DE69836610T2

DE69836610T2 - Beleuchtungsvorrichtung und Flüssigkristallanzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69836610T2
Application number: DE69836610T
Authority: DE
Inventors: Tadayuki Ibaraki-shi Kameyama; Hisashi Ibaraki-shi Mihara; Hironori Ibaraki-shi Motomura; Naoki Ibaraki-shi Takahashi
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2007-04-05
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: US6166790A; TW405051B; EP0908745A1; JPH11194217A; JP3591699B2; DE69836610D1; KR100589867B1; KR19990036960A; EP0908745B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polarisator einer Beleuchtungsvorrichtung, der dazu geeignet ist, die Leuchtdichte einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung zu verbessern und eine unausgeglichene Anzeige zu verhindern.
Herkömmlicherweise sind Polarisatoren bekannt, die laminierte Produkte aus cholesterischen Flüssigkristallschichten und λ/4-Plättchen aufweisen, und die die Leuchtdichte von Flüssigkristallanzeigevorrichtung verbessern und somit den Nachteil von Polarisationsplatten, nämlich dass ungefähr die Hälfte des einfallenden Lichts absorbiert wird und in Absorptionsverlusten resultiert, überwunden wird. Bei diesen Elementen wird zirkular polarisiertes Licht, das durch die cholesterischen Flüssigkristallschichten durchtritt, durch die λ/4-Plättchen in linear polarisiertes Licht umgewandelt, wobei es dem linear polarisierten Licht ermöglicht wird, in Übereinstimmung mit den Polarisationsachsen auf die Polarisationsplatten einzufallen, wodurch Absorptionsverluste verhindert werden.
Solche Polarisatoren sind aus der EP 0606939 bekannt. Diese offenbart einen cholesterischen Filter, der aus mehreren Schichten in der Form eines Stapels aus Flüssigkristallmaterial aufgebaut ist, wobei jede Schicht für ein unterschiedliches Wellenlängenbereich aktiv ist, wobei die Wellenlängenbereiche gemeinsam zumindest den sichtbaren Wellenlängenbereich abdecken. Als Alternative ist ein cholesterischer Filter mit einer einzigen Schicht aus einem Flüssigkristallpolymermaterial offenbart, wobei sich innerhalb dieser Schicht die Ganghöhe der molekularen Helix kontinuierlich zwischen zwei Werten ändert. Darüber hinaus können mehrere solcher Schichten gestapelt werden, um den cholesterischen Filter zu bilden.
EP 07036032 offenbart ebenso einen Filter aus einer planar ausgerichteten cholesterischen Flüssigkristallschicht, wobei der gewünschte Wellenlängenbereich durch Mischen von zwei oder mehr Bestandteilen mit unterschiedlichen Ganghöhen in einer Schicht erzielt wird.
Auch die WO 96-02060 offenbart einen cholesterischen Breitbandpolarisator, wobei innerhalb einer Schicht die Ganghöhe der molekularen Helix von einem Minimumwert an der ersten Oberfläche der cholesterischen Schicht bis auf einen Maximalwert an der zweiten Oberfläche der Schicht ansteigt. EP 0859265 offenbart einen Polarisator, der cholesterische Flüssigkristalle nutzt, und JP 09-189811 offenbart eine cholesterische Flüssigkristallschicht und darüber hinaus Polarisatoren, die aus mehreren cholesterischen Flüssigkristallschichten zusammengesetzt sind.
Es gibt jedoch das Problem, dass sich die Leuchtdichte der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen nicht so stark verbessert, wie erwartet. Dies führt zu einer unausgeglichenen Anzeige, wahrscheinlich dadurch, dass das linear polarisierte Licht einen großen Lichtanteil aufweist, der durch die Polarisationsplatten absorbiert wird. Wenn darüber hinaus Prismengruppenschichten angeordnet werden, um die Leuchtdichte und die Effizienz der Lichtausnutzung durch die Kontrolle des Strahlengangs zu verbessern, tritt auch das Problem auf, dass die Leuchtdichte in der Richtung nach vorne (vertikale Richtung) stark reduziert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Beleuchtungsvorrichtung zu entwickeln, die polarisiertes Licht mit geringen Absorptionsverlusten, die durch eine Polarisationsplatte auftreten, bereitstellen kann, die das polarisierte Licht einer Flüssigkristallzelle mit hervorragender Effizienz bezüglich der Benutzung des einfallenden Lichts bereitstellen kann, die eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, mit hervorragender Leuchtdichte und mit verringerter unausgeglichener Anzeige, bilden kann, und die bezüglich der Leuchtdichte in Richtung nach vorne nur geringfügig beeinträchtigt wird, wenn eine Prismengruppenschicht benutzt wird.
Diese Aufgabe wird mit der Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst.
Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung eine Flüssigkristallanzeige bereit, in der eine Flüssigkristallzelle auf der Lichtaustrittsseite der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, wobei dazwischen eine Polarisationsplatte angeordnet ist.
In der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff "parallel durchfallendes Licht" durchfallendes Licht im parallelem Zustand, wenn paralleles Licht auf einen Polarisator trifft, und bedeutet der Begriff "diffus durchfallendes Licht" durchfallendes Licht, das im obigen Fall nicht im parallelen Zustand ist. Darüber hinaus bedeutet der Begriff "spiegelreflektiertes Licht" Licht, das den Reflexionsgesetzen genügt, wobei man unter Reflexion durch den gesamten Polarisator die Reflexion basierend auf der idealen Spiegeloberfläche versteht, und der Begriff "diffus reflektiertes Licht" bedeutet Licht, das nicht dem Re flexionsgesetz genügt. Darüber hinaus bedeutet der Begriff "spiegelreflektierter Lichtanteil" das Verhältnis von spiegelreflektiertem Licht zu insgesamt reflektiertem Licht und wird nach folgender Gleichung berechnet: [spiegelreflektiertes Licht/(spiegelreflektiertes Licht + diffus reflektiertes Licht)] × 100
Der Anteil an parallel durchfallendem Licht, (parallel durchfallendes Lichteinfallendes Licht) × 100, wird nachfolgend auch als parallele Lichtdurchlässigkeit bezeichnet; der Anteil an diffus reflektiertem Licht, (diffus reflektiertes Licht/einfallendes Licht) × 100, als diffuse Lichtdurchlässigkeit; der Anteil an durchfallendem Licht, (insgesamt durchfallendes Licht/einfallendes Licht) × 100, als die Gesamtlichtdurchlässigkeit; das Verhältnis von spiegelreflektiertem Licht, (spiegelreflektiertes Licht/einfallendes Licht) × 100, als Spiegelreflexion; das Verhältnis von diffus reflektiertem Licht, (diffus reflektiertes Licht/einfallendes Licht) × 100, als diffuse Reflexion; und der Anteil von spiegelreflektiertem Licht als der spiegelreflektierte Anteil. Oben bedeutet einfallendes Licht = durchfallendes Licht + Streulicht, und durchfallendes Licht = parallel durchfallendes Licht + diffus durchfallendes Licht.
Der Polarisator ist hervorragend für die Massenproduktion geeignet, hat eine hervorragende Trenneigenschaft für polarisiertes Licht und stellt durch die herausragende Ausbeute des einfallendem Licht polarisiertes Licht mit geringen Absorptionsverlusten, die durch die Polarisationsplatte auftreten können, bereit. Darüber hinaus kann man, selbst wenn eine Prismengruppenschicht angeordnet wird, das optische Element und die Beleuchtungsvorrichtung so ausbilden, dass die Leuchtdichte in Richtung nach vorne nur wenig reduziert wird, und die Flüssigkristallanzeigevorrichtung so ausbilden, dass sie hervorragend in Leuchtdichte und verbessert bezüglich der unausgeglichenen Anzeige ist.
Darüber hinaus kann die Minimierung der Dispersion der Trübung, der parallelen Lichtdurchlässigkeit, der Gesamtlichtdurchlässigkeit, der diffusen Durchlässigkeit, der Spiegelreflexion und der diffusen Reflexion in einer Ebene die unausgeglichene Anzeige, wie beispielsweise unausgeglichene Farbdarstellung, zusätzlich zur Leuchtdichtenhomogenisierung, reduzieren, wodurch eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit guter Helligkeit und guter Sichtbarkeit ausgebildet wird.
Die oben beschriebenen Effekte basieren auf den oben angegebenen Werten der Trübung, der parallelen Lichtdurchlässigkeit, der Spiegelreflexion, der diffusen Reflexion oder des spiegelreflektierenden Anteils, wobei die Spiegelreflexion, die diffuse Reflexion und der spiegelreflektierende Anteil sich aus den nachfolgenden Erläuterungen ergeben. Als Ergebnis intensiver Untersuchungen zum Lösen des oben beschriebenen Problems haben die vorliegenden Erfinder nämlich geklärt, dass, wenn eine cholesterische Flüssigkristallschicht mit einer konstanten Dicke mit einem λ 1/4-Plättchen kombiniert wird, um ein optisches Element zu bilden, die Spiegelreflexion, die diffuse Reflexion und der spiegelreflektierte Anteil der cholesterischen Flüssigkristallschicht einen Einfluss auf die Leuchtdichte haben und eng mit der Gesamtreflexion, (reflektiertes Lichteinfallendes Licht) × 100, in Verbindung stehen.
Die cholesterische Flüssigkristallschicht zeigt nämlich, wenn sie nicht ausgerichtet ist, durch Oberflächenreflexion auf beiden Seiten der Schicht Spiegelreflexionseigenschaften ohne diffus reflektiertes Licht. Die Reflexion ist jedoch gering, wobei die Gesamtreflexion mit der Ausrichtung ansteigt. Es ist daher möglich, die Hälfte des einfallenden sichtbaren Lichts als reflektiertes Licht für natürliches Licht zu erzielen (Gesamtreflexion: 50%). Jedoch wird beim Erhöhen der Gesamtreflexion diffus reflektiertes Licht gebildet, wobei reflektiertes Licht gebildet wird, das diffus reflektiertes Licht und spiegelreflektiertes Licht aufweist. Darüber hinaus ändert sich der Mischungsanteil mit dem Anstieg der Gesamtreflexion.
Hinsichtlich der oben erwähnten Änderung nimmt die diffuse Reflexion zu und die Spiegelreflexion ab, was wahrscheinlich damit zu tun hat, dass diffus reflektiertes Licht zu Beginn des Anstiegs der Gesamtreflexion überwiegend auftritt. Wenn andererseits die Gesamtreflexion weiter ansteigt, wird seinerseits überwiegend spiegelreflektiertes Licht ausgebildet. Infolgedessen beginnt spiegelreflektiertes Licht zuzunehmen, während diffus reflektiertes Licht abnimmt, was zu einem Mischungsverhältnis führt, bei dem die Spiegelreflexion höher als die diffuse Reflexion ist.
Die vorliegenden Erfinder haben aufgeklärt, dass der Polarisator mit einer Spiegelreflexion von 25% oder mehr, einer diffusen Reflexion von 20% oder weniger oder einem Spiegelreflexionsanteil von 60% oder mehr wirksam für eine Verbesserung der Leuchtdichte bei der oben erwähnten Änderung der Mischungsverhältnisses ist. Basierend darauf ist es bezüglich der erfolgreichen Nutzung des Lichts denkbar vorteilhaft Reflexionseigenschaften des Lichts zu haben, die einen großen Anteil an spiegelreflektiertem Licht und einen geringen Anteil an diffus reflektiertem Licht aufweisen, was zu einer Verbesserung der Leuchtdichte führt.
Darüber hinaus haben die vorliegenden Erfinder ebenso aufgeklärt, dass die Verteilung der oben genannten Spiegelreflexion, diffusen Reflexion oder dem spiegelreflektierten Anteil in der Ebene zu einer unausgeglichenen Leuchtdichte oder zu einer unausgeglichener Farbdarstellung beiträgt. Der Grad der unausgeglichenen Leuchtdichte oder der unausgeglichenen Farbdarstellung, der sich durch die Verteilung ergibt, ist stärker in einer schrägen Richtung als in der Richtung nach vorne (vertikal) ausgebildet. Die unausgeglichene Anzeige oder unausgeglichene Farbdarstellung kann durch Reduzierung der oben erwähnten Verteilung auf 10% oder weniger bezüglich der Spiegelreflexion oder der diffusen Reflexion und auf 15% oder weniger bezüglich dem Spiegelreflexionsanteil erheblich verringert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Polarisator gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt,
2 ist eine Querschnittsansicht, die ein optisches Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
3 ist eine Querschnittsansicht, die ein weiteres optisches Element gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist,
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Beleuchtungsvorrichtung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt,
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, und
7 ist eine Querschnittsansicht, die eine weitere Flüssigkristallanzeigevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der Polarisator der Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung hat die Aufgabe, einfallendes Licht durch Reflexion und Transmission in polarisiertes Licht aufzutrennen und hat (a) eine Trübung von 10% oder weniger oder (b) ein Verhältnis von parallel durchfallendem Licht zu einfallendem Licht von 40 bis 60%, (c) ein Verhältnis von spiegelreflektiertem Licht zu einfallendem Licht von 25% oder mehr, (d) ein Verhältnis von diffus reflektiertem Licht zu einfallendem Licht von 20% oder weniger oder (e) einen Anteil von spiegelreflektiertem Licht zu insgesamt reflektiertem Licht von 60% oder mehr.
Beispiele der oben beschriebenen Polarisatoren sind in 1 dargestellt. Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet eine Schicht mit der Aufgabe einfallendes Licht durch Reflexion und Transmission in polarisiertes Licht aufzutrennen (zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht). Das Bezugszeichen 11 kennzeichnet einen Träger. Die Bezugszeichen 12 und 13 bezeichnen cholesterische Flüssigkristallschichten.
Wird der Polarisator in einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung zusammen mit einem λ/4-Plättchen verwendet, so kann, wenn man dies mit einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung vergleicht, die keinen Polarisator benutzt, der den oben genannten Werten bezüglich Trübung, parallel durchfallendem Licht, Spiegelreflexion, diffuser Reflexion oder dem Spiegelreflexionsanteil genügt, die Leuchtdichte dauerhaft verbessert werden und die unausgeglichene Anzeige reduziert werden. Wird darüber hinaus eine Prismengruppenschicht angeordnet, so kann die Abnahme der Leuchtdichte in Richtung nach vorne reduziert werden.
Bezüglich der Verbesserung der Leuchtdichte, Verhinderung der unausgeglichenen Anzeige und Verhinderung einer Abnahme der Leuchtdichte in Richtung nach vorne, wenn die Prismengruppenschicht angeordnet ist, ist die Trübung vorzugsweise 8% oder weniger, insbesondere 5% oder weniger, ist die Durchlässigkeit von parallelem Licht vorzugsweise 42 bis 60% und insbesondere 45 bis 55%, ist die Spiegelreflexion vorzugsweise 30% oder mehr, insbesondere 35% oder mehr, ist die diffuse Reflexion vorzugsweise 15% oder weniger und insbesondere 10% oder weniger und ist der Spiegelreflexionsanteil vorzugsweise 70% oder mehr, insbesondere 75% oder mehr.
Darüber hinaus ist bezüglich der oben erwähnten Verbesserung der Leuchtdichte das Verhältnis von durchfallendem Licht zu einfallendem Licht, also die Gesamtlichtdurchlässigkeit, vorzugsweise 40 bis 65%, insbesondere 42 bis 60% und noch vorteilhafter 45 bis 55%, oder ist das Verhältnis von diffus reflektiertem Licht zu einfallendem Licht, also der diffusen Reflexion, vorzugsweise 10% oder weniger, insbesondere 8% oder weniger und noch bevorzugter 5% oder weniger.
Darüber hinaus ist bezüglich der Verhinderung einer unausgeglichenen Anzeige, wie beispielsweise einer unausgeglichenen Leuchtdichte oder unausgeglichenen Farbdarstellung, insbesondere zur Verhinderung einer unausgeglichenen Anzeige in einer schrägen Richtung, die Streuung/Verteilung des Polarisators in der Ebene bezüglich der Trübung vorzugsweise 6% oder weniger, insbesondere 5% oder weniger, noch vorteilhafter 4% oder weniger, für die parallele Lichtdurchlässigkeit 15% oder weniger, insbesondere 12% oder weniger und noch bevorzugter 8% oder weniger, für die Spiegelreflexion und die diffuse Reflexion vorzugsweise 10% oder weniger, insbesondere 8% oder weniger, noch bevorzugter 5% oder weniger oder für den Spiegelreflexionsanteil 15% oder weniger, insbesondere 10% oder weniger und noch bevorzugter 7% oder weniger.
Zusätzlich, bezüglich der oben genannten Verhinderung der unausgeglichenen Leuchtdichte, ist für den Polarisator die Verteilung in der Ebene für die Gesamtlichtdurchlässigkeit 15% oder weniger, insbesondere 12% oder weniger, noch vorteilhafter 8% oder weniger oder für die diffuse Lichtdurchlässigkeit 6% oder weniger, insbesondere 4% oder weniger und noch vorteilhafter 3% oder weniger.
Der Polarisator kann aus einem geeigneten Material gebildet sein, wobei das Material die Aufgabe hat, einfallendes Licht durch Reflexion und Transmission in polarisiertes Licht aufzutrennen, wie beispielsweise eine ausgerichtete cholesterische Flüssigkristallschicht. Gemäß der oben erwähnten ausgerichteten cholesterischen Flüssigkristallschicht kann die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht, die natürliches Licht durch Reflexion und Transmission in rechts und links zirkular polarisiertes Licht trennt, erzielt werden.
Der oben erwähnte cholesterische Flüssigkristall erfüllt die Aufgabe der Auftrennung von zirkular polarisiertem Licht je nach Wellenlänge unterschiedlich, was auf dem Unterschied in der Spiralganghöhe der Grandjean-Orientierung basiert. In der vorliegenden Erfindung kann jedoch die zirkular polarisierte Licht trennende Schicht eine zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht einer angebrachten Ausbildung, wie eine zirkular polarisierte Licht trennende Schicht, in der sich in Richtung der Schichtdicke die Ganghöhe ändert, wie eine zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht, die aus einem laminierten Produkt aus zwei oder mehr cholesterischen Flüssigkristallschichten mit unterschiedlicher zentraler Wellenlänge bezüglich reflektiertem Licht, oder wie eine zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht als Kombination der oben genannten Schichten in der zwei oder mehr cholesterische Flüssigkristallpolymerschichten in der Lang-Kurz-Anordnung, basierend auf der zentralen Wellenlänge des reflektierten Lichts, aufeinander laminiert sind, wobei die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht in Richtung der Schichtdicke eine sich ändernde Ganghöhe aufweist, sein.
Die Schichtung der oben erwähnten cholesterischen Flüssigkristallschichten, die eine Änderung der Ganghöhe in Richtung der Dicke aufweisen oder die bezüglich reflektiertem Licht unterschiedliche zentrale Wellenlängen aufweisen und dementsprechend unterschiedlich in ihrer Ganghöhe sind, zielt darauf ab den Wellenlängenbereich der Trennfunktion zu vergrößern. Das heißt, dass eine konstant ausgerichtete Monoschicht einer cholesterischen Flüssigkristallschicht üblicherweise eine Beschränkung des Wellenlängenbereichs, in dem die selektive Reflexion (zirkular polarisierter Lichtdichromatismus) auftritt, aufweist, wobei die Beschränkung in einem weiten Bereich, der sich für einige Fälle über einen Wellenlängenbereich von ungefähr 100 nm ausdehnt, liegt. Jedoch erstreckt sich solch ein Wellenlängenbereich nicht über den gesamten gewünschten Bereich des sichtbaren Lichts, der gewünscht wird, wenn sie für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet. Man strebt daher an, den Bereich, in dem sich die Ganghöhe ändert, zu vergrößern, um den Wellenlängenbereich, in dem der Dichromatismus für zirkular polarisiertes Licht auftritt, zu vergrößern.
Übrigens werden verschiedene Arten cholesterischer Flüssigkristallschichten mit einer zentralen Wellenlänge bezüglich der selektiven Reflexion in einem Bereich von 300 bis 900 nm und die unterschiedliche Ganghöhen aufweisen, geschichtet, wobei eine Kombination von Schichten benutzt wird, die zirkular polarisiertes Licht in die gleiche Richtung reflektieren, wodurch sie geeignet sind, wirksam eine zirkular polarisiertes Licht auftrennende Schicht auszubilden, die den gesamten sichtbaren Bereich abdecken kann. Die Schichtung der cholesterischen Flüssigkristallschichten, die das zirkular polarisierte Licht in die gleiche Richtung reflektieren, macht einen Phasenzustand des zirkular polarisierten Lichts, das durch jede Schicht reflektiert wird, einheitlich, um die Ausbildung unterschiedlicher polarisierter Zustände in den einzelnen Wellenlängenbereichen zu verhindern, und um die Quantität an polarisiertem Licht in einem vorhandenen Zustand zu erhöhen.
In der oben erwähnten zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht zielt die Schichtung der cholesterischen Flüssigkristallschichten in der Lang-Kurz-Anordnung, basierend auf der zentralen Wellenlänge bezüglich reflektiertem Licht, auf die Vermeidung von Farbänderungen des Durchgangslichts, die durch Änderungen des Sichtwinkels entste hen, ab. In diesem Fall ist eine Schichtstruktur, in der zwei oder mehr Flüssigkristallschichten, die die gleiche Ganghöhe aufweisen, also eine Form in der eine oder zwei oder mehr cholesterische Flüssigkristallschichten mit unterschiedlicher Ganghöhe zwischen cholesterischen Flüssigkristallschichten mit der gleichen Ganghöhe in der Lang-Kurz-Anordnung, basierend auf der oben erwähnten zentralen Wellenlänge, angeordnet sind, ebenso erlaubt.
Zur Bildung der zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht können cholesterische Flüssigkristalle mit einem geringen Molekulargewicht benutzt werden. Bezüglich Handhabbarkeit und reduzierter Dicke der daraus resultierenden Polarisatoren können jedoch bevorzugt cholesterische Flüssigkristallpolymere benutzt werden. In diesem Fall können die Polarisatoren aus Monoschichtprodukten, wie beispielsweise cholesterischen Flüssigkristallpolymerfilmen, oder als Multilayer-Produkte, bei denen sie durch Plastikfilme oder Ähnliches unterstützt werden, erzielt werden. Unter dem Gesichtspunkt der Vergrößerung des Sichtwinkels mit einer guten Sichtbarkeit der Flüssigkristallanzeigevorrichtung werden Polarisatoren bevorzugt, in denen die cholesterischen Flüssigkristallpolymere mit Grandjean-Orientierung sind, bei denen Fehler, wie Domain-Fehler, vermindert sind.
Es gibt keine besondere Beschränkung bezüglich der cholesterischen Flüssigkristallpolymere und geeignete Polymere können benutzt werden. Entsprechend können verschiedene Polymere benutzt werden, wie beispielsweise Hauptketten oder Seitenkettenpolymere, in denen konjugierte lineare Atomgruppen (Mesogene) in die Haupt- oder Nebenketten des Polymers eingefügt sind.
Die cholesterischen Flüssigkristallpolymere mit großer Retardation (Δn) haben einen breiteren Wellenlängenbereich, in dem selektive Reflexion auftritt, und werden bevorzugt benutzt, da weniger Schichten benötigt werden und ein Wellenlängen-Shift unter großem Sichtwinkel ermöglicht wird. Als Flüssigkristallpolymere werden bezüglich der Handhabung und der Stabilität der Ausrichtung bei Betriebstemperaturen, Polymere mit einer Glasübergangstemperatur von 30 bis 150°C bevorzugt benutzt.
Übrigens umfassen Beispiele der oben genannten Hauptketten-Flüssigkristallpolymere Polymere wie Polyester, Polyamide, Polycarbonate und Polyesterimide, in denen Mesogengruppen mit para-substituierten zyklischen Komponenten mit Abstandshälften verbunden sind, um gegebenenfalls Flexibilität zu ermöglichen.
Beispiele für Seitenketten-Flüssigkristallpolymere umfassen Polymere mit Polyacrylaten, Polymethacrylaten, Polysiloxanen oder Polymalonaten als Hauptketten und Flüssigkristallkomponenten (Mesogengruppen) mit geringem Molekulargewicht mit parasubstituierten zyklischen Komponenten über, wenn nötig, Abstandshälften, die konjugierte lineare Atomgruppen (Mesogene) aufweisen, als Seitenketten, wie beispielsweise nematische Flüssigkrstallpolymere mit Chiralitäten mit geringem Molekulargewicht, Flüssigkristallpolymere mit eingefügter chiraler Komponente und gemischte Flüssigkristallpolymere aus nematischen und cholesterischen Polymeren.
Wie oben beschrieben können selbst die Polymere mit para-substituierten zyklischen Komponenten, die nematische Orientierung verleihen, und para-substituierte aromatische Einheiten oder substituierte Cyclohexanringeinheiten, wie beispielsweise Azomethin-, Azo-, Azoxy-, Ester-, Biphenyl-, Phenylcyclohexan- und Bicyclohexanformen, in Polymere umgewandelt werden, die eine cholesterische Orientierung aufweisen, indem geeignete chirale Komponenten mit Verbindungen, die asymmetrische Kohlenstoffatome oder Chiralitäten mit geringem Molekulargewicht aufweisen (JP-A-55-21479 und US-Patent 5,332,522), eingefügt werden. Substituentendgruppen an den Parapositionen der para-substituierten zyklischen Verbindungen können geeignete Gruppen, wie beispielsweise Cyano, Alkyl und Alkoxylgruppen, sein.
Die Abstandshalter umfassen, beispielsweise, Methylenketten -(CH₂)_n- und Polyoxymethylenketten -(CH₂CH₂O)_m-. Die Anzahl der Wiederholung der strukturellen Einheiten, die den Abstandshalter bilden, wird entsprechend der chemischen Struktur der Mesogenhälften bestimmt. Üblicherweise geht n bei Methylenketten von 0 bis 20, insbesondere von 2 bis 12, und m bei Polyoxymethylenketten von 0 bis 10, insbesondere von 1 bis 3.
Die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht, die aus den cholesterischen Flüssigkristallpolymeren aufgebaut ist, kann durch Verfahren gebildet werden, die auf der herkömmlichen Ausrichtungsbehandlung von Flüssigkristallen mit geringem Molekulargewicht basieren. Beispiele für solche Verfahren umfassen ein Verfahren zum Entwickeln eines cholesterischen Flüssigkristallpolymers auf einem geeignet ausgerichteten Film, beispielsweise einem ausgerichteten Film, der durch Reiben eines Polyimid-, Polyvinylalkohol-, Polyester-, Polyarylat-, Polyamidimid- oder Polyetherimidfilms, der auf einem Trägerbasismaterial ausgebildet ist, mit einem Viskosetuch, einem schräg abgeschiedenen Film oder einem orientierten Film, der durch eine Streckbehandlung erzielt wurde, gefolgt von Aufheizen auf eine Temperatur gleich oder höher der Glasübergangstemperatur und geringer als die isotropische Phasenübergangstemperatur und Abkühlen des Polymers auf eine Temperatur unter die Glasübergangstemperatur in einen Zustand, in dem die Flüssigkristallpolymermoleküle Grandjean-orientiert sind, um einen Glaszustand zu erzielen, wodurch eine gefestigte Schicht, in der die Ausrichtung fixiert ist, erzielt wird.
Als oben genannten Trägersubstrate können geeignete Materialien benutzt werden, die Monolayer, laminierte oder ausgerichtete Filme aus Kunststoff, wie beispielsweise Triacetylcellulose, Polyvinylalkohol, Polyimide, Polyarylate, Polyester, Polycarbonate, Polysulfone, Polyethersulfone, amorphe Polyolefine, modifizierte Acrylpolymere und Epoxidharze, und Glasplatten, umfassen. Die Kunststofffilme werden bezüglich einer Abnahme der Dicke bevorzugt.
Die Flüssigkrstallpolymere können beispielsweise durch Verfahren, in denen Lösungen der Flüssigkristallpolymere in Lösungsmitteln durch geeignete Verfahren, wie beispielsweise Spin-Coating, Walzenstreichen, Flussstreichen, Drucken, Tauchbeschichten, Gießfolienbildung, Rakelstreichen und Tiefdruck, gefolgt durch Trocknung, falls benötigt, in dünne Schichten entwickelt werden. Als oben genannte Lösungsmittel können geeignete Lösungsmittel wie beispielsweise Methylenchlorid, Cyclohexanon, Trichlorethylen, Tetrachlorethan, N-Methylpyrrolidon und Tetrahydrofuran benutzt werden.
Die Flüssigkristallpolymere können auch mit Verfahren entwickelt werden, in denen erhitzte Schmelzen der Flüssigkristallpolymere, bevorzugt erhitzte Schmelzen mit isotropen Phasen, wie oben entwickelt werden, und ferner in dünne Schichten, falls nötig unter Beibehaltung der Schmelztemperatur, entwickelt werden und dann verfestigt werden. Diese Verfahren benutzen keine Lösungsmittel und stellen dadurch ein hygienisches Arbeitsumfeld bereit.
Die Wärmebehandlung zum Ausrichten von entwickelten Schichten der Flüssigkristallpolymere kann durchgeführt werden, indem die Erwärmung der Schichten innerhalb des Temperaturbereichs von der Glasübergangstemperatur bis zur isotropischen Phasenübergangstemperatur liegt, also innerhalb des Temperaturbereichs, in dem die Flüssigkristallpolymere Flüssigkristallphasen aufweisen, wie oben beschrieben. Dann kann der ausgerichtete Zustand durch Abkühlen der Schichten unter die Glasübergangstemperatur fixiert werden, wobei den Abkühlbedingungen keine besonderen Einschränkungen auferlegt werden. Üblicherweise kann die oben erwähnte Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 300°C oder weniger durchgeführt werden, so dass üblicherweise das natürliche Abkühlsystem benutzt wird. Verschiedene Zusätze, wie beispielsweise Stabilisatoren, Plastifikatoren und Metalle, können, je nach Bedarf, den cholesterischen Flüssigkristallpolymer entwickelnden Lösungen beigefügt werden.
Die Dicke der gefestigten Schicht der Flüssigkristallpolymere, die auf dem Trägersubstrat gebildet wurde, ist bezüglich der Größe des Wellenlängenbereichs für die selektive Reflexion vorteilhafterweise 0,5 bis 5 μm, bevorzugt 1 bis 30 μm und noch bevorzugter 2 bis 10 μm, um einen Verlust der Ausrichtung und einen Verlust in der Durchlässigkeit zu verhindern. Die gefestigten Schichten der Flüssigkristallpolymere, die auf dem Trägersubstrat ausgebildet sind, können entweder integral mit dem Trägersubstrat oder als Film, der davon getrennt ist, benutzt werden. Sind die Trägersubstrate enthalten, so ist die Gesamtdicke, einschließlich der Substrate, vorzugsweise 2 bis 500 μm, bevorzugt 5 bis 300 μm und noch bevorzugter 10 bis 200 μm.
Die oben erwähnte zirkular polarisiertes trennende Schicht, deren Ganghöhe sich in Richtung der Dicke ändert, kann beispielsweise durch Zusammendrücken von zwei oder mehr ausgerichteten cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten unter Erwärmen hergestellt werden. Für solch eine Wärmedruckbehandlung kann ein geeignetes Verfahren, wie beispielsweise ein Verfahren zum Zusammendrücken unter Wärme von cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten mittels einem Zusammendrückmittel, wie beispielsweise einem Rolllaminator, und bei einer Temperatur gleich oder höher der Glasübergangstemperatur bis unter die isotropische Phasenübergangstemperatur verwendet werden.
Wenn die gefestigten Schichten der Flüssigkristallpolymere integral mit den Trägersubstraten benutzt werden, sind die gefestigten Schichten in einem engen Kontaktzustand, wie oben beschrieben, aufeinander geschichtet, wodurch die zirkular polarisierendes Licht trennenden Schichten mit sich ändernder Ganghöhe in Richtung der Dicke, und somit die Polarisatoren gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt werden können Die zirkular polarisiertes Licht trennenden Schichten, deren Ganghöhe sich in Richtung der Dicke ändern, weisen den durchgehenden Wellenlängenbereich für reflektiertes Licht auf. Ausgehend von der Verhinderung von unausgeglichener Farbdarstellung sind die zirkular polarisiertes Licht trennenden Schichten, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden, Schichten, die einen durchgehenden Wellenlängenbereich für reflektiertes Licht aufweisen. Solch eine zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht kann beispielsweise durch Erwärmen eines geschichteten Produkts aus cholesterischen Flüssig kristallpolymerschichten, die durch das oben beschriebene Zusammendrück- und Wärmeverfahren bei einer Temperatur gleich oder höher der Glasübergangstemperatur bis niedriger als die isotropische Phasenübergangstemperatur hergestellt werden, um eine Schicht, in der, gemäß der Erfindung, die cholesterischen Flüssigkristallpolymere, die die oberen und unteren Schichten bilden, an deren Grenzfläche miteinander vermischt werden, erzielt werden.
Oben bildet die cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht, die sich durch Vermischung der cholesterischen Flüssigkristallpolymere der oberen und unteren Schichten bildet, die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht, in der die obere Schicht sich bezüglich der Spiralganghöhe von der unteren Schicht unterscheidet, und in der sich die Ganghöhe in Richtung der Dicke mehrstufig ändert. Üblicherweise ist die Ganghöhe ein Mittelwert der cholesterischen Flüssigkristallpolymere, die die oberen und unteren Schichten bilden, und die cholesterische Flüssigkristallpolymerschicht bildet zusammen mit den oberen und unteren Schichten den Bereich der bezüglich reflektiertem Licht den kontinuierlichen Wellenlängenbereich aufweist.
Wenn demgemäß die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten gemäß der Erfindung so kombiniert werden, dass der Wellenlängenbereich der oberen Schicht nicht mit der unteren Schicht überlappt, also in einer Kombination, in der der Wellenlängenbereich des reflektierten Lichts aufgrund von Diskontinuität einen nicht vorhandenen Bereich aufweist, können die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten, die durch Mischung der oberen und unteren Schichten gebildet werden, diesen oben erwähnten nicht vorhandenen Bereich auffüllen, um so den Wellenlängenbereich für reflektiertes Licht kontinuierlich zu machen.
Dementsprechend kann beispielsweise durch Benutzung von zwei verschiedenen cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten mit reflektierenden Wellenlängenbereichen von 500 nm oder weniger und 600 nm oder mehr eine zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht bereitgestellt werden, die Licht im Wellenbereich von 500 bis 600 nm reflektiert, also in dem nicht vorhandenen reflektierenden Wellenlängenbereich. Dies bedeutet, dass die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht, die einen größeren reflektierenden Wellenlängenbereich aufweist, durch Schichtung von weniger cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten gebildet werden kann.
Die Polarisatoren der Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, insbesondere die Polarisatoren mit den zirkular polarisiertes Licht trennenden Schichten können bevorzugt für die Herstellung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen benutzt werden. In diesem Fall können die Polarisatoren auch als optische Elemente benutzt werden, in denen ein λ/4-Plättchen mit einer, zwei oder mehr Verzögerungsschichten auf mindestens einer Seite angeordnet ist. Beispiele für optische Elemente sind in den 2 und 3 dargestellt, wobei das Bezugszeichen 2 ein λ/4-Plättchen angibt, die Bezugszeichen 21 und 22 Verzögerungsschichten andeuten und das Bezugszeichen 3 eine polarisierende Platte.
Das λ/4-Plättchen wird, wie in 2 und 3 gezeigt, zum linear Polarisieren des zirkular polarsiertes Lichts, das durch die zirkular polarsiertes Licht trennende Schicht 1 durchtritt, und ist aus einer, zwei oder mehr Verzögerungsschichten gebildet. Für eine Verringerung der Winkelabhängigkeit von Farbänderungen, die sich durch Sichtwinkeländerungen ergeben, wird es bevorzugt, dass die Verzögerungsschicht auf der Seite der cholesterischen Flüssigkristallpolymerschicht in der zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht angeordnet ist, in der die Zentralwellenlänge für reflektiertes Licht größer ist.
Als λ/4-Plättchen (Verzögerungsschicht) wird, unter dem Gesichtspunkt des linearen Polarisationseffekts und der Kompensierung von Farbänderungen, die durch schräg durchlaufendes Licht auftreten, vorzugsweise ein Plättchen mit einer Frontverzögerung von 100 bis 180 nm für den sichtbaren Lichtbereich benutzt. Das heißt, dass bevorzugt ein λ/4-Plättchen benutzt wird, das die Gleichung: (n_x – n_y)d=Δnd=100-180 erfüllt, wobei n_x den maximalen Brechungsindex in der Ebene, n_y den Brechungsindex senkrecht dazu und n_z in der Schichtdickenrichtung und d die Dicke darstellt.
Die Verzögerungsschicht, die zusammen mit der oben erwähnten Verzögerungsschicht, die die λ/4-Plättchen-Funktion wie benötigt aufweist, ist eine Kompensationsschicht, die es erlaubt, die Farbe von Licht, das schräg durch die Verzögerungsschicht, die die λ/4-Plättchen-Funktion aufweist, abzugleichen, so dass diese mit dem Farbabgleich von Licht, das vertikal hindurchtritt, soweit wie möglich übereinstimmt. Dadurch ergeben sich neutrale Farbtöne mit weniger Färbungen, wenn man durch die Polarisationsplatte schaut, wobei bevorzugt eine Front-Retardation (Δnd) von 100 bis 720 nm benutzt wird.
Als obige Verzögerungsschichten können bevorzugt solche für die Kompensierung von Farbänderungen benutzt werden, bei denen der Brechungsindex in Schichtdickenrichtung größer ist als einer oder beide der Brechungsindizes in der Ebene, oder bei denen N_z, dargestellt durch die Gleichung: (n_x – n_z)/(n_x – n_y) gleich 5 oder weniger ist, bevor zugt gleich 2 oder weniger ist, noch bevorzugter gleich 1,5 oder weniger ist und am meisten bevorzugt gleich 1,1 oder weniger ist (wobei Minuswerte eingeschlossen sind).
Die Verzögerungsschichten können aus beliebigen Materialien aufgebaut sein und sind bevorzugt solche, die hervorragende Lichtdurchlässigkeit, insbesondere eine Lichtdurchlässigkeit von 80% oder mehr, aufweisen und eine einheitliche Verzögerung haben. Üblicherweise werden ausgerichtete Filme und Flüssigkristallpolymere, insbesondere Flüssigkristallpolymere mit verdrillter Ausrichtung, die aus Kunststoffen, wie Polycarbonaten, Polyestern, Polysulfonen, Polyethersulfonen, Polystyrolen, Polyolefinen, wie beispielsweise Polyethylen und Polypropylen, Polyvinylalkohol, Celluloseacetatpolymeren, Polyvinylchloriden, Polyvinylidenchloriden, Polyarylaten, Polymethylmethacrylaten und Polyimiden, benutzt.
Die oben genannten Verzögerungsschichten mit einem hohen Brechungsindex in der Dickenrichtung können durch geeignete Verfahren hergestellt werden. Geeignet ist beispielsweise die monoaxiale oder biaxiale Wärmeausrichtung von Filmen, die durch Extrusion der oben genannten Polymere durch geeignete Verfahren hergestellt werden. Geeignet sind Gießverfahren und Extrusionsverfahren. Somit können Filme in einem Zustand hergestellt werden, bei dem die Filme an Wärmeschrumpffilmen anhaften.
Die oben erwähnten Eigenschaften wie Δnd und N_z der Verzögerungsschichten können durch Änderung des Materials oder der Dicke der Schichten, oder der Bedingungen, wie Ausrichtungsgrad oder Ausrichtungstemperatur hergestellt werden. Die übliche Dicke der Verzögerungsschichten ist zwischen 10 und 500 μm, insbesondere 20 bis 200 μm bei Monolagen, ist darauf jedoch nicht beschränkt.
Wenn die Verzögerungsschichten, wie die λ/4-Plättchen, mit Flüssigkristallpolymeren gebildet werden, so können sie in geeigneter Form, wie beispielsweise in der Form von ausgerichteten Flüssigkristallpolymerfilmen und ausgerichteter Schichten hiervon, die von durchsichtigen Substraten gelagert werden, erhalten werden, wie dies der Fall der oben genannten zirkular polarisiertes Licht trennenden Schichten ist. Wenn die Flüssigkristallpolymere benutzt werden, so können die gewünschten Verzögerungsschichten auch ohne Ausrichtungsbehandlung erzielt werden.
Die λ/4-Plättchen sind entweder Monolagen-Verzögerungsschichten oder geschichtete Produkte aus zwei oder mehr Verzögerungsschichten mit unterschiedlichen Verzögerungen, wie oben beschrieben. Die Schichtung der Verzögerungsschichten mit unter schiedlicher Verzögerung ist für die Vergrößerung des Wellenlängenbereichs, in denen sie die gewünschte λ/4-Plättchen und Kompensationsplättchen Funktion aufweisen, wirksam. Wenn die Verzögerungsschichten laminiert werden, ist es aus dem oben genannten Gesichtspunkt vorteilhaft, dass eine, zwei oder mehr Verzögerungsschichten, in denen der Brechungsindex in der Dickenrichtung größer ist als mindestens einer der Brechungsindizes in der Ebene, angeordnet werden.
Was die Verbesserung der Leuchtdichte angeht, so ist es vorteilhaft, dass die Polarisatoren solche sind, die linear polarisiertes Licht mit einer bestimmten Polarisationsachse durchlassen und das andere Licht reflektieren. Im Polarisator kann auch eine polarisierende Platte 3 auf einem λ/4-Plättchen 2, wie in 3 gezeigt, angeordnet sein. In diesem Fall kann der Polarisator auf der Flüssigkristallzelle ohne eine separate polarisierende Platte angeordnet werden.
Als Polarisationsplatten können geeignete Platten, wie Polarisationsplatten des Typs Absorption mit dichroitischen Substanzen, ausgerichtete Polyenfilme und besagte Filme mit durchsichtigen Schutzschichten benutzt werden. Übrigens sind hydrophile Polymerfilme, wie Polyvinylalkoholfilme, teilweise formalisierte Polyvinylalkoholfilme und teilweise verseifte Ethylenvinylacetat-Copolymerfilme und Filme, die dichroitische Substanzen, wie beispielsweise Iod und dichroitische Farbstoffe, absorbieren können und dann orientiert werden, Beispiele für Polarisationsplatten des Absorptionstyps. Weiter umfassen Beispiele der ausgerichteten Polyenfilme dehydrierte Produkte aus Polyvinylalkohol und dehydrochlorinierte Produkte aus Polyvinylchlorid. Die Dicke der Polarisationsplatten liegt üblicherweise zwischen 5 und 80 μm, ist jedoch darauf nicht beschränkt.
Bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen werden bevorzugt Polarisationsplatten mit hohem Polarisationsgrad, wie Polarisationsplatten des Absorptionstyps, die dichroitische Substanzen aufweisen, benutzt, um eine helle Anzeige zu erzielen, wobei mittels der λ/4-Plättchen stark linear polarisiertes Licht durch die Polarisationsplatte durchtritt, während so wirksam wie möglich Absorptionsverluste verhindert werden, um eine Anzeige mit gutem Kontrastverhältnis beim Einfall des stark linear polarisierten Lichts auf die Flüssigkristallzelle zu erzielen. Insbesondere werden bevorzugt Polarisationsplatten des Absorptionstyps, die dichroitische Substanzen aufweisen, mit einer Lichtdurchlässigkeit von 40% oder mehr und einem Polarisationsgrad von 95% oder mehr, insbesondere 99% oder mehr, benutzt.
Die oben genannten durchsichtigen Schutzschichten werden insbesondere zum Schutz der Polarisationsplatten bereitgestellt, da diese bezüglich Wassenesistenz schlecht sind, wie beispielsweise der Fall bei Polarisationsplatten des Absorptionstyps, die dichroitische Substanzen aufweisen. Die Schutzschichten können durch geeignete Verfahren, wie Kunststoffbeschichtung und Laminierung von Filmen gebildet werden. Wenn die Schutzschichten durch separate Materialien, wie Filme, gebildet werden, ist es in Anbetracht der Verhinderung von Reflexionsverlusten vorteilhaft, dass die Polarisationsplatten mittels Haftschichten integral mit diesen geschichtet werden. Die Dicke der durchsichtigen Schutzschichten, die entsprechend bestimmt werden können, beträgt üblicherweise 1 mm oder weniger, insbesondere 500 μm oder weniger und noch bevorzugter 1 bis 300 μm. Als Kunststoffe können geeignete Kunststoffe benutzt werden. Jedoch werden üblicherweise die Kunststoffe, die in den oben beschriebenen Verzögerungsschichten und durchsichtigen Substraten zum Tragen der Flüssigkristallpolymere benutzt werden, benutzt.
Weiterhin können auf den Oberflächen der durchsichtigen Kunstharzschichten durch die Hinzufügung von feinen Partikeln feine Unebenheiten ausgebildet werden. Als feine Partikel werden Partikel benutzt, die in durchsichtigen Kunstharzschichten durchsichtig sind. Beispielsweise können solche feine Partikel inorganische feine Partikel mit einer mittleren Partikelgröße von 0,5 bis 5 μm, wobei diese leitend sein können, wie beispielsweise Silica, Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkondioxid, Zinnoxid, Indiumoxid, Cadmiumoxid und Antimonoxid, und organische feine Partikel wie quervernetzte und nicht quervernetzte Polymere, sein. Der Anteil feiner Partikel beträgt üblicherweise 2 bis 25 Gewichtsprozente und bevorzugt 5 bis 20 Gewichtsprozente.
Wenn die Polarisationsplatte auf dem λ/4-Plättchen angeordnet ist, kann der Anordnungswinkel einer Polarisationsachse der Polarisationsplatte bezüglich dem λ/4-Plättchen gemäß den Verzögerungseigenschaften des λ/4-Plättchens oder den Eigenschaften des zirkular polarisierten Lichts, das darauf einfällt, passend bestimmt werden. Was die Verbesserung der Lichtnutzungseffizienz angeht, ist es jedoch bevorzugt, dass eine durchlassende Achse der Polarisationsplatte so parallel wie möglich bezüglich einer Polarisationsrichtung (Oszillationsrichtung) des linear polarisierten Lichts durch die Verzögerungsschicht angeordnet ist.
Der Polarisator der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung trennt Licht einer Lichtquelle, wie beispielsweise natürliches Licht, in rechts drehendes polari siertes Licht und links drehendes polarisiertes Licht in der Form von reflektiertem Licht und durchtretendem Licht durch den Polarisator und linear polarisiert mit dem λ/4-Plättchen das zirkular polarisierte Licht und elliptisch polarisierte Licht, das durch den Polarisator getreten ist, um das linear polarisierte Licht der Polarisationsplatte zuzuführen.
Dementsprechend wird, wie in 4 und 5 gezeigt, ein solcher Polarisator oder ein solches optisches Element auf einer geeigneten lichtleitenden Platte 4, wie beispielsweise einer lichtleitenden Platte für ein Seitenlicht oder einer EL-Lampe angeordnet, wodurch er geeignet ist, eine Beleuchtungsvorrichtung, geeignet als Hintergrundlicht einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung, aufzubauen. Die Oberflächenlichtquelle, die in den Figuren dargestellt ist, ist eine Lichtquelle 42 auf der Seite der lichtleitenden Platte 4.
Als Ergebnis der oben beschriebenen Beleuchtungsvorrichtung, die in den Figuren dargestellt ist, trifft Licht von der Lichtquelle 42 auf eine Seitenfläche der lichtleitenden Platte 4 auf und tritt durch Reflexion an der Rückseite aus einer Oberfläche der lichtleitenden Platte aus. Das austretende Licht tritt als bestimmtes zirkular polarisiertes Licht (senkrecht) oder elliptisch (schräg) polarisiertes Licht durch eine zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht 1, die auf der Oberflächenseite der lichtleitenden Platte angeordnet ist, und als linear polarisiertes Licht durch ein λ/4-Plättchen 2 und trifft dann auf eine Polarisationsplatte 3. Andererseits trifft Licht, das durch die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht 1 als zirkular polarisiertes Licht anders als das vorbestimmte Licht reflektiert wurde, wiederum auf die lichtleitende Platte, wird mittels einer reflektierten Schicht 41, die auf der Rückseite angeordnet ist, reflektiert und trifft wieder als wiederkehrendes Licht auf die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht 1 auf.
Das obenan stehend erwähnte Licht, das durch die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht reflektiert wird, ändert seinen Polarisationszustand, wenn es auf der Rückseite der lichtleitenden Platte reflektiert wird und konvertiert zu vorbestimmtem zirkular polarisiertem Licht, das teilweise oder vollständig durch die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht durchtreten kann. Dementsprechend wird das Licht, das durch die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht reflektiert wird, zwischen der zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht und der lichtleitenden Platte eingefangen, bis es zu vorbestimmtem zirkular polarisiertem Licht wird, das durch die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht hindurchtreten kann, und zwischen beiden Schichten die Reflexion wiederholt auftritt.
Wie oben anstehend beschrieben, ist das reflektierte Licht in der lichtleitenden Platte des Seitenlichttyps zwischen der zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht und der reflektierenden Schicht der lichtleitenden Platte eingefangen und Reflexion tritt dazwischen wiederholt auf. In der Zwischenzeit ändert sich der Polarisationszustand in einen Zustand, in dem Licht durch die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht durchtreten kann, und das Licht tritt zusammen mit direkt durchtretendem Licht des einfallenden Lichts aus, wodurch sich der aufgrund von Reflexionsverlusten unbenutzte Lichtanteil vermindert.
Andererseits wird das Licht, das die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht verlässt, durch das λ/4 Plättchen in linear polarisiertes Licht oder elliptisch polarisiertes Licht mit viel linear polarisierten Lichtkomponenten umgewandelt. Das umgewandelte Licht wird nur wenig durch die Polarisationsplatte absorbiert und gerät durch diese hindurch, wenn die Richtung des linear polarisierten Lichtes mit der Durchlassachse der Polarisationsplatte übereinstimmt, wodurch unbenutztes Licht auf Grund von Absorptionsverlusten reduziert wird. Infolgedessen kann Licht, das vormals durch Reflexion und Absorption verloren wurde, auch wirksam benutzt werden und die Wirksamkeit der Lichtbenutzung kann verbessert werden. Als Oberflächenlichtquelle wird deshalb bevorzugt die lichtleitende Platte mit Seitenbeleuchtung benutzt.
Als oben genannte lichtleitende Platte kann eine geeignete Platte mit einer reflektierender Schicht auf einer Rückseite benutzt werden, wobei Licht auf der Seite der Oberfläche austreten kann. Bevorzugt wird eine lichtleitende Platte benutzt, die wirksam Licht ohne Absorption abgibt. Als Beispiel dient eine Hintergrundbeleuchtung des Typs Seitenlicht, wie er in Flüssigkristallanzeigen bekannt ist, in der eine lineare Lichtquelle, wie beispielsweise eine (kalte oder heiße) Kathodenröhre, oder ein der Lichtquelle wie eine LED Diode auf der Seite der lichtleitenden Platte 4 angeordnet ist. Dabei tritt das Licht, das durch die lichtleitende Platte geht, durch Diffusion, Reflexion, Diffraktion und Interferenz auf der Oberflächenseite der Platte aus.
Die obige lichtleitende Platte, bei der Licht auf einer Seite austritt, kann dadurch erzielt werden, dass beispielsweise eine Lichtaustrittsseite oder eine Rückseite einer durchsichtigen oder lichtdurchlässigen Kunstharzplatte mit einem Diffusor in Punkt- oder Streifenform versehen wird, oder eine unebene Struktur, insbesondere eine unebene Struk tur mit einer feinen Prismenanordnung, auf der Rückseite der Kunstharzplatte angeordnet wird.
Die lichtleitende Platte, die Licht auf der einen Seite abgibt, kann die Funktion erfüllen, dass die Platte selbst die Polarisation des von der zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht reflektierten Lichts umwandelt. Jedoch kann die Bereitstellung der reflektierenden Schicht 41 auf der Rückseite der lichtleitenden Platte Reflexionsverluste fast vollständig verhindern. Die reflektierender Schicht, wie beispielsweise eine diffusionsreflektierende Schicht oder eine spiegelreflektierende Schicht, erfüllt hervorragend die Funktion die Polarisation des durch die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht reflektierten Lichtes umzuwandeln, so dass sie in der vorliegenden Erfindung bevorzugt benutzt wird.
Übrigens wird der Polarisationszustand in der diffusionsreflektierenden Schicht, dargestellt durch die unebene Oberfläche, zufällig basierend auf der Diffusion gemischt, um so den polarisierten Zustand zu löschen. Ferner wird in der spiegelreflektierenden Schicht, dargestellt durch eine abgeschiedene Schicht aus Aluminium oder Silber, einer Kunstharzplatte, die damit versehen wird, oder einer Metalloberfläche, die sich aus einer Metallfolie ergibt, der Polarisationszustand durch Reflexion des zirkular polarisierten Lichts umgekehrt.
Beim Herstellungsprozess der Beleuchtungsvorrichtung wird eine Prismengruppenschicht 5, die umfasst: eine Prismenschicht zum Kontrollieren der Austrittsrichtung von Licht, einer Streuschicht zum Erzielen einer ausgeglichenen Lichtemission, einem reflektierenden Mittel zum Zurückbringen von leckendem Licht, und einem Hilfsmittel, wie beispielsweise einem Lichtquellenhalter zum Führen von austretendem Licht zu der Seitenfläche der lichtleitenden Platte, in einer oder mehrerer Lagen, als geeignete Kombination, falls nötig, wie in 5 beschrieben, auf der Ober-, der Unter- oder der Seitenfläche der lichtleitenden Platte 4 angeordnet.
Im obiger Anordnung können Punkte, die der Prismengruppenschicht oder der Streuplatte, die auf der Oberflächenseite (lichtaustretende Seite) der lichtleitenden Platte angeordnet sind, hinzugefügt sind oder der lichtleitenden Platte hinzugefügt sind, als polarisationswandelndes Mittel, die die Phase des reflektierten Lichts durch den Streueffekt ändern, auftreten. Wenn zwei oder mehr Prismengruppenschichten angeordnet werden, so ist es vorteilhaft, dass die Prismengruppen in jeder Schicht so angeordnet sind, dass durch die sich unter rechten Winkeln schneidenden Prismengruppen sich die optische Anisotropie auslöscht, um den Anordnungswinkel der Gruppen zu verschieben.
In der vorliegenden Erfindung können einzelne Teile, wie die zirkular polarisiertes Licht trennenden Schichten, die λ/4 Plättchen, die Polarisationsplatten und die lichtleitenden Platten zur Herstellung der Polarisatoren, der optischen Elemente oder die Beleuchtungsvorrichtungen, integral, je nach Bedarf, mit Haftschichten geschichtet werden. Die integrale Schichtung der Teile ist wirksam für die Verhinderung der Verschlechterung der angegebenen Qualität, da Reflexionsverluste an jeder Übergangsfläche verhindert werden, das Eindringen von Fremdmaterialien an jeder Übergangsfläche verhindert wird und eine Abnahme der Kompensationswirksamkeit oder polarisationswandelnden Wirksamkeit durch optische Abweichungen verhindert werden. Entsprechend ist es, selbst wenn die zirkular polarisiertes Licht trennenden Schichten, die λ/4 Plättchen, die Polarisatiorplatten und die lichtleitenden Platten jeweils aus mehreren Schichten gebildet sind, vorteilhaft, dass die jeweiligen Schichten mit Hilfe von Haftschichten in einem engen Kontakt gehalten werden.
Obwohl geeignete Haftmittel für die oben genannte integrale Schichtung benutzt werden können, werden unter anderem bevorzugt Haftschichten benutzt, die ausgezeichnet bezüglich Spannungserholung sind. Diese unterdrücken diese Spannungen, die sich in den zirkular polarisiertes Licht trennenden Schichten, den λ/4-Plättchen oder den Polarisationsplatten durch die Wärme der Lichtquellen bilden, um Änderungen im Brechungsindex, die durch fotoelastische Verformung entstehen, zu verhindern. Dadurch können Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, die hell sind und ausgezeichnet in Sichtbarkeit und Betriebssicherheit sind, hergestellt werden.
Bei der Bildung der Haftschichten können durchsichtige Haftmittel, wie beispielsweise geeignete Polymere, wie acrylische Polymere, Siliconpolymere, Polyester, Polyurethane, Polyether und künstliche Gummi, benutzt werden. Insbesondere werden bevorzugt acrylische Haftmittel wegen derer optischen Durchlässigkeit, der Hafteigenschaften und Wetterfestigkeit benutzt. Um fotoelastische Verformung durch Relaxation von internen Spannungen, die im laminierten Produkt durch Wärme entstehen können, zu verhindern, wird es bevorzugt, dass die Haftschichten eine Relaxationselastizität von 2 × 10⁵ bis 1 × 10⁷ Dyne/cm², insbesondere 2 × 10⁶ bis 8 × 10⁶ Dyne/cm² aufweisen.
Die Dicke der Haftschichten kann geeignet bestimmt werden. Üblicherweise liegt sie, was die Haftstärke und Reduzierung der Dicke angeht, zwischen 1 und 500 μm, bevorzugt 2 und 200 μm und noch bevorzugter 5 und 100 μm. Die Haftschichten können Klebrigmacher wie Petrokunstharze, Kolophonium, Terpenkunstharze, Kumaronharze, Phenolharze, Xylenharze und Alkydharze, Weichmacher wie Phthalate, Phosphate, Paraffinchloride, Polybuten und Polyisobutylen oder andere geeignete Zusätze wie Füllstoffe und Oxidationsinhibitoren aufweisen.
Das optische Element, das durch integrale Schichtung erzielt wird, wird beispielsweise durch – Transfer einer Haftschicht, die auf einem Separator, wie einem oberflächenbehandelten Film, der mit einem Trennmittel behandelt wurde, gebildet ist, auf eine Haftoberfläche eines Polarisators, – Drücken eines λ/4-Plättchens darauf, – Transfer einer weiteren ähnlichen Haftschicht auf das λ/4-Plättchen und – Anbringen und Andrücken einer Polarisationsplatte darauf, gebildet.
Ferner kann das optische Element auch durch Transfer einer Haftschicht, die auf einem Separator angeordnet ist, auf eine Haftfläche einer lichtleitenden Platte, Anordnen und Andrücken eines Polarisators darauf, dann Transfer einer ähnlichen Haftschicht auf den Polarisator und darauf folgend Andrücken eines λ/4-Plättchens und einer optionalen Polarisationsplatte darauf, oder durch Laminieren von Polarisator, λ/4-Plättchen, Polarisationsplatte und lichtleitender Platte mit Haftschichten, die vorher auf bestimmte Haftflächen in einer vorgegebenen Reihenfolge angeordnet wurden, und Zusammendrücken mit einem Drückverfahren gebildet werden.
In der Beleuchtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können weiterhin geeignete optische Schichten, wie beispielsweise Lichtstreuplatten, auf den Oberflächen oder an geeigneten Stellen zwischen den Schichten angeordnet werden. In diesem Fall können die optischen Schichten mit Hilfe von Haftschichten, die ausgezeichnet bezüglich der Spannungsrelaxation sind, integral mit den Polarisatoren geschichtet werden. Dieses oben beschriebene Haftverfahren hat im Vergleich zu solchen Elementen, die in einer Fabrikationslinie nacheinander zusammengefügt werden, den Vorteil, dass Elemente mit gleich bleibender Qualität und ausgezeichneter Zuverlässigkeit hergestellt werden können.
In der vorliegenden Erfindung können die Flüssigkristallschichten, die λ/4-Plättchen, die Polarisationsplatten, die lichtleitenden Platten, die Haftschichten und andere Teile, wie beispielsweise die optischen Schichten, zur Herstellung der Beleuchtungsvorrichtung auch mit UV-Strahlungsabsorbern, wie beispielsweise Salicylatkomponenten, Benzophenolkomponenten, Benzotriazolkomponenten, Cyanoacrylatkomponenten und Nickelkomplexsalzkomponenten, behandelt werden, um UV-Strahlungsabsorptionsvermögen aufweisen zu können.
Wie oben beschrieben, wird der Polarisator oder das optische Element der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer geeigneten Oberflächenlichtquelle, wie beispielsweise der lichtleitenden Platte des Seitenlichttyps benutzt, wobei Reflexionsverluste durch Umwandeln der Polarisation des zirkular polarisierten Lichtes, das durch die zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht reflektiert wurde, um es als austretendes Licht zu benutzen, und wobei Absorptionsverluste durch die Polarisationsplatte durch Kontrolle der Phase des ausgehenden Lichts mit den λ/4-Plättchen, um dieses in einen Zustand zu bringen, in dem die linear polarisierten Lichtanteile, die durch die Polarisationsplatte durchtreten können, einen hohen Anteil aufweisen, verhindert werden und wobei Farbänderungen verhindert werden, was die Leuchtdichte verbessert.
Dementsprechend können die Polarisatoren und die optischen Elemente der vorliegenden Erfindung in Hintergrundbeleuchtungssystemen von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen benutzt werden, denn sie sind in der Lichtausnutzung ausgezeichnet, sie können Licht bereitstellen, das leicht durch die Polarisatorplatte durchtreten kann und können eine große Anzeigefläche erzielen. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass 65% oder mehr, bevorzugt 70% oder mehr des linear polarisierten Lichtanteils, der als linear polarisiertes Licht und Hauptachsenanteile von elliptisch polarisertem Licht durch die Polarisatorplatten hindurchtreten kann, enthalten ist, um als Lichtquelle Licht, das aus dem λ/4-Plättchen austritt, zu benutzen.
Ausführungsformen der Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, die die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung als Hintergrundbeleuchtungssystem benutzen, werden in den 6 und 7 gezeigt. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Flüssigkristallzelle 6 auf der Lichtaustrittsseite der lichtleitenden Platte 4 angeordnet, die die Beleuchtungsvorrichtung bildet, wobei dazwischen ein optisches Element angeordnet ist. Die Flüssigkristallzelle 6 ist ferner auf der Seite eines λ/4-Plättchens 2 des optischen Elements angeordnet, wie in den Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen kennzeichnet das Bezugszeichen 61 eine Polarisatorplatte und Bezugszeichen 7 eine Lichtstreuplatte zur Lichtstreuung im sichtbaren Bereich.
Die Beleuchtungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung werden insbesondere bevorzugt bei der Herstellung von Flüssigkristallanzeigevorrichtungen benutzt, die die Polarisatorplatten auf beiden Seiten der Flüssigkristallzelle aufweisen. Wenn das optische Element eine Polarisatorplatte auf der Oberseite des λ/4-Plättchens aufweist, kann die Polarisatorplatte auf der Seite, wo das optische Element in der Flüssigkristallzelle angeordnet ist, weggelassen werden.
Flüssigkristallanzeigevorrichtungen werden üblicherweise durch geeignetes Zusammenbauen der Bestandteile, wie Polarisatorplatten, Flüssigkristallzellen, Hintergrundbeleuchtung und optionale Verzögerungsplatten zur Kompensation und durch Einbauen der Treiberschaltkreise hergestellt. In der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung gibt es, außer dass das optische Element oder die Beleuchtungsvorrichtung auf der sichtbaren Rückseite der Flüssigkristallzelle angeordnet ist, wobei die λ/4-Plättchenseite oder die Polarisatorplattenseite der Flüssigkristallzelle zugewandt ist, keine besonderen Einschränkungen und die Flüssigkristallanzeige kann gemäß den bekannten Verfahren hergestellt werden. Bevorzugt werden jedoch die jeweiligen Bauteile mit Hilfe von Haftschichten integral miteinander zusammengehalten.
Darüber hinaus können die Beleuchtungsvorrichtungen der vorliegenden Erfindung bevorzugt für Flüssigkristallzellen benutzt werden, denen Licht im polarisierten Zustand zugeführt werden muss, wie beispielsweise Zellen, die twistnematische Flüssigkristalle oder supertwistnematische Flüssigkristalle nutzen. Sie können jedoch auch für Flüssigkristallzellen, die keine gedrehten Flüssigkristalle, Guest-Host-Flüssigkristalle, in denen dichroitische Substanzen verteilt sind, oder ferroelektrische Flüssigkristalle aufweisen, benutzt werden.
Bei der Herstellung der Flüssigkristallanzeigevorrichtung können geeignete optische Schichten, wie beispielsweise eine Lichtstreuplatte, eine Blendschutzschicht, eine reflexionsreduzierende Schicht, eine Schutzschicht und eine Schutzschicht, die auf der sichtbaren Seite der Polarisatorplatte angeordnet ist, oder eine Verzögerungsplatte zur Kompensation, die zwischen der Flüssigkristallzelle und der Polarisatorplatte auf der sichtbaren Seite angeordnet ist, geeignet angeordnet werden. Übrigens können auch optische Schichten, die üblicherweise zwischen den Hintergrundlichtern und den Flüssigkristallzellen angeordnet sind, und die jeweils eine Vielzahl an dünnen Polymerfilmen, die aufeinander geschichtet sind, aufweisen, angeordnet werden, um die Leuchtdichte zu verbessern (JP-A-4-268505, PCT Internationale Veröffentlichung Nr. 95/17691).
Die oben genannte Verzögerungsplatte zur Kompensation wird bereitgestellt, um die Wellenlängenabhängigkeit der Doppelbrechung zu kompensieren, um die Sicht zu verbessern. In der vorliegenden Erfindung ist sie zwischen der Polarisatorplatte auf der sichtbaren Seite und/oder der Hintergrundlichtseite und der Flüssigkristallzelle, je nach Bedarf, angeordnet. Als Verzögerungsplatte zur Kompensation kann entsprechend dem Wellenlängenbereich eine geeignete Verzögerungsplatte benutzt werden, wobei diese aus einer Schicht oder einer geschichteten Schicht aus zwei oder mehr Verzögerungsschichten gebildet werden kann. Die Verzögerungsplatte zur Kompensation kann, wie die ausgerichteten Filme oder Flüssigkristallschichten, wie oben beispielhaft für die λ/4-Plättchen erläutert, erlangt werden.
BEISPIEL 1
Eine Lösung aus 20 Gew.-% thermotropischen cholesterischen Acrylflüssigkristallpolymeren in Tetrahydrofuran wurde mit einem Drahtbarren auf eine Oberfläche einer 50 μm dicken Cellulosetriacetatschicht, die mit Polyvinylalkohol (ungefähr 0,1 μm Dicke) reibungsbehandelt wurde, aufgetragen. Nach der Ausrichtung unter Wärme bei 160 ± 2°C für 5 Minuten konnte der beschichtete Film bis auf Raumtemperatur abkühlen, um einen 2 μm dicken Polarisator mit einer zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht, durch die links drehendes polarisiertes Licht in einem selektiven Reflexionswellenlängenbereich von 500 bis 600 nm durchtreten kann, erzielt.
Dann wurde ein λ/4-Plättchen mit einer Frontverzögerung von 140 nm und einem N_z von 1, das aus einem ausgerichteten Polycarbonatfilm gebildet wurde, auf der oben genannten zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht mittels einer 20 μm dicken Acrylhaftschicht befestigt, um ein optisches Element zu bilden. Eine Oberflächenlichtquelle wurde unter dem oben genannten Polarisator angeordnet, um eine Beleuchtungsvorrichtung zu bilden. Die Oberflächenlichtquelle umfasst eine 4 mm dicke lichtleitende Acrylplatte auf deren Rückseite Punkte gedruckt wurden, eine 3 mm Durchmesser Kaltkathode, die auf der Seitenfläche der lichtleitenden Platte angeordnet wurde, einen abgeschiedenen Aluminiumfilm, der die Seitenflächen der lichtleitenden Platte und der Kathode umgibt, und eine Reflexionslage, die aus einem geschäumten Polyesterfilm gebildet wird, die unter den oben genannten Punkten angeordnet wurde. Diese Oberflächenlichtquelle wurde unter der zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht mit einer dazwischen liegenden 20 μm dicken Acrylhaftschicht angeordnet und durch Zusammendrücken integral damit verbunden.
BEISPIEL 2
Eine Beleuchtungsvorrichtung wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt, mit dem Unterschied, dass eine Prismenlage auf der lichtleitenden Schicht angeordnet wurde.
BEISPIEL 3
Entsprechend Beispiel 1 wurden zwei Polarisatoren mit 5 μm dicken zirkular polarisiertes Licht trennenden Schichten mit zueinander unterschiedlichem Mesogenverhältnis erlangt. Eine der zirkular polarisiertes Licht trennenden Schichten ließ links drehendes polarisiertes Licht in einem selektiven Reflexionswellenlängenbereich von 400 bis 470 nm durch und die andere ließ links zirkular polarisiertes Licht in einem selektiven Reflexionswellenlängenbereich von 600 bis 700 nm durch. Die beiden Polarisatoren wurden übereinander gelegt, so dass die Flüssigkristallpolymerschichten einander gegenüber lagen und zwischen Walzrollen, die auf 130°C erhitzt wurden, eingefügt, um einen Polarisator mit einer zirkular polarisiertes Licht trennenden Schicht mit einem selektiven Reflexionswellenlängenbereich von 400 bis 700 nm zu erzielen, wobei die Flüssigkristallpolymerschichten im engen Kontakt zueinander geschichtet wurden. Dann wurde ein λ/4-Plättchen mit einer Frontverzögerung von 135 nm und einem N_z von 0,5, das aus einem ausgerichteten Polycarbonatfilm gebildet wurde, auf der Seite mittels einer 20 μm dicken Acrylhaftschicht angebracht, auf der die Ganghöhe größer ist, um ein optisches Element zu erzielen. Unter Nutzung des sich daraus ergebenden optischen Elements wurde eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung erlangt.
BEISPIEL 4
Eine Beleuchtungsvorrichtung gemäß der Erfindung wurde gemäß Beispiel 2 erzielt, mit dem Unterschied, dass eine Prismenlage auf der lichtleitenden Schicht angeordnet wurde.
VERLGEICHENDES BEISPIEL 1
Eine zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht wurde gemäß Beispiel 1 hergestellt; jedoch mit dem Unterschied, dass die Ausrichtung unter Wärme für 2 Minuten durchgeführt wurde, wobei ein Polarisator, ein optisches Element und eine Beleuchtungsvorrichtung erzielt wurden.
VERLGEICHENDES BEISPIEL 2
Eine Beleuchtungsvorrichtung wurde gemäß dem vergleichenden Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass eine Prismenlage auf der lichtleitenden Schicht angeordnet wurde.
VERLGEICHENDES BEISPIEL 3
Eine zirkular polarisiertes Licht trennende Schicht wurde gemäß Beispiel 2 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass die Ungenauigkeit der Temperatureinstellung für die Orientierung unter Wärme auf 160 ± 20°C erhöht wurde, wobei ein Polarisator, ein optisches Element und eine Beleuchtungsvorrichtung erzielt wurden.
VERLGEICHENDES BEISPIEL 4
Eine Beleuchtungsvorrichtung wurde gemäß dem vergleichenden Beispiel 3 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass eine Prismenlage auf der lichtleitenden Schicht angeordnet wurde.
AUSWERTUNGSTESTS
Optische Eigenschaften
Für die Polarisatoren der Beispiele und vergleichenden Beispiele wurden die Trübung, die parallele Lichtdurchlässigkeit, die totale Lichtdurchlässigkeit, die diffuse Lichtdurchlässigkeit, der Spiegelreflexionsgrad, der diffuse Reflexionsgrad und der Spiegelreflexionsanteil, sowie deren Dispersion in der Ebene mit einem NDH-20D-Tester, hergestellt von der Nippon Denshoku Kogyo Co., Ltd., untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 dargestellt.
Der Grad der Verbesserung bezüglich Leuchtdichte, Farbunterschied und unausgeglichener Anzeige Eine Polarisatorplatte wurde auf der Lichtaustrittsseite der Beleuchtungsvorrichtung der Beispiele und vergleichenden Beispiele angeordnet. Dabei wurde der Achsenwinkel so eingestellt wurde, dass maximale Leuchtdichte erzielt wurde. Die Leuchtdichte und die Chromatizität (x₁, y₁) in der Richtung nach vorne (vertikal), sowie deren Streuung wurde mit einem BM-7-Tester, hergestellt von Topcon Co., Ltd., untersucht. Der Grad der Verbesserung der Leuchtdichte wurde bestimmt, wobei 100 einer Frontleuchtdichte der Beleuchtungsvorrichtung ohne optisches Element entspricht. Weiterhin wurde die Chroma tizitätsdifferenz aus der Chromatizität (x₀, y₀) in der Frontrichtung einer Beleuchtungsvorrichtung ohne optisches Element, gemäß der folgenden Gleichung:
berechnet.
Weiterhin wurde durch Betrachtung der Polarisatoren die unausgeglichene Anzeige untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
TABELLE 1
TABELLE 2

Claims

Beleuchtungsvorrichtung mit einer Oberflächenbeleuchtungsquelle (42) und einem Polarisator (1) für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung, wobei der Polarisator dazu dient einfallendes Licht durch Reflexion und Transmission in polarisiertes Licht zu trennen und wobei der Polarisator eine Grandjeanorientierte cholesterische Flüssigkristallschicht aufweist, die aus einem laminierten Produkt aus zwei oder mehr cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten (12, 13) zusammengesetzt ist, wobei die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten jeweils bezüglich reflektiertem Licht unterschiedliche zentrale Wellenlängen und einen sich nicht überlappenden Wellenlängenbereich aufweisen, wobei die Funktion zum Trennen des einfallenden Lichts in polarisiertes Licht durch Reflexion und Transmission auf der Grandjean-orientierten cholesterischen Flüssigkristallschicht basiert, wobei die cholesterischen Flüssigkristallpolymerschichten so laminiert sind, dass sie an den jeweiligen Übergängen gemischte Schichten ausbilden, wobei die Polymere aus einer oberen und unteren cholesterischen Flüssigkristallpolymerschicht, in diesen gemischten Schichten miteinander vermischt sind, wobei die Spiralsteigung der Grandjean-Ausrichtung der Grandjean-orientierten cholesterischen Flüssigkristallschicht sich in Richtung der Dicke ändert, wodurch sie bezüglich reflektiertem Licht einen kontinuierlichen Wellenlängenbereich aufweist, und wobei unter Beleuchtung durch die Lichtquelle (42) der Polarisator (a) eine Trübung von 10 % oder weniger, (b) ein Verhältnis von parallel durchfallendem Licht zu einfallendem Licht von 40 bis 60 %, (c) ein Verhältnis von spiegelreflektiertem Licht zu einfallendem Licht von 25 % oder mehr, (d) ein Verhältnis von diffus reflektiertem Licht zu einfallendem Licht von 20 % oder weniger und (e) einen Anteil von spiegelreflektiertem Licht zu insgesamt reflektiertem Licht von 60 % oder mehr aufweist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei (a) die Dispersion der Trübung in der Ebene 6 % oder weniger ist, (b) die Dispersion des Verhältnisses von parallel durchfallendem Licht in der Ebene 15 % oder weniger ist, (c) die Dispersion des Verhältnisses des spiegelreflektierten Lichtes in der Ebene 10 % oder weniger ist, (d) die Dispersion des Verhältnisses des diffus reflektierten Lichtes in der Ebene 10 % oder weniger ist und (e) die Dispersion des Anteils an spiegelreflektiertem Licht in der Ebene 15 % oder weniger ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verhältnis von durchfallendem Licht zu einfallendem Licht im Bereich von 40 bis 65 % liegt.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Streuung in der Ebene des Verhältnisses von durchfallendem Licht 15 % oder weniger ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verhältnis von diffus durchfallendem Licht zu einfallendem Licht 10 % oder weniger ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Dispersion des Verhältnisses des diffus durchfallenden Lichts in der Ebene 6 % oder weniger ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner ein λ/4-Plättchen (2) aufweist, wobei das λ/4-Plättchen durch eine, zwei oder mehr Verzögerungsschichten (21, 22) gebildet ist, wobei die Verzögerungsschichten auf mindestens einer Seite angeordnet sind.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei linear polarisiertes Licht mit einer vorbestimmten Polarisationsachse durchgelassen wird und anderes Licht reflektiert wird.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Verzögerungsschicht (2) aus einer, zwei oder mehr Flüssigkristallpolymerschichten zusammengesetzt ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Flüssigkristallpolymerschicht aus einem Flüssigkristallpolymer mit verdrillter Ausrichtung gebildet ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei eine polarisierende Platte (3), die eine dichroitische Substanz aufweist, auf dem λ/4-Plättchen angeordnet ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Vorrichtung mindestens eine Prismengruppenschicht (5) aufweist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach Anspruch 12, wobei zwei oder mehr Prismengruppenschichten (5) so angeordnet sind, dass sich die Prismengruppen in der oberen und unteren Schicht miteinander schneiden.
Flüssigkristallanzeige mit einer Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und einer Flüssigkristallzelle (6), die auf der Lichtausgangsseite der Beleuchtungsvorrichtung angeordnet ist, wobei eine Polarisationsplatte (61) dazwischen angeordnet ist.
Die Beleuchtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die aufbauenden Schichten alle oder teilweise mit Hilfe von Haftschichten aneinander haften.
Die Flüssigkristallanzeige nach Anspruch 14, wobei die aufbauenden Schichten alle oder teilweise mit Hilfe von Haftschichten aneinander haften.