[发明专利]1/2波长板、光拾取装置、偏振转换元件及投影型显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及由石英这样具有双折射性和旋光性的无机晶体材料构成的1/2波长板。此外，本发明还涉及使用了该1/2波长板的光拾取装置、偏振转换元件以及投影型显示装置。

背景技术

以往，在用于光盘装置记录再现的光拾取装置、偏振转换元件、液晶投影仪等投影型显示装置那样的光学装置中使用了1/2波长板，该1/2波长板使入射光的线偏振光的偏振面旋转了预定角度例如90°后作为线偏振光的出射光出射。一般，作为波长板的材质，使用了通过延伸处理而具有双折射性的聚碳酸酯等有机类材料构成的树脂薄膜、用透明基板夹持高分子液晶层的相位差板、石英等具有双折射性的无机晶体材料的晶体板(例如参照专利文献1至4)。

特别地，在用于光盘装置记录再现的光拾取装置中，为了实现记录的高密度化、大容量化，采用了波长非常短且高输出的蓝紫色激光器。但是，上述有机类材料的树脂薄膜和液晶材料具有容易吸收蓝色到紫外区域的光的物性。因此，可能吸收蓝紫色激光而发热，使材质自身劣化而有损波长板的功能。

此外，在蓝光标准的光盘记录再现装置中，在光拾取装置的激光光源附近配置1/2波长板，1/2波长板在极高温的环境下长时间暴露。在液晶投影仪中，也紧靠白色光源配置1/2波长板，1/2波长板同样长时间在高温环境下暴露。因此，在任意一种情况下，都要求1/2波长板具有较高的耐光性和长期可靠性。在这方面，石英等无机晶体材料的耐光性极高，尤其是在使用蓝紫色激光器这样的光学系统中，石英波长板是有利的。

此外，石英不仅具有双折射性，针对晶体光学轴的方向还具有旋光性。广泛公知该旋光性会根据石英板的切割角度对波长板的性能造成影响。为了消除该旋光性的影响，提出了如下的波长板：以光轴相互交叉的方式重合层叠由光学材料构成的2个波长板，两波长板的相位差、光学轴方位角度、旋光率、以及旋转轴与中性轴所成的角满足预定的关系式，由此，使宽频带中的特性优良(例如参照专利文献5)。

【专利文献1】日本特开2005-208588号公报

【专利文献2】日本特开2006-40343号公报

【专利文献3】日本特公昭52-4948号公报

【专利文献4】日本特公平3-58081号公报

【专利文献5】日本特开2005-158121号公报

但是，在石英单板的1/2波长板中，以下的设计方法至少在本申请发明人所了解范围内，至今为止都没有被报告过：除了考虑起因于双折射性的相位差引起的偏振状态的变化以外，还考虑起因于旋光性的偏振面旋转引起的偏振状态的变化。因此，存在以下问题：在将石英1/2波长板的设计相位差设定为180°时，其转换效率根据石英板的切割角度不一定成为100％。

使用图11的庞加莱球对石英单板的1/2波长板的偏振状态进行说明。在将线偏振光的入射光的基准点设为S1轴上的P₀＝(1，0，0)时，将旋转轴R₁设定到以下位置：从S1轴旋转角度2θ1(θ：石英板的光学轴方位角)，进而相对于S1/S2平面向北极(S3)方向倾斜角度2ρ(ρ：石英板的旋光角)。当以旋转轴R₁为中心使点P₀向右旋转相位差Г＝180°时，该点P₁成为出射光的位置。

在图11中，在光学轴方位角θ₁＝45°时，旋转轴R₁处于S2/S3平面上，因此当以旋转轴R₁为中心将点P₀向右旋转180°时，出射光的位置始终到达庞加莱球的赤道上的点P₁＝(-1，0，0)。此时，石英波长板的转换效率为1。但是，在光学轴方位角θ₂≠45°时，旋转轴R₂不到达S2/S3平面上，因此不处于庞加莱球的赤道上的点P₂成为出射光的位置。由此，石英波长板的转换效率降低。

石英板的旋光率在石英的光学轴方向上最大。由此，越增大石英板的切割角度、即石英板的光学轴和相对于石英板主面的法线所成的角度，旋光性的影响越小。图12示出了在设计相位差为180°的石英1/2波长板中，针对光学轴方位角θ＝5°、10°、15°、20°、25°、35°、40°、45°，与切割角度相关的转换效率T的变化的模拟结果。从该图可知，在切割角度在30°以下时转换效率显著降低。