位相差板
【課題】斜め入射する光であっても、所望の位相差より極力ずれることなく射出できる位相差板を提供する。
【解決手段】光透過性で、交互に配置された第１領域及び第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の双方に、入射光の１／２波長より短いピッチで板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列された微細周期構造部１０Ａ、１０Ｂとを有する位相差基板４Ａと、位相差基板４Ａの光入射側に配置され、負のＣプレート特性を有する位相差補償基板５Ａとを備えた。
【解決手段】光透過性で、交互に配置された第１領域及び第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の双方に、入射光の１／２波長より短いピッチで板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列された微細周期構造部１０Ａ、１０Ｂとを有する位相差基板４Ａと、位相差基板４Ａの光入射側に配置され、負のＣプレート特性を有する位相差補償基板５Ａとを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の位相状態を変化させる位相差板に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元表示装置では、例えば液晶パネルの異なる画素に映し出された右目用映像と左目用映像を、位相差板によって互いに異なる偏光状態として射出する。視聴者は、左右で吸収軸の向きが異なる偏光めがねを用いて右目用映像を右目で、左用映像を左目で見ることによって三次元映像を認識する。
【０００３】
この位相差板は、画素サイズの領域で位相差が異なる、すなわちパターニングされたものが用いられる。このようなパターニングが可能な位相差板としては光配向膜と液晶ポリマーを用いたものや、構造性複屈折を用いたものがある。
【０００４】
従来の構造性複屈折を用いた位相差板としては、特許文献１に開示されたものが提案されている。この位相差板１００は、図１２に示すように、光透過性の材料より形成されている。位相差板１００には、第１微細周期構造部Ａ（Ａ1、Ａ2〜）と第２微細周期構造部Ｂ（Ｂ1、Ｂ2〜）が交互に連続して設けられている。各微細周期構造部Ａ，Ｂは、図１３及び図１４に示すように、入射光の１／２波長より十分に短いピッチで、板状溝部１０１と板状非溝部である平板部１０２が交互に連続して配列されている。第１微細周期構造部Ａと第２微細周期構造部Ｂとは、板状溝部１０１及び平板部１０２の配列方向が９０度回転した方向に設定されている。
【０００５】
このように屈折率が異なる板状溝部１０１（空気の屈折率）と平板部１０２（基板材料の屈折率）を周期的に配置することによって複屈折特性が発生する。複屈折特性の光学方向は、板状溝部１０１と平板部１０２の配列方向により決定される。このような特性を利用して、上記位相差板１００は、右目用映像と左目用映像を互いに異なる偏光状態の光に変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構造性複屈折を用いた位相差板１００は、入射光に単に複屈折作用を与える構成になっている。位相差板１００への入射光には、位相差板１００の表面に対して垂直方向に入射する光の他に、斜めから入射する光も存在する。この斜め入射する光は、垂直入射する光に対して第１微細周期構造部Ａや第２微細周期構造部Ｂを通過する光路長が長くなり、所望の位相差からずれた光となって射出する。すると、その後の偏光板で不要な光となって漏れ、右目用と左目用の画像重なりの原因になる恐れがある。
【０００８】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、斜め入射する光であっても、所望の位相差より極力ずれることなく射出できる位相差板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光透過性で、交互に配置された第１領域（Ｓ１）及び第２領域（Ｓ２）と、前記第１領域（Ｓ１）と前記第２領域（Ｓ２）の少なくとも一方に、入射光の１／２波長より短いピッチで板状溝部（１１）と板状非溝部（１２）が交互に連続して配列された微細周期構造部（１０Ａ）、（１０Ｂ）、（１４）とを有する位相差基板（４Ａ）、（４Ｂ）と、前記位相差基板（４Ａ）、（４Ｂ）の光入射側と光射出側のいずれかの面に配置され、負のＣプレート特性を有する位相差補償基板（５Ａ）、（５Ｂ）とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記微細周期構造部（１０Ａ）、（１９Ｂ）は、前記第１領域（Ｓ１）と前記第２領域（Ｓ２）に共に設け、前記第１領域（Ｓ１）の前記微細周期構造部（１０Ａ）と前記第２領域（Ｓ２）の前記微細周期構造部（１０Ｂ）とは、互いに配列方向を９０度回転した方向に設定し、前記第１領域（Ｓ１）の前記微細周期構造部（１０Ａ）と前記第２領域（Ｓ２）の前記微細周期構造部（１０Ｂ）の間には、溝が形成されていない非溝領域部（Ｓ３）を設けることが好ましい。
【００１１】
前記位相差補償基板（５Ａ）は、第１領域（Ｓ１）の前記微細周期構造部（１０Ａ）と前記第２領域（Ｓ２）の前記微細周期構造部（１０Ｂ）の双方に対応する領域が少なくとも負のＣプレート特性を有するよう形成することが好ましい。
【００１２】
前記各微細周期構造部（１０Ａ）、（１０Ｂ）は、各入射光の位相が１／４波長分ずれてそれぞれ射出する構成のものを含む。
【００１３】
前記位相差補償基板（５Ａ）は、前記非溝領域部（Ｓ３）に少なくとも対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部（６）を有することが好ましい。
【００１４】
前記遮光部（６）の幅は、前記非溝領域部（Ｓ３）の幅をＰ２、前記非溝領域部（Ｓ３）の深さをｔ、光学系のＦ値をＦとすると、Ｐ２＋（ｔ／Ｆ）であることが好ましい。
【００１５】
前記微細周期構造部（１４）は、前記第１領域（Ｓ１）と前記第２領域（Ｓ２）のいずれか一方にのみ設け、前記微細周期構造部（１４）が設けられた領域（Ｓ１）では、入射光の位相が１／２波長分ずれて射出するよう構成され、前記微細周期構造部（１４）が設けられない領域（Ｓ２）では、入射光の位相がずれずに射出するものを含む。
【００１６】
前記位相差補償基板（５Ｂ）は、前記微細周期構造部（１４）が設けられた領域（Ｓ１）に対応する領域が負のＣプレート特性を有する複屈折部（５ａ）に、前記微細周期構造部（１４）が設けられない領域（Ｓ２）に対応する領域が非複屈折部（５Ｂ）に形成することが好ましい。
【００１７】
前記位相差補償基板（５Ｂ）は、前記第１領域（Ｓ１）と前記第２領域（Ｓ２）の境界箇所に対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部（６）を有することが好ましい。
【００１８】
前記遮光部（６）の幅は、前記板状溝部の深さをｔ、光学系のＦ値をＦとすると、ｔ／Ｆであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光が位相差板に斜め入射すると、位相差基板の通過に際して所望の位相差を基準として斜め入射角度の大きさが大きくなるに従って大きな位相差ずれを起こすが、位相差補償基板の通過に際して、上記とは逆の位相差（直交した方向の位相差）が大きくなるため、位相差ずれを極力相殺するよう作用する。従って、斜め入射する光であっても、所望の位相差より極力ずれることなく射出できる位相差板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、三次元表示装置の要部概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示し、位相差板の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態を示し、（ａ）は位相差基板の一部平面図、（ｂ）は位相差基板の一部斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態を示し、位相差補償基板の位相差特性を、屈折率異方性の関係として楕円体にモデル化した図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示し、三次元表示装置の要部概略構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示し、位相差板の構成図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示し、（ａ）は位相差基板の一部平面図、（ｂ）は位相差基板の一部斜視図である。
【図８】位相差基板と位相差補償基板のマッチング条件を説明するもので、（ａ）は位相差基板の斜視図、（ｂ）位相差補償基板の斜視図、（ｃ）は位相差補償基板の屈折率異方性の関係を楕円体にモデル化した図である。
【図９】入射光の入射角に対する位相差基板と位相差補償基板の角位相差変化量を示す特性線図である。
【図１０】本発明を三次元撮像装置に適用する場合の位相差基板の構成を示す図である。
【図１１】本発明を三次元撮像装置に適用する場合の位相差基板の構成を示す図である。である。
【図１２】従来例を示し、位相差板の全体平面図である。
【図１３】従来例を示し、位相差板の一部拡大断面図である。
【図１４】従来例を示し、位相差板の微細周期構造箇所の拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１〜図４は、本発明に係る位相差板を三次元表示装置に適用した第１実施形態を示す。図１において、三次元表示装置１Ａは、映像表示素子である液晶パネル２を有する。液晶パネル２には、右目用と左目用の各画素が例えば水平ライン毎に交互に配置されている。右目用の各画素からは右目映像の光が、左目用の画素からは左目映像の光がそれぞれ射出される。射出される各光は、振動方向が同じ向きの直線偏光である。
【００２３】
位相差板３Ａは、液晶パネル２の光射出側に配置されている。位相差板３Ａは、図２に示すように、位相差基板４Ａと位相差補償基板５Ａからなり、双方の基板４Ａ，５Ａが液晶パネル２の射出光方向に互いに重なるように配置されている。位相差基板４Ａは、図３（ａ）、（ｂ）に詳しく示すように、ポリカーボネイト、又は、塩化ビニル、又は、ポリエステル、又は、ポリイミド、又は、ポリオレフィン、又は、アクリルの透明樹脂より形成されている。位相差基板４Ａには、液晶パネル２の画素サイズに合わせた寸法の第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２が交互に連続して設けられている。第１領域Ｓ１には、入射光の１／２波長より短いピッチで、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列された第１微細周期構造部１０Ａが設けられている。第２領域Ｓ２にも、入射光の１／２波長より短いピッチで、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列された第２微細周期構造部１０Ｂが設けられている。各板状溝部１１は、位相差基板４Ａの上面にのみ開口する溝であり、その内周面が閉じられた溝によって形成されている。これにより、各板状非溝部１２は、周辺の非溝部１３によって連結されている。
【００２４】
第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂは、それぞれ板状溝部１１と板状非溝部１２の周期構造によって構造性複屈折を生じる。この構造性複屈折を利用して第１微細周期構造部１０Ａが例えば＋λ／４位相差を発生させる領域に、第２微細周期構造部１０Ｂが例えば−λ／４位相差を発生させる領域に設定されている。つまり、位相差基板４Ａは、＋λ／４領域と−λ／４領域が交互に配列された±１／４波長板として構成されている。微細周期構造にあって、通過する光の位相差を所望の波長に設定できる理由については、下記する。
【００２５】
第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂでは、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向が遅相軸となり、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向の９０度回転方向が進相軸となる。第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂでは、遅相軸及び進相軸の方向が入射光である直線偏光の振動方向に対しそれぞれ４５度回転した方向に設定されている。その上、第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂでは、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向が互いに９０度回転した方向に設定され、遅相軸及び進相軸の方向が互いに９０度回転した方向となっている。
【００２６】
第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂの間には、溝が形成されていない非溝領域部Ｓ３が設けられている。
【００２７】
位相差補償基板５Ａは、図２に示すように、光透過性材料より形成されている。位相差補償基板５Ａは、その全域が負のＣプレート特性を有するように形成されている。つまり、位相差補償基板５Ａの表面の面方向には屈折率異方性がなく、面方向の垂直方向に屈折率異方性を有し、面方向の屈折率に対して垂直方向の屈折率が小さい。
【００２８】
位相差補償基板５Ａの一面には、光吸収材料からなる遮光部６が設けられている。遮光部６は、位相差基板４Ａの光入射側に密着されている。遮光部６は、位相差基板４Ａの非溝領域部Ｓ３に対応するパターンであり、非溝領域部Ｓ３に対応する位置に配置されている。
【００２９】
遮光部６の幅Ｗ１は、非溝領域部Ｓ３の幅をＰ２、非溝領域部Ｓ３の深さをｔ、光学系（レンズ）のＦ値をＦとすると、Ｗ１＝Ｐ２＋（ｔ／Ｆ）に設定されている。
【００３０】
ここで、Ｆ＝ｆ（焦点距離）／φ（口径）であり、φ／２＝ｆ／２Ｆとなる。ｆ→ｔとすると、φ／２＝ｔ／２Ｆとなり、φ＝ｔ／Ｆとなるためである。
【００３１】
位相差補償基板５Ａは、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム、波長より十分に短い膜厚で屈折率に差のある誘電体膜を積層して構造性複屈折を利用したものより形成してある。例えば、水平配向の液晶ポリマーや、延伸フィルム等のＡプレート材料を、同じ位相差を持つ状態で遅相軸を直交させて向き合わせたものである。
【００３２】
次に、位相差基板４Ａの各領域を所望の位相差に設定できる理由を説明する。
【００３３】
板状溝部１１及び板状非溝部１２が延びる方向とこれに直交する方向で有効となる屈折率ＮTM、ＮTE は、板状溝部１１の屈折率と周期構造より決定され、下記の式で求めることができる。ここで、ＴＭ，ＴＥは直線偏光の振動方向に対して±４５度の方向の成分を表す。板状溝部１１の屈折率はＮ1であり、板状非溝部１２の屈折率はＮ2である。板状溝部１１は媒体が空気であるため、Ｎ1＝１である。板状溝部１１の幅はＬ、板状非溝部１２の幅はＳ、第１及び第２微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂ（板状溝部１１及び板状非溝部１２）の深さはｄである。フィリング係数ｆは、ｆ＝Ｌ／Ｐ（ピッチＰ＝Ｌ＋Ｓ）である。
【００３４】
ＮTM＝｛ｆ・Ｎ22 ＋（１−ｆ）｝1/2
ＮTE＝[Ｎ22 ／｛ｆ ＋（１−ｆ）Ｎ22｝]1/2
上記式より射出光に与えられた位相差δは、δ＝（ＮTM−ＮTE ）×ｄで求められる。従って、位相差基板４Ａの屈折率Ｎ2と微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂの深さｄによって位相差δを制御でき、この第１実施形態では、＋λ／４領域と−λ／４領域が交互に繰り返す±１／４波長板として構成されている。
【００３５】
位相差補償基板５Ａに、遮光部６のほかにアライメントパターン部を形成すれば、位相差基板４Ａに正確な位置で固定できる。位相差補償基板５Ａと位相差基板４Ａは、板状溝部１１及び板状非溝部１２より外側位置を熱硬化性若しくは紫外線硬化性の接着剤等で固定する。
【００３６】
図１に戻り、次に、三次元表示装置１Ａの作用を説明する。液晶パネル２の右目画素では右目用映像が、液晶パネル２の左目画素では左目用映像がそれぞれ表示される。右目用映像の直線偏光の光は、位相差板３Ａを通過する際に、偏光状態が変更されて例えば右円偏光になって射出される。左目用映像の直線偏光の光は、位相差板３Ａを通過する際に、偏光状態が変更されて例えば左円偏光になって射出される。
【００３７】
図１に示すように、右目レンズ側に右円偏光の光を透過する円偏光板１５ａを、左目レンズ側に左円偏光の光を透過する円偏光板１５ｂをそれぞれ有する眼鏡１５を掛けて見ると、右目には右目用映像のみが、左目には左目用映像のみが見える。これによって、視聴者は、三次元映像を見ることができる。
【００３８】
次に、位相差板３Ａの偏光作用を詳細に説明する。光が位相差板３Ａに斜め入射すると、垂直方向に入射する光に較べて位相差基板４Ａ内を通過する光路長が長くなり、光路長は斜め入射光の角度が大きくなるに従って長くなる。つまり、入射光が傾くほど発現していく位相差が大きくなっていく。
【００３９】
一方、位相差補償板５Ａは、負のＣプレート特性を有する。屈折率異方性の関係として楕円体にモデル化すると、図４に示すようになる。図４に示すように、斜め入射光の角度が大きくなるに従って傾く方向には屈折率が小さくなり、その直角方向（傾かない方向）には屈折率の変化が無い。又、垂直方向の入射光に対して余分な位相差を与えない。
【００４０】
また、位相差板３Ａには、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向が互いに異なる第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂが設けられているが、負のＣプレート特性の位相差補償基板５Ａは、面方向に屈折率異方性がないため、第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂの双方の位相差ずれを共に補償可能である。
【００４１】
以上より、傾きのない垂直方向の入射光は、位相差基板４Ａの通過に際して所望の位相差が与えられ、且つ、位相差補償基板５Ａの通過に際して全く位相差が与えられないため、所望の位相差を持った光を射出する。傾きのある斜め入射光は、位相差基板４Ａの通過に際して所望の位相差を基準として斜め入射角度の大きさが大きくなるに従って大きな位相差ずれを起こす。しかし、位相差補償基板５Ａの通過に際し、上記とは逆の位相差（直交した方向の位相差）が大きくなるため、位相差ずれを極力相殺するよう作用する。従って、位相差板３Ａに斜め入射する光であっても、所望の位相差より極力ずれることなく射出する。
【００４２】
各微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂは、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列され、且つ、板状溝部１１はその内周面が閉じられた溝である。このように各板状溝部１１はその内周面が閉じられた溝であり、これにより各板状非溝部１２が周囲の非溝部１３で互いに連結されているため、板状溝部１１と板状非溝部１２は強度的に強い構造となり、応力や外力によって変形したり壊れたりし難い。
【００４３】
第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂの間には、溝が形成されていない非溝領域部Ｓ３が設けられている。従って、第１微細周期構造部１０Ａの板状溝部１１と第２微細周期構造部１０Ｂの板状溝部１１の間隔が広くなるため、位相差基板４Ａの強度が向上する。
【００４４】
第１及び第２微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂは、各入射光の位相が１／４波長分ずれてそれぞれ射出されるよう構成されている。従って、同じ振動方向の直線偏光が入射光である場合に、それぞれ回転方向が異なる円偏光を射出できる。
【００４５】
第１及び第２微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂは、入射光である直線偏光の振動方向に対しそれぞれ４５度回転した方向に設定されている。従って、入射光に対して最も高い効率で位相差を生じさせることができる。
【００４６】
位相差補償基板５Ａは、位相差基板４Ａの入射側で、且つ、非溝領域部Ｓ３に対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部６を有する。従って、非溝領域部Ｓ３に垂直方向で入射する光を確実に遮蔽できる。その上、この実施形態では、遮光部６の幅Ｗ１は、非溝領域部Ｓ３の幅をＰ２、非溝領域部Ｓ３の深さをｔ、光学系（レンズ）のＦ値をＦとすると、Ｗ１＝Ｐ２＋（ｔ／Ｆ）に設定されている。従って、図２に示すように、斜め入射光で、第１微細周期構造部１０Ａ又は第２微細周期構造部１０Ｂから非溝領域部Ｓ３に跨って入り込む光を阻止できるため、所望の位相差を与えられず、漏れ光となる不要な光を確実に遮蔽できる。
【００４７】
（第２実施形態）
図５〜図７は、本発明に係る位相差板を三次元表示装置に適用した第２実施形態を示す。図５において、三次元表示装置１Ｂは、映像表示素子である液晶パネル２を有する。液晶パネル２には、右目用と左目用の各画素が例えば水平ライン毎に交互に配置されている。右目用の各画素からは右目映像の光が、左目用の画素からは左目映像の光がそれぞれ射出される。射出される各光は、振動方向が同じ向きの直線偏光である。
【００４８】
位相差板３Ｂは、液晶パネル２の光射出側に配置されている。位相差板３Ｂは、図６に示すように、位相差基板４Ｂと位相差補償基板５Ｂからなり、双方の基板４Ｂ，５Ｂが液晶パネル２の射出光方向に互いに重なるように配置されている。
【００４９】
位相差基板４Ｂは、図７（ａ）、（ｂ）に詳しく示すように、ポリカーボネイト、塩化ビニル、ポリエステル、ポリイミド、ポリオレフィン、アクリル等の透明樹脂より形成されている。位相差基板４Ｂには、液晶パネル２の画素サイズに合わせた寸法の第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２が交互に連続して設けられている。第１領域Ｓ１には、入射光の１／２波長より短いピッチで、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列された微細周期構造部１４が設けられている。第２領域Ｓ２には、前記第１実施形態と異なり、何ら板状溝部が設けられていない。
【００５０】
微細周期構造部１４は、板状溝部１１と板状非溝部１２の周期構造によって、構造性複屈折を生じる。第２領域Ｓ２は、構造性複屈折を生じない。位相差基板４Ｂは、構造性複屈折を利用してλ／２領域と０領域が交互に配列されたλ／２位相差基板として構成されている。
【００５１】
微細周期構造部１４の各板状溝部１１は、位相差基板４Ｂの上面にのみ開口する溝であり、その内周面が閉じられた溝として形成されている。これにより、各板状非溝部１２は、周辺の非溝部１３によって連結されている。
【００５２】
微細周期構造部１４では、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向が遅相軸となり、配列方向の９０度回転方向が進相軸となる。微細周期構造部１４では、遅相軸及び進相軸の方向が射出光である直線偏光の振動方向に対しそれぞれ４５度回転した方向に設定されている。
【００５３】
位相差補償基板５Ｂは、図６に示すように、光透過性材料より形成されている。位相差補償基板５Ｂは、微細周期構造部１４が設けられた第１領域Ｓ１に対応する領域が負のＣプレート特性を有する複屈折部５ａに、微細周期構造部１４が設けられない第２領域Ｓ２に対応する領域が非複屈折部５ｂに形成されている。つまり、第２領域Ｓ２は、何ら複屈折特性を発現しない領域である。
【００５４】
位相差補償基板５の一面には、光吸収材料からなる遮光部６が設けられている。遮光部６は、位相差基板４Ｂの光入射側の面に密着されている。遮光部６は、第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２の境界位置に対応するパターンであり、その境界位置に対応する位置に配置されている。遮光部６の幅はＷ２、微細周期構造部１４（板状溝部１１及び板状非溝部１２）の深さをｔ、光学系の焦点距離をＦとすると、Ｗ２＝（ｔ／Ｆ）に設定されている。
【００５５】
次に、三次元表示装置１Ｂの動作を説明する。液晶パネル２の各右目画素では右目用映像が、液晶パネル２の各左目画素では左目用映像がそれぞれ表示される。右目用映像の直線偏光の光と左目用映像の直線偏光の光は、位相差板３Ｂを通過する際に、いずれか一方が９０度回転され、互いに９０度回転した直線偏光となって射出される。
【００５６】
右目レンズ側に一方の直線偏光の光を透過する偏光板１６ａを、左目レンズ側に他方の直線偏光の光を透過する偏光板１６ｂをそれぞれ有する眼鏡１６を掛けて見ると、右目には右目用映像のみが、左目には左目用映像のみが見える。これによって、視聴者は、三次元映像を見ることができる。
【００５７】
次に、位相差板３Ｂの偏光作用を詳細に説明する。位相差基板４Ｂの微細周期構造部１４が設けられていない第２領域と位相差補償基板５Ｂの非複屈折部５ｂを通過する光は、位相差が与えられない状態で射出する。一方、位相差基板４Ｂの微細周期構造部１４（第１領域Ｓ１）と位相差補償基板５Ｂの複屈折部５ａを通過する光は、前記第１実施形態で説明したのと同様の作用によって位相差を与えられる。従って、位相差板３Ｂに斜め入射する光であっても、所望の位相差より極力ずれることなく射出する。
【００５８】
微細周期構造部１４は、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列され、且つ、板状溝部１１はその内周面が閉じられた溝によって形成されている。このように各板状溝部１１はその内周面が閉じられた溝であり、これにより各板状非溝部１２が周囲の非溝部１３で互いに連結されているため、板状溝部１１と板状非溝部１２は強度的に強い構造となり、応力や外力によって変形したり壊れたりし難い。
【００５９】
微細周期構造部１４は、入射光の位相が１／２波長分ずれてそれぞれ射出されるよう構成されている。従って、同じ振動方向の直線偏光が入射光である場合に、９０度回転した直線偏光として射出できる。
【００６０】
微細周期構造部１４は、入射光である直線偏光の振動方向に対しそれぞれ４５度回転した方向に設定されている。従って、入射光に対して最も高い効率で位相差を生じさせることができる。
【００６１】
位相差補償基板５Ｂは、位相差基板４Ｂの入射面側で、且つ、微細周期構造部１４と微細周期構造が形成されていない第２領域Ｓ２との境界位置には、光吸収材料からなる遮光部６が配置されているので、斜め入射して微細周期構造部１４と微細周期構造でない第２領域Ｓ２を跨って通過する光を遮蔽できる。特に、この実施形態では、遮光部６の幅Ｗ２は、微細周期構造部１４（板状溝部１１及び板状非溝部１２）の深さをｔ、光学系（レンズ）のＦ値をＦとすると、ｔ／Ｆに設定されている。従って、図６に示すように、斜め入射光で、微細周期構造部１４と微細周期構造が形成されていない第２領域Ｓ２とを跨って通過する光を確実に阻止できるため、所望の位相差を与えられず、漏れ光となる不要な光を確実に遮蔽できる。
【００６２】
（位相差基板と位相差補償基板のマッチング条件）
次に、第１実施形態の位相差板３Ａを例として、位相差基板４Ａと位相差補償基板５Ａの位相差のマッチング条件を説明する。
【００６３】
先ず、斜め入射光における位相差基板４Ａの位相差変化量δ１を求める。図８（ａ）において、位相差基板４Ａの表面の面方向の互いに直交する屈折率をＮ１、Ｎ２（Ｎ２＜Ｎ１）とすると、屈折率差ΔＮaは、
ΔＮa＝Ｎ１−Ｎ２である。
【００６４】
位相差基板４Ａの微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂの深さをｄ１、入射光の傾斜角をθとすると、位相差基板４Ａの位相差変化量δ１は、
δ１＝ΔＮa・ｄ１（１−１／ｃｏｓθ）である。
【００６５】
ここで、入射光の傾斜角θが変わっても、屈折率差ΔＮaは変化しない。フィリング係数ｆは、ライン幅Ｌ、ピッチＰにて屈折率が変化するが、傾斜角θが変わってもライン幅Ｌ、ピッチＰ共に１／ｃｏｓθだけ変化するだけなので、キャンセルしてフィリング係数ｆは変化しない。
【００６６】
従って、位相差基板４Ａの位相差変化量δ１は、光路長のみによって変化する。
【００６７】
次に、斜め入射光における位相差補償基板５Ａの位相差変化量δ２を求める。図８（ｂ）において、位相差補償基板５Ａの表面の面方向の屈折率をＮ３、面方向に直交する方向の屈折率をＮ４（Ｎ４＜Ｎ３）、入射光の傾斜角をθとすると、屈折率差ΔＮbは、楕円の座標（図８（ｃ）参照）より
ΔＮb＝｛（Ｎ３・ｃｏｓθ）2＋（Ｎ４・ｃｏｓθ）2｝1/2である。
【００６８】
位相差補償基板５Ａの深さ（板厚）をｄ２とすると、位相差補償基板５Ａの位相差変化量δ２は、
δ２＝ΔＮb・ｄ２／ｃｏｓθである。
【００６９】
ここで、入射光の傾斜角θが変わると屈折率差ΔＮbが変化し、又、光路長も変化する。従って、位相差補償基板５Ａの位相差変化量δ２は、屈折率差ΔＮbと光路長によって変化する。以上より、位相差補償基板５の屈折率差ΔＮbと深さ（板厚）ｄ２を調整することによりマッチング可能となる。
【００７０】
例えば、位相差基板４Ａと位相差補償基板５Ａの各値を下記の表１とすると、入射角の傾斜角θに対する位相差変化量δ１、δ２が下記の表２のようになる。
【００７１】
【表１】
【００７２】
【表２】
【００７３】
入射光の傾斜角θに対するそれぞれの位相差変化量δ１、δ２は、図９に示すような特性線図となり、位相差板３Ａに斜め入射する光であっても、ほぼ所望の位相差（±λ／４）で射出させることができる。
【００７４】
（変形例等）
前記各実施形態では、位相差補償基板５Ａ，５Ｂは、位相差基板４Ａ，４Ｂの入射面側に配置したが、射出面側に配置しても良い。
【００７５】
前記第１実施形態では、位相差基板４Ａ，４Ｂには、共に微細周期構造による＋λ／４領域と−λ／４領域を交互に構成したが、これに限定されず微細周期構造によって種々の波長差領域を構成可能である。
【００７６】
前記第１実施形態では、位相差補償基板５Ａは、全域が負のＣプレート特性を有する複屈折構造に形成されているが、第１領域Ｓ１の第１微細周期構造部１０Ａと第２領域Ｓ２の第２微細周期構造部１０Ｂの双方に対応する領域について、少なくとも負のＣプレート特性を有する複屈折構造に形成すれば良い。
【００７７】
前記第２実施形態では、位相差基板４Ｂには、微細周期構造によるλ／２領域と位相差なしの０領域を交互に構成したが、これに限定されず微細周期構造によって種々の波長差領域を構成可能である。
【００７８】
また、前記各実施形態では、本発明の三次元表示装置への適用について述べたが、三次元撮像装置への適用も可能である。位相差基板４Ａ，４Ｂは、図１０に示すように＋λ／４と−λ／４の領域Ｓ１，Ｓ２を交互に繰り返す構成や、図１１に示すようにλ／２と０の領域を交互に繰り返す構成のものを使用する。位相差補償基板は、±λ／４の全領域に対して、負のＣプレート特性を有するものや、λ／２の領域で負のＣプレート特性を有し、０の領域で何ら複屈折特性を有しないものを使用する。すなわち、偏光状態と入射出の関係が三次元表示装置と逆になれば良い。
【００７９】
例えば、左右の目に対応した映像光それぞれが、図１０のような回転方向が異なる円偏光か、図１１のようなお互いの軸が９０度回転した直線偏光として位相差基板４Ａ，４Ｂに入射する。その光が位相差基板４Ａ，４Ｂの左右の目それぞれに対応した領域を透過することで、領域Ｓ１，Ｓ２毎に軸の向きが異なる直線偏光として射出される。その後偏光板を透過することで、ある領域では左目用の映像の直線偏光のみが、別の領域では右目用の映像の直線偏光のみが射出される。そして、位相差板に斜め入射する光であっても、位相差補償基板の補償機能によって所望の位相差より極力ずれることなく射出される。
【符号の説明】
【００８０】
２ 液晶パネル（表示素子）
３Ａ，３Ｂ 位相差板
４Ａ，４Ｂ 位相差基板
５Ａ，５Ｂ 位相差補償基板
５ａ 複屈折部
５ｂ 非複屈折部
６ 遮光部
１０Ａ 第１微細周期構造部
１０Ｂ 第２微細周期構造部
１１ 板状溝部
１２ 板状非溝部
１４ 微細周期構造部
Ｓ１ 第１領域
Ｓ２ 第２領域
Ｓ３ 非溝領域部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の位相状態を変化させる位相差板に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元表示装置では、例えば液晶パネルの異なる画素に映し出された右目用映像と左目用映像を、位相差板によって互いに異なる偏光状態として射出する。視聴者は、左右で吸収軸の向きが異なる偏光めがねを用いて右目用映像を右目で、左用映像を左目で見ることによって三次元映像を認識する。
【０００３】
この位相差板は、画素サイズの領域で位相差が異なる、すなわちパターニングされたものが用いられる。このようなパターニングが可能な位相差板としては光配向膜と液晶ポリマーを用いたものや、構造性複屈折を用いたものがある。
【０００４】
従来の構造性複屈折を用いた位相差板としては、特許文献１に開示されたものが提案されている。この位相差板１００は、図１２に示すように、光透過性の材料より形成されている。位相差板１００には、第１微細周期構造部Ａ（Ａ1、Ａ2〜）と第２微細周期構造部Ｂ（Ｂ1、Ｂ2〜）が交互に連続して設けられている。各微細周期構造部Ａ，Ｂは、図１３及び図１４に示すように、入射光の１／２波長より十分に短いピッチで、板状溝部１０１と板状非溝部である平板部１０２が交互に連続して配列されている。第１微細周期構造部Ａと第２微細周期構造部Ｂとは、板状溝部１０１及び平板部１０２の配列方向が９０度回転した方向に設定されている。
【０００５】
このように屈折率が異なる板状溝部１０１（空気の屈折率）と平板部１０２（基板材料の屈折率）を周期的に配置することによって複屈折特性が発生する。複屈折特性の光学方向は、板状溝部１０１と平板部１０２の配列方向により決定される。このような特性を利用して、上記位相差板１００は、右目用映像と左目用映像を互いに異なる偏光状態の光に変更する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３０４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構造性複屈折を用いた位相差板１００は、入射光に単に複屈折作用を与える構成になっている。位相差板１００への入射光には、位相差板１００の表面に対して垂直方向に入射する光の他に、斜めから入射する光も存在する。この斜め入射する光は、垂直入射する光に対して第１微細周期構造部Ａや第２微細周期構造部Ｂを通過する光路長が長くなり、所望の位相差からずれた光となって射出する。すると、その後の偏光板で不要な光となって漏れ、右目用と左目用の画像重なりの原因になる恐れがある。
【０００８】
そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、斜め入射する光であっても、所望の位相差より極力ずれることなく射出できる位相差板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光透過性で、交互に配置された第１領域（Ｓ１）及び第２領域（Ｓ２）と、前記第１領域（Ｓ１）と前記第２領域（Ｓ２）の少なくとも一方に、入射光の１／２波長より短いピッチで板状溝部（１１）と板状非溝部（１２）が交互に連続して配列された微細周期構造部（１０Ａ）、（１０Ｂ）、（１４）とを有する位相差基板（４Ａ）、（４Ｂ）と、前記位相差基板（４Ａ）、（４Ｂ）の光入射側と光射出側のいずれかの面に配置され、負のＣプレート特性を有する位相差補償基板（５Ａ）、（５Ｂ）とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
前記微細周期構造部（１０Ａ）、（１９Ｂ）は、前記第１領域（Ｓ１）と前記第２領域（Ｓ２）に共に設け、前記第１領域（Ｓ１）の前記微細周期構造部（１０Ａ）と前記第２領域（Ｓ２）の前記微細周期構造部（１０Ｂ）とは、互いに配列方向を９０度回転した方向に設定し、前記第１領域（Ｓ１）の前記微細周期構造部（１０Ａ）と前記第２領域（Ｓ２）の前記微細周期構造部（１０Ｂ）の間には、溝が形成されていない非溝領域部（Ｓ３）を設けることが好ましい。
【００１１】
前記位相差補償基板（５Ａ）は、第１領域（Ｓ１）の前記微細周期構造部（１０Ａ）と前記第２領域（Ｓ２）の前記微細周期構造部（１０Ｂ）の双方に対応する領域が少なくとも負のＣプレート特性を有するよう形成することが好ましい。
【００１２】
前記各微細周期構造部（１０Ａ）、（１０Ｂ）は、各入射光の位相が１／４波長分ずれてそれぞれ射出する構成のものを含む。
【００１３】
前記位相差補償基板（５Ａ）は、前記非溝領域部（Ｓ３）に少なくとも対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部（６）を有することが好ましい。
【００１４】
前記遮光部（６）の幅は、前記非溝領域部（Ｓ３）の幅をＰ２、前記非溝領域部（Ｓ３）の深さをｔ、光学系のＦ値をＦとすると、Ｐ２＋（ｔ／Ｆ）であることが好ましい。
【００１５】
前記微細周期構造部（１４）は、前記第１領域（Ｓ１）と前記第２領域（Ｓ２）のいずれか一方にのみ設け、前記微細周期構造部（１４）が設けられた領域（Ｓ１）では、入射光の位相が１／２波長分ずれて射出するよう構成され、前記微細周期構造部（１４）が設けられない領域（Ｓ２）では、入射光の位相がずれずに射出するものを含む。
【００１６】
前記位相差補償基板（５Ｂ）は、前記微細周期構造部（１４）が設けられた領域（Ｓ１）に対応する領域が負のＣプレート特性を有する複屈折部（５ａ）に、前記微細周期構造部（１４）が設けられない領域（Ｓ２）に対応する領域が非複屈折部（５Ｂ）に形成することが好ましい。
【００１７】
前記位相差補償基板（５Ｂ）は、前記第１領域（Ｓ１）と前記第２領域（Ｓ２）の境界箇所に対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部（６）を有することが好ましい。
【００１８】
前記遮光部（６）の幅は、前記板状溝部の深さをｔ、光学系のＦ値をＦとすると、ｔ／Ｆであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、光が位相差板に斜め入射すると、位相差基板の通過に際して所望の位相差を基準として斜め入射角度の大きさが大きくなるに従って大きな位相差ずれを起こすが、位相差補償基板の通過に際して、上記とは逆の位相差（直交した方向の位相差）が大きくなるため、位相差ずれを極力相殺するよう作用する。従って、斜め入射する光であっても、所望の位相差より極力ずれることなく射出できる位相差板を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態を示し、三次元表示装置の要部概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態を示し、位相差板の構成図である。
【図３】本発明の第１実施形態を示し、（ａ）は位相差基板の一部平面図、（ｂ）は位相差基板の一部斜視図である。
【図４】本発明の第１実施形態を示し、位相差補償基板の位相差特性を、屈折率異方性の関係として楕円体にモデル化した図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示し、三次元表示装置の要部概略構成図である。
【図６】本発明の第２実施形態を示し、位相差板の構成図である。
【図７】本発明の第２実施形態を示し、（ａ）は位相差基板の一部平面図、（ｂ）は位相差基板の一部斜視図である。
【図８】位相差基板と位相差補償基板のマッチング条件を説明するもので、（ａ）は位相差基板の斜視図、（ｂ）位相差補償基板の斜視図、（ｃ）は位相差補償基板の屈折率異方性の関係を楕円体にモデル化した図である。
【図９】入射光の入射角に対する位相差基板と位相差補償基板の角位相差変化量を示す特性線図である。
【図１０】本発明を三次元撮像装置に適用する場合の位相差基板の構成を示す図である。
【図１１】本発明を三次元撮像装置に適用する場合の位相差基板の構成を示す図である。である。
【図１２】従来例を示し、位相差板の全体平面図である。
【図１３】従来例を示し、位相差板の一部拡大断面図である。
【図１４】従来例を示し、位相差板の微細周期構造箇所の拡大斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１〜図４は、本発明に係る位相差板を三次元表示装置に適用した第１実施形態を示す。図１において、三次元表示装置１Ａは、映像表示素子である液晶パネル２を有する。液晶パネル２には、右目用と左目用の各画素が例えば水平ライン毎に交互に配置されている。右目用の各画素からは右目映像の光が、左目用の画素からは左目映像の光がそれぞれ射出される。射出される各光は、振動方向が同じ向きの直線偏光である。
【００２３】
位相差板３Ａは、液晶パネル２の光射出側に配置されている。位相差板３Ａは、図２に示すように、位相差基板４Ａと位相差補償基板５Ａからなり、双方の基板４Ａ，５Ａが液晶パネル２の射出光方向に互いに重なるように配置されている。位相差基板４Ａは、図３（ａ）、（ｂ）に詳しく示すように、ポリカーボネイト、又は、塩化ビニル、又は、ポリエステル、又は、ポリイミド、又は、ポリオレフィン、又は、アクリルの透明樹脂より形成されている。位相差基板４Ａには、液晶パネル２の画素サイズに合わせた寸法の第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２が交互に連続して設けられている。第１領域Ｓ１には、入射光の１／２波長より短いピッチで、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列された第１微細周期構造部１０Ａが設けられている。第２領域Ｓ２にも、入射光の１／２波長より短いピッチで、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列された第２微細周期構造部１０Ｂが設けられている。各板状溝部１１は、位相差基板４Ａの上面にのみ開口する溝であり、その内周面が閉じられた溝によって形成されている。これにより、各板状非溝部１２は、周辺の非溝部１３によって連結されている。
【００２４】
第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂは、それぞれ板状溝部１１と板状非溝部１２の周期構造によって構造性複屈折を生じる。この構造性複屈折を利用して第１微細周期構造部１０Ａが例えば＋λ／４位相差を発生させる領域に、第２微細周期構造部１０Ｂが例えば−λ／４位相差を発生させる領域に設定されている。つまり、位相差基板４Ａは、＋λ／４領域と−λ／４領域が交互に配列された±１／４波長板として構成されている。微細周期構造にあって、通過する光の位相差を所望の波長に設定できる理由については、下記する。
【００２５】
第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂでは、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向が遅相軸となり、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向の９０度回転方向が進相軸となる。第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂでは、遅相軸及び進相軸の方向が入射光である直線偏光の振動方向に対しそれぞれ４５度回転した方向に設定されている。その上、第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂでは、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向が互いに９０度回転した方向に設定され、遅相軸及び進相軸の方向が互いに９０度回転した方向となっている。
【００２６】
第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂの間には、溝が形成されていない非溝領域部Ｓ３が設けられている。
【００２７】
位相差補償基板５Ａは、図２に示すように、光透過性材料より形成されている。位相差補償基板５Ａは、その全域が負のＣプレート特性を有するように形成されている。つまり、位相差補償基板５Ａの表面の面方向には屈折率異方性がなく、面方向の垂直方向に屈折率異方性を有し、面方向の屈折率に対して垂直方向の屈折率が小さい。
【００２８】
位相差補償基板５Ａの一面には、光吸収材料からなる遮光部６が設けられている。遮光部６は、位相差基板４Ａの光入射側に密着されている。遮光部６は、位相差基板４Ａの非溝領域部Ｓ３に対応するパターンであり、非溝領域部Ｓ３に対応する位置に配置されている。
【００２９】
遮光部６の幅Ｗ１は、非溝領域部Ｓ３の幅をＰ２、非溝領域部Ｓ３の深さをｔ、光学系（レンズ）のＦ値をＦとすると、Ｗ１＝Ｐ２＋（ｔ／Ｆ）に設定されている。
【００３０】
ここで、Ｆ＝ｆ（焦点距離）／φ（口径）であり、φ／２＝ｆ／２Ｆとなる。ｆ→ｔとすると、φ／２＝ｔ／２Ｆとなり、φ＝ｔ／Ｆとなるためである。
【００３１】
位相差補償基板５Ａは、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）フィルム、波長より十分に短い膜厚で屈折率に差のある誘電体膜を積層して構造性複屈折を利用したものより形成してある。例えば、水平配向の液晶ポリマーや、延伸フィルム等のＡプレート材料を、同じ位相差を持つ状態で遅相軸を直交させて向き合わせたものである。
【００３２】
次に、位相差基板４Ａの各領域を所望の位相差に設定できる理由を説明する。
【００３３】
板状溝部１１及び板状非溝部１２が延びる方向とこれに直交する方向で有効となる屈折率ＮTM、ＮTE は、板状溝部１１の屈折率と周期構造より決定され、下記の式で求めることができる。ここで、ＴＭ，ＴＥは直線偏光の振動方向に対して±４５度の方向の成分を表す。板状溝部１１の屈折率はＮ1であり、板状非溝部１２の屈折率はＮ2である。板状溝部１１は媒体が空気であるため、Ｎ1＝１である。板状溝部１１の幅はＬ、板状非溝部１２の幅はＳ、第１及び第２微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂ（板状溝部１１及び板状非溝部１２）の深さはｄである。フィリング係数ｆは、ｆ＝Ｌ／Ｐ（ピッチＰ＝Ｌ＋Ｓ）である。
【００３４】
ＮTM＝｛ｆ・Ｎ22 ＋（１−ｆ）｝1/2
ＮTE＝[Ｎ22 ／｛ｆ ＋（１−ｆ）Ｎ22｝]1/2
上記式より射出光に与えられた位相差δは、δ＝（ＮTM−ＮTE ）×ｄで求められる。従って、位相差基板４Ａの屈折率Ｎ2と微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂの深さｄによって位相差δを制御でき、この第１実施形態では、＋λ／４領域と−λ／４領域が交互に繰り返す±１／４波長板として構成されている。
【００３５】
位相差補償基板５Ａに、遮光部６のほかにアライメントパターン部を形成すれば、位相差基板４Ａに正確な位置で固定できる。位相差補償基板５Ａと位相差基板４Ａは、板状溝部１１及び板状非溝部１２より外側位置を熱硬化性若しくは紫外線硬化性の接着剤等で固定する。
【００３６】
図１に戻り、次に、三次元表示装置１Ａの作用を説明する。液晶パネル２の右目画素では右目用映像が、液晶パネル２の左目画素では左目用映像がそれぞれ表示される。右目用映像の直線偏光の光は、位相差板３Ａを通過する際に、偏光状態が変更されて例えば右円偏光になって射出される。左目用映像の直線偏光の光は、位相差板３Ａを通過する際に、偏光状態が変更されて例えば左円偏光になって射出される。
【００３７】
図１に示すように、右目レンズ側に右円偏光の光を透過する円偏光板１５ａを、左目レンズ側に左円偏光の光を透過する円偏光板１５ｂをそれぞれ有する眼鏡１５を掛けて見ると、右目には右目用映像のみが、左目には左目用映像のみが見える。これによって、視聴者は、三次元映像を見ることができる。
【００３８】
次に、位相差板３Ａの偏光作用を詳細に説明する。光が位相差板３Ａに斜め入射すると、垂直方向に入射する光に較べて位相差基板４Ａ内を通過する光路長が長くなり、光路長は斜め入射光の角度が大きくなるに従って長くなる。つまり、入射光が傾くほど発現していく位相差が大きくなっていく。
【００３９】
一方、位相差補償板５Ａは、負のＣプレート特性を有する。屈折率異方性の関係として楕円体にモデル化すると、図４に示すようになる。図４に示すように、斜め入射光の角度が大きくなるに従って傾く方向には屈折率が小さくなり、その直角方向（傾かない方向）には屈折率の変化が無い。又、垂直方向の入射光に対して余分な位相差を与えない。
【００４０】
また、位相差板３Ａには、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向が互いに異なる第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂが設けられているが、負のＣプレート特性の位相差補償基板５Ａは、面方向に屈折率異方性がないため、第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂの双方の位相差ずれを共に補償可能である。
【００４１】
以上より、傾きのない垂直方向の入射光は、位相差基板４Ａの通過に際して所望の位相差が与えられ、且つ、位相差補償基板５Ａの通過に際して全く位相差が与えられないため、所望の位相差を持った光を射出する。傾きのある斜め入射光は、位相差基板４Ａの通過に際して所望の位相差を基準として斜め入射角度の大きさが大きくなるに従って大きな位相差ずれを起こす。しかし、位相差補償基板５Ａの通過に際し、上記とは逆の位相差（直交した方向の位相差）が大きくなるため、位相差ずれを極力相殺するよう作用する。従って、位相差板３Ａに斜め入射する光であっても、所望の位相差より極力ずれることなく射出する。
【００４２】
各微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂは、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列され、且つ、板状溝部１１はその内周面が閉じられた溝である。このように各板状溝部１１はその内周面が閉じられた溝であり、これにより各板状非溝部１２が周囲の非溝部１３で互いに連結されているため、板状溝部１１と板状非溝部１２は強度的に強い構造となり、応力や外力によって変形したり壊れたりし難い。
【００４３】
第１微細周期構造部１０Ａと第２微細周期構造部１０Ｂの間には、溝が形成されていない非溝領域部Ｓ３が設けられている。従って、第１微細周期構造部１０Ａの板状溝部１１と第２微細周期構造部１０Ｂの板状溝部１１の間隔が広くなるため、位相差基板４Ａの強度が向上する。
【００４４】
第１及び第２微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂは、各入射光の位相が１／４波長分ずれてそれぞれ射出されるよう構成されている。従って、同じ振動方向の直線偏光が入射光である場合に、それぞれ回転方向が異なる円偏光を射出できる。
【００４５】
第１及び第２微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂは、入射光である直線偏光の振動方向に対しそれぞれ４５度回転した方向に設定されている。従って、入射光に対して最も高い効率で位相差を生じさせることができる。
【００４６】
位相差補償基板５Ａは、位相差基板４Ａの入射側で、且つ、非溝領域部Ｓ３に対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部６を有する。従って、非溝領域部Ｓ３に垂直方向で入射する光を確実に遮蔽できる。その上、この実施形態では、遮光部６の幅Ｗ１は、非溝領域部Ｓ３の幅をＰ２、非溝領域部Ｓ３の深さをｔ、光学系（レンズ）のＦ値をＦとすると、Ｗ１＝Ｐ２＋（ｔ／Ｆ）に設定されている。従って、図２に示すように、斜め入射光で、第１微細周期構造部１０Ａ又は第２微細周期構造部１０Ｂから非溝領域部Ｓ３に跨って入り込む光を阻止できるため、所望の位相差を与えられず、漏れ光となる不要な光を確実に遮蔽できる。
【００４７】
（第２実施形態）
図５〜図７は、本発明に係る位相差板を三次元表示装置に適用した第２実施形態を示す。図５において、三次元表示装置１Ｂは、映像表示素子である液晶パネル２を有する。液晶パネル２には、右目用と左目用の各画素が例えば水平ライン毎に交互に配置されている。右目用の各画素からは右目映像の光が、左目用の画素からは左目映像の光がそれぞれ射出される。射出される各光は、振動方向が同じ向きの直線偏光である。
【００４８】
位相差板３Ｂは、液晶パネル２の光射出側に配置されている。位相差板３Ｂは、図６に示すように、位相差基板４Ｂと位相差補償基板５Ｂからなり、双方の基板４Ｂ，５Ｂが液晶パネル２の射出光方向に互いに重なるように配置されている。
【００４９】
位相差基板４Ｂは、図７（ａ）、（ｂ）に詳しく示すように、ポリカーボネイト、塩化ビニル、ポリエステル、ポリイミド、ポリオレフィン、アクリル等の透明樹脂より形成されている。位相差基板４Ｂには、液晶パネル２の画素サイズに合わせた寸法の第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２が交互に連続して設けられている。第１領域Ｓ１には、入射光の１／２波長より短いピッチで、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列された微細周期構造部１４が設けられている。第２領域Ｓ２には、前記第１実施形態と異なり、何ら板状溝部が設けられていない。
【００５０】
微細周期構造部１４は、板状溝部１１と板状非溝部１２の周期構造によって、構造性複屈折を生じる。第２領域Ｓ２は、構造性複屈折を生じない。位相差基板４Ｂは、構造性複屈折を利用してλ／２領域と０領域が交互に配列されたλ／２位相差基板として構成されている。
【００５１】
微細周期構造部１４の各板状溝部１１は、位相差基板４Ｂの上面にのみ開口する溝であり、その内周面が閉じられた溝として形成されている。これにより、各板状非溝部１２は、周辺の非溝部１３によって連結されている。
【００５２】
微細周期構造部１４では、板状溝部１１と板状非溝部１２の配列方向が遅相軸となり、配列方向の９０度回転方向が進相軸となる。微細周期構造部１４では、遅相軸及び進相軸の方向が射出光である直線偏光の振動方向に対しそれぞれ４５度回転した方向に設定されている。
【００５３】
位相差補償基板５Ｂは、図６に示すように、光透過性材料より形成されている。位相差補償基板５Ｂは、微細周期構造部１４が設けられた第１領域Ｓ１に対応する領域が負のＣプレート特性を有する複屈折部５ａに、微細周期構造部１４が設けられない第２領域Ｓ２に対応する領域が非複屈折部５ｂに形成されている。つまり、第２領域Ｓ２は、何ら複屈折特性を発現しない領域である。
【００５４】
位相差補償基板５の一面には、光吸収材料からなる遮光部６が設けられている。遮光部６は、位相差基板４Ｂの光入射側の面に密着されている。遮光部６は、第１領域Ｓ１と第２領域Ｓ２の境界位置に対応するパターンであり、その境界位置に対応する位置に配置されている。遮光部６の幅はＷ２、微細周期構造部１４（板状溝部１１及び板状非溝部１２）の深さをｔ、光学系の焦点距離をＦとすると、Ｗ２＝（ｔ／Ｆ）に設定されている。
【００５５】
次に、三次元表示装置１Ｂの動作を説明する。液晶パネル２の各右目画素では右目用映像が、液晶パネル２の各左目画素では左目用映像がそれぞれ表示される。右目用映像の直線偏光の光と左目用映像の直線偏光の光は、位相差板３Ｂを通過する際に、いずれか一方が９０度回転され、互いに９０度回転した直線偏光となって射出される。
【００５６】
右目レンズ側に一方の直線偏光の光を透過する偏光板１６ａを、左目レンズ側に他方の直線偏光の光を透過する偏光板１６ｂをそれぞれ有する眼鏡１６を掛けて見ると、右目には右目用映像のみが、左目には左目用映像のみが見える。これによって、視聴者は、三次元映像を見ることができる。
【００５７】
次に、位相差板３Ｂの偏光作用を詳細に説明する。位相差基板４Ｂの微細周期構造部１４が設けられていない第２領域と位相差補償基板５Ｂの非複屈折部５ｂを通過する光は、位相差が与えられない状態で射出する。一方、位相差基板４Ｂの微細周期構造部１４（第１領域Ｓ１）と位相差補償基板５Ｂの複屈折部５ａを通過する光は、前記第１実施形態で説明したのと同様の作用によって位相差を与えられる。従って、位相差板３Ｂに斜め入射する光であっても、所望の位相差より極力ずれることなく射出する。
【００５８】
微細周期構造部１４は、板状溝部１１と板状非溝部１２が交互に連続して配列され、且つ、板状溝部１１はその内周面が閉じられた溝によって形成されている。このように各板状溝部１１はその内周面が閉じられた溝であり、これにより各板状非溝部１２が周囲の非溝部１３で互いに連結されているため、板状溝部１１と板状非溝部１２は強度的に強い構造となり、応力や外力によって変形したり壊れたりし難い。
【００５９】
微細周期構造部１４は、入射光の位相が１／２波長分ずれてそれぞれ射出されるよう構成されている。従って、同じ振動方向の直線偏光が入射光である場合に、９０度回転した直線偏光として射出できる。
【００６０】
微細周期構造部１４は、入射光である直線偏光の振動方向に対しそれぞれ４５度回転した方向に設定されている。従って、入射光に対して最も高い効率で位相差を生じさせることができる。
【００６１】
位相差補償基板５Ｂは、位相差基板４Ｂの入射面側で、且つ、微細周期構造部１４と微細周期構造が形成されていない第２領域Ｓ２との境界位置には、光吸収材料からなる遮光部６が配置されているので、斜め入射して微細周期構造部１４と微細周期構造でない第２領域Ｓ２を跨って通過する光を遮蔽できる。特に、この実施形態では、遮光部６の幅Ｗ２は、微細周期構造部１４（板状溝部１１及び板状非溝部１２）の深さをｔ、光学系（レンズ）のＦ値をＦとすると、ｔ／Ｆに設定されている。従って、図６に示すように、斜め入射光で、微細周期構造部１４と微細周期構造が形成されていない第２領域Ｓ２とを跨って通過する光を確実に阻止できるため、所望の位相差を与えられず、漏れ光となる不要な光を確実に遮蔽できる。
【００６２】
（位相差基板と位相差補償基板のマッチング条件）
次に、第１実施形態の位相差板３Ａを例として、位相差基板４Ａと位相差補償基板５Ａの位相差のマッチング条件を説明する。
【００６３】
先ず、斜め入射光における位相差基板４Ａの位相差変化量δ１を求める。図８（ａ）において、位相差基板４Ａの表面の面方向の互いに直交する屈折率をＮ１、Ｎ２（Ｎ２＜Ｎ１）とすると、屈折率差ΔＮaは、
ΔＮa＝Ｎ１−Ｎ２である。
【００６４】
位相差基板４Ａの微細周期構造部１０Ａ，１０Ｂの深さをｄ１、入射光の傾斜角をθとすると、位相差基板４Ａの位相差変化量δ１は、
δ１＝ΔＮa・ｄ１（１−１／ｃｏｓθ）である。
【００６５】
ここで、入射光の傾斜角θが変わっても、屈折率差ΔＮaは変化しない。フィリング係数ｆは、ライン幅Ｌ、ピッチＰにて屈折率が変化するが、傾斜角θが変わってもライン幅Ｌ、ピッチＰ共に１／ｃｏｓθだけ変化するだけなので、キャンセルしてフィリング係数ｆは変化しない。
【００６６】
従って、位相差基板４Ａの位相差変化量δ１は、光路長のみによって変化する。
【００６７】
次に、斜め入射光における位相差補償基板５Ａの位相差変化量δ２を求める。図８（ｂ）において、位相差補償基板５Ａの表面の面方向の屈折率をＮ３、面方向に直交する方向の屈折率をＮ４（Ｎ４＜Ｎ３）、入射光の傾斜角をθとすると、屈折率差ΔＮbは、楕円の座標（図８（ｃ）参照）より
ΔＮb＝｛（Ｎ３・ｃｏｓθ）2＋（Ｎ４・ｃｏｓθ）2｝1/2である。
【００６８】
位相差補償基板５Ａの深さ（板厚）をｄ２とすると、位相差補償基板５Ａの位相差変化量δ２は、
δ２＝ΔＮb・ｄ２／ｃｏｓθである。
【００６９】
ここで、入射光の傾斜角θが変わると屈折率差ΔＮbが変化し、又、光路長も変化する。従って、位相差補償基板５Ａの位相差変化量δ２は、屈折率差ΔＮbと光路長によって変化する。以上より、位相差補償基板５の屈折率差ΔＮbと深さ（板厚）ｄ２を調整することによりマッチング可能となる。
【００７０】
例えば、位相差基板４Ａと位相差補償基板５Ａの各値を下記の表１とすると、入射角の傾斜角θに対する位相差変化量δ１、δ２が下記の表２のようになる。
【００７１】
【表１】
【００７２】
【表２】
【００７３】
入射光の傾斜角θに対するそれぞれの位相差変化量δ１、δ２は、図９に示すような特性線図となり、位相差板３Ａに斜め入射する光であっても、ほぼ所望の位相差（±λ／４）で射出させることができる。
【００７４】
（変形例等）
前記各実施形態では、位相差補償基板５Ａ，５Ｂは、位相差基板４Ａ，４Ｂの入射面側に配置したが、射出面側に配置しても良い。
【００７５】
前記第１実施形態では、位相差基板４Ａ，４Ｂには、共に微細周期構造による＋λ／４領域と−λ／４領域を交互に構成したが、これに限定されず微細周期構造によって種々の波長差領域を構成可能である。
【００７６】
前記第１実施形態では、位相差補償基板５Ａは、全域が負のＣプレート特性を有する複屈折構造に形成されているが、第１領域Ｓ１の第１微細周期構造部１０Ａと第２領域Ｓ２の第２微細周期構造部１０Ｂの双方に対応する領域について、少なくとも負のＣプレート特性を有する複屈折構造に形成すれば良い。
【００７７】
前記第２実施形態では、位相差基板４Ｂには、微細周期構造によるλ／２領域と位相差なしの０領域を交互に構成したが、これに限定されず微細周期構造によって種々の波長差領域を構成可能である。
【００７８】
また、前記各実施形態では、本発明の三次元表示装置への適用について述べたが、三次元撮像装置への適用も可能である。位相差基板４Ａ，４Ｂは、図１０に示すように＋λ／４と−λ／４の領域Ｓ１，Ｓ２を交互に繰り返す構成や、図１１に示すようにλ／２と０の領域を交互に繰り返す構成のものを使用する。位相差補償基板は、±λ／４の全領域に対して、負のＣプレート特性を有するものや、λ／２の領域で負のＣプレート特性を有し、０の領域で何ら複屈折特性を有しないものを使用する。すなわち、偏光状態と入射出の関係が三次元表示装置と逆になれば良い。
【００７９】
例えば、左右の目に対応した映像光それぞれが、図１０のような回転方向が異なる円偏光か、図１１のようなお互いの軸が９０度回転した直線偏光として位相差基板４Ａ，４Ｂに入射する。その光が位相差基板４Ａ，４Ｂの左右の目それぞれに対応した領域を透過することで、領域Ｓ１，Ｓ２毎に軸の向きが異なる直線偏光として射出される。その後偏光板を透過することで、ある領域では左目用の映像の直線偏光のみが、別の領域では右目用の映像の直線偏光のみが射出される。そして、位相差板に斜め入射する光であっても、位相差補償基板の補償機能によって所望の位相差より極力ずれることなく射出される。
【符号の説明】
【００８０】
２ 液晶パネル（表示素子）
３Ａ，３Ｂ 位相差板
４Ａ，４Ｂ 位相差基板
５Ａ，５Ｂ 位相差補償基板
５ａ 複屈折部
５ｂ 非複屈折部
６ 遮光部
１０Ａ 第１微細周期構造部
１０Ｂ 第２微細周期構造部
１１ 板状溝部
１２ 板状非溝部
１４ 微細周期構造部
Ｓ１ 第１領域
Ｓ２ 第２領域
Ｓ３ 非溝領域部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性で、交互に配置された第１領域及び第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の少なくとも一方に、入射光の１／２波長より短いピッチで板状溝部と板状非溝部が交互に連続して配列された微細周期構造部とを有する位相差基板と、
前記位相差基板の光入射側と光射出側のいずれかの面に配置され、負のＣプレート特性を有する位相差補償基板とを備えたことを特徴とする位相差板。
【請求項２】
請求項１に記載の位相差板であって、
前記微細周期構造部は、前記第１領域と前記第２領域に共に設けられ、前記第１領域の前記微細周期構造部と前記第２領域の前記微細周期構造部とは、互いに配列方向が９０度回転した方向に設定され、
前記第１領域の前記微細周期構造部と前記第２領域の前記微細周期構造部の間には、溝が形成されていない非溝領域部が設けられたことを特徴とする位相差板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の位相差板であって、
前記位相差補償基板は、第１領域の前記微細周期構造部と前記第２領域の前記微細周期構造部の双方に対応する領域が少なくとも負のＣプレート特性を有するよう形成されたことを特徴とする位相差板。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の位相差板であって、
前記各微細周期構造部は、各入射光の位相が１／４波長分ずれてそれぞれ射出されるよう構成されたことを特徴とする位相差板。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の位相差板であって、
前記位相差補償基板は、前記非溝領域部に少なくとも対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部を有することを特徴とする位相差板。
【請求項６】
請求項５に記載の位相差板であって、
前記遮光部の幅は、前記非溝領域部の幅をＰ２、前記非溝領域部の深さをｔ、光学系のＦ値をＦとすると、Ｐ２＋（ｔ／Ｆ）であることを特徴とする位相差板。
【請求項７】
請求項１に記載の位相差板であって、
前記微細周期構造部は、前記第１領域と前記第２領域のいずれか一方にのみ設けられ、
前記微細周期構造部が設けられた領域では、入射光の位相が１／２波長分ずれて射出されるよう構成され、前記微細周期構造部が設けられない領域では、入射光の位相がずれずに射出されることを特徴とする位相差板。
【請求項８】
請求項７に記載の位相差板であって、
前記位相差補償基板は、前記微細周期構造部が設けられた領域に対応する領域が負のＣプレート特性を有する複屈折部に、前記微細周期構造部が設けられない領域に対応する領域が非複屈折部に形成されたことを特徴とする位相差板。
【請求項９】
請求項７又は求項８に記載の位相差板であって、
前記位相差補償基板は、前記第１領域と前記第２領域の境界箇所に対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部を有することを特徴とする位相差板。
【請求項１０】
請求項９に記載の位相差板であって、
前記遮光部の幅は、前記板状溝部の深さをｔ、光学系のＦ値をＦとすると、ｔ／Ｆであることを特徴とする位相差板。
【請求項１】
光透過性で、交互に配置された第１領域及び第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の少なくとも一方に、入射光の１／２波長より短いピッチで板状溝部と板状非溝部が交互に連続して配列された微細周期構造部とを有する位相差基板と、
前記位相差基板の光入射側と光射出側のいずれかの面に配置され、負のＣプレート特性を有する位相差補償基板とを備えたことを特徴とする位相差板。
【請求項２】
請求項１に記載の位相差板であって、
前記微細周期構造部は、前記第１領域と前記第２領域に共に設けられ、前記第１領域の前記微細周期構造部と前記第２領域の前記微細周期構造部とは、互いに配列方向が９０度回転した方向に設定され、
前記第１領域の前記微細周期構造部と前記第２領域の前記微細周期構造部の間には、溝が形成されていない非溝領域部が設けられたことを特徴とする位相差板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の位相差板であって、
前記位相差補償基板は、第１領域の前記微細周期構造部と前記第２領域の前記微細周期構造部の双方に対応する領域が少なくとも負のＣプレート特性を有するよう形成されたことを特徴とする位相差板。
【請求項４】
請求項２又は請求項３に記載の位相差板であって、
前記各微細周期構造部は、各入射光の位相が１／４波長分ずれてそれぞれ射出されるよう構成されたことを特徴とする位相差板。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の位相差板であって、
前記位相差補償基板は、前記非溝領域部に少なくとも対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部を有することを特徴とする位相差板。
【請求項６】
請求項５に記載の位相差板であって、
前記遮光部の幅は、前記非溝領域部の幅をＰ２、前記非溝領域部の深さをｔ、光学系のＦ値をＦとすると、Ｐ２＋（ｔ／Ｆ）であることを特徴とする位相差板。
【請求項７】
請求項１に記載の位相差板であって、
前記微細周期構造部は、前記第１領域と前記第２領域のいずれか一方にのみ設けられ、
前記微細周期構造部が設けられた領域では、入射光の位相が１／２波長分ずれて射出されるよう構成され、前記微細周期構造部が設けられない領域では、入射光の位相がずれずに射出されることを特徴とする位相差板。
【請求項８】
請求項７に記載の位相差板であって、
前記位相差補償基板は、前記微細周期構造部が設けられた領域に対応する領域が負のＣプレート特性を有する複屈折部に、前記微細周期構造部が設けられない領域に対応する領域が非複屈折部に形成されたことを特徴とする位相差板。
【請求項９】
請求項７又は求項８に記載の位相差板であって、
前記位相差補償基板は、前記第１領域と前記第２領域の境界箇所に対応する位置に、光吸収材料からなる遮光部を有することを特徴とする位相差板。
【請求項１０】
請求項９に記載の位相差板であって、
前記遮光部の幅は、前記板状溝部の深さをｔ、光学系のＦ値をＦとすると、ｔ／Ｆであることを特徴とする位相差板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−９８６５７（Ｐ２０１２−９８６５７Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４８３２０（Ｐ２０１０−２４８３２０）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（３０８０３６４０２）株式会社ＪＶＣケンウッド (1,152)
【Ｆターム（参考）】
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