JPH1068816A - 位相差板及び円偏光板 - Google Patents

位相差板及び円偏光板

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JPH1068816A
JPH1068816A JP22802396A JP22802396A JPH1068816A JP H1068816 A JPH1068816 A JP H1068816A JP 22802396 A JP22802396 A JP 22802396A JP 22802396 A JP22802396 A JP 22802396A JP H1068816 A JPH1068816 A JP H1068816A
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plate
wavelength
phase difference
wave plate
wave
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Atsushi Yamanaka
篤 山中
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 入射光線の波長に対して、均一な位相差特性
の波長板を提供し、この波長板を用いた液晶ディスプレ
イ等の光学システムの特性を改善する。 【解決手段】 １／４波長板と１／２波長板とを予め設
計した角度で貼り合わせた位相差板を用いることによ
り、レタデーションの波長分散を制御でき、特に入射光
線の波長（λ）に対するレタデーションの比（Δｎｄ／
λ）をほぼ一定にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複屈折光の位相差
の波長分散を制御した位相差板、及びそれを用いた円偏
光板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来から、この種の波長板は、反射防止
シート、液晶ディスプレイ、液晶プロジェクター等に使
用されているが、いずれの用途においても変色を防ぐた
めに位相差の波長分散を制御すること、つまり波長板の
特性が波長によらず一定であることが求められている。
【０００３】この課題を解決する方法として、特開平５
−２７１１８号公報及び特開平５−２７１１９号公報に
て提案された技術がある。この技術は、複屈折光の位相
差の波長分散の大きい材料と小さい材料で製作したシー
トを直交して貼り合わせることによって、波長分散を打
ち消し合わせて、波長分散の少ない波長板を得るもので
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の技術に
おいては、その原理上、うまく波長分散を打ち消し合う
ような２種類の複屈折材料を必要とするが、そのような
材料が常に適当なコストで入手可能であるとは限らない
ので、事実上設計の自由度が制限されるという問題があ
る。
【０００５】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、入手容易な１種類の複屈折材料のみでも、波長
による位相差の変化が少なく、その一定性に優れる位相
差板を提供し、例えば可視光全域に渡って１／４波長板
としてほぼ機能する位相差板を実現できるようにしたも
のである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の位相差板は、１
／４波長板（複屈折光の位相差が１／４波長である複屈
折性フィルム）と、１／２波長板（複屈折光の位相差が
１／２波長である複屈折性フィルム）とを、それらの光
軸を予め設計した角度に交差した状態で貼り合わせてな
るものである。
【０００７】また、その位相差板を構成する波長板の少
なくとも一方が、波長板平面内の直交軸方向とフィルム
の厚さ方向とにおける屈折率をそれぞれｎｘ、ｎｙ、ｎ
ｚとした場合に、ｎｘ＞ｎｙ、及び（ｎｘ−ｎｚ）／
（ｎｘ−ｎｙ）＜１を満足するように構成している。
【０００８】すなわち、複屈折光の屈折率差（Δｎ）と
厚さ（ｄ）の積（Δｎｄ）で定義されるレタデーション
が、設計波長（λｏ）の１／４である１／４波長板と、
１／２である１／２波長板を予め設計した角度で貼り合
わせた位相差板を用いることにより、レタデーションの
波長分散を制御でき、特に入射光線の波長（λ）に対す
るレタデーションの比（Δｎｄ／λ）をほぼ一定にで
き、この位相差板を用いた光学システムの特性を改善す
ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の位相差板及び楕円偏光板
の実施形態を図面に従って以下説明する。図１に本発明
の位相差板の第１実施形態を示す。座標軸を、図２
（ａ）に示すように定義し、光学素子はｙｚ平面内に配
置し、光線はｘ軸に沿って進行するものとする。また光
学素子の軸の方向は図２（ｂ）に示すようにｙｚ平面内
でｙ軸から右向きを正とした角度で計るものとする。以
下の説明においても同じ定義を用いる。
【００１０】図１（ａ）中、１１は１／２波長板、１２
は接着材、１３は１／４波長板である。１／２波長板１
１は、図１（ｂ）に示すように延伸軸が−１５度、１／
４波長板１３は、図１（ｃ）に示すように延伸軸が−７
５度の方向に配置されている。この１／２波長板１１や
１／４波長板１３は高分子フィルムを延伸処理して作成
されるが、本実施形態では、波長板材料としてよく使用
されるポリカーボネイトを材料として選択している。
【００１１】この位相差板は、鉛直方向（０度方向）の
直線偏光を１／２波長板側１１から入射させた場合に波
長分散特性が改善された１／４波長板として機能するよ
うに設計されており、可視光の範囲（４００ｎｍ〜７０
０ｎｍ）において波長によらずほぼ完全な円偏光に変換
することができる。
【００１２】以下に、この位相差板の機能を単純な１／
４波長板と比較しながら、ポアンカレ球を用いて説明す
る。ポアンカレ球とは球上の点によって光線の偏光状態
を表す方式である。図３にその概観図を示す。この球を
地球に見立てると北極３１と南極３２の点は、各々左周
り円偏光とに右周り円偏光を示し、赤道上３３の点は直
線偏光を示していて、赤道上３３の経度は直線偏光の角
度の２倍に対応している。
【００１３】従って、−ｘ軸方向を経度０度と定義すれ
ば、この方向の赤道上の点３８は、垂直方向の直線を表
し、−ｚ軸方向３８は４５度の直線偏光を表している。
以下同様に、ｘ軸方向３５は水平方向の、ｚ軸方向３６
は−４５度方向の直線偏光を表している。また、赤道と
極の間３４は、楕円偏光を示している。このようにして
如何なる偏光状態もポアンカレ球上の１点として表現さ
れる。
【００１４】また、波長板の機能は角度で計ったレタデ
ーションの大きさだけポアンカレ球を回転させる作用と
して表現される。このとき、回転軸はポアンカレ球中心
と波長板光軸方向の２倍の経度に対応した赤道上の対応
点を結ぶ直線として定義される。
【００１５】比較例１として、ポリカーボネイトを延伸
して製作した単純な１／４波長板４１を分析する。図４
に示すように１／４波長板４１の延伸軸は−４５度方向
に配置され、可視光（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）の範囲
において、鉛直方向の直線偏光を入射して左向き円偏光
を得る事が目的である。レタデーションの大きさが入射
光線の波長に対して常に１／４波長であれば、この目的
を達成することができるが、実際にポリカーボネイト製
の波長板のレタデーションを測定すると図５のようなグ
ラフが得られる。
【００１６】すなわち、設計波長（５５０ｎｍ）では１
／４波長のレタデーションを示すが、設計波長より短波
長ではレタデーションが過剰となり、長波長では不足し
てしまう。同じことを図６に示すポアンカレ球を用いて
説明する。入射光の鉛直方向に偏光した光線は点Ａで表
され、１／４波長板の光軸は直線Ｂであり、その作用は
直線Ｂを軸としてポアンカレ球をレタデーションに応じ
て回転させる事で表現される（１／４波長の場合９０
度）。
【００１７】従って、設計波長では、点Ａは北極の点Ｃ
に移されるので、完全な円偏光になるが、短波長の光線
に対してはレタデーションが過剰になるので点Ｄに移
り、長波長の光線に対してはレタデーションが不足する
ので点Ｅに移る。以上の分析から設計波長以外では、楕
円偏光に変換されてしまうことが分かる。
【００１８】本発明は、以上説明したような不具合を解
決するためになされた方式であり、再び本発明の第１実
施形態に戻ってその働きを図７に示すポアンカレ球を用
いて説明する。本実施形態の位相差板は、延伸軸が−１
５度の１／２波長板１１と−７５度の１／４波長板１３
とからなっているが、ポアンカレ球上では１／２波長板
１１の延伸軸は直線Ｆで、１／４波長板１３の延伸軸は
直線Ｇで表わされる。
【００１９】そして、各々の作用は１／２波長板１１は
１８０度の回転、１／４波長板１３は９０度の回転であ
る。比較例１と同じ鉛直方向の直線偏光を入射すると、
入射光は点Ａに対応している。まず、基準波長の場合
は、１／２波長板１１によって点Ｈへ移され、さらに１
／４波長板１３によって点Ｃ（北極）に移されるので、
比較例１と同様に完全な左向き円偏光に変換できること
が分かる。
【００２０】次に、基準波長より短波長の場合は１／２
波長板１１のレタデーションが過剰になるので点Ｊに移
されるが、この点Ｈとのずれが次の１／４波長板１３の
レタデーションの過剰分と打ち消し合い、最終的に点Ｃ
の近くに移される。同様に基準波長より長波長の場合
は、１／２波長板１１のレタデーションが不足するので
点Ｋに移されるが、この点Ｈとのずれが次の１／４波長
板１３のレタデーションの不足分を補って最終的にはや
はり点Ｃの近くに移される。このようにして、どの波長
においてもはぼ完全な左向き円偏光が得られる。
【００２１】上述の比較例１と本実施形態の特性の違い
を、出力光線中の円偏光の割合によって分析すると、図
８に示すようになる。図８から明らかなように、本実施
形態のグラフ８１は比較例１のグラフ８２に比べてはる
かに均一な波長分散特性を示している。また、本実施形
態の波長板は１／２波長板１１と１／４波長板１３との
角度を変更することによってさらに波長分散特性を改善
できる。
【００２２】図８には１／２波長板１１と１／４波長板
１３との角度を５５度に変更した場合のグラフ８３を示
している。可視光の範囲（４００ｎｍ〜７００ｎｍ ）
での均一性から評価すれば、１／２波長板１１と１／４
波長板１３の角度を５５度にする方が６０度の場合より
優れている。しかし、この例に限らず、必要な波長範囲
等の要求仕様に応じて角度を調整することによって適切
な特性を選択することができる。
【００２３】次に、本発明の第２実施形態について以下
説明する。本実施形態は、上記第１実施形態において波
長板として以下の条件を満たすものを使用している。波
長板平面内の直交軸方向とフィルムの厚さ方向とにおけ
る屈折率を、それぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとした場合に、
ｎｘ＞ｎｙ、及び（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＜１
を満足する。この特性を持つ波長板の特長は、光線が波
長板の垂線方向ではなく、傾いた角度で入射した場合に
レタデーションの変化が少ないことである。
【００２４】従って、この特性を持つ波長板を用いて位
相差板を製作すると、広い入射角の範囲において波長分
散特性を制御できることになり、本発明の有用性を一層
高めることができる。
【００２５】次に、本発明の第３実施形態について以下
説明する。図９に本発明の第３実施形態の構造を示す。
図９（ａ）中、９１は１／４波長板、９２は接着剤、９
３は１／２波長板、９４は偏光板である。１／４波長板
９１の延伸軸は、図９（ｂ）に示すように２０度、１／
２波長板９３の延伸軸は、図９（ｃ）に示すように７５
度の方向に配置され、偏光板９４は、図９（ｄ）に示す
ように透過軸が水平（９０度方向）に配置されているも
のとする。
【００２６】この素子に１／４波長板９１の側から光線
を入射すると、左向き円偏光は偏光板で吸収され、右向
き円偏光だけが透過するように設計されている。本実施
形態の円偏光板は、上記第１実施形態で詳しく説明した
ように、１／４波長板９１のレタデーションの波長分散
特性を１／２波長板９３の特性で打ち消すように配置し
ているので、可視光の範囲で円偏光板としてほぼ一定の
特性を示すことができる。
【００２７】比較例３として、図１０に示すように、１
／４波長板１０１の延伸軸を４５度、偏光板１０３の透
過軸を水平にして貼り合わせた円偏光板を用い、本実施
形態と比較例３との特性を比較するために、１／４波長
板９１、１０１の側にアルミ蒸着全反射ミラーを配置し
てその反射防止効果を比較した。その結果は図１１に示
すとおりである。図１１から明らかなように、本実施形
態のグラフ１１２の方が比較例３のグラフ１１１より反
射防止効果が高いことが分かる。この結果は円偏光板と
して本実施形態の方が優れていることを示している。
【００２８】
【発明の効果】本願請求項１に記載の発明に係る位相差
板は、１／４波長板と１／２波長板とを同じ材料にて形
成することが可能であり、且つ、各々の波長板の貼り合
わせ角度を変えることにより、特性を調整することが可
能であるので、設計の自由度を拡大することができる。
【００２９】本願請求項２に記載の発明に係る位相差板
は、光線の入射角度に対する波長板の特性を一定にする
ことができるので、光軸に対して斜めに光線が進行する
光学システムに使用することが可能になる。
【００３０】本願請求項３に記載の発明に係る位相差板
は、予め設計した角度で貼り合わせて構成しているの
で、１／４波長板の波長に対するレタデーション特性を
均一にでき、この位相差板を用いた液晶ディスプレイ、
液晶プロジェクター等の光学システムの特性を改善する
ことができる。
【００３１】本願請求項４に記載の発明に係る円偏光板
は、入射光線の波長と角度に対する円偏光選択特性の変
動が少なく、この円偏光板を用いた液晶ディスプレイ、
液晶プロジェクター、反射防止膜等の光学システムの特
性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位相差板の第１実施形態を示す説明図
である。
【図２】座標軸の定義を示す説明図である。
【図３】ポアンカレ球を示す説明図である。
【図４】本発明の位相差板の第１実施形態と比較分析す
るための比較例１を示す説明図である。
【図５】比較例１におけるレタデーション特性を示す説
明図である。
【図６】比較例１におけるポアンカレ球を示す説明図で
ある。
【図７】本発明の位相差板の第１実施形態におけるポア
ンカレ球を示す説明図である。
【図８】本発明の位相差板の第１実施形態及び比較例１
における波長分散特性を示す説明図である。
【図９】本発明の位相差板の第３実施形態を示す説明図
である。
【図１０】本発明の位相差板の第３実施形態と比較分析
するための比較例３を示す説明図である。
【図１１】本発明の位相差板の第３実施形態及び比較例
３における反射防止特性を示す説明図である。
【符号の説明】
１１ １／２波長板 １２ 接着剤 １３ １／４波長板 ４１ １／４波長板 ９１ １／４波長板 ９２ 接着剤 ９３ １／２波長板 ９４ 偏光板 １０１ １／４波長板 １０２ 接着剤 １０３ 偏光板

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複屈折光の位相差が１／４波長である１
    ／４波長板と、複屈折光の位相差が１／２波長である１
    ／２波長板とを、それらの光軸が交差した状態で貼り合
    わせたことを特徴とする位相差板。
  2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の位相差板におい
    て、 前記１／４波長板と前記１／２波長板とが同一の材料か
    らなり、且つ、少なくとも一方の波長板が、波長板平面
    内の直交軸方向とフィルムの厚さ方向とにおける屈折率
    をそれぞれｎｘ、ｎｙ、ｎｚとした場合に、ｎｘ＞ｎ
    ｙ、及び（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）＜１を満足す
    るものであることを特徴とする位相差板。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の位相差板におい
    て、 前記１／４波長板と前記１／２波長板との光軸のなす角
    をｐとした場合に、５０度＜ｐ＜７０度を満足するもの
    であることを特徴とする位相差板。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３に記載の波長板と偏光板
    とを貼り合わせて形成したことを特徴とする円偏光板。
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