(57)【要約】  ＲeおよびＲthの独立制御を生成する、複合リターダである。これは、単一の＋Ａ−プレートと組み合される、一対の適合した−Ａ−プレートを含む、三層複合リターダを形成することにより行われ得る。＋Ａ−プレートは、典型的にはＭＤ延伸フィルムであり、その用途の面内要件（Ｒe）に固有のリタデーションを有する。一対の−Ａ−プレートは、Ｒe＝０であるように光学軸を交差させ、光学軸は＋Ａ−プレートに対して平行に整列される。−Ａ−プレートの単一のリタデーション値は、広範なＲe値に亘り、向上した視野性能を生み出すことができ、普遍的補償の非常に実用的な手段となる。Ｒthは、典型的には単一のリターダに関連するが、光学軸方位が多様であるリターダスタックは、複合（または合成）Ｒth値（ＲthC）を有するとみなされ得る。三層複合リターダは、広範な垂直入射偏光変換に亘る視野補償を可能にするという実用的利点を有する。
2020528159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合リターダであって、
平面に対して平行である２つの寸法、および前記平面に直交する第３の寸法、または厚み寸法を有する平面状の第１のリターダであって、前記第１のリターダは、面内リタデーションを決定する光学軸方位を有し、前記第１のリターダは、前記厚み寸法における第１のリタデーションを有する、平面状の第１のリターダと、
平面に対して平行である２つの寸法、および前記平面に直交する第３の寸法、または厚み寸法を有する平面状の第２のリターダであって、前記第２のリターダは、前記第１のリターダの前記光学軸方位に対して平行である光学軸方位を有し、前記第２のリターダは、前記厚み寸法における第２のリタデーションを有する、平面状の第２のリターダと、
平面に対して平行である２つの寸法、および前記平面に直交する第３の寸法、または厚み寸法を有する平面状の第３のリターダであって、前記第３のリターダは、前記第１のリターダの前記光学軸方位に対して交差する光学軸方位を有し、前記第３のリターダは、前記厚み寸法における第３のリタデーションを有する、平面状の第３のリターダと
を備え、
前記第１のリタデーションは、前記第２のリタデーションおよび前記第３のリタデーションと符号が反対である、
複合リターダ。
【請求項２】
前記第２のリターダおよび前記第３のリターダはそれぞれ、同じ面内リタデーションを有する、請求項１記載の複合リターダ。
【請求項３】
前記第２のリターダおよび前記第３のリターダはそれぞれ、前記第１のリターダの前記面内リタデーションの半分である面内リタデーションを有する、請求項１記載の複合リターダ。
【請求項４】
前記第２のリターダおよび前記第３のリターダはそれぞれ、前記第１のリターダの前記面内リタデーションの２０％〜８０％である面内リタデーションを有する、請求項１記載の複合リターダ。
【請求項５】
請求項１記載の前記複合リターダのうちの２つ以上を含む、リターダスタック。
【請求項６】
複合リターダであって、
第１の光学軸方位および第１のリタデーションを有する第１のＡ−プレートリターダと、
第２の光学軸方位および第２のリタデーションを有する第２のＡ−プレートリターダと、
第３の光学軸方位および第３のリタデーションを有する第３のＡ−プレートリターダであって、前記第３の光学軸方位は、前記第２の光学軸方位に対し垂直である、第３のＡ−プレートリターダと
を備え、
前記第２の光学軸方位および前記第３の光学軸方位の一方は、前記第１の光学軸方位に対して垂直であり、
前記第１のリタデーションは、前記第２のリタデーションおよび前記第３のリタデーションと符号が反対である、
複合リターダ。
【請求項７】
前記第２のリターダおよび前記第３のリターダはそれぞれ、同じ面内リタデーションを有する、請求項６記載の複合リターダ。
【請求項８】
前記第２のリターダおよび前記第３のリターダはそれぞれ、前記第１のリターダの前記面内リタデーションの半分である面内リタデーションを有する、請求項６記載の複合リターダ。
【請求項９】
前記第２のリターダおよび前記第３のリターダはそれぞれ、前記第１のリターダの前記面内リタデーションの２０％〜８０％である面内リタデーションを有する、請求項６記載の複合リターダ。
【請求項１０】
請求項６記載の前記複合リターダのうちの２つ以上を含む、リターダスタック。
【請求項１１】
通過する光の偏光状態の波長依存の操作のためのリターダスタックであって、前記リターダスタックは、
２つの直線リターダ層を含む第１のリターダスタックであって、前記第１のリターダスタックは、光が通過する方向に厚み寸法を有し、前記第１のリターダスタックは、前記厚み寸法において、非ゼロの位相差を有する、第１のリターダスタックと、
２つの直線リターダ層を含む第２のリターダスタックであって、前記第２のリターダスタックは、光が通過する方向に厚み寸法を有し、前記第２のリターダスタックは、前記厚み寸法において、非ゼロの位相差を有する前記第２のリターダスタックと、
前記第１のリターダスタックと前記第２のリターダスタックとの間に位置決めされる、一対の交差するＡ−プレートリターダであって、前記一対の交差するＡ−プレートリターダは、略一致する面内リターダンスを有する、一対の交差するＡ−プレートリターダと
を備える、
リターダスタック。
【請求項１２】
前記第１のリターダスタックおよび前記第２のリターダスタックは、前記交差するＡ−プレートリターダの複屈折と同じ符号および反対の符号の複屈折を有する、請求項１１記載のリターダスタック。
【請求項１３】
前記リターダスタックは、複合面内リターダンスを有し、前記交差するＡ−プレートリターダは、前記複合面内リターダンスの前記入射角依存性を低減させる、請求項１１記載のリターダスタック。
【請求項１４】
前記リターダスタックは、４５度に対する逆順序投影の構成で配置され、前記リターダスタックは、所定の範囲の波長の入力偏光状態を、前記入力偏光状態と直交する偏光状態に変換するように機能し、前記一対の交差するＡ−プレートリターダは、前記複合面内リターダンスにおける前記入射角依存性の変化を低減させる方位依存性の補償を付与する、請求項１１記載のリターダスタック。
【請求項１５】
前記リターダスタックは、正のＡ−プレートによって構成され、前記交差するＡ−プレートリターダは、負のＡ−プレートによって構成される、請求項１４記載のリターダスタック。
【請求項１６】
前記リターダスタックは、前記入力偏光状態を所定の範囲の波長に亘り変換せず、前記交差するＡ−プレートリターダは、複合面内リターダンスにおける前記入射角依存性の変化に、不利に寄与しない、請求項１１記載のリターダスタック。
【請求項１７】
前記方位依存性の補償は、リタデーションおよび配向において、前記リターダスタック間に存在する複合リタデーションに略一致し、前記複合面内リターダンスを最小化する、請求項１３記載のリターダスタック。
【請求項１８】
リターダスタックと、交差するＡ−プレートとの組合せは、実質的に、入射角に対して非感受性である、垂直入射の複合偏光変換を生じさせる、請求項１４記載のリターダスタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１７年７月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／５３３，５４７号の優先権を主張し、その開示内容の全ては、参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
直交の偏光状態（ＳＯＰ）間で変換させる光学部品が、頻繁に必要とされている。今日の製品に使用される実質的にすべての偏光子は、直線のＳＯＰを消失または反射させ、ほとんどの偏光変換のシナリオに対して、線形基礎を実際的な現実にしている。そのような変換は、１つまたは複数の直線リターダを使用して達成されることが多い。変換は、幅広い範囲の波長および入射角に亘り維持されることが頻繁に要求される。いくつかの状況では、入力ＳＯＰが維持される（変換されない）別個の範囲の波長が存在することがさらに必要とされ得る。この追加の制約は、主に、典型的に、フィルタリング、分離／組み合わせ、または切替えの目的のために、波長帯間を区別するシステムに適用される。偏光変換は、透過構成または反射（ダブルパス）構成のいずれかのために必要とされ得る。
【０００３】
直線リターダにより導入される位相差は、典型的に、波長および入射角に依存する。「Ａ−プレート」という用語は、直線一軸性リターダを指し、光学軸（または異常軸）は、リターダ基板または孔の平面に含まれている。「垂直入射」光とは、リターダ基板に垂直に入射する光であるとみなされる。Ａ−プレートリターダは、垂直入射偏光から２つの波を生成し、それらの間に位相差を導入し得る。収色性（すなわち波長非感受性の）リタデーションを用いる単一リターダは、位相差の逆波長依存をオフセットするように波長とともに増大する複屈折を必要とする。この収色性の挙動を達成するための試みとして、分散制御ポリマ材料（たとえば、広帯域１／４波長リターダに使用されるテイジン製ポリマ）の使用が含まれる。別の手法は、波長の範囲に共通である偏光変換の終点を生成するリターダフィルムのスタックを使用することである。後者は、同一の材料、または有益であれば２つ以上の材料から構成されるリターダフィルムのスタックを含み得る。リターダスタックは、時間領域を周波数（または波長）領域に関連付ける線形システム論により、有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタと考えられ得る。これらの原則は、先行技術（たとえばRobinson “Polarization Engineering for LCD Projection”）にて説明されている。
【０００４】
リターダフィルムは、キャストフィルムまたは押出しフィルムを縦方向（ＭＤ）に延伸させることによって頻繁に製造される。ポリカーボネート（ＰＣ）または環状オレフィンポリマ（ＣＯＰ）のような従来のディスプレー材料のＭＤ延伸は、Ｒe＝（ｎx−ｎy）ｄである面内リタデーションを有する、正の一軸性リターダが製造され得る。ここでは、ｎxはＭＤにおける屈折率であり、ｎyは横方向（ＴＤまたはクロスウェブ）における屈折率であり、ｄはフィルム厚さである。平均の面内屈折率の増大が、厚さ方向のリタデーションを生じさせ、厚さ方向におけるリタデーションは、以下の式で示される。ここでは、ｎzは、厚さ方向の屈折率である。ｎy＝ｎz＝ｎoおよびｎx＝ｎeである、典型的な一軸性リターダの場合、厚さ方向のリタデーションは、Ｒth＝Ｒe／２である。
【０００５】
【数１】
2020528159.tif 000003
【０００６】
垂直入射においては、これは重大ではない。しかし、偏光光学が入射角にかかわらず同じ機能を実行しなければならない場合、Ｒthは、問題となることが多い。そして、複層スタックが（たとえば）偏光変換の波長感受性を低下させるインパルス応答を生成するために使用されると、Ｒthの蓄積が、垂直入射条件を改悪させ得る。これにより、層の数により制限される、Ｒeのインパルス応答のカスタマイゼーションの程度と、オフノーマル光線（off-normal rays）による、そのインパルス応答の維持とのトレードオフが生じ得る。このカスタマイゼーションは、拡張されたスペクトル範囲に亘る、波長安定性の高い（wavelength-stable）偏光変換の生成に関連することが多い。本発明は、実用的な補償スキームを使用してこのトレードオフを克服することを図る。
【０００７】
本明細書において説明される技術が開発されていることは、この背景に反する。
【発明の概要】
【０００８】
本明細書において、平面に対して平行である２つの寸法、および平面に直交する第３の寸法、または厚み寸法を有する平面状の第１のリターダであって、第１のリターダは、面内リタデーションを決定する光学軸方位を有し、第１のリターダは、厚み寸法における第１のリタデーションを有する平面状の第１のリターダと、平面に対して平行である２つの寸法、および当該平面に直交する第３の寸法、または厚み寸法を有する平面状の第２のリターダであって、第２のリターダは、第１のリターダの光学軸方位に対して平行である光学軸方位を有し、第２のリターダは、厚み寸法における第２のリタデーションを有する平面状の第２のリターダと、平面に対して平行である２つの寸法、および平面に直交する第３の寸法、または厚み寸法を有する平面状の第３のリターダであって、第３のリターダは、第１のリターダの光学軸方位に対して交差する光学軸方位を有し、第３のリターダは、厚み寸法における第３のリタデーションを有する平面状の第３のリターダと、を含む、複合リターダを開示する。第１のリタデーションは、第２のリタデーションおよび第３のリタデーションと符号が反対である。
【０００９】
第２のリターダおよび第３のリターダはそれぞれ、同じ面内リタデーションを有してもよい。第２のリターダおよび第３のリターダはそれぞれ、第１のリターダの面内リタデーションの半分である面内リタデーションを有してもよい。第２のリターダおよび第３のリターダはそれぞれ、第１のリターダの面内リタデーションの２０％〜８０％である面内リタデーションを有してもよい。リターダスタックは、上記の複合リターダのうちの２つ以上を含んでもよい。
【００１０】
また、複合リターダであって、第１の光学軸方位および第１のリタデーションを有する第１のＡ−プレートリターダと、第２の光学軸方位および第２のリタデーションを有する第２のＡ−プレートリターダと、第３の光学軸方位および第３のリタデーションを有する第３のＡ−プレートリターダであって、第３の光学軸方位は、第２の光学軸方位に対し垂直である、第３のＡ−プレートリターダと、を含む、複合リターダを開示する。第２の光学軸方位および第３の光学軸方位の一方は、第１の光学軸方位に対し垂直である。第１のリタデーションは、第２のリタデーションおよび第３のリタデーションと符号が反対である。
【００１１】
第２のリターダおよび第３のリターダはそれぞれ、同じ面内リタデーションを有してもよい。第２のリターダおよび第３のリターダはそれぞれ、第１のリターダの面内リタデーションの半分である面内リタデーションを有してもよい。第２のリターダおよび第３のリターダはそれぞれ、第１のリターダの面内リタデーションの２０％〜８０％である面内リタデーションを有してもよい。Ａリターダスタックは、上記の複合リターダのうちの２つ以上を含んでもよい。
【００１２】
また、通過する光の偏光状態の波長依存の操作のためのリターダスタックを開示する。リターダスタックは、２つの直線リターダ層を含む第１のリターダスタックであって、第１のリターダスタックは、光が通過する方向に厚み寸法を有し、第１のリターダスタックは、厚み寸法において、非ゼロの位相差を有する、第１のリターダスタックと、２つの直線リターダ層を含む第２のリターダスタックであって、第２のリターダスタックは、光が通過する方向に厚み寸法を有し、第２のリターダスタックは、厚み寸法において、非ゼロの位相差を有する第２のリターダスタックと、第１のリターダスタックと第２のリターダスタックとの間に位置決めされる一対の交差するＡ−プレートリターダであって、一対の交差するＡ−プレートリターダは、略一致する面内リターダンスを有する一対の交差するＡ−プレートリターダと、を含む。
【００１３】
第１のリターダスタックおよび第２のリターダスタックは、交差するＡ−プレートリターダの複屈折と同じ符号および反対の符号の複屈折を有してもよい。リターダスタックは、複合面内リターダンスを有してもよく、交差するＡ−プレートリターダは、複合面内リターダンスの入射角依存性を低減させてもよい。リターダスタックは、４５度に対する逆順序投影の構成で配置され、リターダスタックは、所定の範囲の波長の入力偏光状態を、入力偏光状態と直交する偏光状態に変換するように機能してもよく、一対の交差するＡ−プレートリターダは、複合面内リターダンスにおける入射角依存性の変化を低減させる方位依存性の補償を付与してもよい。リターダスタックは、正のＡ−プレートによって構成され、交差するＡ−プレートリターダは、負のＡ−プレートによって構成されてもよい。リターダスタックは、入力偏光状態を所定の範囲の波長に亘り変換しなくてもよく、交差するＡ−プレートリターダは、複合面内リターダンスにおける入射角依存性の変化に、不利に寄与しなくてもよい。方位依存性の補償は、リタデーションおよび配向において、リターダスタック間に存在する複合リタデーションに略一致してもよく、複合面内リターダンスを最小化してもよい。リターダスタックと交差するＡ−プレートとの組合せは、実質的に、入射角に対して非感受性である、垂直入射の複合偏光変換を生じさせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】配向θで、それぞれリタデーションΓ1を有する、交差する負のＡ−プレートをもちいて補償された、Ｒe＝Γ0の視野を有する三層直線リターダを示す。
【図２】先行技術の、４５°対称についての逆順序投影を示す。
【図３ａ】変換される帯域に対する、図２の機能層の挙動を示す。
【図３ｂ】変換されない帯域に対する、図２の機能層の挙動を示す。
【図４ａ】方位角４５°における様々な入射角に対し、一軸性リターダを使用する、補償されていない８層のグリーン−マゼンタ（ＧＭ）リターダスタックフィルタの一例を示す。
【図４ｂ】方位角０°における様々な入射角に対し、一軸性リターダを使用する、補償されていない８層のグリーン−マゼンタ（ＧＭ）リターダスタックフィルタの一例を示す。
【図５ａ】方位角４５°における様々な入射角に対し、一軸性リターダを使用する、本発明により補償される８層のグリーン−マゼンタ（ＧＭ）リターダスタックフィルタの一例を示す。
【図５ｂ】方位角０°における様々な入射角に対し、一軸性リターダを使用する、本発明により補償される８層のグリーン−マゼンタ（ＧＭ）リターダスタックフィルタの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書において開示される実施形態は、様々な修正および代替の形態が可能であり、それらの特定の実施形態を、図中に例として示し、本明細書にて詳細に説明する。しかし、これは、本発明を、開示される特定の形態に限定することを意図せず、むしろ、本発明は、請求項により定義される本発明の実施形態のすべての修正例、同等物、代替例を包括することが理解されるべきである。本開示を、図面を参照して説明し、図面においては、類似の参照符号は、略類似の要素を示す。
【００１６】
機能的に収色性（すなわち偏光変換が均一である波長帯）であるリターダスタック設計と、入力ＳＯＰを維持する収色性範囲を追加的に必要とするリターダスタック設計との区別が微妙であることが多い。前者の例として、パンチャラトナム型（Pancharatnam）の１／４波長および半波リターダ（S.Pancharatnam, “Achromatic combinations of birefringent plates. Part II: an achromatic quarter-WP”, Proc, Indian Acad.Sci., 41, 137-144(1955)）、ケスター型（Koester）の偏光回転子（C.J.Koester, “Achromatic combinations of half-wave plates”, J.Opt.Soc.Am., 49, 405-409(1959)）、およびシャープによる純粋な収色性回転子設計（米国特許第８，４０８，７０８号明細書）が含まれる。波長選択性の構造体は、リタデーションの分散を用いて、所定の幅の直交偏光されたスペクトル領域を生成し得る。従来の要件は、等方性（典型的には複合光学軸に沿う、または固有偏光）と思われる収色性領域、および直交のＳＯＰに変換される領域に対するものである。これらの領域を分離する遷移帯域の幅（すなわち変換帯域と非変換帯域との間のスペクトル幅）は、どの有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタにおいても同様であるように、設計の複雑さをもたらす。そのような構造体は、（たとえば）偏光スプリッタ／コンバイナ（シャープ、米国特許第５，７５１，３８４号明細書）を用いて色を操作する、または補色間を切り替える手段を生成する。それらは、オフノーマルが使用される際に非ゼロのＲthが存在する場合、同様の性能劣化の問題を被り得るため、本発明は、両方の族の構造体に適用可能である。同様に、補償スキームは、透過構造体および反射モード（ダブルパス）構造体の両方に適用し得る。
【００１７】
広角性能のベンチマークは、Ｒth＝０のリターダのみからなる構造である。この特性を有する単層表示フィルムとしては、日東電工および住友により開発された二軸延伸ポリカーボネートが含まれる。ＭＤおよび厚さ方向の両方に延伸することにより、Ｒth＝０は、原則として可能である。しかし、Ｒeにおいては、典型的に、「スイートスポット」が存在し、この条件は、製造時に、他の面内リターダンス値において、これから逸脱して、高精度に維持することができる。さらに、ｚ方向延伸フィルムは、製造するには比較的高価であり、スーパーツイストネマティックディスプレーの市場の喪失により、今日では購入が難しい。
【００１８】
Ｒth＝０を生成するための代替の先行技術の解決策は、リタデーションが等しいが、反対符号の複屈折を持つ一対の（交差する）一軸性フィルムをスタックすることによって形成される複合リターダである。これは、（たとえば）延伸した正の複屈折性基板（＋Ａ−プレート）上に、負の複屈折性液晶ポリマ（−Ａ−プレート）をコーティングすることによって、生成され得る。これは、また、別個に製造されたフィルムのラミネーション、共押出および延伸、または他の手段により形成され得る。波長依存性の偏光操作構造体を製造する場合、（たとえば）変換／維持のための特定の中心波長に応じて、各層に対して異なるリタデーションを必要とする。実用上の点から、そのような構造体は、直視型ディスプレイコンペンセータなどの大量生産用途に対して、特注であることが多いとして、これにより事業課題が生まれる。したがって、（より一般的な）正の複屈折フィルムのリタデーションの変更のみを必要とする、改善された視野を有する、１つの族の波長選択性の偏光操作構造体を可能にする解決策が必要である。ここでも、＋Ａ−プレートは、比較的安価かつ一般的であり、ポリカーボネートまたはオレフィン基材を用いる。
【００１９】
もう一つの先行技術の複合リターダの解決策では、面内リタデーションの機能を視野補償から分離する。たとえば、単一のＭＤ延伸フィルムは、Ｒthを無効にする、基板（＋Ｃ−プレート）に垂直な光学軸を有する単一の正の一軸性リターダを用いて、所望の＋Ａ−プレートのＲe値を生成し得る。正の一軸性リターダのリタデーションは、最適にはＲe値の半分である。＋Ｃ−プレートは、負の複屈折フィルムを（たとえば）二軸面内（ＭＤ／ＴＤ）延伸することにより、または等方性基板上における正の複屈折液晶ポリマ（ＬＣＰ）の垂直配向配列（homeotropic alignment）により形成され得る。Ｃ−プレートは、方位角に依存しない方法でオフノーマルのリタデーションを導入するのみである。つまり、Ｃ−プレートは、常に、入射面（ＰＯＩ）に従う、投影光学軸を有して、オフノーマルのリタデーションを導入する。いくつかの例においては、方位角０／９０に沿った追加のリタデーションは、隣接する偏光子の吸収軸により隠れているような場合には、重要ではない。しかし、この二層構造は、各要素のオフノーマルについて別個の光学軸方位が存在するため、厳密には複合リターダとはみなされない。最も一般的な意味として、Ｒth＝０の線形リターダを忠実に生成するために、補償には方位依存性が必要とされる。
【００２０】
最後に、有効なＲth＝０は、単一符号の複屈折を有するＡ−プレート材料を使用して生成され得る。これは、一対の適合したＡ−プレート間の収色性偏光変換によってなされる。従来の構成では、リタデーションが等しい、交差する＋Ａ−プレートを二分する光学軸を備える収色性半波リターダは、ＳＯＰを反映する。この偏光の反映は、Ｒthを無効にすると同時に、Ｒeを二倍にするという効果を有する。この構成の性能は、（複合）光学軸の方位および波長に対するＨＷリターダのリタデーションの厳密な維持に依存する。
【００２１】
垂直入射インパルス応答についての任意の程度のカスタマイゼーションにより、オフノーマル光に対する垂直入射の挙動を保持する一軸性リターダスタックを可能にする、実用的な補償スキームが必要とされる。このカスタマイゼーションは、ＦＩＲフィルタ設計技法、または所望のインパルス応答を生成する任意の設計技法を用いて、達成され得る。（時間領域）インパルス応答は、線形システム論より、所望の波長依存性の偏光操作に関連する。
【００２２】
本明細書において提示される解決策は、ＲeとＲthとの独立制御を生成する、適正な複合リターダを製造することである。これは、単一の＋Ａ−プレートと組み合される、一対の適合した−Ａ−プレートを含む、三層複合リターダを形成することにより行われ得る。この＋Ａ−プレートは、典型的にはＭＤ延伸フィルムであり、その用途の面内要件（Ｒe）に特有のリタデーションを有する。その一対の−Ａ−プレートは、Ｒe＝０であるように光学軸を交差させ、光学軸は＋Ａ−プレートに対して平行に整列される。＋Ａ−プレートのリタデーションは、複合リターダに対して、理想的にはＲth＝０を達成するように選択される。＋Ａ−プレートのＲthを最適に補償するために、各要素は、−Ｒe／２の面内リタデーションを有する。しかし、−Ａ−プレートの単一のリタデーション値は、広範囲のＲe値に亘り、向上した視野性能を生み出すことができ、普遍的補償の非常に実用的な手段となる。
【００２３】
Ｒthは、典型的には単一のリターダに関連するが、光学軸方位が多様であるリターダスタックは、複合（または合成）Ｒth値（ＲthC）を有するとみなされ得る。リターダの追加の層が追加されると、直交のＳＯＰへの収色性変換など、所望のスペクトルを合成するために、インパルス列の範囲を増加させる。Ｎ個の＋Ａ−プレートリターダを有するスタックにおいては、極度の最も遅い波は、各リターダの異常屈折率のみを捉え、最も速い波は、各リターダの通常屈折率のみを捉える。それぞれＲeのリタデーションを有する均一な厚さのリターダのスタックは、Ｎ個のＲeが複合された面内リタデーションおよびＮ個のＲthが複合されたｚ方向リタデーションを有するとみなされ得る。どのようにｚ方向リタデーションがオフノーマルでの性能に影響を及ぼすかは、設計固有であり、入射面（ＰＯＩ）に対する光学軸方位の分布に依存する。収色性変換の場合、それは、（たとえば）垂直入射スペクトルにおける均一なシフト、および／または、サイドローブまたはフィルタの光学密度における全体的な損失として現れる変換不足（failure of the conversion）として現れ得る。いずれの場合でも、それは、広範な受光角を必要とする用途において、スタックの実用性を失わせ得る。
【００２４】
三層複合リターダは、広範な垂直入射偏光変換に亘る視野補償を可能にするという実用的利点を有する。しかし、概して、これは、リターダスタック設計の各層に三層複合リターダを含む。リターダの数を三倍にすると、製造コストと製品の厚さが増大する。リターダスタックを生成するために溶剤溶接が用いられることが多いため、異種材料を接着する必要により、これは非実用的となり得る。１つの解決策は、少数の層を用いて、理想的には、本発明によると、一対の交差する−Ａ−プレートリターダを用いて補償を可能にする方法で、ＲthCを統合するリターダスタックを生成することである。
【００２５】
それぞれがＲth＝０であるリターダを備える全体リターダスタックは、オフノーマルでのインパルス応答の保持に関して例示的な性能を有し得る。安定した直線固有偏光を有し、Ｒth＝０である適正な複合リターダは、それぞれがリタデーションΓ1を有する、一対の適合する−Ａ−プレートリターダと組み合される、用途固有のリタデーション値＋Γ0を有する＋Ａ−プレートリターダを用いて、構築され得る。この構成は、図１に示され、コンペンセータのリタデーションが反対符号の複屈折、および用途固有のリタデーション値のリタデーションの半分、Γ1＝−Γ0／２を有する場合に、最適なオフノーマル性能を有する。しかし、本発明では、容易に製造することができ、有意な視野の利点を有してリタデーション値の範囲に適用される「汎用のコンペンセータ」の利点を認識している。たとえば、特定の面内リタデーションを過大／過少に補償するコンペンセータは、（たとえば）オフノーマルで大きな性能利点を依然として有する複合ＲthC±０．２を提供してもよい。
【００２６】
特定の対称性を有する対のリターダスタック、およびそれらの挙動が、先行技術にて説明されている（Chapter6 of Polarization Engineering for LCD Projection, Robinsonら、参照）。これらは、（たとえば投影モードに関して）逆順序（reverse-order）、０に対する逆順序投影（reverse-order reflection about zero）、４５°に対する逆順序投影（reverse order reflection about 45°）、および交差逆順序（reverse order crossed）（垂直入射にて単位行列）を含む。後者は、重要な透過機能を生じさせるためにスタック間における変換を必要とするため、分析から省略される。図２は、各リターダが均一なリタデーションΓを有する、４５°に対する逆順序投影の構成の詳細設定を示す。αiは、正の一軸性リターダのそれぞれの光学軸方位を表す。図３ａは、変換される帯域に対する図２の簡易化された構造を示し、図３ｂは、変換されない帯域に対する簡易化された構造を示す。これらの簡易化は、参照文献にて説明される、関連の回転および複合直線リタデーションに関する。
【００２７】
図３ａは、直交ＳＯＰに変換されたスペクトルの部分に対するスタックの挙動を示し、図３ｂは、（０／９０°に沿った）入力直線ＳＯＰを保持するスペクトルの部分に対するスタックの挙動を示す。この場合、同一の厚さのリターダが想定されている。スペクトルの変換される部分には、６つの複合素子が存在し、そのうちの３つは独立している。入力偏光に沿った光学軸を有するリタデーションΓcを有する入力直線複合リターダが存在する。この後に４５°回転子が続き、入力偏光に沿った光学軸を有するリタデーションΓc’を有する第２の直線複合リターダが続く。２つのスタックの対称関係により、示されるような第２のセットの素子の特徴が生まれる。垂直入射にて、外側直線複合リターダは、効果的に隠れており、回転子が唯一の機能素子である。中央複合リターダもまた、光学軸が交差する（すなわち互いに対し垂直である）ため、効果的に隠れる。オフノーマルでは、中央複合リターダは、性能を制限し得る、交差する＋Ａ−プレートとして機能する。
【００２８】
オフノーマルの光線について、変換される帯域は、９０°の正味の回転を示し、理想的には、複合リタデーションはない。外方を向くリターダ（Γc）は、偏光子／分析器に隣接するため、複合光学軸が、偏光子消光軸に沿って波長を安定に維持することが重要な要件である。回転子が設計時にオフノーマルで機能すると仮定すると、構造体は、入力偏光が中央複合リターダ光学軸Γc’に対して、±４５°に沿って導入されるかのように挙動する。複合光学軸がオフノーマルで波長を安定に維持すると仮定すると、中央の交差する＋Ａ−プレートは、方位角リタデーションが主に０／９０°の方位に沿ってオフノーマルで導入され、方位角±４５°において、性能劣化をほとんど示さない。本発明では、性能の維持には、方位依存の補償が導入されることを認識している。これは、好ましくは、リタデーションが、複合リタデーションΓc’と略同等であり反対の、０／９０°の方位に沿って交差する負のＡ−プレートを使用する。
【００２９】
良好なオフノーマル性能を達成する重要な態様は、回転子が安定した性能を持続することである。好ましいスタック設計は、１つのスタックの光学軸を略０に集約させる、つまり、第２のスタックの光学軸が、略９０°に集約させる。Ｒth／Ｒe＝１／２である一軸性リターダを使用する場合、これは、示される二つの場所へのＲthCの統合により、一定の回転を可能にする。外側リターダに対する中央の交差する＋Ａ−プレートの形態でのＲthCの相対的な割合は、設計に依存し、最適な補償も設計依存となる。
【００３０】
前述の設計上の検討に対し、直感的な自己補償の態様が存在する。入射面が入力偏光子に沿う場合、一方のスタックに関連するスペクトルは、略純粋なブルーシフトを示し、他方のスタックに関連するスペクトルは、略純粋なレッドシフトを示す。ＰＯＩが直交方向にあるとき、その反対が起こる。フィルタとして使用される場合、各スタックの挙動の関連する平均化は、複合変換の中心波長、特にその５０％のポイントが、入射角に対して略一定を維持することを意味する。つまり、中央の交差する複合リタデーションに関連するＲthは、無効化されることを前提としている。これは、米国特許第５，７５１，３８４号明細書に記載される、非制約のリターダスタック設計に比較され得る。光学軸は、広範な方位角に亘り分散されることが多いため、構造体の均一なリタデーションシフトは存在しない。特定の方位角にて、１つのリターダは、極大レッドシフト、別のシフトなし、およびさらに別の極大ブルーシフトを示し得る。そのような事態においては、所望の垂直入射のインパルス関数は、入射角が大きくなるにつれて無効にされる。
【００３１】
この例の変換される帯域の要約において、安定した光学軸を有する複合中央リタデーションにより、オフノーマルで安定した回転をもたらすために、「小角度」の設計が好ましい。光学軸の略０／９０°への集約により、各フィルムのリタデーションシフトが極めて小さい方位角±４５°において、オフノーマルでの性能劣化はほとんどない。これもまた、変換される帯域の補償が方位角に大きく依存する理由である。スタックが、対称性に従って対にされると、波長安定光学軸を有し、交差する＋Ａ−プレートの形態において、（設計依存の）Ｒthの大きな割合により、安定した９０°の回転がある。中間ポイントにあるＲthCの一部であるこの統合が、ＲthCの存在を効果的に無効化するために、中間ポイントある、単一の交差する−Ａ−プレートコンペンセータ使用を許容する。最適な補償は、−Ａ−プレートコンペンセータを、中央複合リターダのコンペンセータに実質的に適合させ、偏光を、主に方位角０／９０°に修正する。
【００３２】
構造体の目的が、選択的に偏光波長を操作することである場合、入力ＳＯＰを正確に保持する波長の範囲は、追加の制約を導入してもよい。図３ｂは、この状況におけるスタックの対の挙動を示している。ここでも、複合リタデーションΓuが存在し、同等の交差するリタデーションと交差している。この対称の場合、構造体は、垂直入射にて純粋に等方性（Ｒeがゼロ）である。出力が入射角に対し一貫したままであるためには、複合光学軸は、ただ、偏光子に沿って波長を安定して維持すればよい。リタデーションが複合リターダ光学軸に沿って導入されるため、Ｒth値は重要ではない。なお、光学軸は、偏光子に沿っているため、本発明の、交差する−Ａ−プレート補償は、変換されない帯域に有意の影響を及ぼさない。
【００３３】
表１は、Ｎ値の範囲での、前述の基準に従った小角度リターダスタックフィルタ設計の例を示す。ポリカーボネート（ＰＣ）の複屈折分散が、複屈折分散のないコンペンセータを用いて、特定のフィルタスペクトルを生成するために使用された。設計に対する５０％遷移点は、各設計において一定であり、遷移勾配は層の追加と共に増大する。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
なお、表１の−Ａ−プレート補償値は、層数の一価関数として増大しない。
【００３６】
例１：４５°に対する逆順序投影を使用する、１４層の補償フィルタ
ΓcおよびΓc’に関連するＲthCの相対的割合を説明するために、コンピュータモデルが使用された。表１の設計を用いる１４層グリーン・マゼンタフィルタが使用され、各層は、５３０ｎｍにて１．５波のリタデーションを有する。したがって、各スタックのＲeCの値は、５３０ｎｍにて５，５６５ｎｍである。方位角０／９０°において２５°の入射角での最高の性能が、それぞれのリタデーションが２，１００ｎｍである、交差する−Ａ−プレートを用いて達成された。これは、Γc’に、ある程度の適合であるはずであり、Γcが、約３，４６５ｎｍであることを示している。次に、スタックは、それぞれ、両端を逆にして交換された。（可逆式である）回転が、実質的に保持されたが、中央リタデーションは、ここで、Γcのリタデーションとなるはずである。最適化が繰り返されると、選択された補償値は、４，２００ｎｍであった。２つの最適化された補償値を合計すると、合計ＲeCは、約６，３００ｎｍであることが示され、これは、フィルムリタデーションに基づく上記の計算に極めて近い。入力偏光に沿ってＲthCを統合する設計を特定することが可能であるならば、補償は必要とされないであろう。
【００３７】
例２：４５°に対する逆順序投影を使用する、８層の補償フィルタ
図４および図５は、交差する理想的な偏光子間の、様々な入射角（０−２５°）における、８層を備える表１の設計を示す。各層は、５４０ｎｍにて１．５波のリタデーションを有し、各スタックに３，２４０ｎｍの複合リタデーションを与える。図４ａは、通過域および阻止域の両方における性能が比較的安定している、方位角±４５°に沿った、補償されていない設計を示す。これは、回転および複合光学軸のオフノーマルの安定性、ならびにこの方位角におけるΓc’による影響の欠如の指標である。図４ｂは、方位角０／９０°において、補償されていない設計を示す。なお、複合光学軸は波長を安定に維持するため、変換されない帯域に有意でない変化が存在し、したがって、スペクトルのブルー／レッドの部分において漏洩がほとんどない。グリーンにおける性能は入射角とともに低下するが、それは、ピーク透過における損失の形態である。実質的にオフセットする純粋なリタデーションシフトの下での２つのスタックの自己補償による、有意で全体的なレッド／ブルーシフトは存在しない。図５ａは、それぞれが１，９００ｎｍの最適化されたリタデーションを有する、交差する−Ａ−プレートリターダが導入された状態の、±４５°における性能を示す。これは、補償が、性能におけるどのような損失も生じさせないことを示す、図４ａのスペクトルに比較され得る。図５ｂは、方位角０／９０°における、補償された性能を示し、補償が垂直入射透過スペクトルを略修復することを示している。極度の入射角にて、プロファイルの平滑化がなされるが、中心波長および５０％のポイントは、実質的に普遍である。
【００３８】
負の複屈折の一軸性物質が、交差する−Ａ−プレートコンペンセータを作成するために使用される。適切な物質として、無機結晶（たとえばサファイアおよびニオブ酸リチウム）、液晶ポリマ（たとえば等方性基板上にコーティングされたディスコチック液晶／リオトロピック液晶材料）、または延伸ポリマフィルム（たとえばポリスチレン）が含まれる。要求されるコンペンセータリタデーションが大きくなり得るため、サファイアのような物質が特に魅力的である。サファイアは、−０．００８１の複屈折を有するため、４００ミクロンの厚さのウェハは、約３，２００ｎｍのリタデーションを有する。ウェハは、接着剤、化学結合、または光学接触を用いて、交差する−Ａ−プレートを形成するために接合され得る。
【００３９】
本発明の実施形態は、図面および上記記述にて詳細に図示および説明されているが、そのような図面および記述は、特徴を制限するものとしてではなく、例として解釈されるものである。たとえば、本明細書において説明された特定の実施形態は、他の説明された実施形態と組み合されてもよい、および／または他の方法で配置されてもよい（たとえば、他の順序でプロセス要素が行われてもよい）。したがって、例示的な実施形態およびその変形例のみを示し、説明することが理解されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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