【手続補正書】
【提出日】平成16年9月30日(2004.9.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】位相板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１枚の透明基板に固定された、複屈折性を有する、第１の有機物薄膜層と第２の有機物薄膜層とを備えた位相板であり、第１の有機物薄膜層は可視域の光に対し１／２波長のリタデーション値を有し、第２の有機物薄膜層は可視域の光に対し１／４波長のリタデーション値を有し、かつ第１の有機物薄膜層の光軸と第２の有機物薄膜層の光軸とが交差するように第１および第２の有機物薄膜層が重ねられて、可視域の光に対し１／４波長のリタデーション値を有するように構成されていることを特徴とする位相板。
【請求項２】
第１および第２有機物薄膜層は、液晶モノマーが硬化された高分子液晶層からなり、光軸が遅相軸となっている請求項１記載の位相板。
【請求項３】
２つの高分子液晶層のそれぞれの遅相軸のなす角度がほぼ６０°である請求項１または２記載の位相板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は位相板に関し、特に可視域の光に対する位相差またはリタデーション値の波長分散を制御した位相板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ、液晶プロジェクタなどのように、可視域の光を用いる液晶表示装置などでは、波長が４２０ｎｍ前後の青色光から波長が６５０ｎｍ前後の赤色光までの波長帯域において、位相差の波長分散が小さい位相板が求められてきた。従来、この課題を解決するために、波長分散が大きい複屈折性材料と波長分散が小さい複屈折性材料とが、おのおのの進相軸を直交するように重ねられて、波長分散を打ち消す位相板が構成された。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、波長分散が大きい複屈折性材料と波長分散が小さい複屈折性材料を適切にかつ低コストで入手し、作製することは困難であった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、波長４００〜６８０ｎｍの可視域の光に対して、均一な１／４波長板として機能する位相板を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも１枚の透明基板に固定された、複屈折性を有する、第１の有機物薄膜層と第２の有機物薄膜層とを備えた位相板であり、第１の有機物薄膜層は可視域の光に対し１／２波長のリタデーション値を有し、第２の有機物薄膜層は可視域の光に対し１／４波長のリタデーション値を有し、かつ第１の有機物薄膜層の光軸と第２の有機物薄膜層の光軸とが交差するように第１および第２の有機物薄膜層が重ねられて、可視域の光に対し１／４波長のリタデーション値を有するように構成されていることを特徴とする位相板を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、少なくとも１枚の透明基板に固定された複屈折性を有する、第１の有機物薄膜層と第２の有機物薄膜層とを備えた位相板である。そして、第１の有機物薄膜層は可視域の光に対し１／２波長のリタデーション値を有し、第２の有機物薄膜層は可視域の光に対し１／４波長のリタデーション値を有する。さらに、第１の有機物薄膜層の光軸と第２の有機物薄膜層の光軸がそれぞれ交差するように第１および第２の有機物薄膜層が重ねられており、かつ可視域の光に対し１／４波長のリタデーション値を有するように位相板が構成されている。
【０００７】
透明基板は１枚でもよいし、２枚でもよい。複屈折性を有する有機物薄膜層として高分子液晶層を用いることが、入手および作製の容易性の点で好ましい。したがって、以下において高分子液晶層を例にとり、光軸が遅相軸となっている場合について、本発明を図面を用いて説明する。
【０００８】
本発明の位相板は、例えば図１に示すように、２枚の透明基板３と４の間に、２つの高分子液晶層１と２を挟んだ構成を有する。また、図１では、可視域の直線偏光が位相板１０１を透過して、その円偏光になって出射する様子も示している。
【０００９】
高分子液晶を透明基板に積層する方法を図２を用いて説明する。透明基板１３および１４上に配向膜用の溶液を塗布し、おのおの所望の配向処理を施し配向膜１５および１６とした後、透明基板１３の配向膜１５に、複屈折性材料となる液晶モノマーの溶液を塗布する。一方、透明基板１４の配向膜１６に離型処理剤を塗布したのち、高分子液晶層１１となる液晶モノマーの厚さを一様とするためのスペーサを散布する（図示せず）。
【００１０】
このとき、高分子液晶層１１となる液晶モノマーの厚さｄは、高分子液晶の異常光屈折率と常光屈折率の差Δｎとの積Δｎ・ｄが、位相板の設計中心波長の光に対して、ほぼ１／２波長、またはほぼ１／４波長に等しくなるように決められる。ここで設計中心波長は、本発明の位相板を設計および作製するときに用いる波長であり、使用する高分子液晶の屈折率分散の大きさ、および位相板としての所望の光学特性が得られるように、可視域の光の波長４８０〜５８０ｎｍの間で適宜決められる。
【００１１】
上述の１／２波長および１／４波長に対応する２種類の厚さは、おのおの図１の位相板１０１の高分子液晶層１と高分子液晶層２の厚さに相当する。つぎに、配向膜１５の配向処理方向と配向膜１６の配向処理方向が一致するように、透明基板１３と１４を重ねた後、光重合用の光源光を照射することで液晶モノマーを重合硬化させて高分子液晶層１１とする。結果として、高分子液晶層１１の層内では、液晶分子が一定の方向に配向する。
【００１２】
次に、透明基板１４を高分子液晶層１１と配向膜１６の界面から離型して、高分子液晶層１１と透明基板１３からなる高分子液晶積層基板を作製する。また、透明基板として、ガラス基板などの無機物材料からなり光学的に平坦な基板を用いることで、温度変化に対して良好な透過光の波面収差を維持できる。
【００１３】
上述の方法で、高分子液晶層の厚さが異なる２種類の高分子液晶積層基板を作製し、おのおのの高分子液晶層の液晶分子配向方向、すなわち遅相軸が交差するように重ね、接着剤で固着することで、図１に示すような位相板１０１を形成する。図３は、位相板１０１を透明基板４の側からみた図で、Ｓ１、Ｓ２はおのおの高分子液晶層１、２（図１）の液晶分子配向方向、すなわち遅相軸を示している。
【００１４】
また、θ１、θ２は、Ｓ１、Ｓ２のｘ軸からの角度を示しており、反時計回りを正とする。ここで、θ１が７５±３°でθ２が１５±３°、またはθ１が−７５±３°でθ２が−１５±３°、またはθ１が１５±３°でθ２が７５±３°、またはθ１が−１５±３°でθ２が−７５±３°とすることが好ましい。さらに、２種類の高分子液晶層１、２のそれぞれの遅相軸のなす角度、｜θ１−θ２｜の値を６０±３°にすることは、位相板１０１に、可視域の光であり、電場がｘ軸方向、またはｙ軸方向に振動する直線偏光が入射したとき、ほぼ円偏光となって出射するので好ましい。すなわち、位相板１０１は可視域の光に対して、均一なほぼ１／４波長板として機能するので好ましい。
【００１５】
図４は、設計中心波長が５００ｎｍの本発明の位相板１０１（曲線３１）と、波長５００ｎｍの光に対する従来の１／４波長板（曲線３３）の位相差特性を示すグラフであり、おのおのの位相板を出射する偏光の楕円率を縦軸に、波長を横軸に示したグラフである。曲線３１と曲線３３とを比較すると、本発明の位相板１０１のほうが、可視域において波長分散がほとんど無いことがわかる。
【００１６】
また、図４における曲線３１は、位相板の２つの高分子液晶層の液晶分子配向方向が、図３における、（θ１、θ２）＝（−７５°、−１５°）の場合で、曲線３２は、位相板の２つの高分子液晶層の液晶分子配向方向が、（θ１、θ２）＝（−７４°、−１５°）の場合を示しており、後者のほうが、可視域において、波長分散がより小さいことがわかる。すなわち、（θ１、θ２）の値を適切に調整することで、光学特性を容易に調整できることがわかる。
【００１７】
【実施例】
本実施例は図１に示した位相板１０１の具体例であり、図２を用いて、作製工程を説明する。ガラス製の透明基板１３および１４上に、配向膜用のポリイミドを塗布し硬化した後、ラビングによる配向処理を施して、配向膜１５および１６とした。次に、透明基板１３上の配向膜１５に複屈折性材料となる液晶モノマーの溶液を塗布した。
【００１８】
一方、透明基板１４上の配向膜１６に撥水性の離型処理剤を塗布したのち、粒径が３．８μｍのスペーサを散布した（図示せず）。次に、配向膜１５の配向処理方向と配向膜１６の配向処理方向とが一致するように、透明基板１３と１４とを重ねた後、光重合用の光源光を照射することで液晶モノマーを重合硬化させて高分子液晶層１１を形成した。光重合硬化した高分子液晶の異常光屈折率と常光屈折率の差Δｎは、０．０６５であった。
【００１９】
したがって、高分子液晶層１１のリタデーション値は２５０ｎｍであり、波長５００ｎｍの光に対して、１／２波長に相当する。次に、透明基板１４を高分子液晶層１１と配向膜１６の界面において離型して、高分子液晶層１１と透明基板１３からなる高分子液晶積層基板を作製した。また、前述のスペーサの粒径を１．９μｍに変更し、同様のプロセスで、高分子液晶層の厚さの異なる高分子液晶積層基板を作製した。このとき、高分子液晶層のリタデーション値は、１２５ｎｍであり、波長５００ｎｍの光に対して、１／４波長に相当する。
【００２０】
上述のように作製した２つの高分子液晶積層基板を、おのおのの高分子液晶層の液晶分子配向方向すなわち、遅相軸のなす角度が５９°となるように、おのおのの高分子液晶層を向かい合わせて、エポキシ系接着剤で固着して位相板１０１を作製した。
【００２１】
図３に示した座標系において、位相板１０１を構成する高分子液晶層１の光軸Ｓ１とｘ軸のなす角度θ１を７４°、高分子液晶層２の光軸Ｓ２とｘ軸のなす角度θ２を１５°としたとき、ｘ軸方向に偏光方向を有する（振動する）直線偏光を位相板１０１を入射して、出射する光の偏光状態を測定した。その結果、可視全域において、ほぼ円偏光の出射光を得ることができた。すなわち、本発明の位相板１０１は、可視域の光に対し、均一な１／４波長板となっていることを確認できた。
【００２２】
また、本発明の位相板１０１を図５に示す偏光変換光学系に使用した。偏光変換光学系とは、直線偏光の入射光を前提とする液晶表示装置を搭載した液晶プロジェクタなどに用いられ、白色光源から出射される可視域のランダム偏光を、偏波面が揃った直線偏光に変換する系であり、光源４１、偏光ビームスプリッタ４２、ミラー４３、４４、１／４波長板４５から構成される。本発明の位相板１０１を１／４波長板４５の代わりに用いた結果、光源から出射した可視域のランダム偏光が、一様に偏波面が揃った直線偏光に変換することができた。その結果、光源から出射する光を効率よく液晶表示素子に直線偏光として入射できたため、表示の明るさが向上した。
【００２３】
次に、本発明の位相板１０１を図６に示す反射型液晶表示素子を用いた液晶プロジェクタに使用した。反射型液晶表示素子は、偏光ビームスプリッタ５１、偏光子５２、反射型液晶表示素子５３、１／４波長板５４から構成されており、液晶表示素子５３の液晶層への印加電圧を変えることで、偏光子５２からの出射光量を調整できる。本発明の位相板１０１を１／４波長板５４の代わりに用いた結果、液晶表示素子５３の液晶層への印加電圧に応じた偏光子５２からの出射光量の変化は、可視域の光に対してほとんどなく一様な挙動を示した。その結果、表示色の均一性および再現性が向上した。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によると、高分子液晶を用いて厚さの異なる２つの高分子液晶層を形成し、２つの高分子液晶層をそれぞれの液晶分子配向方向である遅相軸が所定の角度で交差するように重ね合わせて、可視域の光に対し均一な１／４波長板として機能する位相板を容易に作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の位相板の構成の一例を示す断面図。
【図２】高分子液晶を透明基板に積層する方法を説明する断面図。
【図３】本発明の位相板を構成する２つの高分子液晶層の液晶分子配向方向を示す平面図。
【図４】本発明の位相板（１／４波長板）と従来の１／４波長板のそれぞれの位相差特性を示すグラフ。
【図５】本発明の位相板を使用した偏光変換光学系の概念図。
【図６】本発明の位相板を使用した反射型液晶プロジェクタの概念図
【符号の説明】
１０１：位相板
１、２、１１：高分子液晶層
３、４、１３、１４：透明基板
１５、１６：配向膜
４１：白色光源
４２、５１：偏光ビームスプリッタ
４３、４４：ミラー
４５、５４：１／４波長板
５２：偏光子
５３：反射型液晶表示素子