(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
広範囲の波長からなる光を受け取るための広帯域光学的リターデーションデバイスであって、該デバイスは、基準軸に対して０°と＋９０°との間における方向ａに第１の光学軸を有する第１の領域、および該基準軸に対して０°と−９０°との間における方向ｂに第２の光学軸を有する第２の領域を含む、パターン化光学的リターデーション手段と、該基準軸に対して該方向ａよりも大きく、該方向１８０°＋ｂよりも小さく定義された方向ｃに光学軸を有する、非パターン化光学的リターデーション手段とを備え、該パターン化光学的リターデーション手段と該非パターン化光学的リターデーション手段との組合せにより偏光された光の色消しを、該パターン化光学的リターデーション手段単体で偏光された光よりも高める、デバイス。
【請求項２】
前記パターン化光学的リターデーション手段の前記第１および第２の領域が、前記基準軸に沿って直線偏光された入力光を偏光し、前記非パターン化光学的リターデーション手段を通過した後、該第１の領域を通過した偏光が、該第２の領域を通過した偏光に対して直交である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記パターン化光学的リターデーション手段の、前記第１の光学軸の方向ａおよび第２の光学軸の方向ｂが、前記基準軸に関して実質的に同じ大きさで対向しており、前記非パターン化光学的リターデーション手段の前記光学軸の方向ｃが、該基準軸に対して実質的に垂直である、請求項１または２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記パターン化光学的リターデーション手段の、前記第１の光学軸の方向ａおよび第２の光学軸の方向ｂが、前記基準軸に関してそれぞれ＋１０°から＋７５°、−１０°から−７５°の範囲にある、請求項１、２または３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記パターン化光学的リターデーション手段の、前記第１の光学軸の方向ａおよび第２の光学軸の方向ｂが、前記基準軸に関してそれぞれ＋１０°から＋３５°、−１０°から−３５°の範囲にある、請求項４に記載のデバイス。
【請求項６】
前記パターン化光学的リターデーション手段の、前記第１の光学軸の方向ａおよび第２の光学軸の方向ｂが、前記基準軸に関してそれぞれ約＋２２．５°および−２２．５°である、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記パターン化光学的リターデーション手段の、前記第１の光学軸の方向ａおよび第２の光学軸の方向ｂ、および前記非パターン化光学的リターデーション手段の前記光学軸の方向ｃが、ｃ＝ａ＋４５°およびｂ＝ｃ−９０°の関係を実質的に満たす、請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
前記基準軸に関して、前記方向ａおよびｂがそれぞれ約＋２２．５°および−２２．５°であって、前記方向ｃが約＋６７．５°である、請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記パターン化光学的リターデーション手段が、パターン化均一層を含み、該層が前記第１および第２の領域間で該層に対して平行な１つ以上のｘ方向およびｙ方向に沿って変動するが、該層の厚みに亘って実質的に変動しない光学軸を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
前記パターン化光学的リターデーション手段が、パターン化ツイスティッドリターデーション層を含み、該層が前記第１および第２の領域間で該層に対して平行な１つ以上のｘ方向およびｙ方向に沿って変動し、さらに該層の厚みに亘っても変動する光学軸を有する、請求項１〜８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
前記非パターン化光学的リターデーション手段が、均一リターデーション層を含み、その光学軸が、該層の厚みに亘って実質的に変動しない方向を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
前記非パターン化光学的リターデーション手段が、ツイスティッドリターデーション層を含み、その光学軸が該層の厚みに亘って変動する方向を有する、請求項１〜１０のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１３】
前記パターン化光学的リターデーション手段が、２分の１波長板である、請求項１〜１２のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１４】
前記非パターン化光学的リターデーション手段が、２分の１波長板である、請求項１〜１３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１５】
前記非パターン化光学的リターデーション手段が、４分の１波長板である、請求項１〜１２のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１６】
第１の光学軸構成を有する第１の領域および第２の光学軸構成を有する第２の領域を含むパターン化光学的リターデーション手段と、さらなる光学軸構成を有する非パターン化光学的リターデーション手段とを備える光学的リターデーションデバイスであって、該光学軸構成の少なくとも１つが、ツイスティッド光学軸構成であり、その光学軸は層の厚みに亘って変動する方向を有し、それにより該パターン化光学的リターデーション手段と該非パターン化光学的リターデーション手段との組合せにより偏光された光の色消しが、該パターン化光学的リターデーション手段単体で偏光した光よりも高められる、デバイス。
【請求項１７】
前記第１の光学軸構成が、基準軸に対して０°と＋９０°との間に平均光学軸方向ａを有し、前記第２の光学軸構成が、該基準軸に対して０°と−９０°との間に平均光学軸方向ｂを有し、前記さらなる光学軸構成が、該基準軸に対して該方向ａよりも大きく、該方向１８０°＋ｂよりも小さい、平均光学軸方向ｃを有する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記第１の光学軸構成が、前記基準軸に対して０°と＋９０°との間に出力ダイレクター方向ａを有し、前記第２の光学軸構成が、該基準軸に対して０°と−９０°との間に出力ダイレクター方向ｂを有し、前記さらなる光学軸構成が、該基準軸に対して該方向ａよりも大きく、該方向１８０°＋ｂよりも小さい、出力ダイレクター方向ｃを有する、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記パターン化光学的リターデーション手段の前記第１および第２の領域が、前記基準軸に沿って直線偏光された入力光を偏光し、前記非パターン化光学的リターデーション手段を通過した後、該第１の領域を通過した偏光が、該第２の領域を通過した偏光に対して直交である、請求項１６、１７または１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記さらなる光学軸構成が均一であり、層の厚みに亘って実質的に変動しない光学軸方向を有する、請求項１６〜１９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２１】
前記第１および第２の光学軸構成が均一であり、層の厚みに亘って実質的に変動しない光学軸方向を有する、請求項１６〜１９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２２】
前記パターン化光学的リターデーション手段が、適切な液晶デバイスを含む、請求項１〜２１のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２３】
前記非パターン化光学的リターデーション手段が、適切な液晶デバイスを含む、請求項１〜２２のいずれかに記載のデバイス。
【請求項２４】
請求項１〜２３のいずれかに記載の光学的リターデーションデバイスを取り入れた、光学表示システム。
【請求項２５】
請求項１〜２３のいずれかに記載の光学的リターデーションデバイスを取り入れた、回折光学システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、広帯域光学的リターデーションデバイスに関し、より具体的には、このようなデバイスにおいて、予め定義されたパターンに従って光学軸がリターダーにわたって変動するパターン化光学的リターダーの使用に関する。
【０００２】
（従来技術）
「広帯域光学的リターデーションデバイス」とは、広範囲の波長（約数十または数百ナノメートル）からなる光のためのリターデーションデバイスを意味し、この広範囲の波長は、可視光、ならびに紫外線、および赤外線の、全波長範囲の少なくとも一部を構成する。
【０００３】
このような光学的リターデーションデバイスは、例えば表示情報の偏光符号化のために、または回折光学システムにおいて用いられ得る。
【０００４】
Ｓ．Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍ、「Ａｃｈｒｏｍａｔｉｃ  Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  Ｐｌａｔｅｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  Ｉｎｄｉａｎ  Ａｃａｄｅｍｙ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ  Ｖｏｌ  ＸＬＩ，Ｎｏ  ４，Ｓｅｃ  Ａ，１９５５，１３０〜１３６頁および１３７〜１４４頁は、色消し（ａｃｈｒｏｍａｔｉｃｉｔｙ）を改善するために、積み重ねた均一なリターダー膜を使用することを述べている。これは、入力光の波長からその光透過特性が独立している。方位方向の異なった光学軸を有する、均一なリターダー膜の組合せが使用される。必要とされる光学軸のリターデーションおよび方向を計算する方法もまた提供されている。しかし、これらの参考文献は、均一なリターダー（すなわち、その光学軸がリターダーにわたって実質的に変動しないリターダー）の組合せのみに関している。
【０００５】
パターン化リターダーを製造することは公知であり、このパターン化リターダーは、その光学軸がリターダーにわたって（例えば、層の平面にわたってｘ方向および／またはｙ方向において交互になった第１および第２の領域の中で）変動するリターダーである。欧州特許出願公開公報第０６８９０８４号（Ｓｃｈａｄｔ）は、反応性メソゲン層を光学的素子および配向面として用いることを提案している。
【０００６】
本発明の目的は、広帯域直交光学的モードを生成することができる、改善された色消しを有する光学的リターデーションデバイスを提供することである。
【０００７】
（発明の開示）
本発明によると、広範囲の波長からなる光を受け取るための広帯域光学的リターデーションデバイスが提供される。このデバイスは、基準平面に対して０°と＋９０°との間に方向ａにおける第１の光学軸を有する第１の領域、および基準平面に対して０°と−９０°との間に方向ｂにおける第２の光学軸を有する第２の領域を含むパターン化光学的リターデーション手段とを含み、基準平面に対して方向ａよりも大きく、方向１８０°＋ｂよりも小さく定義された方向ｃにおいて光学軸を有する非パターン化光学的リターデーション手段とを含み、パターン化光学的リターデーション手段と非パターン化光学的リターデーション手段との組合せにより偏光された光の色消しを、パターン化光学的リターデーション手段単体で偏光された光よりも高める。
【０００８】
上記の定義中および明細書中にある用語「光学軸」は、言及された材料の、いわゆるスローな光学軸を意味するように用いられていることは言うまでもない。
【０００９】
パターン化光学的リターデーション手段と非パターン化光学的リターデーション手段のこのような組合せは、広帯域直交光学的モードを簡単な方法で生成することを可能にし、公知の広帯域光学的リターデーションデバイスと比べ、製造の品質および／または容易さが改良されて広帯域幅応答が得られることを可能にする。
【００１０】
パターン化光学的リターデーション手段の第１および第２の領域は、好ましくは基準平面に沿って直線偏光された入力光を偏光し、非パターン化光学的リターデーション手段を通過した後に、第１の領域を通過した光は、第２の領域を通過した光に対して直交する。第１の領域からの偏光と、第２の領域からの偏光との間の必要とされる直交関係は、光が直線偏光されたか、円偏光されたかにより満たされ得ることは理解される。
【００１１】
本発明の好ましい実施形態では、パターン化光学的リターデーション手段の第１の軸の方向ａおよび第２の軸の方向ｂは実質的に同じ大きさで、基準平面に関して対向しており、非パターン化光学的リターデーション手段の光学軸の方向ｃは、基準平面に対して実質的垂直である。このような配置は、デバイスの広帯域応答を最適化する。
【００１２】
パターン化光学的リターデーション手段の第１の軸の方向ａおよび第２の軸の方向ｂは、それぞれ基準平面に関して、好ましくは＋１０°から＋７５°、および−１０°から−７５°の範囲にあり、最も好ましくは＋１０°から＋３５°、および−１０°から−３５°の範囲にある。最適な応答は、パターン化光学的リターデーション手段の第１の軸の第１の方向ａおよび第２の軸の第２の方向ｂがそれぞれ基準平面に関して約＋２２．５°および−２２．５°である場合に得られる。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態では、パターン化光学的リターデーション手段の第１の軸の方向ａおよび第２の軸の方向ｂ、ならびに非パターン化光学的リターデーション手段の光学軸の方向ｃは、
ｃ＝ａ＋４５°およびｂ＝ｃ−４５°
という関係を実質的に満たす。
【００１４】
パターン化光学的リターデーション手段は、層に平行な１つ以上のｘ方向およびｙ方向に沿って第１の領域と第２の領域との間で変動するが、層の厚みに亘って実質的に変動しない光学軸を有する、パターン化均一層を含み得る。
【００１５】
あるいは、パターン化光学的リターデーション手段は、層に平行な１つ以上のｘ方向およびｙ方向に沿って、さらに層の厚みに亘って第１の領域と第２の領域との間で変動する光学軸を有する、パターン化ツイスティッドリターデーション層を含み得る。
【００１６】
さらに、非パターン化光学的リターデーション手段は均一リターデーション層を含み得、その光学軸は層の厚みに亘って実質的に変動しない方向を有する。
【００１７】
あるいは、非パターン化光学的リターデーション手段はツイスティッドリターデーション層を含み得、その光学軸は層の厚みに亘って実質的に変動する方向を有する。
【００１８】
本発明は、光学的リターデーションデバイスをもまた提供する。この光学的リターデーションデバイスは、第１の光学軸構成を有する第１の領域と、第２の光学軸構成を有する第２の領域とを含むパターン化光学的リターデーション手段と、さらなる光学軸構成を有する非パターン化光学的リターデーション手段とを備え、これらの光学軸構成のうちの少なくとも１つが、その光学軸が層の厚みに亘って変動する方向を有するツイスティッド光学軸構成であって、それによりパターン化光学的リターデーション手段と非パターン化光学的リターデーション手段との組合せにより偏光された光の色消しが、パターン化光学的リターデーション手段単体で偏光された光よりも高まる。
【００１９】
本発明の１つの実施形態では、第１の光学軸構成は、基準平面に対して０°と＋９０°との間に平均光学軸方向ａを有し、第２の光学軸構成は、基準平面に対して０°と−９０°との間に平均光学軸方向ｂを有し、さらなる光学軸構成は、基準平面に対して方向ａよりも大きく、方向１８０°＋ｂよりも小さい、平均光学軸方向ｃを有する。
【００２０】
本発明の代替的な実施形態では、第１の光学軸構成は、基準平面に対して０°と＋９０°との間に出力ダイレクター方向ａを有し、第２の光学軸構成は、基準平面に対して０°と−９０°との間に出力ダイレクター方向ｂを有し、さらなる光学軸構成は、基準平面に対して方向ａよりも大きく、方向１８０°＋ｂよりも小さい、出力ダイレクター方向ｃを有する。
【００２１】
（発明を実施するための最良の形態）
本発明が十分に理解され得るように、添付の図面を例としてここで参照する。
【００２２】
図１は、パターン化光学的リターダー１を概略的に示す。パターン化光学的リターダー１は、基板（図示せず）に設けられたパターン化層２を有し、交互になった第１の領域３および第２の領域４からなり、これらの領域は基準軸７に対して、異なる方向で第１の光学軸５および第２の光学軸６をそれぞれ有する。より具体的には、光学軸５は、基準軸７に対して０°と＋９０°との間の方向ａに方向づけされており、光学軸６は、基準軸７に対して０°と−９０°との間の方向ｂに方向づけされており、角度ａおよび角度ｂは好ましくは同じ大きさで、かつ対向している。
【００２３】
図１は、別々に方向づけされた光学軸を有する、交互になった方形、すなわち第１および第２の領域３および４（例えば、交互になったバンド）からなるパターン化リターダー１の特定の事例を示しているが、２つより多いタイプの領域（すなわち、規則的なシーケンスあるいは不規則に配置された異なる方向の光学軸を有する３つ以上の領域）からなるパターン化リターダーもまた用いられ得ることは言うまでもない。例えば、基準軸に対して−２２．５°、＋２２．５°および０°に配置された３つの均一な２分の１波長板の後に、基準軸に対して９０°に配置された１つの均一な４分の１波長板が続き得る。０°方向に沿って偏光された入射直線光は、その後右回り円偏光、左回り円偏光、そして直線偏光にパターン化されることができる。右回り円偏光および左回り円偏光に敏感な２つの検出器（情報チャネル）が、このパターン化された光学素子に続く場合、その後この右および左に円偏光された情報が１つのチャネルだけを通過するのに対して、直線偏光された情報は２つのチャネル間で実質的に等しく共有される。この２つの検出器は、例えば、立体パネルのビューワーの左目および右目であり得、左目は１つの円偏光子で覆われ、右目は直交円偏光子で覆われている。直線に符号化された情報は、両目により見られ得る画像の部分を現す。円状に符号化された情報は、１つの目のみにより見られ得る画像の部分を現す。
【００２４】
概して、ｘおよびｙが直交方向であり、ｚ方向が層２の平面に対して垂直であって、層２が平面（ｘ，ｙ）に対して平行に位置づけされていると考えられる場合、層２内の局在光学軸に沿って指す単位ベクトルは、ダイレクターｎ（ｘ，ｙ，ｚ）と称し得る。平面内リターダーの場合、ｎz〜０である。さらに、（パターン化されているかに関わらず）均一なリターダーの場合、ｎxおよびｎyはｚの関数として変動しないが、（パターン化されているかに関わらず）ツイスティッドリターダーの場合、ｎxおよびｎyはｚの関数として変動する（すなわち、ｎx＝ｎx（ｚ）およびｎy＝ｎy（ｚ））。リターダーがパターン化されているため光学軸の方向が層に亘って変動し、ｎxおよびｎyはｘおよび／またはｙの関数として変動する（すなわち、ｎx＝ｎx（ｘ，ｙ）およびｎy＝ｎy（ｘ，ｙ））が、ｚの関数としては実質的に変動しない。しかし、パターン化ツイスティッドリターダーの場合では、ｎxおよびｎyはｚ、ならびにｘおよび／またはｙの関数として変動する（すなわち、ｎx＝ｎx（ｘ，ｙ，ｚ）およびｎy＝ｎy（ｘ，ｙ，ｚ））。
【００２５】
従って、図１に示すパターン化均一リターダー１の場合では、平面（ｘ，ｙ）上への光学軸ｎ＝（ｎx，ｎy，ｎz）の投影の方向は、位置ｎ＝ｎ（ｘ，ｙ）の関数として変動するが、光学的リターデーションの大きさは、位置（ｘ，ｙ）の関数として変動しない。示される特定の事例において、層２は、リターダンスΔｎｄ〜λo／２である２つの領域３および領域４からなり、ここでΔｎは層に亘る屈折率における変化、ｄは層の厚さ、λoは入射光の平均波長を表す。従って、層２は、２分の１波長板を意味する。さらに、光学軸５および光学軸６は、好ましくはｘｚ平面に対して＋２２．５°および−２２．５°（ａ＝＋２２．５°、ｂ＝−２２．５°）である。このようなパターン化２分の１波長板リターダー１を用いる本発明の特定の実施形態を、図２Ａおよび図３を参照しながら例としてここで説明する。同じ参照符号を、同様の部分を示すためにこれらの図面においても用いる。
【００２６】
図２Ａは、パターン化均一２分の１波長板リターダー１を、非パターン化均一４分の１波長板リターダー１０と共に示す。このリターダー１０は、リターダンスΔｎｄ＝λo／４を有する層２に平行な層１１、およびｘｚ平面に対して９０°の方向を有する（これは、パターン化層２の２つの領域３および領域４の光学軸５および光学軸６の平均に対して垂直である）光学軸１２により形成される。リターダー１０の場合、光学軸１２の方向は層１１にわたって実質的に変わらない。
【００２７】
ｚ方向に層４へ入射し、１４で示すｘｙ平面に直線偏光された、波長λoの光を考えると、このような光は、ｘｚ平面に対して＋２２．５°にある光学軸５および−２２．５°にある光学軸６を有する、層の領域３および領域４により別々に偏光され、デバイスにより出力される光は、光が右回り円偏光される領域と、光が左回り円偏光される領域とを含む。入射光の波長が、理想値から大きな程度離れるように、λoよりより大きく、またはより小さくなる場合、出力光は累進的により直線偏光されていくが、デバイスが単に４分の１波長板リターダーとして機能するパターン化単層からなる場合と同じ程度にはならない。従って、パターン化均一２分の１波長板リターダー１と非パターン化均一４分の１波長板リターダー１０との組合せは、広帯域パターン化４分の１波長板リターダーとして機能し、ここで出力光の２つ成分の偏光は、従来のパターン化４分の１波長板リターダーを用いた場合よりも、入射光の波長における変動に対して影響されにくい。
【００２８】
このことは、図２Ｂの表により実証される。この表は、２つの事例に対する出力光の計算された楕円率を示し、この２つ事例とは（ａ）５８０ｎｍの波長における入射光に対して４分の１波長板として機能する従来のパターン化単一層リターダー、および（ｂ）図２Ａに示すようなパターン化２分の１波長板リターダー１と非パターン化４分の１波長板リターダー１０との組合せ（このような組合せの２つの層である層２および層１１は、ここでもまた５８０ｎｍの波長を有する入射光のために設計されている）である。この表は、図２Ａの組合せの使用により、波長が設計波長の５８０ｎｍを上下に変動するほど、より色消しされた円偏光を明確に示している。この表は、屈折率の波長分散を考慮していない。
【００２９】
図３は、他の実施形態を示し、ここでパターン化均一２分の１波長板リターダー１は、非パターン化均一２分の１波長板リターダー１５と合わせて用いられており、このリターダー１５はリターダンスΔｎｄ〜λo／２およびｘｚ平面に対して９０°である光学軸１７を有する非パターン化層１６からなる。上述の実施形態にあるように、層２の光学軸５および光学軸６は、それぞれｘｚ平面に対して＋２２．５°および−２２．５°である。ｘｙ平面に沿って直線偏光され、ｚ方向に層２へ入射する、波長λoの光１４は、デバイスの出力側面においてｘｚ平面に対して＋４５°および−４５°において直線偏光される２つの成分からなる光を生成する。この場合、出力光は、入射光の波長がλoのいずれかの側に変動されるにつれて、累進的にあまり直線偏光されなくなるが、従来のパターン化単一層の２分の１波長板リターダーを使用する場合と同じ程度ではない。従って、図３の実施形態が直線偏光された光成分を生成するように設計されているのに対し、図２Ａの実施形態は円偏光成分を生成するように設計されており、図３の実施形態は図２Ａの実施形態と同様の広帯域挙動を提供する。
【００３０】
図２Ａおよび図３を参照しながら説明した上記実施形態では、パターン化層および非パターン化層は共に均一である（すなわち、パターン化層および非パターン化層の光学軸の方向は、これらの層の厚みに亘って変動しない）。しかし、すでに述べたように、パターン化および／または非パターン化ツイスティッド層（すなわち、光学軸の方向が層の厚みに亘って変動する）を使用することもまた可能である。図４Ａは、パターン化ツイスティッド２分の１波長板リターダー２０が、非パターン化均一４分の１波長板リターダー１０（図２Ａを参照して説明したものと同様）と合わせて用いられる本発明の実施形態を示す。パターン化ツイスティッドリターダー２０は、層２１の厚みに亘って変動する方向を有する光学軸を有する第１の領域２２および第２の領域２３を含む層２１からなる。ある特定の実施例では、光学軸の方向は、層の入力側面においてｘｚ平面に対して平行である状態（２６および２７で示される）から、層２１の出力側面においてｘｚ平面に関してそれぞれ＋３７°および−３７°の方向にある状態（２８および２９で示される）まで変動する。図４Ａには、リターダーの厚みに亘ってｚ方向における位置に対するリターダー１０および２０の光学軸の方向Ｏのグラフもまた示される。ここで、ａおよびｂをリターダー２０の領域２２および領域２３の光学軸の方向とし、ｃをリターダー１０の光学軸１２の方向としている。
【００３１】
図４Ｂは、入射光の波長の関数として、このような組合せの出力光の楕円性を示す表であり、これは図２Ｂの表について用いられたものと同様の条件に基づく。これは、図２Ｂに示される、対応する楕円性の値が示されている従来の単一の４分の１波長板リターダーよりも、さらに改善された色消しされた円偏光を示す。
【００３２】
図５は、図４Ａに示すような層２１の領域２２および領域２３の方向ａおよび方向ｂにおける変動を、ｚ方向に沿った位置の関数として、層１１の光学軸１２の一定方向ｃと共に示すさらなるグラフである。このグラフから、第１の領域２２の光学軸の方向ａが、層２１の入力側面から出力側面へ、０°から＋３７°の位置へ直線的に変動するのに対して、第２の領域の２３の光学軸の方向ｂは、層２１の入力側面から出力側面へ、０°から−３７°の位置に直線的に変動することがわかる（共に、両方の場合において、光学的リターデーションを１１８６．１ｎｍとする）。さらに、層に亘って９０°の均一な方向ｃにおいて光学軸１２を有する層１１の光学的リターデーションは、１０６．７ｎｍの光学的リターデーションを供給する。０°において偏光軸を有する入射光は、層２１の領域２２を通って透過するか、領域２３を通って透過するかに依存して、右回り円偏光か、左回り円偏光に明らかに変換される。
【００３３】
図６Ａは、パターン化均一２分の１波長板リターダー１が、図３の実施形態のような、非パターン化均一２分の１波長板リターダー１５と合わせて用いられる本発明のさらなる実施形態を図式的に示すが、この場合、ｘｙ平面に沿って直線偏光され、層２にｚ方向に入射される光１４は、デバイスの出力側面おいて、ｘｚ平面に対して０°および９０°において直線偏光された２つの成分からなる光を生成する。これは、方向ａおよび方向ｂを有する層２の光学軸５および光学軸６、ならびに方向ｃを有する層１６の光学軸１７により成し遂げられ、ここでこれらの方向は、ｃ＝ａ＋４５°およびｂ＝ｃ−９０°の関係を満たす（ここでａ＝＋２２．５°、ｂ＝−２２．５°、およびｃ＝＋６７．５°である）。層２の領域４を通った後、層１６を通って透過する光は、全ての波長に対して０°において直線偏光されたままとなるが、層２の領域３を通過した後、層１６を通る光は、デバイスが設計された波長で、９０°において直線偏光され、他の波長に対してはこの方向に近づく。例えば視差障壁として用いられるこのような実施形態は、英国特許出願第９８０４５００．８号において開示されている。
【００３４】
図面を参照して詳細には説明していないが、パターン化均一リターダーが非パターン化ツイスティッドリターダーと組み合わされる本発明の実施形態を提供することができることは理解される。さらに、パターン化リターダーの２つの領域の光学軸が基準軸に関して対称的に方向づけされていないか、および／または異なる光学軸方向の２つより多い領域が与えられる他の実施形態が、本発明に従って提供され得る。異なる方向の２つのそのような領域が与えられる場合、非パターン化リターダーの平均光学軸（あるいは、代わりに出力ダイレクター）がパターン化リターダーの２つの領域の平均光学軸（あるいは、代わりに出力ダイレクター）間における外角内の方向に沿って配向していることが一般的に要件である。可能なさらなる実施形態では、パターン化および／または非パターン化リターダーは、切換え可能液晶デバイスにより構成され得る。
【００３５】
（実施例１）
図２Ａの実施形態を生成するために用いられ得る可能な製造方法を、例としてここで説明する。この方法において、層２および層１１は、反応性メソゲン（ＲＭ）材料を用いて製造される。これは、この材料が比較的薄いリターダンス層において高い複屈折率（Δｎ〜０．１５）を有しており、ならびに重合されること（例えば紫外線への露光により）が可能であることによる。特定の製造方法は、ジアクリレートＲＭ２５７という溶液（Ｍｅｒｃｋ  Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｐｏｏｌｅ，ＵＫにより提供される）を５００ｎｍでの２分の１波長板および４分の１波長板として機能するように設計されたリターダーを生成するために用いられ得る。
【００３６】
配向層３１は、最初に基板上に、図７Ａのａに示されるように、例えば「Ｓｕｒｆａｃｅ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｐａｒａｌｌｅｌ  ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  ｏｆ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌｓ  ｂｙ  ｌｉｎｅａｒｌｙ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｓｅｄ  ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｓ」，Ｓｃｈａｄｔら、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，  ｖｏｌ．３１（１９９２），２１５５頁に記載されているような線形光重合性材料をスピンコーティングすることにより形成される。配向層３１は、その後マスク３２を通して第１の直線偏光の放射に露光され、図７Ａのｂにおいて示されるように、層３１を１つの配向方向において領域Ａを形成するように光重合される。層３１の露光されていない領域は、その後異なる直線偏光を有する放射にマスク３３を介して露光され、層３１を異なる配向方向において光重合し、図７Ａのｃにおいて示されるような領域Ｂを形成する。このように、配向層３１の、交互になった領域ＡおよびＢは、異なる配向方向（例えば、４５°だけ異なる）を与え、この配向方向は後に設けられるＲＭ層の異なる領域を配向するために用いられ得る。配向層３１は、その後図７Ａのｄにおいて示されるように、ＲＭ２５７溶液でスピンコーティングされたリターダー層３４で被覆される。リターダー層３４は、紫外線放射への露光により固定または重合され、図７Ａのｅにおいて示されるようなパターン化均一リターダー３５を形成する。このリターダー３５は、領域Ａおよび領域Ｂの配向を利用し、図２Ａのパターン化層２の領域３および領域４に対応している領域を有する。非パターン化均一リターダー１５は、その後ＲＭ２５７溶液のさらなる層（図７Ａには図示せず）をスピンコーティングすることにより形成され、この層は紫外線放射への露光により固定または重合される。
【００３７】
（実施例２）
図２Ａの実施形態を生成するために用いられ得る代替的な製造方法をここで説明する。この方法は、図７Ａを参照しながらすでに説明した方法とは異なる範囲のみを説明する。
【００３８】
この代替的な方法では、配向層３１は、まずその何もない表面全体にわたり、指向性なくラビングされる。例えば、層３１は、３０００ｒｐｍにおいて回転するローラー上で、ラビング布を用いて３度ラビングされ得る。このラビングの後、配向層３１のマスキングは標準的なフォトリソグラフィー技術を用いて行われる。すなわち、層３１の上面上にポジティブフォトレジストの層をスピンコーティングし、フォトレジストをソフトベークし、フォトレジストをマスクを通して紫外線光に露光し、領域Ｂを形成することになる層３１の領域から、このフォトレジストを除去するようにフォトレジストを現像することによる。
【００３９】
フォトレジスト層は、その後、第１のラビング方向に対して所定の角度（例えば、４５°）である第２のラビング方向を処理する、後続のラビング工程の前にハードベークされる。実際には、第２のラビング配向は、第１のラビングの残留効果を補償するように、わずかにオフセットされていてもよい。最後に、フォトレジストは仕上がった基板および配向層を残すように除去される。この上にリターダー層３４が、図７Ａのｄにおいて示されるように、紫外線光への露光により固定または重合される前にスピンコーティングすることにより設けられ、図７Ａのｅにおいて示すようにパターン化均一リターダー３５を形成する。
【００４０】
このような製造方法は、英国特許出願第９８０４５０１．６号に、より詳細に記載されている。
【００４１】
基板３０は、任意の複屈折率を最小限化するように選択され、さもなければこの複屈折率は、例えばコントラスト比を低減させたり、デバイスの色度性能を下げるなどにより、デバイスの性能に影響を及ぼしがちである。基板は、例えば適した平面度の適切なフロートガラスであり得る。さらに、リターダーの波長特性は、例えば上述のＳ．Ｐａｎｃｈａｒａｔｎａｍの参考文献に記載されているポアンカレ球に関する技術を用いるか、あるいは周知のＪｏｎｅｓマトリクス技術を使用することにより設計されることができる。
【００４２】
図３の実施形態は、層１６が均一な２分の１波長板として形成されることを除いて、全体として同じように生成され得る。図６Ｂは、図３の実施形態の使用における出力光の透過を入射光の波長の関数として示すグラフである。このグラフを作成するために、直線偏光された入射光１４は、図３を参照しながら説明したデバイス上に向けられており、検光子はｘｚ平面に対して４５°に方向づけされ、領域４を通る光の透過が計測された。広帯域の色消し応答は、検光子を−４５°に回転することにより見られた。同様の応答は、領域３を通る透過に対して得られ得る。
【００４３】
図７Ｂは、液晶層４１の対向面上に設けられた偏光子４０および検光子４２を含むディスプレイパネル３９により形成された液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を図式的に示しており、配向層４３および４４、ならびに電極４５および４６が、公知の方法により液晶層４１の対向面上に設けられている。液晶層４１は画素Ａおよび画素Ｂを、電極４５および４６の交差する点において含み、これらの画素は、公知の方法において電極４５および４６に与えられるデータ信号およびスキャン信号によりアドレスされ得る。さらに、パターン化均一リターダー４７および非パターン化均一リターダー４８が検光子４２に設けられる。パターン化リターダー４７は、画素Ａで配向される領域４９と、画素Ｂで配向される領域５０とを有する、パターン化２分の１波長板からなる。領域４９および領域５０は、ＬＣＤパネル３９の出力偏光状態に対して＋２２．５°および−２２．５°に配置された光学軸を有し、非パターン化リターダー４８は、ＬＣＤパネル３９の出力偏光状態に対して９０°において光学軸を有する均一２分の１波長板により構成される。
【００４４】
このようなＬＣＤは、ビューワーの２つの目５３および５４により、偏光子５１および５２を有する眼鏡を通して見られ得る。これらの偏光子５１および５２は、画素Ａおよび画素Ｂによりそれぞれ透過された画像成分からなる立体画像を観るために、ＬＣＤパネル３９の出力偏光状態に対して−４５°および＋４５°にそれぞれ配置された透過軸を備える。あるいは、ある組のビューワーがＬＣＤを−４５°の透過軸をもつ偏光子を通して観る一方で、別の組のビューワーがＬＣＤを＋４５°の透過軸をもつ偏光子を通して観てもよい。結果として、２つの組のビューワーがＬＣＤから別々の情報を受け取り、２つのチャネル（例えば、２つのテレビジョンチャネル、またはコンピュータゲームおよびテレビジョンチャネル、あるいは２つの文書）の情報を１つのＬＣＤパネルを用いて同時に見ることが可能となる。
【００４５】
図８は、回折光学システム６０を図式的に示す。回折光学システム６０は、基板７０上に設けられ、安定化された強誘電性液晶（ＳＳＦＬＣ）層７２上に、基板７３上に設けられた電極６３の対向面上にある、２つのセットのインターリーブ電極６１および６２を含む。電極６１のセットおよび電極６２のセットは、互いに対して異なる電位（例えば、＋Ｖoおよび−Ｖo）であり、かつ、例えば０ボルトである電極６３に対して異なる電位である。ＳＳＦＬＣ層７２は、これらの条件下において、電極セット６１および６２の隣接する領域Ａおよび領域Ｂの光学軸が、任意の基準軸に対してそれぞれ＋２２．５％および−２２．５％であるように配置されている。基板７０上には、その光学軸がその任意の軸およびミラー６５に対して９０度である光学軸を有する、４分の１波長リターダー６４もまた設けられている。これらの条件下において、システム６０に入射する偏光されていない光６６は、領域Ａおよび領域Ｂならびに４分の１波長リターダー６４により、反射非０次数（ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ  ｎｏｎ−ｚｅｒｏ  ｏｒｄｅｒ）に回折される。この回折は、任意の基準軸に対して０度に方向づけされた４分の１波長リターダーが設けられる場合と比べ、良好な色消しを有する。次いで電極セット６１および６２は共に、０ボルトにある電極６３に対して同じ電位＋ＶOに設定された場合、ＳＳＦＬＣ層７２の領域Ａおよび領域Ｂの光学軸は平行になり、反射非０次数への偏光されていない光６６の回折は起こらない。従って、電極６２の切換えにより、層７２のパターン化がオンおよびオフにされることができ、強化された切換え可能な色消しされた回折光学システムを提供する。
【００４６】
（産業上の利用性）
上述のように、本発明は改善された色消しを有する光学的リターデーションデバイスを提供するという利点を可能にする。このデバイスは、広帯域直交光学的モードの生成を可能にし、そして公知の広帯域光学的リターデーションデバイスと比べ、製造の品質および／または容易さが改良された広帯域幅応答が得ることを可能にする。広帯域光学的リターデーションデバイスは、例えばディスプレイ情報の偏光符号化のために、または回折光学システムにおいて用いられ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  パターン化された均一なリターダーの概略図である。
【図２Ａ】  パターン化均一２分の１波長板と、非パターン化均一４分の１波長板との組合せからなる、本発明による広帯域光学的リターデーションデバイスの概略図である。
【図２Ｂ】  上記デバイスにより出力された光の楕円性を波長の関数として示す表である。
【図３】  パターン化均一２分の１波長板と、非パターン化均一２分の１波長板との組合せからなる、本発明によるさらなる広帯域光学的リターデーションデバイスの概略図である。
【図４Ａ】  パターン化ツイスティッド２分の１波長板と、非パターン化均一２分の１波長板との組合せからなる、本発明によるさらなる広帯域光学的リターデーションデバイスの概略図である。
【図４Ｂ】  上記デバイスにより出力された光の楕円性を波長の関数として示す表である。
【図５】  図４のデバイスの２つの波長板に対する光学軸の方向の変動を示すグラフである。
【図６Ａ】  本発明によるさらなる広帯域光学的リターデーションデバイスの概略図である。
【図６Ｂ】  本発明の実施形態の使用において受け取られた光の波長に対する透過レベルのグラフである。
【図７Ａ】  可能な製造方法における、一連の動作工程ａから工程ｅを概略的に示す。
【図７Ｂ】  本発明による広帯域光学的リターデーションデバイスを組込んだ液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を概略的に示す。
【図８】  本発明による広帯域光学的リターデーションデバイスを組込んだ回折光学システムを概略的に示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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