償子５２の一体式組合せ体を含み、図６Ａ〜６Ｅに従う偏光子パッケージ６２、６３、６４、６５、６７のいずれの態様にも成ることができるが、この例に示した補償子５２は、図６Ｂに従うＡ−プレート７６およびＣ−プレート７８を含む。液晶ディスプレイの暗状態では、大きな視野角からは、光７は光学素子６０およびディスプレイ１１０をほとんど通過せず、高品質のディスプレイを生じる。
【００７１】
偏光子パッケージ、高性能四分の一波長板、および反射層を含む本発明の光学素子６０は、反射型液晶ディスプレイの広視野角偏光子パッケージとしてだけでなく、ＣＲＴ、ＯＬＥＤおよび他の自発光様式ディスプレイに適用可能な周囲光排除層としても用いることができる。ＯＬＥＤの場合、反射層は通常ディスプレイに組み込まれて、明状態の通過光量を増幅させる。しかし、暗状態および明状態の場合において、周囲光もまた反射層からユーザーに強く反射され、好ましい画像を流してしまう。ディスプレイ１１０がＯＬＥＤのような自発光ディスプレイであり、通電時にそれ自体が発光し、周囲光７は広視野角のところであっても偏光子パッケージ６１でブロックされるので、高輝度を有する高コントラストＯＬＥＤが実現される。
【００７２】
本発明の態様は以下の素子を含む：
液晶ディスプレイを含み；
ｎ_x0が吸収層の透過軸に対して平行に配置され、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．５±０．１の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．１±０．０７の範囲内である;
（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．４９８±０．０８０の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．１２４±０．０４０の範囲内である；
【００７３】
ｎ_x0が前記吸収層の透過軸に対して直角に配置され、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは０．５±０．１の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは０．３８±０．０８の範囲内である;
（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは０．５±０．０５の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは０．３７±０．０４の範囲内である;
【００７４】
ｎ_x0が前記吸収層の透過軸に対して直角に配置され、（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．５±０．１の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．３８±０．０８の範囲内である;
（ｎ_y0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．５±０．０５の範囲内であり、（ｎ_z0−ｎ_x0）ｄ／λは−０．３７±０．０４の範囲内である;
【００７５】
補償子がＡ−プレートおよびＣ−プレートを含み、前記Ａ−プレートが吸収層の次に配置され、前記Ｃ−プレートが前記Ａ−プレートの次に配置され、Ａ−プレートの光軸が前記吸収層の透過軸と平行である；
【００７９】
本明細書で引用した特許明細書および他の文献の内容は引用することによって本明細書の内容とする。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】図１Ａは、従来技術の偏光子パッケージの断面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、１組の従来技術の偏光子パッケージで形成された透過型光学素子の透視図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、交差させた従来技術偏光子パッケージの等透過率プロットである。
【図１Ｄ】図１Ｄは、交差させた従来技術の偏光子パッケージと通る透過率対極角度のプロットである。
【図２Ａ】図２Ａは、補償子を備えた従来技術の偏光子の断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、補償子を備えた従来技術の偏光子の断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、従来技術の広視野偏光子パッケージの１つで作製された透過型光学素子の角度性能である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、従来技術の偏光子パッケージの１つの構成を示す概略図である。
【図３Ａ】図３Ａは、補償子である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、補償子である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、補償子である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、補償子である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明による２つの交差させた偏光子パッケージで形成された透過型光学素子の構成を示す概略図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明による２つの交差させた偏光子パッケージで形成された透過型光学素子の構成を示す概略図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明による２つの交差させた偏光子パッケージで形成された透過型光学素子の透視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明による２つの交差させた偏光子パッケージで形成された透過型光学素子の透視図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明による２つの交差させた偏光子パッケージで形成された透過型光学素子の透視図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明による２つの交差させた偏光子パッケージで形成された透過型光学素子の透視図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、参考例による偏光子パッケージを含んで成る反射型光学素子の透視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本発明による補償子を備えた偏光子パッケージの態様を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明による補償子を備えた偏光子パッケージの態様を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明による補償子を備えた偏光子パッケージの態様を示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、参考例による補償子を備えた偏光子パッケージの態様を示す。
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明による補償子を備えた偏光子パッケージの態様を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、参考例による二軸プレートの位相差値を提供する図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、参考例による二軸プレートの位相差値を提供する図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、参考例による二軸プレートの位相差値を提供する図である。
【図８Ａ】図８Ａは、１組の交差させた偏光子パッケージによって形成された光学素子における透過率の波長依存性を示す。
【図８Ｂ】図８Ｂは、分散度整合無しに、１組の交差させた偏光子パッケージによって形成された光学素子の等輝度プロットを示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、分散度整合無しに、１組の交差させた偏光子パッケージによって形成された光学素子の等輝度プロットを示す。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明および従来技術による交差させた偏光子パッケージによって形成された光学素子の角許容の比較を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、参考例および従来技術による交差させた偏光子パッケージによって形成された光学素子の角許容の比較を示す。
【図１０】図１０は、ディスプレーへの本発明の偏光子パッケージの適用例である。

Claims

一組の実質的に同じである交差させたシート偏光子パッケージを含み、各パッケージが吸収層と前記吸収層の少なくとも一方の側に配置された補償子との一体式組合せ体を含む光学素子であって、
前記補償子が、２つのＡ−プレートの組合せを含み、
第一のＡ−プレートは前記吸収層の隣に配置され、第二のＡ−プレートは前記第一のＡ−プレートの隣に配置されており、
前記第一のＡ−プレートの光軸は前記吸収層の透過軸と平行であり、前記第二のＡ−プレートの光軸は前記吸収層の透過軸と直角であり、
前記第一および第二のＡ−プレートが波長５５０ｎｍのところで、それぞれ（ａ）−４４±１１ｎｍおよび１１５±２１ｎｍの範囲の位相差、またはそれぞれ（ｂ）４４±１１ｎｍおよび−１１５±２１ｎｍの範囲の位相差を有する光学素子。
一組の実質的に同じである交差させたシート偏光子パッケージを含み、各パッケージが吸収層と前記吸収層の少なくとも一方の側に配置された補償子との一体式組合せ体を含む光学素子であって、
前記補償子が、Ａ−プレートおよびＣ−プレートの組合せを含み、
前記Ａ−プレートは前記吸収層の隣に配置され、前記Ｃ−プレートは前記Ａ−プレートの隣に取付けられており、
前記Ａ−プレートの光軸は前記吸収層の透過軸と平行であり、
前記Ａ−プレートおよびＣ−プレートが波長５５０ｎｍのところで、それぞれ（ａ）９１±１２ｎｍおよび７６±１２ｎｍの範囲の位相差、またはそれぞれ（ｂ）−９１±１２ｎｍおよび−７６±１２ｎｍの範囲の位相差を有する光学素子。
一組の実質的に同じである交差させたシート偏光子パッケージを含み、各パッケージが吸収層と前記吸収層の少なくとも一方の側に配置された補償子との一体式組合せ体を含む光学素子であって、
前記補償子が、Ａ−プレートおよびＣ−プレートの組合せを含み、
前記Ｃ−プレートは前記吸収層の隣に配置され、前記Ａ−プレートは前記Ｃ−プレートに隣接しており、
前記Ａ−プレートの光軸は前記吸収層の透過軸に直角であり、
前記Ａ−プレートおよびＣ−プレートが波長５５０ｎｍのところで、それぞれ（ａ）４５±１１ｎｍおよび１３７±２１ｎｍの範囲の位相差、またはそれぞれ（ｂ）−４５±１１ｎｍおよび−１３７±２１ｎｍの範囲の位相差を有する光学素子。
前記補償子の波長に対する位相差の比が、任意の２０ｎｍ幅の波長範囲にわたって事実上一定（±２０％）である請求項１〜３のいずれか一項記載の光学素子。