JPH02308204A

JPH02308204A - 光学素子

Info

Publication number: JPH02308204A
Application number: JP13066289A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Uchiyama; 正一内山; Yoshitaka Ito; 嘉高伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-05-24
Filing date: 1989-05-24
Publication date: 1990-12-21

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］従来の前記光学素子としては偏光板が代表的である。こ
れはお互いに直交する偏光成分を持つ入射光のうち、片
方の直線偏光成分のみを選択的に吸収し、他方の直線偏
光成分のみを透過させることにより、一方向の偏光成分
のみを有する出射光に変換するものである。しかし、従
来の偏光板では光吸収の二色性を利用しているため光の
利用効率が最大でも約４５％と低く、また、光吸収にと
もなう発熱作用により偏光板自体が熱破壊を生じる危険
性を有していた。そのため、光の一方向偏光への変換効
率が高く光吸収の少ない光学素子の開発が待たれていた
。そのような状況の中で、前記要求に応えるものとして
、特開昭５７−１５８８０１に示されている光学素子（
偏光素子）が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記特開昭５７−１５８８０１に示されている光学素子
（偏光素子）の構造を第２図を用いて説明する。第２図
には、前記光学素子における、互いに直交する偏光成分
の空間的な分離を行なう部分の構成を示しである。前記
、−軸性の複屈折性を示す材料は、複屈折層２０２で使
用される。この複屈折層２０２は異常光成分２０５（図
中においては紙面の左右方向の偏光成分）に対しｎｏ、
常光成分２０４（図中においては紙面に垂直な偏光成分
）に対しｎｏの屈折率を示し、ｎ　ｅ　＞　ｎ　ｏであ
るとする。等方性層２０１を屈折率をｎ。の媒質、等方
性層２０３を屈折率　ｎ、の媒質で構成すると、異常光
成分２０５は等方性層２０１と複屈折層２０２の境界の
レンズ形状を感じ屈折するが、常光成分２０４はそのま
ま透過する。同様な理由により、複屈折層２０２と等方
性層２０３の界面では常光成分のみが屈折する。このよ
うにして、常光成分２０４と異常光成分２０５を、空間
的に分離することができる。この構成において、複屈折
層２０２の材料としては、−軸性の複屈折性を示す、ア
ミド系の高分子材料が用いられている。しかし、複屈折
層２０２は、複雑な形状を有しており、アミド系高分子
材料をこのような形状に加工し、かつ分子的な配向処理
を施さなければならない。これは、複屈折材料をシート
状に延伸した後、エンボッシングにて形状を付与する、
もしくは予めレンズ形状を形成するように注型、固化し
た後、延伸する等の手段により達成される。しかしこれ
らの手段はきわめて精密な制御を要求され、かつ得られ
る複屈折層の形状精度、分子配向は良好なものではない
。また、このようにして作製された複屈折層と等方性層
を貼り合わせて作製する光学素子は、貼り合わせの位置
精度の誤差、貼り合わせ界面における反射などがあり、
先の複屈折層の形状精度、分子配向性の悪さと相まって
、光の一方向偏光への変換効率の悪いものであった。

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、分子配向性や成形性に優れ
た複屈折材料を用いて、容易に、光吸収の少ない、つま
り、光の一方向偏光への変換効率の高い、コンパクトか
つ安価な光学素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために本発明の光学素子は、偏光面
が互いに直交する偏光成分をもつ入射光を、空間的に分
離した後、片方の偏光成分の偏光面が他方の偏光成分と
同一になるように回転することにより、１つの偏光成分
のみをもつ出射光に変換する光学素子に於て、前記、互
いに直交する偏光成分を分離する機能を有する複屈折材
料が、液晶であることを特徴とする。また、前記光学素
子を入射光束に垂直な面内に複数構成してアレイ化した
ことを特徴とする。

〔作用〕

上記の手段によれば、複屈折材料をはさむ２つの等方性
層を予め成形しておき、それらをスペーサーを介するな
どの手段により対向させて両層間にギャップを設け、そ
のギャップに液晶を注入することにより、容易に複屈折
層を得ることが出来る。等方性層のギャップ側の面にポ
リイミドにより配向処理をしておけば、液晶の分子配向
は良好なものとなる。また等方性層を所望の形状通りに
精度良く作製しておけば、複屈折層の形状精度は良好な
ものとなる。

従って、作製される光学素子は、等方性層と複屈折層の
貼り合わせの問題がなく、かつ前述のように複屈折層の
成形精度、分子配向性が良好であるため、光の一方向偏
光への変換効率の高いものとなる。

〔実施例〕

以下、実施例に基付き本発明の詳細な説明する。

但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない
。

［実施例１］第１図に基付いて本発明の実施例を詳しく説明する。基
板１０１は、基板厚１ｍｍの屈折率１．４９の高耐熱性
アクリル系樹脂材料よりなっており片側に断面形状が凹
形である一方向集光性のリニアレンチキュラー状のパタ
ーンをアレイ状に配列したもので、個々のパターン形状
は、レンズ幅０．１ｍｍ、　　曲率半径０．２ｍｍであ
る。また、基板１０３は、基板厚１．５ｍｍの屈折率１
゜７１のフリントガラスよりなっており片側に断面形状
が凸形である一方向集光性のリニアレンチキュラー状の
バタ゛−ンをアレイ状に配列したもので、個々のパター
ン形状は、レンズ幅０．１ｍｍ、曲率半径０．２ｍｍで
ある。上記基板１０１，１０３を用いて、通常の液晶セ
ルを組む方法に準じて約１０μｍのギャップを持つセル
を張り合わせにより作製した。その後、減圧封入法によ
り約１０μｍの間隙に液晶材料（ネマチック液晶、ｎｏ
＝１．４９．ｎつ＝１．７１）を注入し、封止して、等
方性層−複屈折性層一等方性層の３Ｍ構造体を形成した
。なお、この場合基板１０１及び１０３の液晶材料と接
する面倒には、予めポリイミドによる配向剤を塗布して
おき、液晶材料が配　−向しやすいようにしておいた。

また、基板１０３の液晶材料と接しない面には、上記レ
ンズピッチに合わせて、λ／２の位相差を与える幅２０
μｍのストライプ状の位相差板１０４が予め形成されて
いる。先に示したように、常光成分と、異常光成分はそ
れぞれ異なる界面のレンズ作用により集光する。常光成
分の集光位置には、位相差板１０４が形成されており、
これを透過することにより偏光方向は９０６回転するた
め、この光学素子を透過する光線は理論上すべて異常光
成分になる。

この光学素子の、透過光に占める異常光成分の割合は、
９９．３％であった。また入射光に対する光透過率は、
９９．５％であった。

一方、−軸性の複屈折性を示すポリアミドで複屈折層１
０２を構成した同様の光学素子を作製した。基板１０１
は基板厚１ｍｍの屈折率１．５のＰＭＭＡ誘導体よりな
っており、リニアレンチキュラーパターンのレンズ幅０
．１ｍｍ、　　曲率半径０・　２８ｍｍである。基板１
０３は、基板厚１ｍｍの屈折率２．００のポリ（２，２
’−ジブロモ−４，４′−ビフェニレン）−４，４−ス
チルベンジカルボキシアミドよりなっており、リニアレ
ンチキュラーパターンのレンズ幅０．１ｍｍ、　　曲率
半径０．２８ｍｍである。複屈折層１０２はポリ［２，
２′−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ビフェ
ニレン］−２／；２’−ジメトキシ−４，４−ビフェニ
レンジカルボキシアミド（ｎ、＝１．　５゜ｎ、＝２．
００）をレンズ形状を形成するように押し出し成形をし
た後、延伸処理をすることにより作製される。この複屈
折層を予め成形しである等方性層でサンドイッチする事
により光学素子を得た。この光学素子の、透過光に占め
る異常光成分の割合は８１．１％であった。本発明素子
に比べて、低効率なのは複屈折層の配向不良及び界面形
状精度の悪さによるものである。

また従来法では、等方性層の成形及び複屈折層の成形、
分子配向及び等方性層と複屈折層の貼り合わせをおこな
わなければならないのにくらべ、本発明では、予め成形
した２つの等方性層で形成されるギャップに、液晶を注
入するだけで光学素子を作製でき、極めて作製が容易で
あることがわかる。

上記実施例では、集光レンズ体として一方向のリニアレ
ンチキュラーレンズアレイを用いたが、もちろん他の一
般的な円形、楕円形レンズでもよい。しかし、光の一方
向偏光への変換効率を高めるためには、レンズ体を二次
元的に最密充填し非レンズ部（つまり集光に関与しない
部分）が生じないようにする巳とが重要であり、そのこ
とを考慮するとレンズ形状をリニアレンチキュラー形状
とすることが最も理想的であるといえる。なお、使用で
きるその他の液晶材料としては、スメクチック系、コレ
ステリック系などがある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の光学素子は、お互いに直
交する偏光成分を有する入射光を一方向の偏光成分のみ
を有する出射光に変換する光学素子に於て、複屈折材料
として液晶材料を用いたことにより、ランダムな偏光か
ら直線偏光成分の空間的分離を行なう複屈折レンズを簡
単に構成することができる。また、液晶表示素子の製造
技術が応用できるため、製造コストを安価に抑えること
が出来る。本発明の構成では液晶分子を動かす必要が無
いため、例えば液晶の粘度特性に限定されることなく、
多種多様な液晶材料を使用することが可能である。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
種光学測定機器等、広範囲の応用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学素子の原理構造を説明するための
構成断面図。第２図は、従来の光学素子に於ける、互い
に直交する偏光成分の空間的な分離を行なう部分の構成
断面図。１０１・・・等方性層１０２・・・液晶層１０３・・・等方性層１０４・・・位相差板１０５・・・常光成分１０６・・・異常光成分１０７・・・１／２波長板２０１・・・等方性層２０２・・・複屈折層２０３・・・等方性層２０４・；・常光成分２０５・・・異常光成分以　　上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）偏光面が互いに直交する偏光成分をもつ入射光を
、空間的に分離した後、片方の偏光成分の偏光面が他方
の偏光成分と同一になるように回転することにより、１
つの偏光成分のみをもつ出射光に変換する光学素子に於
て、前記、互いに直交する偏光成分を分離する機能を有
する複屈折材料が、液晶であることを特徴とする光学素
子。
（２）前記偏光素子を入射光束に垂直な面内に複数構成
してアレイ化したことを特徴とする請求項１記載の光学
素子。