JP2008077075A - 光整列液晶を利用したカルテシアン偏光子 - Google Patents

Abstract

【課題】光整列液晶を利用したカルテシアン偏光子を提供する。
【解決手段】液晶重合体（ＬＣＰ）を利用した、レーザ保護フィルタとして光ピックアップ・ユニットに使用するためのカルテシアン偏光子が提供される。ＬＣＰは、耐久性にすぐれたフィルタを提供するために、光整列され、かつ、重合体ホスト中に交差結合される。一実施形態によれば、ＬＣＰ分子はコレステリック相を示し、１つまたは複数の４分の１波長リターダに結合されている。他の実施形態によれば、ＬＣＰ分子を使用して、ＧＢＯ効果を使用した多層スタックが形成される。
【選択図】図２

Description

本出願は、参照により本明細書に組み込まれている、２００６年８月２３日に出願した米国仮出願第６０／８２３，３２６号の優先権を主張するものである。

本出願は、一般に光整列液晶を利用したカルテシアン（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ）偏光子に関し、詳細には、光整列液晶重合体を利用した、光ピックアップ・ユニットに使用するためのカルテシアン偏光子に関する。

コンパクト・ディスク（ＣＤ）は、１９８０年代に発明され、可聴信号のあらゆるディジタル記録を可能にしている。音声ＣＤおよび／またはＣＤ−ＲＯＭのための光ピックアップ・ユニット（ＯＰＵ）には、符号化されたディジタル情報を読み取るための近赤外（ＮＩＲ）７８０ｎｍ半導体レーザが使用されている。対物レンズの開口数（ＮＡ）は約０．４５であり、深さ約１００ｎｍ、幅約５００ｎｍ、およびディスクの中心からの半径距離に応じて長さ８５０ｎｍないし３５００ｎｍのピット（ディスク上への符号化の１単位）測値を可能にしている。

１９９０年代に、ＣＤの約３．５倍の物理的記録密度の増加を可能にする極めて重大な光学設計変更がなされた最初の商用ディジタル汎用ディスク（ＤＶＤ）が出現した。この物理的密度の増加が可能になったのは、より短い波長（たとえば音声ＣＤにおける７８０ｎｍ近赤外バンド（ＮＩＲ）に対して６５０ｎｍ、６６０ｎｍレッド・バンドなど）の半導体（ＳＣ）レーザの使用、およびより大きいＮＡレンズ（たとえば０．６ＮＡには厚さ０．６ｍｍのＤＶＤディスクが必要である）の使用によるものであった。後方互換ＤＶＤ／ＣＤ光ピックアップ・ユニットには、単一コンポーネントまたは離散コンポーネントとしてパッケージされた２つのレーザ源が使用されており、それらの読取りビームは、偏光ビーム・コンバイナ（ＰＢＣ）および／または二色性ビーム・コンバイナ（ＤＢＣ）によって結合されている。

ＤＶＤ媒体の後継システムは、ブルレイ・ディスク（ＢＤ）から高密度ＨＤ−ＤＶＤまでの範囲をフォーマットしている。これらのシステムでは、読取り／書込みＳＣレーザの波長が約４０５〜４１０ｎｍブルー−バイオレット・バンドまでさらに短くなっており、また、ＮＡも約０．８５まで大きくなっている。ＢＤまたはＨＤ−ＤＶＤ後方互換ＤＶＤ／ＣＤシステムの場合、３つの全てのディスク媒体のフォーマットをサポートするためには、第３の波長のレーザ（たとえば最初の２つのレーザと共通にパッケージされたレーザまたはそれらとは別にパッケージされたレーザ）が必要である。

図１を参照すると、従来技術による３波長ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ光ピックアップ・ユニット（ＯＰＵ）の一例が示されている。ＯＰＵ１０は、複数の半導体レーザ源のアレイ２０を備えている（つまり、λ＝７８０ｎｍの第１のＬＤ２１、λ＝６６０ｎｍの第２のＬＤ２２、およびλ＝４０５ｎｍの第３のＬＤ２３を備えた３つの離散レーザ・ダイオード（ＬＤ）として示されている）。これらのＬＤの出力は、複数の偏光ビーム・コンバイナ（ＰＢＣ）キューブのアレイ３０によって空間的に多重化され、レンズ・システム３５によって平行化され、また、漏洩性ミラー４０によって折り曲げられ後、対物レンズ３６を介して回転ディスク媒体４２の単一「ピット」領域に像をつくる（集束する）。漏洩性ミラー４０は、入射するビームのエネルギーの微小部分（たとえば５％）のタップ・オフおよびもう１つのレンズ３７を介したモニタ・フォトダイオード（ＰＤ）４６への集束を可能にしている。

複数のＬＤ源のアレイ２０からの出力は、実質的に直線偏光される（たとえばＰＢＣ斜辺表面に対して「Ｓ」偏光される）。これらの直線偏光ビームは、複数のＰＢＣキューブのアレイ３０に到達する前に、望ましくない帰還（たとえば「Ｐ」偏光）からＬＤ源を保護する複数の低仕様偏光子のアレイ２５を透過する。通常、偏光子２５の各々は、光を１つの偏光状態で反射させ、かつ、直交偏光状態で光を透過させるために使用される偏光ビームスプリッタである。従来、保護フィルタ２５は、偏光消光比が１０：１である単純な二色吸収偏光子である。

ＬＤ源２０の各々からの主光線は、共通経路４９に沿ってディスク媒体４２に向かって導かれる。光は、４分の１波長板（ＱＷＰ）４１に到達する前に、実質的に直線偏光される。直線偏光された（ＬＰ）光は、ＱＷＰ４１を通過した後、円偏光された（ＣＰ）光に変換される。ＣＰ光の左右像は、ＱＷＰの光学軸配向で決まる（所与のＳまたはＰ偏光入射の場合）。図に示す、「Ｓ」偏光がＱＷＰに入射する例の場合、ＱＷＰの遅軸がＰＢＣのｐ平面に対して反時計方向（ＣＣＷ）に４５°で整列すると、ＱＷＰの出口に左回り円（ＬＨＣ）偏光が出現する（ＬＨＣは、ジョーンズ・ベクトル［１ｊ］^Ｔ／√２を有しており、また、観察者に入射するビームを見ている間は、直観ＲＨ−ＸＹＺ座標系が仮定されている）。

記録されたピットの物理的な刻み目が存在している事前記録ＣＤおよび／またはＤＶＤディスクの場合、１／６波ないし１／４波におけるピットとその周囲の「ランド」の間の光路長の差によって、少なくとも部分的に弱め合う干渉が提供され、ＰＢＣキューブ・アレイ３０の第２のポートに配置された主フォトダイオード４５によって検出される光が減少する。一方、ピットが存在していない場合、ＰＢＣキューブ・アレイ３０に向かって戻る際の実質的に同じ光パワーでＣＰ左右像が変化することになる。光は、２回通過する間にＱＷＰによって効果的に変換され、それによりＰＢＣアレイ３０に戻る際に元のＳ偏光からＰ偏光に変換される。

図１に示す、多重化されたＬＤ出力を共通光路４９に沿って透過させるためにＰＢＣアレイ３０の反射ポートが使用される構造の場合、ピットが存在していない場合に偏光変換の信号が送られ、高いＰＤ出力が検出される（オン状態）。最初のＣＤ−ＤＡ Ｒｅｄ Ｂｏｏｋ仕様には、７０％を超える反射率が要求されている。この光は、実質的にＰ偏光される。ピットが存在している場合、ピットで反射した光とその周囲のランドの間で少なくとも部分的に干渉が弱め合うことになる。最初のＣＤ−ＤＡ Ｒｅｄ Ｂｏｏｋ仕様には、２８％以下の反射率が要求されている。このオフ状態の光は、それが回折によるものであるため、必ずしも完全にＰ偏光されない（たとえばＱＷＰを２回通過しても）。オフ状態のＳ偏光およびＰ偏光の一部は、ＰＢＣアレイ３０の反射ポートに出現し、ＬＤアレイ２０に向かって導かれる。複数の保護フィルタのアレイ２５は、ＬＤアレイ２０に向かって導かれるこの望ましくない弱め合う光干渉（たとえばＰ偏光）を阻止するために提供されている。

上で説明したように、従来使用されている保護フィルタ２５は、単純な二色吸収偏光子である。１９２９年にＥ．Ｈ．Ｌａｎｄによって開発されたポラロイド・タイプ染料シート偏光子などの二色偏光子は、入射する光を選択的に異方性吸収することによってそれらの二重減衰を引き出している。この異方性吸収のため、これらのシート偏光子は、通常、ハイ・パワー・アプリケーションには適していない。図１に示す後方互換ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ３波長ＯＰＵシステムの場合、約４０５ｎｍのブルー−バイオレット光は、書込みビームとして使用する場合、場合によっては１００ｍＷと５００ｍＷの間のパワー・レベルを有している。このハイ・パワーに加えて、比較的短い波長は、染料シート偏光子を光誘導損傷させる可能性がある。

残念ながら、適切な置換えの選択は明らかではない。グラン・トムソンまたはグラン・テイラー偏光プリズムなどの複合プリズムの形態の無機非吸収偏光プリズムは、より耐久性に優れているが、それらはより高価でもある。同様に、複数の偏光状態のうちの１つに対してブリューワの角度で配向された等方性物質の４分の１波長層のスタックを利用しているマクニール・タイプの偏光ビームスプリッタ、およびＭｏｘｔｅｋによって提供されているようなワイヤーグリッド偏光子も比較的高価である。

様々なアプリケーションにしばしば使用されている反射型偏光子の１つは、３Ｍによって提供されている多層重合体膜である。ワイヤーグリッド偏光子と同様、この多層重合体膜もカルテシアン偏光子である。カルテシアン偏光子の場合、反射および透過した光のビームの偏光がカルテシアン偏光子の概ね直交する不変主軸に対して参照される。通常、反射および透過した光のビームの偏光は、入射角には実質的に無関係である。したがってカルテシアン偏光子は、しばしば良好な角アクセプタンスと結合している。

３Ｍのカルテシアン偏光子の場合、多層光学膜は、等方性重合体物質と複屈折重合体物質が互い違いになるスタックを備えている。複屈折重合体物質は、通常、実質的にＡプレート・リターダとして構成されており、一方、等方性物質は、通常、複屈折重合体物質の１つの屈折率と実質的に同じ屈折率を有するように選択されている。別法としては、多層光学膜は、それぞれＡプレート・リターダおよびＣプレート・リターダとして構成された複屈折重合体物質が互い違いになるスタックを備えている。注目すべきことには、等方性重合体物質および／または複屈折重合体物質が互い違いになるスタックには、ジャイアント複屈折光学（ＧＢＯ）効果としてしばしば参照されている効果が使用されている。残念ながら、互い違いになる一連の等方性層および／または複屈折層は、通常、重合体押出し成形によって生成されており、複屈折を誘発するためには重合体を機械的に引き伸ばさなければならない。したがって偏光膜は、光誘導劣化および熱誘導劣化しやすく、後方互換ＢＤ／ＨＤ−ＤＶＤ３波長ＯＰＵシステムに使用するためには理想的ではない。

反射型カルテシアン偏光子のもう１つの例は、コレステリック液晶（ＣｈＬＣ）に基づいている。ＣｈＬＣ偏光子の場合、ＣｈＬＣ分子が順序だてて配置され、それによりピッチがｐの螺旋構造が形成される。ＣｈＬＣ偏光子は、ＣｈＬＣのピッチの光路長に対応する波長の右回り円偏光または左回り円偏光を透過させる。透過しない光は、反射し、逆のヘリシティで円偏光される。通常、２つの４分の１波長リターダの間にＣｈＬＣ物質を挿入し、透過した円偏光を直線偏光に変換することができる。

また、安定した液晶重合体（ＬＣＰ）に基づくＣｈＬＣ反射型偏光子が提案されている。ＬＣＰは、液晶単量体が主鎖（バックボーン）に沿って、あるいは側鎖ユニットとしてマクロ分子構造に組み込まれる重合体の１つのタイプである。ＬＣＰは、通常、機械的なブラッシングまたは光アライメントによって整列する。通常、光アライメント技法には、最初に、重合体アライメント層に線状光重合可能（ＬＰＰ）膜またはアゾをベースとする染料のいずれかを加える必要がある。ＬＰＰ膜を使用する場合、ＬＰＰ媒体が基板に付着され、次に、高められた温度で硬化される。次に、硬化した膜がアライメントのために偏光ＵＶ光に露出される。次に、交差結合ステップを使用してアライメントが固定される。この感光性の層が整列すると、ＬＰＰ層の上にＬＣＰ層が加えられる（たとえばスピン塗布される）。当分野で良く知られているように、ＬＣＰ層には、通常、交差結合が可能な液晶性単量体、オリゴマーまたは交差結合が可能な基を有する重合体プリカーソルが含まれている。ＬＣＰ層がＬＰＰ膜の配向と整列すると、非偏光ＵＶ光への露出によってＬＣＰ層が交差結合される。アライメント層重合体の光化学交差結合と、それに引き続くＬＣＰ分子の交差結合により、ハイ・パワー照明および短波長レーザへの露出下における偏光子の信頼性の改善が期待される。

安定したＬＣＰ媒体から形成されたＣｈＬＣ反射型偏光子は、様々な液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）投影システムに使用されている。これらのシステムでは、偏光子は、通常、広帯域反射型偏光子として製造されており、したがって二色吸収偏光子と比較すると高価である。詳細には、ＣｈＬＣ層は、通常、高度にチャープ化された螺旋ピッチを使用して製造され、一方、反射型偏光子が、赤、緑および青（ＲＧＢ）のすべての波長チャネルに目標にされるよう、さらに２つの４分の１波長リターダが色消し性になるように設計されている（たとえば中心波長±１０％）。実際、本発明者らの最良の知識では、ＣｈＬＣ反射型偏光子は、後方互換ＣＤ／ＤＶＤ ＯＰＵシステムにおけるＢＤまたはＨＤ−ＤＶＤチャネルに対して、極めて短い波長（たとえば４０５ｎｍ）ではまだ使用されていない。

本発明は、光整列液晶を利用したカルテシアン偏光子に関し、より詳細には、光整列液晶重合体を利用した、光ピックアップ・ユニットに使用するためのカルテシアン偏光子に関するものである。通常、カルテシアン偏光子は、光配向アライメント層（たとえば線状光重合可能（ＬＰＰ）膜）によって整列し、かつ、重合体ホスト中に交差結合した液晶重合体（ＬＣＰ）物質から形成される。

本発明の一実施形態によれば、ＬＣＰ分子はコレステリック相を示し、１つまたは複数の４分の１波長リターダに結合されている。有利には、ＯＰＵの狭帯域要求事項（たとえば中心波長±２％）は、非色消し単層４分の１波長リターダと非チャープ周期ＣｈＬＣ層の構造で十分であり、したがって反射型ＣｈＬＣ偏光子のコストが低減されることを意味している。

本発明の他の実施形態によれば、ＬＣＰ分子を使用して、ジャイアント複屈折光学（ＧＢＯ）効果を使用した多層スタックが形成される。有利には、交差結合液晶重合体は、機械的な延伸を必要とすることなく複屈折を提供するため、反射型偏光子によって、短波長／ハイ・パワー・レーザへの露出下における信頼性の改善が期待される。さらに有利には、ＯＰＵシステムが比較的短い波長（たとえば４０５ｎｍ）の狭帯域偏光を使用しているため、多層スタックの層を比較的薄くすることができ、したがって従来技術に使用されている重合体押出し成形技法に代わってスピン塗布技法を使用して形成することができる。

好都合には、これらのＬＣＰベース・カルテシアン反射型偏光子は、誘電体偏光子と比較すると角アクセプタンスが改善されており、垂直入射で使用することができる。

本発明の一態様によれば、透明基板と、透明基板の第１の表面の少なくとも３つの層状複屈折エレメントであって、複屈折エレメントの各々が、重合体光整列アライメント層および交差結合液晶重合体層を含む層状複屈折エレメントとを備えたカルテシアン偏光子であって、３つの複屈折エレメントの各々の光学的厚さが、カルテシアン偏光子が第１の偏光を有する所定の波長の光を透過させ、かつ、第２の直交偏光を有する所定の波長の光を反射させるように選択され、所定の波長で透過する光が、光ピックアップ・ユニット内のレーザ・ダイオードから放出されるカルテシアン偏光子が提供される。

本発明の一態様によれば、少なくとも３つの層状複屈折エレメントであって、複屈折エレメントの各々が、重合体光整列アライメント層および交差結合液晶重合体層を含む層状複屈折エレメントを透明基板に提供するステップを備えたカルテシアン偏光子を製造する方法であって、３つの複屈折エレメントの各々の光学的厚さが、カルテシアン偏光子が第１の偏光を有する所定の波長の光を透過させ、かつ、第２の直交偏光を有する所定の波長の光を反射させるように選択され、所定の波長で透過する光が、光ピックアップ・ユニット内のレーザ・ダイオードから放出される方法が提供される。

以下で定義されている用語に関して、特許請求の範囲または本明細書のいずれかの部分でこれらの定義と異なる定義がなされていない限り、これらの定義が適用されるものとする。

「複屈折」という用語は、複数の異なる屈折率を有していることを意味するものとして理解されたい。通常、複屈折によって、直交直線偏光を有する光（たとえばＳ偏光およびＰ偏光）が異なる速度で媒体中を伝搬することになる。この伝搬速度の変化によって、２つの直交偏光の間に位相差が生じる。

「リターダンス」という用語は、２つの直交直線偏光成分の間の位相差を意味するものとして理解されたい。リターダンスは、しばしば波長の微小部分として表される（たとえば度またはナノメートルで表される）。

「リターデーション」という用語は、２つの直交屈折率の間の差×光エレメントの厚さを意味するものとして理解されたい。あるいは「リターデーション」という用語は、２つの直交直線偏光成分の間の符号付き位相差を意味するものとして理解されたい。本出願においては、「リターデーション」という用語は、「リターダンス」という用語と交換可能に使用することも可能であることに留意されたい。

「単軸」という用語は、２つの異なる屈折率を有していることを意味するものとして理解されたい（その場合、たとえばｎｘ、ｎｙおよびｎｚのうちの少なくとも２つが実質的に等しい）。

「平面内」という用語は、平面内複屈折、平面内リターダンスなどのように、コンポーネントの平面に平行であることを意味するものとして理解されたい。

「平面外」という用語は、平面外複屈折、平面外リターダンスなどのように、コンポーネントの法線に平行であることを意味するものとして理解されたい。

「平面内リターデーション」という用語は、２つの直交平面内屈折率の間の差×光エレメントの厚さの積を意味するものとして理解されたい。

「平面外リターデーション」という用語は、光エレメントの厚さ方向（ｚ方向）に沿った屈折率と１つの平面内屈折率の差×光エレメントの厚さの積を意味するものとして理解されたい。あるいはこの用語は、光エレメントの厚さ方向（ｚ方向）に沿った屈折率と複数の平面内屈折率の平均の差×光エレメントの厚さの積を意味するものとして理解されたい。

「Ａプレート」という用語は、その光学軸またはＣ軸がプレートの平面に平行に整列した光リターダを含むものとして理解されたい。

「Ｃプレート」という用語は、そのＣ軸がプレートの法線方向に平行に整列した（すなわち異常光屈折率ｎ_ｅの軸が光リターダの平面に直角である）光リターダを含むものとして理解されたい。Ｃプレートは、異常光屈折率ｎ_ｅが常光線屈折率ｎ_ｏより大きい場合は正と見なされ、異常光屈折率ｎ_ｅが常光線屈折率ｎ_ｏより小さい場合は負と見なされる。あるいはＣプレートは、リターダンスが入射角と共に増加する場合は正と見なされ、リターダンスが入射角と共に減少する場合は負と見なされる。

「Ｏプレート」という用語は、その異常光軸（すなわちその光学軸またはＣ軸）がプレートの平面に対して斜角で配向された光リターダを含むものとして理解されたい。

Ｐ偏光という用語は、入射面に平行に整列した直線偏光を意味するものとして理解されたい。

Ｓ偏光という用語は、入射面に直角に整列した直線偏光を意味するものとして理解されたい。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面に照らして行う以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

添付のすべての図面を通して、同様の機能は、同様の参照数表示で識別されていることに留意されたい。

図２を参照すると、本発明の一実施形態による、保護フィルタとしてＯＰＵに使用するための反射型偏光子が示されている。反射型偏光子５０は、第１の４分の１波長板（ＱＷＰ）５４Ｂと、透明基板５９に結合された第２のＱＷＰ５４Ａとの間に配置されたコレステリック液晶（ＣｈＬＣ）の薄膜層５１を備えている。透過する偏光の透過を改善するために、任意選択の第１の無反射（ＡＲ）コーティング５２および第２のＡＲコーティング５３がこれらの３つの層のスタック／アセンブリの外部表面に配置されている。また、引っ掻き傷、ＵＶ光および湿気から保護するための任意選択のハード・コート材（図示されていないが、たとえばラッカー）がこれらの３つの層のスタック／アセンブリにスピン塗布されている。

これらの３つの層ＱＷＰ／ＣｈＬＣ／ＱＷＰのスタック５４Ａ／５１／５４Ｂは、カルテシアン反射型偏光子として機能している。３つの層５４Ａ／５１／５４Ｂの各々は、光整列液晶を使用して製造されている。より詳細には、３つの層５４Ａ／５１／５４Ｂの各々は、アライメント層（たとえば、高められた温度で硬化し、かつ、アライメントのために偏光ＵＶ光に露出された線状光重合可能（ＬＰＰ）膜）を最初に提供し、次に対応するＬＣＰ層を提供することによって製造されている。通常、ＬＣＰ層の各々には、交差結合が可能な液晶性単量体、オリゴマーまたは交差結合が可能な基を有する重合体プリカーソルが含まれている。ＬＣＰ層の各々が整列し、かつ、適切に配向されると、非偏光ＵＶ光への露出によってＬＣＰ層の各々が交差結合される。アライメント層重合体の光化学交差結合と、それに引き続くＬＣＰ分子の交差結合により、ハイ・パワー照明および短波長レーザへの露出下における偏光子の信頼性の改善が期待される。それぞれそのスピン塗布表面に隣接している光アライメント層は、図解を分かりやすくするために図示されていないことに留意されたい。

動作中、中心波長および帯域幅が定義済みの光５５が、ＸＺ平面に沿って、入射角θ５６、半円錐サイズΔθで偏光子５０に入射する。第１のＱＷＰ５４Ｂの遅軸／速軸は、円錐中心光線の入射面に対して約±４５°で整列している。光は、「Ｓ」および「Ｐ」直線偏光（ＬＰ）から円偏光（ＣＰ）に変換される。ＣＰの左右像（時間的偏りの楕円に対して左回り（ＬＨ）であれ、あるいは右回り（ＲＨ）であれ）は、第１のＱＷＰのアライメントで決まる。たとえば、「Ｓ」偏光が第１のＱＷＰに入射すると、ＱＷＰの遅軸がＣｈＬＣ偏光子のｐ平面に対して反時計方向（ＣＣＷ）に４５°で整列している場合、左回り円偏光が第１のＱＷＰの出口に生成される（観察者に入射するビームを見ている間は、直観ＲＨ−ＸＹＺ座標系が仮定されている）。「Ｐ」偏光が入射する場合、反対の左右像を有する光は第１のＱＷＰを透過する。これには、ＣｈＬＣ層のブラッグ反射帯域と必要な波長帯域が整列していることが仮定されている。ＣｈＬＣ層の空間左右像を整合させる円偏光の場合、この光は反射する。コレステリック・ミラーは、反射した光の円偏光の左右像が変化しない（コレステリック螺旋回転ビームおよび円偏光ビームの両方の空間左右像を参照して）点で、金属ミラーまたは誘電体ミラーとは別様に動作する。たとえば、ＲＨ（空間回転）ＣｈＬＣ中では、ＬＣ検出器の方位角が、透過した出力側から見た場合にＣＣＷ方向に回転する。観察者から見ると、この空間ＬＣ回転は、ＲＨ右ねじ（時計方向ＣＷ）に従っている。したがってＣｈＬＣ膜が空間ＣＣＷ円偏光に遭遇すると、定在波が設定される（ビームを見ることに関して）。ＣｈＬＣ膜は、空間ＣＣＷ円偏光または一時的なＣＷ円偏光を反射する。この一時的なＣＷ円偏光は、ＲＨ−ＸＹＺ座標セットに対して左回り円（ＬＨＣ）偏光である。

反射した光は、ＣｈＬＣ層の円左右像に無関係に、その円偏光を維持している。第１のＱＷＰ層５４Ｂを２度目に通過する際に、新しいＲＨ−ＸＹＺ座標系に対する遅軸の配向が左右に入れ代わる。したがって第１のＱＷＰを２回通過する正味の効果が消失する。反射した光は、その直線偏光状態を回復する。透過した光の場合、その最初の直線偏光を回復するためには、同じく第２のＱＷＰ５４Ａを交差軸で第１のＱＷＰ５４Ｂに整列させなければならない。この方法によれば、ＣｈＬＣ偏光子５０が可逆偏光子になる。ＣｈＬＣ偏光子５０は、いずれの直線偏光をも透過させるように構成することができる。

コレステリック層５０は、通常、楕円偏光子であることに留意されたい。コレステリック層で反射するビームおよびコレステリック層を透過するビームの楕円率は、±０．８と±１の間であることが好ましく、±０．９と±１の間であることがより好ましい。同様に、コレステリック層５０の両側の４分の１波長リターダ５４Ａ／５４Ｂは、単に直線偏光を楕円偏光（つまり、ある特定のケースの場合、円偏光）に変換し、また、その逆に楕円偏光を直線偏光に変換しているにすぎない。リターダンスは、４分の１波長リターダンスの９０％以内であることが好ましく、必要な帯域内のすべての波長に対して、４分の１波長リターダンスの９５％以内であることがより好ましい。偏光変換リターダ・スタックの遅軸／速軸は、±４５度で、かつ、±５度の好ましい許容差で整列していることが好ましく、±１度の許容差で整列していることがより好ましい。Ｓ偏光透過からＰ偏光透過に切り換えるためには、光整列液晶ベース・カルテシアン偏光子は、ＣｈＬＣヘリックスの同じ左右像を維持している間、あるいは同じＱＷＰ遅軸／速軸配向を維持し、かつ、ＣｈＬＣヘリックスの左右像を反転させている間、２つのＱＷＰセグメントの配向を切り換えるだけでよい。また、左回り円偏光出力または右回り円偏光出力（あるいはより一般的に楕円偏光）が必要である場合、カルテシアン偏光子の出口側に近い方のＱＷＰ層／スタックは不要である。光整列ＬＣベースＱＷＰ／コレステリックＬＣデバイスは、不均質で、かつ、非対称の円偏光子であるため、直線反射／吸収型偏光子をＱＷＰ層／スタックの前段に配置することによって構築された典型的な円偏光子の順序とは逆の順序で配列されたリターダ層および偏光子層を有している。

上で説明した実施形態の場合、３つの層ＱＷＰ／ＣｈＬＣ／ＱＷＰの膜は、基板５９の第１の表面にスピン塗布されている。他の実施形態によれば、これらの３つの層は、１つまたは２つの基板の複数の表面に分布している。２つの基板を使用する場合、エポキシ層を使用してこれらの２つの基板が一体に結合される。

注目すべきことには、上記の各実施形態で説明した反射型ＣｈＬＣ偏光子は、光ピックアップ・ユニット（ＯＰＵ）における二色吸収フィルタの使用に取って代わる経済的な代替を提供している。より詳細には、ＯＰＵに使用される保護フィルタの狭帯域要求事項（たとえば中心波長±２％）は、非色消し単層４分の１波長リターダと非チャープ周期ＣｈＬＣ層の構造で十分であり、したがって反射型偏光子のコストが低減されることを意味している。さらに、上で説明した実施形態に使用される反射型ＣｈＬＣ偏光子は、有利には、円錐中心軸に対して垂直入射で整列する。たとえば、図１を参照して説明したＯＰＵシステムの場合、ＣｈＬＣ偏光子は、垂直偏光（ＰＢＣ斜辺に対して「Ｓ」）５８を透過させ、かつ、水平偏光（ＰＢＣ斜辺に対して「Ｐ」）５７を反射させることができる。

図３および４は、それぞれ、図２に示す反射型偏光子と同様の反射型偏光子の理論透過スペクトルおよび反射スペクトルを示したものである。このモデルでは、４×４行列アルゴリズムを使用して、それぞれ２４５ｎｍの１０個のコレステリック・ピッチ、および４０５ｎｍの波長に対する２つの４分の１波長リターダ（つまり非色消し４分の１波長リターダ）を有する垂直入射コレステリック偏光子の「Ｓ」および「Ｐ」の透過率および反射率が計算されている。３つの層（＋それらの個々のアライメント層）全体の厚さは約４μｍであった。４分の１波長層の各々は、｛ｎ_ｏ、ｎ_ｅ｝屈折率が｛１．６１、１．７５｝であるＬＣＰを有しており、一方、ＣｈＬＣの中心波長４０５ｎｍにおける｛ｎ_ｏ、ｎ_ｅ｝屈折率は、｛１．５９、１．７４｝である。これらのＬＣＰ混合物の全分散が数値モデルに利用された。図３には、±７°の半円錐角度で評価されたＱＷＰ／ＣｈＬＣ／ＱＷＰ偏光子の透過スペクトルが示されており、また、図４には、±７°の半円錐角度で評価されたＱＷＰ／ＣｈＬＣ／ＱＷＰ偏光子の反射率スペクトルが示されている。この偏光子は、明らかに、帯域幅の±２％（３９７ｎｍないし４１３ｎｍの波長範囲）にわたって、レーザ・ダイオード保護フィルタの１０：１偏光コントラストに容易に合致している。注目すべきことには、オンアクシス・スペクトルは、７度円錐平均スペクトルに極めて類似しており、概ねカルテシアン偏光子と結合した良好な角アクセプタンスを確証している。

上で説明した実施形態では、ＬＣＰ分子はコレステリック相を示し、１つまたは複数の４分の１波長リターダに結合されている。本発明の他の実施形態によれば、ＬＣＰ分子を使用して、ＧＢＯ効果を使用した多層スタックが形成される。

ジャイアント複屈折光学（ＧＢＯ）については、最初に、多層ミラーに関連して説明したが、大きな複屈折をそれらの屈折率に示す重合体を使用してミラーを製造する場合、このＧＢＯによって、多層ミラーの反射率が入射角の増加と共に大きくなるかあるいは維持される（たとえば、参照により本明細書に組み込まれている、Ｗｅｂｅｒ他「Ｇｉａｎｔ ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｏｐｔｉｃｓ ｉｎ ｍｕｌｔｉ−ｌａｙｅｒ ｐｏｌｙｍｅｒ ｍｉｒｒｏｒｓ」、Ｓｃｉｅｎｃｅ、２８７、２４５１〜２４５６頁、２０００年を参照されたい）。ＧＢＯ効果は、コーティングされた基板のブルースター角（つまりＰ偏光の反射率がゼロになる角度）を任意に適合させることができ、詳細には、ブルースター角を極めて大きくなるように、さらには存在しないように設計することができる点で、光学設計においては重要な進歩であると考えられていた。したがって光ビームは、「Ｐ」偏光をブルースター角状態の近辺で優勢に透過させる必要がなく、かつ、「Ｓ」偏光を優勢に反射させる必要のない角度で入射する。その代わりに、膜のアライメントによって透過および反射偏光を設定することができる。つまり、透過偏光軸および反射偏光軸から入射面が減結合される。

ＧＢＯ偏光子の主な欠点は、帯域幅および反射率である。従来の誘電体薄膜およびＧＢＯ膜のいずれの場合においても、高リフレクタは、通常、４分の１波長（ＱＷ）スタックとして設計されている。帯域幅を追跡するための便利な測定基準は、２つの波長ポイント（光学的厚さがＱＷの層をより多く加えることによって、このポイントとポイントの間で反射率が大きくなる）を定義することである。

上式で、Δλ／λ_ｏは近似分数帯域幅であり、｛ｎ_１、ｎ_２｝は、中心波長λ_ｏにおける２つのＱＷ層の屈折率である。

ＱＷスタックが、中心波長が５５０ｎｍであるシリカ／タンタラの互い違いの層を備えている場合、シリカおよびタンタラの屈折率をそれぞれ１．４６および２．２と仮定すると、分数帯域幅は約２６％である。逆に、常光線屈折率および異常光屈折率をそれぞれ１．５および１．６と仮定すると、単軸複屈折ＱＷスタックは、約４％の分数帯域幅を有している。｛１．５０、１．８０｝である極めて大きい複屈折物質であっても、分数帯域幅はせいぜい１１．５％である。帯域幅の不足は、通常、ＱＷ厚さを徐々に変化させることによって対処される（たとえばＱＷ厚さをチャープさせ、ＱＷセグメントの波長中心を効果的に変化させることによって対処される）。

反射率は、電圧定在波比Ｖに関係しており、

で与えられる。上式で、Ｖは、ｎ_ａ／Ｈ（ＬＨ）^ｐ−１／ｎ_ｓＱＷスタック設計の場合、

である。｛ｎ_Ｌ、ｎ_Ｈ｝は、それぞれＱＷ層「Ｌ」および「Ｈ」の低屈折率および高屈折率であり、｛ｎ_ａ、ｎ_ｓ｝は、周囲および基板の屈折率である。また、ｐは、スタック内の「Ｈ」ＱＷ層の数である。上で説明したタンタラ／シリカ誘電体スタックの場合、屈折率コントラストｎ_Ｈ／ｎ_Ｌは約１．５である。それに対して、上で説明した従来の単軸複屈折スタックの屈折率コントラストは、１．０７ないし１．２である。つまり、適切な反射率を提供するためには、ＧＢＯスタックにはより多くの層が必要である。

図５を参照すると、ＧＢＯ効果に基づく、本発明の一実施形態による、保護フィルタとしてＯＰＵに使用するための反射型偏光子が示されている。互い違いのＡプレート／Ｃプレート構成を有する反射型偏光子１００は、透明基板１０９の第１の表面に配置されたＱＷ光整列複屈折エレメントのスタック１０１を備えている。ＱＷスタック１０１は、第２の複屈折物質を含有した第２の複数のエレメントと互い違いになる、第１の複屈折物質を含有した第１の複数のエレメントを備えている。第１の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば１０３）は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有しており、Ａプレート・リターダとして配向されている。Ａプレート・リターダの光学軸は、Ｘ軸に平行である。第２の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば１０２）は、第２の物理的厚さｄ_２および第２の複屈折率セット｛ｎ_２ｏ、ｎ_２ｅ｝を有しており、Ｃプレート・リターダとして配向されている。Ｃプレート・リターダの光学軸は、Ｚ軸に平行である。第１および第２の複数のエレメントの個々のエレメントは光リターダである。第１および第２の複数の複屈折エレメントの個々のエレメントの光学的厚さは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長におけるＱＷに概ね対応している。

動作中、中心波長および帯域幅が定義済みの光１０５が、ＸＺ平面に沿って、角度θ１０６、半円錐サイズΔθで反射型偏光子１００に入射する。２つの構成リターダの配向をデバイス１００に示す配向にすると、Ｓ偏光が優勢に透過し（１０８）、一方、Ｐ偏光が優勢に反射する（１０７）。したがってこの反射型偏光子は、Ｓ偏光子と呼ばれている。

図６は、Ｓ偏光子１００のベース・ユニットの三次元斜視図を示したものである。第１の光リターダ・エレメント１０３および第２の光リターダ・エレメント１０２を備えたこのベース・ユニットは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長において２分の１波長の光学的厚さ（ＨＷＯＴ）を有するように構成されている。第１の複数のエレメントにおけるＡプレートとして、また、第２の複数のエレメントにおけるＣプレートとして構成された正の単軸物質の場合（たとえば図５に示すように）、２分の１波長の光学的厚さ（ＨＷＯＴ）は、第１および第２の複屈折物質の常光線屈折率および異常光屈折率ならびに中心波長λ_ｏを使用して、

に従って計算される。上式で、ｎ_１ｅ＝ｎ_２ｅ、ｎ_１ｏ＝ｎ_２ｏおよびｎ_１ｅ＞ｎ_１ｏである。同様に、複数の第１のエレメントにおけるＡプレートとして、また、第２の複数のエレメントにおけるＣプレートとして構成された負の単軸の場合（ディスク様屈折率の屈折率楕円体（ここでは図示されていない））、ＨＷＯＴは、同じく第１および第２の複屈折物質の常光線屈折率および異常光屈折率を使用して、式（４）を使用して計算されるが、これらは、ｎ_１ｅ＝ｎ_２ｅ、ｎ_１ｏ＝ｎ_２ｏおよびｎ_１ｅ＜ｎ_１ｏによって関連付けられている。

通常、任意の２つの単軸および／または２軸複屈折層を第１および第２の複屈折物質としてベース・ユニットに使用することができる。任意選択で、連続する反復ユニットの中心波長が偏光子の厚さの両端間で変更される（たとえば、膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなるように、また、その逆に膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなるようにＨＷＯＴがチャープされる）。中央の反復ユニットと比較した場合、最も外側の反復ユニットの典型的なチャープ分数は、±１０％未満である。

第１および第２の複屈折物質は、カルテシアンＳ偏光子として、Ｐ平面に屈折率の差を示し、また、概ね整合した屈折率をＳ平面に有している。Ｐ平面に沿った（つまり高リフレクタＱＷスタックに沿った）第１および第２の複数のエレメントの両方に対して、４分の１波長の光学的厚さ（ＱＷＯＴ）が計算される。複数の第１および第２のエレメントのｚ方向の屈折率は、法線外れ偏光子の性能およびその角帯域幅に影響を及ぼす。したがって第１および第２の複屈折物質は、目標性能を達成するためには適切に選択しなければならない。

図５に示す互い違いのＡプレート／Ｃプレート偏光子などのカルテシアン反射型偏光子は、透過偏光軸および反射偏光軸を入射面に対して平行または直角になるように拘束しないことに留意されたい。本発明を説明するために、Ｐ平面は、システムＸＺ平面に平行であり、システムＸＺ平面は、図５の図面の平面に平行である。同様に、Ｓ平面は、システムＹＺ平面に平行であり、システムＹＺ平面は、図５の図面の平面に直角である。

図５および６を参照して説明した実施形態の場合、Ａプレート・エレメントは、それぞれＸ軸に平行に整列した光学軸を有している。別法としては、偏光子は、Ａプレート・エレメントがそれぞれＹ軸に平行に整列した光学軸を有するように構成することができる。

図７を参照すると、ＧＢＯ効果に基づく、本発明の他の実施形態による、保護フィルタとしてＯＰＵに使用するための反射型偏光子が示されている。互い違いのＡプレート／Ｃプレート構成を有する反射型偏光子１１０は、透明基板１１９の第１の表面に配置されたＱＷ光整列複屈折エレメントのスタック１１１を備えている。ＱＷスタック１１１は、第２の複屈折物質から形成された第２の複数のエレメントと互い違いになる、第１の複屈折物質から形成された第１の複数のエレメントを備えている。第１の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば１１３）は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有しており、Ａプレート・リターダとして配向されている。Ａプレート・リターダの光学軸は、Ｙ軸に平行である。第２の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば１１２）は、第２の物理的厚さｄ_２および第２の複屈折率セット｛ｎ_２ｏ、ｎ_２ｅ｝を有しており、Ｃプレート・リターダとして配向されている。Ｃプレート・リターダの光学軸は、Ｚ軸に平行である。第１および第２の複数のエレメントの個々のエレメントは光リターダである。第１および第２の複数の複屈折エレメントの個々のエレメントの光学的厚さは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長におけるＱＷに概ね対応している。

動作中、中心波長および帯域幅が定義済みの光１１５が、ＸＺ平面に沿って、角度θ１１６、半円錐サイズΔθで反射型偏光子１１０に入射する。２つの構成リターダの配向をデバイス１１０に示す配向にすると、Ｐ偏光が優勢に透過し（１１８）、一方、Ｓ偏光が優勢に反射する（１１７）。したがってこの反射型偏光子は、Ｐ偏光子と呼ばれている。

図８は、Ｐ偏光子１１０のベース・ユニットの三次元斜視図を示したものである。第１の光リターダ・エレメント１１３および第２の光リターダ・エレメント１１２を備えたこのベース・ユニットは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長において２分の１波長の光学的厚さ（ＨＷＯＴ）を有するように構成されている。第１の複数のエレメントにおけるＡプレートとして、また、第２の複数のエレメントにおけるＣプレートとして構成された正の単軸物質の場合（たとえば図７に示すように）、２分の１波長の光学的厚さ（ＨＷＯＴ）は、第１および第２の複屈折物質の常光線屈折率および異常光屈折率ならびに中心波長λ_ｏを使用して、

に従って計算される。上式で、ｎ_１ｅ＝ｎ_２ｅ、ｎ_１ｏ＝ｎ_２ｏおよびｎ_１ｅ＞ｎ_１ｏである。同様に、複数の第１のエレメントにおけるＡプレートとして、また、第２の複数のエレメントにおけるＣプレートとして構成された負の単軸の場合（ディスク様屈折率の屈折率楕円体（ここでは図示されていない））、ＨＷＯＴは、同じく第１および第２の複屈折物質の常光線屈折率および異常光屈折率を使用して、式（５）を使用して計算されるが、これらは、ｎ_１ｅ＝ｎ_２ｅ、ｎ_１ｏ＝ｎ_２ｏおよびｎ_１ｅ＜ｎ_１ｏによって関連付けられている。Ｐ偏光子の場合、Ｓ偏光は常に層界面に対して接線をなしている。したがって個々のエレメントの相厚さを利用して、等方性層と同じように表現される。

通常、任意の２つの単軸および／または２軸複屈折層を第１および第２の複屈折物質としてベース・ユニットに使用することができる。任意選択で、連続する反復ユニットの中心波長が偏光子の厚さの両端間で変更される（たとえば、膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなるように、また、その逆に膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなるようにＨＷＯＴがチャープされる）。中央の反復ユニットと比較した場合、最も外側の反復ユニットの典型的なチャープ分数は、±１０％未満である。

それぞれ図５および７を参照して説明したＳ偏光子およびＰ偏光子の各々の場合、Ａプレート・エレメントは、それぞれＸ軸またはＹ軸に平行に整列した光学軸を備えている。実際には、それぞれＡプレート・リターダおよびＣプレート・リターダの場合、Ａプレート・リターダ・エレメントおよびＣプレート・リターダ・エレメントは、いずれも、真に基板の平面に配向されたそれらの光学軸、および基板の平面に直角に配向されたそれらの光学軸に整列させることはできない。この状況では、光整列し、かつ、光硬化したカルテシアン偏光子は、小さい角度で傾斜したＯプレートと大きな角度で傾斜したＯプレートが互い違いになるエレメントによってより一般的に表される。

図９を参照すると、ＧＢＯ効果に基づく、本発明の他の実施形態による、保護フィルタとしてＯＰＵに使用するための反射型偏光子が示されている。互い違いのＯプレート／Ｏプレート構成を有する反射型偏光子１２０は、透明基板１２９の第１の表面に配置されたＱＷ光整列複屈折エレメントのスタック１２１を備えている。ＱＷスタック１２１は、第２の複屈折物質から形成された第２の複数のエレメントと互い違いになる、第１の複屈折物質から形成された第１の複数のエレメントを備えている。第１の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば１２３）は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有しており、Ｏプレート・リターダとして配向されている。Ｏプレート・リターダの光学軸は、基板の平面に対して４５度未満の鋭角を形成しており、また、ＸＺ座標平面に平行である。第２の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば１２２）は、第２の物理的厚さｄ_２および第２の複屈折率セット｛ｎ_２ｏ、ｎ_２ｅ｝を有しており、Ｏプレート・リターダとして配向されている。Ｏプレート・リターダの光学軸は、基板の平面に対して４５度より大きい鋭角を形成しており、また、ＸＺ平面に平行であるか、あるいは直角である。第１および第２の複数のエレメントの個々のエレメントは光リターダである。第１および第２の複数の複屈折エレメントの個々のエレメントの光学的厚さは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長におけるＱＷに概ね対応している。

動作中、中心波長および帯域幅が定義済みの光１２５が、ＸＺ平面に沿って、角度θ１２６、半円錐サイズΔθで反射型偏光子１２０に入射する。２つの構成リターダの配向をデバイス１２０に示す配向にすると、Ｓ偏光が優勢に透過し（１２８）、一方、Ｐ偏光が優勢に反射する（１２７）。したがってこの反射型偏光子は、Ｓ偏光子と呼ばれている。

第１の複数のリターダ・エレメントおよび第２の複数のリターダ・エレメントの光軸の、それぞれ基板の平面および基板の法線からの逸脱は４５度未満であり、より好ましくは１５度未満、さらに好ましくは５度未満である。通常、光学軸アライメントにおける逸脱は、光整列光硬化製造プロセスのアーチファクトであり、使用される複屈折物質および光アライメント物質のパラメータである。法線外れ入射光に対して光学軸がシステムＸＹＺ座標に沿って傾斜したこれらの複屈折エレメントの実効屈折率がより多く関連しているが、４×４行列をベースとする計算アルゴリズムを使用して適切に評価することができ、垂直入射光の屈折率は、

から計算される。上式で、θ_１ｔは、複数の第１のリターダ・エレメントの光学軸の平面外傾斜であり、（ｎ_１ｘ、ｎ_１ｙ、ｎ_１ｚ）は、結果として得られる、主Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿ったＯプレートの屈折率である。第２の複数のリターダ・エレメントに対しても同様のセットの（ｎ_２ｘ、ｎ_２ｙ、ｎ_２ｚ）表現を見出すことができる。垂直入射では、

ｄ_１ｎ_１ｘ＋ｄ_２ｎ_２ｘ＝λ_ｏ／２ （７）
であり、かつ、Ｓ平面に沿った屈折率が概ね整合している場合、つまりｎ_２ｙ≒ｎ_１ｙである場合にＨＷＯＴが得られる。

通常、任意の２つの単軸および／または２軸複屈折層を第１および第２の複屈折物質としてベース・ユニットに使用することができる。任意選択で、連続する反復ユニットの中心波長が偏光子の厚さの両端間で変更される（たとえば、膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなるように、また、その逆に膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなるようにＨＷＯＴがチャープされる）。中央の反復ユニットと比較した場合、最も外側の反復ユニットの典型的なチャープ分数は、±１０％未満である。

図９を参照して説明した実施形態の場合、小さい角度で傾斜したＯプレートと大きな角度で傾斜したＯプレートが互い違いになるエレメントがＳ偏光子を形成している。別法としては、小さい角度で傾斜したＯプレートと大きな角度で傾斜したＯプレートが互い違いになるエレメントを使用してＰ偏光子を形成することも可能である。

図１０を参照すると、ＧＢＯ効果に基づく、本発明の他の実施形態による、保護フィルタとしてＯＰＵに使用するための反射型偏光子が示されている。互い違いのＯプレート／Ｏプレート構成を有する反射型偏光子１３０は、透明基板１３９の第１の表面に配置されたＱＷ光整列複屈折エレメントのスタック１３１を備えている。ＱＷスタック１３１は、第２の複屈折物質から形成された第２の複数のエレメントと互い違いになる、第１の複屈折物質から形成された第１の複数のエレメントを備えている。第１の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば１３３）は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有しており、Ｏプレート・リターダとして配向されている。Ｏプレート・リターダの遅軸は、ＹＺ平面に存在している。第２の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば１３２）は、第２の物理的厚さｄ_２および第２の複屈折率セット｛ｎ_２ｏ、ｎ_２ｅ｝を有しており、ＸＺ平面に平行または直角に配向された（図では平行に配向されている）Ｏプレート・リターダとして配向されている。第１の複数のエレメントの個々のＯプレート（たとえば１３３）は、平面外リターデーション成分より大きい平面内リターデーション成分を有しており、一方、第２の複数のエレメントの個々のＯプレート（たとえば１３２）は、平面内リターデーション成分より大きい平面外リターデーション成分を有していることに留意されたい。

動作中、中心波長および帯域幅が定義済みの光１３５が、ＸＺ平面に沿って、角度θ１３６、半円錐サイズΔθで反射型偏光子１３０に入射する。２つの構成リターダの配向をデバイス１３０に示す配向にすると、Ｐ偏光が優勢に透過し（１３８）、一方、Ｓ偏光が優勢に反射する（１３７）。したがってこの反射型偏光子は、Ｐ偏光子と呼ばれている。

第１の複数のリターダ・エレメントおよび第２の複数のリターダ・エレメントの光学軸の、それぞれ基板の平面および基板の法線からの逸脱は４５度未満であり、より好ましくは１５度未満、さらに好ましくは５度未満である。光学軸アライメントにおけるこの逸脱は、光整列光硬化製造プロセスのアーチファクトであり、使用される複屈折物質および光アライメント物質のパラメータである。法線外れ入射光に対して光学軸がシステムＸＹＺ座標に沿って傾斜したこれらの複屈折エレメントの実効屈折率がより多く関連しているが、４×４行列をベースとする計算アルゴリズムを使用して適切に評価することができ、垂直入射光の屈折率は、

で与えられる。上式で、θ_１ｔは、複数の第１のリターダ・エレメントの光学軸の平面外傾斜であり、（ｎ_１ｘ、ｎ_１ｙ、ｎ_１ｚ）は、結果として得られる、主Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸に沿ったＯプレートの屈折率である。第２の複数のリターダ・エレメントに対しても同様のセットの（ｎ_２ｘ、ｎ_２ｙ、ｎ_２ｚ）表現を見出すことができる。垂直入射では、
ｄ_１ｎ_１ｙ＋ｄ_２ｎ_２ｙ＝λ_ｏ／２ （８）
であり、かつ、Ｐ平面に沿った屈折率が概ね整合している場合、つまりｎ_２ｘ≒ｎ_１ｘである場合にＨＷＯＴが得られる。

通常、任意の２つの単軸および／または２軸複屈折層を第１および第２の複屈折物質としてベース・ユニットに使用することができる。任意選択で、連続する反復ユニットの中心波長が偏光子の厚さの両端間で変更される（たとえば、膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなるように、また、その逆に膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなるようにＨＷＯＴがチャープされる）。中央の反復ユニットと比較した場合、最も外側の反復ユニットの典型的なチャープ分数は、±１０％未満である。

図５、７、９および１０に示し、かつ／またはそれらを参照して説明した実施形態の各々の場合、個々のＡプレート、Ｃプレートおよび／またはＯプレートには、説明を分かりやすくするために図には示されていないが、専用のアライメント層が必要である。アライメント層毎の光化学は、異なる層物質／配向に対して同じであっても、あるいは異なっていてもよい。

図１１を参照すると、アライメント層を備えた、図５に示すＳ偏光子１００のベース・ユニットが略図で示されている。ベース・ユニット１０１は、第１のＡプレート光リターダ・エレメント１０３および第２のＣプレート光リターダ・エレメント１０２を備えている。Ａプレート・リターダ・エレメント１０３は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有し、Ａプレート・リターダとして配向された（その光学軸はＸ軸に平行である）複屈折層１０３２と、第３の層厚さｄ_３および第３の等方性屈折率ｎ_３を有する非複屈折層（または極めて弱い複屈折層）１０３１とを備えている。この層１０３１を使用して、光露光の際にＡプレート層１０３２が配向（整列）される。同様に、Ｃプレート・リターダ・エレメント１０２は、第２の物理的厚さｄ_２および第２の複屈折率セット｛ｎ_２ｏ、ｎ_２ｅ｝を有し、Ｃプレート・リターダとして配向された（その光学軸はＺ軸に平行である）複屈折層１０２２と、第４の層厚さｄ_４および第４の等方性屈折率ｎ_４を有する非複屈折層（または極めて弱い複屈折層）１０２１を備えている。この層１０２１を使用して、光露光の際にＣプレート層１０２２が配向（整列）される。

ベース・ユニット１０１は、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長において２分の１波長の光学的厚さ（ＨＷＯＴ）を有するように構成されている。より詳細には、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長における層１０３２、１０３１、１０２２および１０２１の光学的厚さは、

で与えられるように、全体でＨＷＯＴになる。上式で、θは、空気中における入射角であり、屈折率がｎ_ａの液浸媒体に入射する場合、ｓｉｎ（θ）はｎ_ａｓｉｎ（θ）に置き換えられる。

実際には、第３の等方性層１０３１および第４の等方性層１０２１は、Ｃプレート層１０２２の両側に配置されると、三重層の等価屈折率を修正する。２つのアライメント層１０３１／１０２１が、たとえば典型的な光整列光硬化リターダの製造プロセスに適用される物質と同じ物質から形成される場合、三重層１０３１／１０２２／１０２１は、ハーピン（Ｈｅｒｐｉｎ）等価ＱＷ層１０１１として近似することができる。直交光学軸アライメントに同じ物質を複屈折Ａプレート層１０３２および複屈折Ｃプレート層１０２２に利用する場合、極めて薄いアライメント層１０３１および１０２１の使用には十分な注意が必要である。一例として、複屈折層１０３２／１０２２が、λ＝４０５ｎｍにおいて｛１．６１、１．７５｝の｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝および｛ｎ_２ｏ、ｎ_２ｅ｝を有するＬＣＰ物質であり、かつ、アライメント層１０１２／１０２１が、λ＝４０５ｎｍにおけるｎ_３＝ｎ_４が１．６９である等方性重合体の場合、せいぜい５ｎｍの厚さのアライメント層（Ｃプレート１０２２の両側の）によって、三重層のオンアクシス実効屈折率が１．６１５に変化し、また、約１０ｎｍの厚さのアライメント層（Ｃプレート１０２２の両側の）によって、三重層のオンアクシス実効屈折率が１．６３に変化する。三重層のハーピン屈折率は、偏光子が垂直入射で動作する場合、名目上、Ａプレート層の常光線屈折率に整合させなければならない。同様に、三重層の等価屈折率も、名目上、法線外れ入射で動作する偏光子の角度におけるＡプレートの実効屈折率に整合される。したがって、屈折率のわずかな不整合によって透過偏光（たとえばＳ偏光）が損失することになる。

複屈折層の構成をＡプレート、Ｃプレートおよび／またはＯプレートの組合せにすることができる、という理解の下に、図７、９および１０を参照して説明した偏光子のための、図１１に示すベース・ユニットに類似したベース・ユニットを記述することができる。たとえば、図１１に示す実施形態では、Ａプレート層は、層の平面内リターデーション成分がその平面外リターデーション成分より大きくなるよう、小さい平面外で傾斜したＯプレートであってもよく、かつ／またはＣプレート層は、平面外リターデーション成分がその平面内リターデーション成分より大きくなるよう、極めて大きい平面外で傾斜したＯプレートであってもよい。いずれの場合においても、対応する偏光子を提供するために、２つのリターダ・エレメントのベース・ユニットが反復される。

図１２を参照すると、２つのＡプレート／ＣプレートＳ偏光子の、垂直入射を中心としたλ＝４０５ｎｍ帯域にわたる理論透過スペクトルが示されている。Ａプレート／Ｃプレート偏光子は、５０回の反復Ａプレート／Ｃプレート・ベース・ユニット、ならびにそれらと結合した、物理的厚さが５ｎｍのアライメント層を使用してモデル化されている。Ａプレート、Ｃプレートおよびアライメント層の全屈折率分散特性がモデル化されている。ベース／反復ユニットの各々は、λ＝４０５ｎｍにおける屈折率が｛１．６１、１．７５｝の正の単軸ＬＣＰ物質、およびλ＝４０５ｎｍにおける屈折率が１．６９の光整列重合体物質を含有している。

非チャープ実施例では、ＱＷＯＴは１０１．２５ｎｍ（つまり４０５ｎｍの１／４）に固定されている。この１０１．２５ｎｍは、それぞれ約５８ｎｍ、５３ｎｍおよび５ｎｍであるＡプレート、ＣプレートおよびＬＰＰアライメント層の公称物理的厚さに対応している。チャープ実施形態では、ＱＷＯＴは、１０１．２５ｎｍの光学的厚さを有する中心ＱＷスタック領域から±６％の範囲内で変化する。チャープ実施例および非チャープ実施例のいずれの場合も、垂直入射で整列したＧＢＯ Ｓ偏光子を使用することにより、１０：１の偏光コントラスト比を得ることができることは明らかである。非チャープ実施例の場合、帯域幅は約１８ｎｍである。チャープ実施例の場合、帯域幅は約２４ｎｍである。有利には、この偏光消光は、ＯＰＵにおけるレーザ・ダイオード保護フィルタとしての使用に適している。

注目すべきことには、Ａプレート層およびＣプレート層の厚さが比較的薄くなっている。したがって、基板への溶液中の複屈折物質のスピン塗布が有利であることが期待される。より詳細には、スピン塗布技法を使用して、比較的広い面積にわたって必要な厚さおよび一様性で層を付着させることができる。それに対して、従来の重合体共有押出し成形プロセスでは、これらの薄い層を正確に提供することはできない。Ａプレート／ＣプレートＳ偏光子は、５０回の反復ユニットを使用してモデル化されているが、もっと多いリターダ対あるいはもっと少ないリターダ対も可能である。注目すべきことには、スタックの設計をさらに薄くすることにより、小さい透過スペクトルの変化で、飽和反射帯域を狭くすることができる。

上で説明したように、ＧＢＯ偏光子は、入射円錐に対してどちらかと言えば寛大であることが知られている。図１３を参照すると、λ＝４０５ｎｍの中心波長における透過偏光と反射偏光のコントラスト比の角応答が示されている。このチャープ偏光子は、少なくとも１０：１のコントラストを維持するために、±２３°を超える角帯域幅を有している。実際、典型的には±７°ブルー−バイオレット・レーザ・ダイオード発散円錐を超える偏光コントラストの全スペクトルは、垂直入射スペクトルとほとんど同じである。

ここではモデル化されていないが、Ａプレート／ＣプレートＰ偏光子、Ｏプレート／ＯプレートＳ偏光子およびＯプレート／ＯプレートＰ偏光子などの他のＧＢＯ構造も同様の方法で設計することができる。いずれの場合においても、利用可能な複屈折物質および処理に制約があるため、個々の構成には光学軸アライメントなどの若干の最適化が必要である。また、個々の構成は、２つの異なるＬＣＰの混合物（たとえばＡプレート層のＬＣＰおよびＣプレート層のＬＣＰ）を含有することができる。注目すべきことには、物質の主屈折率がほとんど同じになるように選択することにより、レーザ保護フィルタとしてＯＰＵシステムに使用するために適した波長および角帯域幅を使用してＧＢＯ偏光子を設計し、かつ、製造することができる。

図５、７、９および１０に示し、かつ／またはそれらを参照して説明した実施形態の各々の場合、多層スタックは、複数の互い違いになる複屈折層を備えている。別法としては、複数の等方性層と互い違いになる複数の複屈折層を使用してＧＢＯ偏光子を製造することも可能である。

図１４を参照すると、ＧＢＯ効果に基づく、本発明の他の実施形態による、保護フィルタとしてＯＰＵに使用するための反射型偏光子が示されている。互い違いのＡプレート／等方性物質構成を有する反射型偏光子２００は、透明基板２０９の第１の表面に配置されたＱＷエレメントのスタック２０１を備えている。ＱＷスタック２０１は、等方性物質から形成された第２の複数のエレメントと互い違いになる、第１の複屈折物質を含有した第１の複数のエレメントを備えている。第１の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば２０３）は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有しており、Ａプレート・リターダとして配向されている。Ａプレート・リターダの光学軸は、Ｘ軸に平行である。第２の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば２０２）は、第２の物理的厚さｄ_２および第２の複屈折率ｎ_２を有している。第１の複数のエレメントの個々のエレメントは光リターダである。

動作中、中心波長および帯域幅が定義済みの光２０５が、ＸＺ平面に沿って、角度θ２０６、半円錐サイズΔθで反射型偏光子２００に入射する。２つの構成リターダの配向をデバイス２００に示す配向にすると、Ｓ偏光が優勢に透過し（２０８）、一方、Ｐ偏光が優勢に反射する（２０７）。したがってこの反射型偏光子は、Ｓ偏光子と呼ばれている。

このＡプレート／等方性の互い違いのエレメント設計の場合、第１の複屈折物質の常光線屈折率は、等方性物質の屈折率に概ね整合している。このＺ屈折率整合設計は、Ｐ偏光反射率が入射角に無関係である、という固有の特性を有している。第１の複数のエレメントおよび第２の複数のエレメントの光学的厚さは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長における４分の１波長に概ね対応している。

Ｓ偏光子のベース・ユニットは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長において２分の１波長になるように構成されている。第１の複数のエレメントおよび第２の複数の等方性層におけるＡプレートとして構成された正の単軸物質の場合（図１４に示すように）、２分の１波長の光学的厚さ（ＨＷＯＴ）は、第１の複屈折物質の常光線屈折率および異常光屈折率、第２の物質の等方性屈折率および中心波長λ_ｏを使用して計算される。

上式で、ｎ_１ｏ＝ｎ_２およびｎ_１ｅ＞ｎ_１ｏである。同様に、第１の複数の層（ディスク様屈折率の屈折率楕円体（ここでは図示されていない））および第２の複数の等方性層におけるＡプレートとして構成された負の単軸の場合、ＨＷＯＴは、第１の複屈折物質の常光線屈折率および異常光屈折率ならびに第２の物質の等方性屈折率を使用して計算され、式（１０）と同様であるが、これらは、ｎ_１ｏ＝ｎ_２およびｎ_１ｅ＜ｎ_１ｏによって関連付けられている。

通常、第１の複屈折物質として、任意の単軸および／または２軸複屈折層を任意の第２の等方性層と共に使用することができる。任意選択で、第２の複数の等方性層は、第１の複数の複屈折層のためのアライメント層として機能する。任意選択で、連続する反復ユニットの中心波長が偏光子の厚さの両端間で変更される（たとえば、膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなるように、また、その逆に膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなるようにＨＷＯＴがチャープされる）。中央の反復ユニットと比較した場合、最も外側の反復ユニットの典型的なチャープ分数は、±１０％未満である。

図１５を参照すると、ＧＢＯ効果に基づく、本発明の他の実施形態による、保護フィルタとしてＯＰＵに使用するための反射型偏光子が示されている。互い違いのＡプレート／等方性物質構成を有する反射型偏光子２１０は、透明基板２１９の第１の表面に配置されたＱＷエレメントのスタック２１１を備えている。ＱＷスタック２１１は、等方性物質から形成された第２の複数のエレメントと互い違いになる、第１の複屈折物質を含有した第１の複数のエレメントを備えている。第１の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば２１３）は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有しており、Ａプレート・リターダとして配向されている。Ａプレート・リターダの光学軸は、Ｙ軸に平行である。第２の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば２１２）は、第２の物理的厚さｄ_２および第２の複屈折率ｎ_２を有している。第１の複数のエレメントの個々のエレメントは光リターダである。

動作中、中心波長および帯域幅が定義済みの光２１５が、ＸＺ平面に沿って、角度θ２１６、半円錐サイズΔθで反射型偏光子２１０に入射する。２つの構成リターダの配向をデバイス２１０に示す配向にすると、Ｐ偏光が優勢に透過し（２１８）、一方、Ｓ偏光が優勢に反射する（２１７）。したがってこの反射型偏光子は、Ｐ偏光子と呼ばれている。

このＡプレート／等方性の互い違いのエレメント設計の場合、第１の複屈折物質の常光線屈折率は、等方性物質の屈折率に概ね整合している。このＺ屈折率整合設計は、Ｐ偏光反射率が入射角に無関係である、という固有の特性を有している。第１の複数のエレメントおよび第２の複数のエレメントの光学的厚さは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長における４分の１波長に概ね対応している。

Ｓ偏光子のベース・ユニットは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長において波長の２分の１になるように構成されている。第１の複数のエレメントおよび第２の複数の等方性層におけるＡプレートとして構成された正の単軸物質の場合（図１５に示すように）、２分の１波長の光学的厚さ（ＨＷＯＴ）は、第１の複屈折物質の常光線屈折率および異常光屈折率、第２の等方性物質の屈折率および中心波長λ_ｏを使用して計算される。

上式で、ｎ_１ｏ＝ｎ_２およびｎ_１ｅ＞ｎ_１ｏである。同様に、第１の複数の層（ディスク様屈折率の屈折率楕円体（ここでは図示されていない））および第２の複数の等方性層におけるＡプレートとして構成された負の単軸の場合、ＨＷＯＴは、第１の複屈折物質の常光線屈折率および異常光屈折率ならびに第２の物質の等方性屈折率を使用して計算され、式（１１）と同様であるが、これらは、ｎ_１ｏ＝ｎ_２およびｎ_１ｅ＜ｎ_１ｏによって関連付けられている。

Ｐ偏光子の場合、Ｓ偏光は常に層界面に対して接線をなしている。したがって個々の層の相厚さを利用して、等方性層と同じように表現される。通常、第１の複屈折物質として、任意の単軸および／または２軸複屈折層を任意の第２の等方性層と共に使用することができる。任意選択で、第２の複数の等方性層は、第１の複数の複屈折層のためのアライメント層として機能する。任意選択で、連続する反復ユニットの中心波長が偏光子の厚さの両端間で変更される（たとえば、膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなるように、また、その逆に膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなるようにＨＷＯＴがチャープされる）。中央の反復ユニットと比較した場合、最も外側の反復ユニットの典型的なチャープ分数は、±１０％未満である。

図１６を参照すると、ＧＢＯ効果に基づく、本発明の他の実施形態による、保護フィルタとしてＯＰＵに使用するための反射型偏光子が示されている。小さい角度で傾斜した互い違いのＯプレート／等方性構成を有する反射型偏光子２２０は、透明基板２２９の第１の表面に配置されたＱＷエレメントのスタック２２１を備えている。ＱＷスタック２２１は、等方性物質から形成された第２の複数のエレメントと互い違いになる、第１の複屈折物質を含有した第１の複数のエレメントを備えている。第１の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば２２３）は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有しており、Ｏプレート・リターダとして配向されている。Ｏプレート・リターダの光学軸は、基板の平面に対して４５度未満の鋭角を形成しており、また、ＸＺ座標平面に平行である。第２の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば２２２）は、第２の物理的厚さｄ_２および複屈折率ｎ_２を有している。第１の複数のエレメントの個々のエレメントは光リターダである。第１および第２の複数のエレメントの個々のエレメントの光学的厚さは、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長におけるＱＷに概ね対応している。

動作中、中心波長および帯域幅が定義済みの光２２５が、ＸＺ平面に沿って、角度θ２２６、半円錐サイズΔθで反射型偏光子２２０に入射する。２つの構成リターダの配向をデバイス２２０に示す配向にすると、Ｓ偏光が優勢に透過し（２２８）、一方、Ｐ偏光が優勢に反射する（２２７）。したがってこの反射型偏光子は、Ｓ偏光子と呼ばれている。

第１の複数のリターダ・エレメントの光軸の基板の平面からの逸脱は４５度未満であり、より好ましくは１５度未満、さらに好ましくは５度未満である。通常、光学軸アライメントにおける逸脱は、光整列光硬化製造プロセスのアーチファクトであり、使用される複屈折物質および光アライメント物質のパラメータである。法線外れ入射光に対して光学軸がシステムＸＹＺ座標に沿って傾斜した複屈折エレメントの実効屈折率がより多く関連しているが、式６ａ〜６ｃに示すように、４×４行列をベースとする計算アルゴリズムを使用して適切に評価することができる。垂直入射では、
ｄ_１ｎ_１ｘ＋ｄ_２ｎ_２＝λ_ｏ／２ （１２）
であり、かつ、Ｓ平面に沿った屈折率が概ね整合している場合、つまりｎ_２≒ｎ_１ｙである場合にＨＷＯＴが得られる。

任意選択で、第２の複数の等方性層は、第１の複数の複屈折層のためのアライメント層として機能する。任意選択で、連続する反復ユニットの中心波長が偏光子の厚さの両端間で変更される（たとえば、膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなるように、また、その逆に膜の入口により近い方の反復ユニットの中心波長がより長くなり、基板により近い方の反復ユニットの中心波長がより短くなるようにＨＷＯＴがチャープされる）。中央の反復ユニットと比較した場合、最も外側の反復ユニットの典型的なチャープ分数は、±１０％未満である。

図１７を参照すると、ＧＢＯ効果に基づく、本発明の他の実施形態による、保護フィルタとしてＯＰＵに使用するための反射型偏光子が示されている。小さい角度で傾斜した互い違いのＯプレート／等方性構成を有する反射型偏光子２３０は、透明基板２３９の第１の表面に配置されたＱＷエレメントのスタック２３１を備えている。ＱＷスタック２３１は、等方性物質から形成された第２の複数のエレメントと互い違いになる、第１の複屈折物質から形成された第１の複数のエレメントを備えている。第１の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば２３３）は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有しており、Ｏプレート・リターダとして配向されている。Ｏプレート・リターダの光学軸は、基板の平面に対して４５度未満の鋭角を形成しており、また、ＹＺ座標平面に平行である。第２の複数のエレメントの個々のエレメント（たとえば２３２）は、第２の物理的厚さｄ_２および複屈折率ｎ_２を有している。第１の複数のエレメントの個々のエレメントは光リターダである。

動作中、中心波長および帯域幅が定義済みの光２３５が、ＸＺ平面に沿って、角度θ２３６、半円錐サイズΔθで反射型偏光子２３０に入射する。２つの構成リターダの配向をデバイス２３０に示す配向にすると、Ｐ偏光が優勢に透過し（２３８）、一方、Ｓ偏光が優勢に反射する（２３７）。したがってこの反射型偏光子は、Ｐ偏光子と呼ばれている。

第１の複数のリターダ・エレメントの光軸の基板の平面からの逸脱は４５度未満であり、より好ましくは１５度未満、さらに好ましくは５度未満である。光学軸アライメントにおけるこの逸脱は、光整列光硬化製造プロセスのアーチファクトであり、使用される複屈折物質および光アライメント物質のパラメータである。法線外れ入射光に対して光学軸がシステムＸＹＺ座標に沿って傾斜したこれらの複屈折層の実効屈折率がより多く関連しているが、４×４行列をベースとする計算アルゴリズムを使用して適切に評価することができ、垂直入射光の屈折率は、式７ａ〜７ｃで表すことができる。垂直入射では、
ｄ_１ｎ_１ｙ＋ｄ_２ｎ_２＝λ_ｏ／２ （１３）
であり、かつ、Ｐ平面に沿った屈折率が概ね整合している場合、つまりｎ_２≒ｎ_１ｘである場合にＨＷＯＴが得られる。

図１４、１５、１６および１７に示し、かつ／またはそれらを参照して説明した実施形態の各々の場合、異常波の方向に平行に整列した第１の直線偏光の反射が大きくなるよう、第１の複数の複屈折層の実効異常波屈折率と第２の複数の等方性層の実効屈折率は整合していない。同様に、常光波の方向に平行に整列した第２の直線偏光の透過率が大きくなるよう、第１の複数の複屈折層の実効常光波屈折率と第２の複数の等方性層の実効屈折率は概ね整合している。あるいは、常光波の方向に平行に整列した第１の直線偏光の反射が大きくなるよう、第１の複数の複屈折層の実効常光波屈折率と第２の複数の等方性層の実効屈折率は整合していない。同様に、常光波の方向に平行に整列した第２の直線偏光の透過が大きくなるよう、第１の複数の複屈折層の実効異常波屈折率と第２の複数の等方性層の実効屈折率は概ね整合している。

図１４、１５、１６および１７に示し、かつ／またはそれらを参照して説明した実施形態の各々の場合、個々のＡプレート・リターダおよびＯプレート・リターダには、説明を分かりやすくするために図には示されていないが、専用のアライメント層が必要である。アライメント層毎の光化学は、異なる層物質／配向に対して同じであるか、あるいは異なっている。

図１８を参照すると、アライメント層を備えた、図１４に示すＳ偏光子２００のベース・ユニットが略図で示されている。ベース・ユニット２０１は、第１のＡプレート光リターダ・エレメント２０３および第２の等方性エレメント２０２を備えている。Ａプレート・リターダ・エレメント２０３は、第１の物理的厚さｄ_１および第１の複屈折率セット｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝を有し、Ａプレート・リターダとして配向された（その光学軸はＸ軸に平行である）複屈折層２０３２と、第３の層厚さｄ_３および第３の等方性屈折率ｎ_３を有する非複屈折層（または極めて弱い複屈折層）２０３１とを備えている。この層２０３１を使用して、光露光の際にＡプレート層２０３２が配向（整列）される。等方性の第２のエレメント２０２は、第２の物理的厚さｄ_２および第２の屈折率ｎ_２を有する等方性物質から形成されている。

ベース・ユニット２０１は、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長において２分の１波長の光学的厚さ（ＨＷＯＴ）を有するように構成されている。より詳細には、円錐中心における公称入射角θおよび公称中心波長における層２０３２、２０３１および２０２の光学的厚さは、

に従って、全体でＨＷＯＴになる。上式で、θは、空気中における入射角である。屈折率がｎ_ａの液浸媒体に入射する場合、ｓｉｎ（θ）はｎ_ａｓｉｎ（θ）に置き換えられる。

図１８を参照して説明した実施形態の場合、Ａプレート・エレメント２０３は、アライメント層２０３１を備えている。他の実施形態によれば、等方性エレメント２０２は、Ａプレート・エレメント２０３を整列させるための手段を提供している（つまりＡプレート・エレメント２０３にはアライメント層２０３１を備える必要はない）。実際には、第２の複数の等方性エレメントが第１の複数の複屈折層のためのアライメント層として機能することがより期待される。λ＝４０５ｎｍの中心波長で設計された偏光子の場合、これらの等方性アライメント層は、通常、数十ナノメートル程度の層である。

複屈折層の構成をＡプレートおよび／またはＯプレートの組合せにすることができる、という理解の下に、図１５、１６および１７を参照して説明した偏光子のための、図１８に示し、かつ／または上で説明したベース・ユニットに類似したベース・ユニットを設計することも可能である。たとえば、Ａプレート層は、層の平面内リターデーション成分がその平面外リターデーション成分より大きくなるよう、小さい平面外で傾斜したＯプレートであってもよい。

互い違いのＡプレート層／等方性層からなるＧＢＯ反射型Ｓ偏光子の計算例として、λ＝４０５ｎｍにおける屈折率がｎ_２＝１．６９である商用的に入手可能な光アライメント層物質と互い違いになる、λ＝４０５ｎｍにおける屈折率｛ｎ_１ｏ、ｎ_１ｅ｝が｛１．６１、１．７５｝である商用的に入手可能なＬＣＰ Ａプレート層の反復ＱＷスタックがモデル化された。期待されるように、等方性層の屈折率がＡプレート物質の常光線屈折率と異常光屈折率の間に存在しているため、Ｘ偏光およびＹ偏光された直線偏光はいずれも反射することになる。

図１９は、アライメント層の公称屈折率とＡプレート層の常光線屈折率が整合している場合の理論スペクトルを示したものである。より詳細には、図１９は、Ｔｐｐ（Ｐ偏光入力およびＰ偏光透過出力）およびＴｓｓ（Ｓ偏光入力およびＳ偏光透過出力）の透過スペクトルを示したものである。２つの反復層の屈折率は、λ＝４０５ｎｍにおけるＳ平面に沿って整合しているが、分散の差のため、帯域の末端付近のＳ偏光の反射帯域が狭くなっている。この場合、帯域内Ｓ偏光透過が脈動している。

上で説明した実施形態の場合、ＣｈＬＣ反射型偏光子およびＧＢＯ互い違い層反射型偏光子の各々は、必要な偏光平面の損失が少ない光エレメントとして機能することが仮定されている。したがって、これらの多層膜偏光子の外部表面は、無反射（ＡＲ）スタックでコーティングされていることが好ましい。スピン塗布重合体層および真空チャンバ塗布誘電体ＡＲ層の多くの統合例で一般的であるように、単一基板手法または二重基板手法から選択することができる。

図２０を参照すると、本発明の一実施形態によるＡＲコート・カルテシアン反射型偏光子が略図で示されている。このカルテシアン偏光子３００は、多層偏光スタック３０１、第１のＡＲ多層スタック３０２、第２のＡＲ多層スタック３０３、およびラッカーなどの保護光ハード・コート３０４を備えており、これらはすべて単一の透明基板３０９によって支持されている。より詳細には、多層偏光スタック３０１は、透明基板３０９の第１の表面に配置されており、一方、第１のＡＲ多層スタック３０２は、透明基板３０９の反対側の第２の表面に配置されている。保護光ハード・コート３０４は、多層偏光スタック３０１と第２のＡＲ多層スタック３０３の間に配置されている。

多層偏光スタック３０１は、たとえばＱＷＰ／ＣｈＬＣ／ＱＷＰスタック、互い違いのＱＷリターダ／ＱＷリターダ・スタックまたは互い違いのＱＷリターダ／ＱＷ等方性層スタックを備えることができる光整列液晶ベース・カルテシアン偏光スタックを備えている。図２、５、７、９、１０、１４、１５、１６および１７は、適切な光整列液晶ベース偏光スタックのいくつかの実施例を示したものである。

このカルテシアン偏光子を利用すると、内部損失をほとんど生じることなく優先的に透過および反射し（つまり二重減衰機能）、中心波長および帯域幅が定義済みの入射光３０５が、ＸＺ平面に沿って、入射角θ３０６、半円錐サイズΔθでカルテシアン偏光子に衝突する。多層偏光スタックの構成に応じて、定義済み帯域幅内のＳ偏光またはＰ偏光のいずれかが優勢に透過し（３０８）、一方、優勢に透過する偏光に対して直角の偏光が優勢に反射する（３０７）。

図２１を参照すると、本発明の他の実施形態によるＡＲコート・カルテシアン反射型偏光子が略図で示されている。このカルテシアン偏光子３５０は、第１の透明基板３５９Ａを備えており、その第１の表面に第１の多層偏光スタック３５１が配置され、また、その反対側の第２の表面に第１のＡＲ多層スタック３５２が配置されている。第１の透明基板３５９Ａは、光粘着層３５４を介して第２の透明基板３５９Ｂの第１の表面に積層されている。第２のＡＲ多層スタック３５３は、第２の透明基板３５９Ｂの反対側の第２の表面に配置されている。

多層偏光スタック３５１は、たとえばＱＷＰ／ＣｈＬＣ／ＱＷＰスタック、互い違いのＱＷリターダ／ＱＷリターダ・スタックまたは互い違いのＱＷリターダ／ＱＷ等方性層スタックを備えることができる光整列液晶ベース・カルテシアン偏光スタックを備えている。図２、５、７、９、１０、１４、１５、１６および１７は、適切な光整列液晶ベース偏光スタックのいくつかの実施例を示したものである。

このカルテシアン偏光子を利用すると、内部損失をほとんど生じることなく優先的に透過および反射し（つまり二重減衰機能）、中心波長および帯域幅が定義済みの入射光３５５が、ＸＺ平面に沿って、入射角θ３５６、半円錐サイズΔθでカルテシアン偏光子に衝突する。多層偏光スタックの構成に応じて、定義済み帯域幅内のＳ偏光またはＰ偏光のいずれかが優勢に透過し（３５８）、一方、優勢に透過する偏光に対して直角の偏光が優勢に反射する（３５７）。

図２、５、７、９、１０、１４、１５、１６、１７、２０および２１を参照して上で説明した実施形態の各々の場合、光整列カルテシアン偏光子は、少なくとも３つの複屈折エレメントを備えており、複屈折エレメントの各々は、アライメント／配向層および液晶重合体層を備えている。通常、上で説明したようにしばしば線状光重合可能（ＬＰＰ）膜または光配向可能重合体網（ＰＰＮ）と呼ばれているアライメント層は、線状フォトポリマーの溶液として加えられ、偏光ＵＶ光を使用して構造化／整列され、かつ、第１の交差結合ステップを使用して、非偏光中で安定化される。アライメント層が固定されると、液晶重合体物質の溶液がＬＰＰ層に加えられる（たとえばスピン塗布される）。当分野で良く知られているように、通常、ＬＣＰ溶液には、交差結合可能液晶性単量体、オリゴマーおよび／または交差結合が可能な基を有する重合体プリカーソルが含まれている。ＬＣＰ層は、任意選択でキラル・ドーパントを含有している。ＬＣＰ層がＬＰＰ膜の配向を使用して加えられると、第２の交差結合ステップのために、ＬＣＰ層が非偏光ＵＶ光に露出される。それにより、交差結合し、かつ、光学的に構造化された、予め想定済み配向パターンの液晶重合体が得られる。アライメント層重合体の光化学交差結合と、それに引き続くＬＣＰ分子の交差結合により、ハイ・パワー照明および短波長レーザ（たとえば４０５ｎｍ）への露出下における偏光子の信頼性の改善が期待される。

図２、５、７、９、１０、１４、１５、１６、１７、２０および２１を参照して上で説明した実施形態の各々では、光整列カルテシアン偏光子は、空中入射偏光子として示され／説明されている。別法としては、本発明による光整列カルテシアン偏光子は、液浸偏光子構成を有している。詳細には、多層スタックは、プリズムおよび／またはくさび形基板に浸すことができる。これらの実施形態の場合、偏光ビームスプリッタまたは偏光ビーム・コンバイナとして光整列カルテシアン偏光子を使用することができる。有利には、液浸媒体からの追加光路長によって設計の単純化が促進される。注目すべきことには、これらの光整列光硬化カルテシアン偏光子は、平行ビームを使用して、あるいは光の円錐を使用して、垂直入射または一定の角度で使用することができる。

図２、５、７、９、１０、１４、１５、１６、１７、２０および２１を参照して上で説明した実施形態の各々の場合、カルテシアン偏光子は、λ＝４０５ｎｍを中心とする波長帯域にわたって考察され／モデル化されている。光整列ＬＣＰベース・カルテシアン偏光子の使用は、ＯＰＵにおけるブルー／バイオレット帯域のハイ・パワーで、比較的短い波長環境で有利であるだけではなく、これらの光整列ＬＣＰベース・カルテシアン偏光子は、他の波長および／または他のアプリケーションにも有用であることが期待されている。実際、ＯＰＵ保護フィルタに引用されている１０：１の適度の偏光コントラスト比は、一例として使用されているにすぎず、光整列光硬化カルテシアン偏光子製造技法の能力を制限するものではない。

当然、上記実施形態は、単なる実施例として提供されたものにすぎない。本発明の精神および範囲を逸脱することなく、様々な修正、代替構成および／または等価物を使用することができることは当業者には理解されよう。たとえば、一様に傾斜したＯプレート・リターダ層ではなく、連続的に広がったＬＣＰ Ｏプレートを光整列ＧＢＯ偏光子に使用することが想定されている。また、それぞれコレステリック偏光子およびＧＢＯ偏光子のＱＷＰ層およびＱＷ層として構成されたＡプレート・リターダを、極めて小さい傾斜角で製造することが期待される。光整列ＣｈＬＣ偏光子に関しては、ＣｈＬＣ層の両側に多層色消しＱＷＰを使用することにより、直線偏光から円偏光への変換性能およびその逆の円偏光から直線偏光への変換性能を改善することができる。さらに、ＣｈＬＣ偏光子として参照されている場合、光整列光硬化処理技術は、任意のキラル液晶混合物を利用することができる。たとえば、キラル・ネマチックＬＣを使用してコレステリック膜を提供する場合、個々のＬＣ分子の光学軸を基板の平面に平行に整列させることができ、かつ、螺旋軸が基板に垂直に整列するよう、キラルＬＣ膜の厚さにわたって回転させることができる。通常、これには、常光線ネマチックＬＣ混合物の追加キラル剤ドーピングが必要である。一方、強誘電性ＬＣは、強誘電性ＬＣ混合物に見られる一連の自然偏光ベクトルのエネルギー最小化による自然回転を有している。この場合、螺旋軸は、依然として基板に垂直に整列するが、個々のＬＣ分子の光軸は、通常、基板の平面内には配向されない。強誘電性ＬＣの光学軸は、半円錐角、典型的には螺旋軸に対して１０°と４５°の間の角度で傾斜している。すべての方位角を通る、膜の厚さ方向に沿った光学軸の歳差運動によって、適切な波長範囲に対してブラッグ反射が生じることが保障される。強誘電性ＬＣの平面外傾斜により、より小さい実効平面内複屈折が実現される。したがって、螺旋回転状態として構成された強誘電性ＬＣの反射帯域幅は、同じ固有物質複屈折の場合、コレステリックＬＣより狭い。したがって、本発明の範囲は、偏に特許請求の範囲によってのみ制限されるものとする。

従来技術による３波長ＨＤ−ＤＶＤ／ＤＶＤ／ＣＤ光ピックアップ・システムの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による、光ピックアップ・システムに使用するためのコレステリック液晶ベース反射型偏光子を示す略図である。 非色消しＱＷＰ／１０周期コレステリックＬＣ／非色消しＱＷＰ反射型偏光子のモデル透過スペクトルを示すグラフである。 「Ｐ」偏光の大きい反射率を示す、非色消しＱＷＰ／１０周期コレステリックＬＣ／非色消しＱＷＰ反射型偏光子のモデル反射スペクトルを示すグラフである。 本発明の一実施形態による、複数の互い違いのＡプレート・エレメント／Ｃプレート・エレメントを備えた多層ＧＢＯ Ｓ偏光子であって、Ａプレート・エレメントの遅軸がＸ軸に沿って配向された多層ＧＢＯ Ｓ偏光子を示す略図である。 図５に示すＳ偏光子のベース・ユニットを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による、複数の互い違いのＡプレート・エレメント／Ｃプレート・エレメントを備えた多層ＧＢＯ Ｐ偏光子であって、Ａプレート・エレメントの遅軸がＹ軸に沿って配向された多層ＧＢＯ Ｐ偏光子を示す略図である。 図７に示すＰ偏光子のベース・ユニットを示す斜視図である。 本発明の一実施形態による、複数の互い違いのＯプレート・エレメント／Ｏプレート・エレメントを備えた多層ＧＢＯ Ｓ偏光子を示す略図である。 本発明の一実施形態による、複数の互い違いのＯプレート・エレメント／Ｏプレート・エレメントを備えた多層ＧＢＯ Ｐ偏光子を示す略図である。 アライメント層を示す、図５に示すＳ偏光子のベース・ユニットを示す略図である。 垂直入射円錐照明のためのブルー−バイオレット帯域反射型カルテシアン偏光子のモデル透過スペクトルを示すグラフである。 モデルＳ偏光およびＰ偏光のＡＯＩに対する透過率特性（上段プロット）および「Ｐ」透過率に対する「Ｓ」透過率の比率（下段プロット）を示すグラフである。 本発明の一実施形態による、複数の互い違いのＡプレート・エレメント／等方性エレメントを備えた多層ＧＢＯ Ｓ偏光子であって、Ａプレート・エレメントの遅軸がＸ軸に沿って配向された多層ＧＢＯ Ｓ偏光子を示す略図である。 本発明の一実施形態による、複数の互い違いのＡプレート・エレメント／等方性エレメントを備えた多層ＧＢＯ Ｐ偏光子であって、Ａプレート・エレメントの遅軸がＹ軸に沿って配向された多層ＧＢＯ Ｐ偏光子を示す略図である。 本発明の一実施形態による、複数の互い違いのＯプレート・エレメント／等方性エレメントを備えた多層ＧＢＯ Ｓ偏光子であって、Ｏプレートの遅軸がｐ平面内に配向された多層ＧＢＯ Ｓ偏光子を示す略図である。 本発明の一実施形態による、複数の互い違いのＯプレート・エレメント／等方性エレメントを備えた多層ＧＢＯ Ｐ偏光子であって、Ｏプレートの遅軸がＹＺ平面内に配向された多層ＧＢＯ Ｐ偏光子を示す略図である。 アライメント層を示す、図１４に示すＳ偏光子のベース・ユニットを示す略図である。 垂直入射円錐照明のためのブルー−バイオレット帯域の互い違いのＡプレート層／等方性層反射型偏光子のモデル反射スペクトルを示すグラフである。 本発明の一実施形態による、基板上の外部ＡＲコーティングおよび多層偏光スタックを備えた直線カルテシアン偏光子を示す略図である。 本発明の一実施形態による、２つの基板上の外部ＡＲコーティングを備えた直線カルテシアン偏光子を示す略図である。

符号の説明

５０ 反射型偏光子
５１ コレステリック液晶（ＣｈＬＣ）の薄膜層
５２、５３ 無反射（ＡＲ）コーティング
５５ 光
５６ 入射角θ
５７ 水平偏光
５８ 垂直偏光
５９ 透明基板

Claims (17)

1. 透明基板と、
   前記透明基板の第１の表面に積層された少なくとも３つの層状複屈折エレメントであって、前記複屈折エレメントの各々が、重合体光整列アライメント層、および交差結合液晶重合体層を含む層状複屈折エレメントと
   を備えたカルテシアン偏光子であって、
   前記３つの複屈折エレメントの各々の光学的厚さが、前記カルテシアン偏光子が第１の偏光を有する所定の波長の光を透過させ、かつ、第２の直交偏光を有する前記所定の波長の光を反射させるように選択され、前記所定の波長で透過する前記光が、光ピックアップ・ユニット内のレーザ・ダイオードから放出されるカルテシアン偏光子。
2. 前記少なくとも３つの複屈折エレメントが、第２の複数のＣプレート・エレメントと互い違いになる第１の複数のＡプレート・エレメントを含み、前記第１および第２の複数のエレメントの隣接するエレメントが、所定の波長における２分の１波長に実質的に等しい結合光学的厚さを有する、請求項１に記載のカルテシアン偏光子。
3. 前記少なくとも３つの複屈折エレメントが、第２の複数のＯプレート・エレメントと互い違いになる第１の複数のＯプレート・エレメントを含み、前記第１および第２の複数のＯプレート・エレメントの隣接するエレメントが、所定の波長における２分の１波長に実質的に等しい結合光学的厚さを有する、請求項１に記載のカルテシアン偏光子。
4. 前記第１および第２の複数のＯプレート・エレメントが、それぞれ同じ平面内に光学軸を有し、前記第１の複数のＯプレート・エレメントの前記光学軸が、前記第２の複数のＯプレート・エレメントの前記光学軸の傾斜角より小さい傾斜角を有する、請求項３に記載のカルテシアン偏光子。
5. 前記第１および第２の複数のＯプレート・エレメントが、それぞれ直交平面内に光学軸を有する、請求項３に記載のカルテシアン偏光子。
6. 前記少なくとも３つの複屈折エレメントが第１の複数のＡプレート・エレメントを含み、前記第１の複数のＡプレート・エレメントが第２の複数の実質的に等方性のエレメントと互い違いになり、前記第１および第２の複数のエレメントの隣接するエレメントが、所定の波長における２分の１波長に実質的に等しい結合光学的厚さを有する、請求項１に記載のカルテシアン偏光子。
7. 前記少なくとも３つの複屈折エレメントが第１の複数のＯプレート・エレメントを含み、前記第１の複数のＯプレート・エレメントが第２の複数の実質的に等方性のエレメントと互い違いになり、前記第１および第２の複数のエレメントの隣接するエレメントが、所定の波長における２分の１波長に実質的に等しい結合光学的厚さを有する、請求項１に記載のカルテシアン偏光子。
8. 前記少なくとも３つの複屈折エレメントが、互い違いの層の４分の１波長スタックを提供するよう、重合体光整列アライメント層の各々および交差結合液晶重合体層の各々が、所定の波長における４分の１波長に実質的に等しい光学的厚さを有する、請求項１に記載のカルテシアン偏光子。
9. 交差結合液晶重合体層の各々が、ＡプレートおよびＯプレートのうちの一つである、請求項８に記載のカルテシアン偏光子。
10. 重合体光整列アライメント層の各々が実質的に等方性である、請求項９に記載のカルテシアン偏光子。
11. 前記少なくとも３つの複屈折エレメントが、コレステリック液晶エレメントと、前記コレステリック液晶エレメントの一方の側に配置された第１の４分の１波長エレメントと、前記コレステリック液晶エレメントの反対側の第２の側に配置された第２の４分の１波長エレメントとを含む、請求項１に記載のカルテシアン偏光子。
12. 前記透明基板の第２の表面に付着した第１の無反射コーティングを含む、請求項１から１１のいずれかに記載のカルテシアン偏光子。
13. 前記少なくとも３つの複屈折エレメントの表面に付着した第２の無反射コーティングを含む、請求項１２に記載のカルテシアン偏光子。
14. 前記少なくとも３つの複屈折エレメントに積層された第１の面、および第２の無反射コーティングが付着した第２の面を有する第２の透明基板を含む、請求項１２に記載のカルテシアン偏光子。
15. 前記少なくとも３つの複屈折層を保護するためのハード・コート層を含む、請求項１から１４のいずれかに記載のカルテシアン偏光子。
16. 透明基板に少なくとも３つの層状複屈折エレメントを提供するステップであって、前記複屈折エレメントの各々が、重合体光整列アライメント層、および交差結合液晶重合体層を含むステップを備えた、カルテシアン偏光子を製造する方法であって、
    前記３つの複屈折エレメントの各々の光学的厚さが、前記カルテシアン偏光子が第１の偏光を有する所定の波長の光を透過させ、かつ、第２の直交偏光を有する前記所定の波長の光を反射させるように選択され、前記所定の波長で透過する前記光が、光ピックアップ・ユニット内のレーザ・ダイオードから放出される方法。
17. 前記少なくとも３つの複屈折エレメントの各々を提供するステップが、
    重合体アライメント層を提供するために、線状フォトポリマーの溶液を表面に加えるステップと、
    所定の構造を誘導し、重合体光整列アライメント層を形成するために、前記重合体アライメント層を偏光ＵＶ放射で照射するステップと、
    液晶重合体層を形成するために、液晶重合体プリカーソルの第１の溶液を前記重合体光整列アライメント層に加えるステップと、
    前記交差結合液晶重合体層を提供するために、前記液晶重合体プリカーソル層をＵＶ光で照射するステップと
    を含む、請求項１６に記載の方法。

Images