JPH04172305A

JPH04172305A - 偏光素子

Info

Publication number: JPH04172305A
Application number: JP29918190A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Uchiyama; 正一内山; Yoshitaka Ito; 嘉高伊藤; Jinjieiuu; ジンジェイウー; Tomio Sonehara; 富雄曽根原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1990-11-05
Publication date: 1992-06-19

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１方向の直線偏光
に変える光学素子に関する。

〔従来の技術〕

従来、通常の光源が発する自然光から直線偏光を得る場
合には、ウオラストン形、ローション形などの複屈折プ
リズム、あるいは光吸収の二色性を利用した一方向延伸
配向フィルム等が利用されてきた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、複屈折性プリズムは大きな単結晶体を精密加工
して作る必要があることから非常に高価であるばかりか
、特定の用途に要求される望ましい形状または配置に容
易に形成できない、更に、得られる単結晶体の大きさに
限度があるため、それが又利用の範囲を著しく限定して
いるなどの問題を有していた。一方、延伸配向フィルム
は有機重合体物質により形成されているため、量産性に
優れ安価である反面、光吸収の二色性を利用しているた
め、フィルム自体が入射光の一部を吸収することになり
光透過率が低い。更に、強い光に対しては、光吸収にと
もなう発熱作用により、フィルム自身が自己破壊を生じ
る場合があるなどの欠点を有していた。

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、本質的に光吸収がなくコン
パクトかつ安価な偏光素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の偏光素子は、２種類の材料の交互の繰り返しに
よる一方向周期構造を持ち、その周期単位における、一
方の材料の厚さをｔ１、もう一方の厚さをｔ２、入射光
の波長をλとしたときに　１＋＋ｔ２（λ　の関係が満
たされており、かつ一方の材料が複屈折性を有すること
を特徴とする。また、前記複屈折性を有する材料の光学
軸が、前記周期構造の繰り返し方向に対して４５°に配
向されていることを特徴とする。

本発明の作用を図に沿って説明する。第１図は、本発明
の偏光素子の構造概念図である。この偏光素子は等方性
層１０１と複屈折材料層１０２の交互の繰り返しからな
る周期構造からなっている。

この繰り近しの１単位の厚さをｐ、ｐにおける等方性層
１０１の占める割合をｑとすると、等方性層１０１の厚
さはｐ　′　ｑ複屈折材料層１０２の厚さはｐ・　（１−ｑ）　　であたえられる。

ここで　ｐ（λ　である。また、等方性層１０１の屈折
率はｎｏであり、複屈折材料層１０２の常光成分に対す
る屈折率はｎｏ、異常光成分に対する屈折率はｎ、であ
る。また、複屈折材料層１０２の光学軸１０３が周期繰
り返し方向１０４に対して４５°になるように配向され
ている。さてこの偏光素子の上面１０５に垂直に光波が
入射したときの入射光の偏光成分の振舞いについて考え
てみよう。これを第２図を用いて説明する。第２図に示
す平面は、第１図の上面１０５である。入射光の偏光成
分のふるまいについては、複屈折材料層２０２の常光成
分２０４と異常光成分２０５について考えればよい。ｐ
（λであるため、各偏光成分は等方性層２０１と複屈折
材料層２０２の平均的な屈折率を感することとなる。ま
ず常光成分２０４にとって、等方性層２０１と複屈折材
料層２０２の屈折率はｎｏで等しいため偏光成分をその
まま維持して透過して行く、それに対して異常光成分２
０５は等方性層２０１に対してｎｏ、複屈折材料層２０
２に対してｎｏを感するため、周期繰り返し方向２０７
に垂直な成分２０６、平行な成分２０７で屈折率が異な
る。この現象は構造複屈折として知られているものであ
る。Ｄａｌｅ　　Ｃ，Ｆｌａｎｄｅｒｓの構造複屈折に
関する論文（Ａｐｐ１、Ｐｈ１ｓ、Ｌｅｔｔ、４２　（
６）、１５Ｍａｒｃｈ１９８３）に従えば周期繰り返し
方向に垂直な成分２０６の感する屈折率ｎ上は、ｎ上＝
　［（１／ｎｏ２）　ｑ　＋　（１／ｎｏ２）　　（１
−ｑ　）　］　−＋ｔ２周期繰り返し方向に平行な成分２０７の感する屈折率ｎ
〃は、ｎｙｌ　　　＝　　［ｎｏ　２ｑ＋ｎｅ”（１−ｑ）　
　コ　１″となる。従って異常光成分２０４は偏光素子
中を偏光状態を変化させながら伝播していくこととなる
。ココテ、Δｎｄ＝λ／２（Δｎ＝１ｎ上−ｎ〃１）と
なるように設計すれば、異常光成分は常光成分となり偏
光素子を出射する。従って、エネルギー損失を伴う事な
く単一の直線偏光（常光成分）を得ることが出来る。

［実施例−１コ第３図に、その構造概念図を示す偏光素子を作成した。

　（ａ）は断面図、　（ｂ）は平面図である。

各構成要素の諸元は以下の通りである。

基板３０２は、屈折率　１．４９のＰＭＭＡを使用しＸ
線リソグラフィーと異方性エツチングを用いて周期構造
を作製した。ピッチ３０４は２５０ｎｍ、高さ３０５は
２２μｍである。これにラビング処理を施した。ラビン
グ方向３０６は、周期繰り近し方向３０７に対して４５
°である。これをカバーガラス３０３でカバーし、ネマ
チック液晶３０１を封入した。このネマチック液晶の、
異常光に対する屈折率は１．６９、常光に対する屈折率
は１．４９である。これに波長５５０ｎｍのレーザー光
を入射させたところ、出射光の９３％がネマチック液晶
３０１に対する常光線であった。

入射光に対する出射光の強度は９３％であった。

［実施例−２コ第４図にその構造概念図を示す偏光素子を作成した。　
（ａ）は斜視図、　（ｂ）は光線４０５の入射面４０４
の平面図である。この偏光素子は実施例１と同様に、ネ
マチック液晶４０１、ＰＭＭＡ４０２を使用している。

これは、ＰＭＭＡとネマチック液晶のシートを積層した
のち、繰り返し周期単位の厚さが光波の波長より充分小
さくなるよう一方向に延伸をし、それをカッティングす
ることにより得られた物である。ネマチック液晶の光つ
が、その光線入射面への投影４０６が、周期繰り返し方
向４０７に対して４５＠どなるようカッティングを施し
である。これにランダム偏光を入射させたごこるその９
５％が、周期繰り返し方向４０７に対して４５＠をなす
直線偏光であった。

入射光強度に対する出射光強度は９６％であった。

［発明の効果コ以上説明したように、本発明の偏光素子は、等方性材料
と複屈折材料を用い、その繰り返し単位のピッチが光波
の波長より十分に小さいという条件を満たすように周期
構造を作り込むというきわめて簡素な構成により、ラン
ダムな偏光成分を有する入射光を、はとんど損失なく一
方向の偏光成分のみを有する出射光に変換することが可
能である６本発明の光学素子は上記の特性を生かして、
偏光を必要とする各種表示体、特に液晶表示体、光アイ
ソレータ−、光スィッチ、光学フィルタや、それらを構
成要素とする各種光学測定機等、広範囲の応用が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の偏光素子の構造概念図。第２図は、本
発明の偏光素子の作用の説明図。第３図第４図は、本発
明の詳細な説明図。１０１・・・等方性層１０２・・・複屈折材料層１０３・・・光学軸１０４・・・周期繰り返し方向１０５・・・上面２０１・・・等方性層２０２・・・複屈折材料層２０３・・・光学軸２０４・・・常光成分２０５・・・異常光成分２０６・・・周期繰り返し方向に垂直な成分２０７・・
・周期繰り返し方向に平行な成分２０８・・・周期繰り
返し方向３０１・・・ネマチック液晶３０２・・・基板３０３・・・カバーガラス３０４・・・ピッチ３０５・・・高さ３０６・・・ラビング方向３０７・・・周期繰り返し方向４０１・・・ネマチック液晶４０２・・・・ＰＭＭＡ４０３・・・光学軸４０４・・・光線入射面４０５・・・光線４０６・・・光学軸の光線入射面への投影４０７・・・
周期繰り返し方向以上サ　３０２（ａ）第３０第４゛図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２種類の材料の交互の繰り返しによる一方向周期
構造を持ち、その周期単位における、一方の材料の厚さ
をｔ＿１、もう一方の厚さをｔ＿２、入射光の波長をλ
としたときにｔ＿１＋ｔ＿２《λの関係が満たされてお
り、かつ一方の材料が複屈折性を有することを特徴とす
る偏光素子。
（２）前記複屈折性を有する材料の光学軸が、前記周期
構造の繰り返し方向に対して４５゜に配向されているこ
とを特徴とする請求項１記載の偏光素子。