JP2000321431A - 偏光素子、光学素子、偏光光源装置及び液晶表示装置 - Google Patents

偏光素子、光学素子、偏光光源装置及び液晶表示装置

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JP2000321431A
JP2000321431A JP11135333A JP13533399A JP2000321431A JP 2000321431 A JP2000321431 A JP 2000321431A JP 11135333 A JP11135333 A JP 11135333A JP 13533399 A JP13533399 A JP 13533399A JP 2000321431 A JP2000321431 A JP 2000321431A
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Tadayuki Kameyama
忠幸 亀山
Hironori Motomura
弘則 本村
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Nitto Denko Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸収型偏光板による吸収ロスの少ない偏光を
形成できて、入射光の利用効率よく液晶セルに供給で
き、輝度に優れて表示ムラの少ない液晶表示装置を形成
できる偏光素子、光学素子及び偏光光源装置の開発。 【解決手段】 自然光を偏光からなる反射光又は透過光
に分離する機能を有し(12,13)、その所定波長範
囲の反射光のスペクトルに基づいて最高の反射率を示す
波長の長波長側又は短波長側に位置する反射率が前記最
高反射率の50%である波長を半反射波長、その面内に
おける平均値を半反射平均波長としたとき、面内各所に
おける半反射波長が半反射平均波長に対し±10nm以下
の範囲にある偏光素子(1)、それと吸収型偏光板
(3)を積層してなる光学素子、反射層(41)を有す
る面光源(4)の上方に前記偏光素子又は光学素子を有
する偏光光源装置、及びその光出射側に液晶セル(6)
を有する液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術分野】本発明は、液晶表示装置等の輝度向
上や表示ムラの抑制などに好適な偏光素子、並びにそれ
を用いた光学素子及び偏光光源装置に関する。
【0002】
【背景技術】従来、入射光の約半分が吸収されてロスと
なる吸収型偏光板の難点を克服して液晶表示装置の輝度
を向上させうる偏光素子として、コレステリック液晶層
と1/4波長板の積層体からなる素子や複屈折性の多層
膜からなる素子が知られていた(特開平4−26850
5号公報、PCT95/17691号公報)。
【0003】前記の素子は、直線偏光を偏光軸の一致下
に吸収型偏光板に入射させて吸収ロスを防止するように
したものである。しかしながら、かかる素子を用いた液
晶表示装置を斜め方向から視認した場合に著しい表示ム
ラが発生し、プリズムアレイ層の場合と同様に視認性が
大きく低下する問題点があった。ちなみに輝度の向上を
光路制御にて達成するプリズムアレイ層では、約40度
以上の斜視方向で著しい輝度の低下を生じて視認性が大
きく低下する。
【0004】
【発明の技術的課題】本発明は、吸収型偏光板による吸
収ロスの少ない偏光を形成できて、入射光の利用効率よ
く液晶セルに供給でき、輝度に優れて表示ムラの少ない
液晶表示装置を形成できる偏光素子、光学素子及び偏光
光源装置の開発を課題とする。
【0005】
【課題の解決手段】本発明は、自然光を偏光からなる反
射光又は透過光に分離する機能を有し、その所定波長範
囲の反射光のスペクトルに基づいて最高の反射率を示す
波長の長波長側又は短波長側に位置する反射率が前記最
高反射率の50%である波長を半反射波長、その面内に
おける平均値を半反射平均波長としたとき、面内各所に
おける半反射波長が半反射平均波長に対し±10nm以下
の範囲にあることを特徴とする偏光素子を提供するもの
である。
【0006】また本発明は、前記の偏光素子と吸収型偏
光板を粘着層を介して積層してなることを特徴とする光
学素子、及び反射層を有する面光源の上方に前記の偏光
素子又は光学素子を有することを特徴とする偏光光源装
置、並びにその偏光光源装置の光出射側に、吸収型偏光
板が介在した状態で液晶セルを有することを特徴とする
液晶表示装置を提供するものである。
【0007】
【発明の効果】本発明によれば、偏光分離機能に優れて
吸収型偏光板による吸収ロスの少ない偏光を入射光の利
用効率よく提供し、輝度に優れて斜視方向にても色付き
等の表示ムラの少ない液晶表示装置を形成することがで
きる。これは、面内各所における半反射平均波長に対す
る半反射波長のバラツキを抑制したことに基づく。
【0008】
【発明の実施形態】本発明による偏光素子は、自然光を
偏光からなる反射光又は透過光に分離する機能を有し、
その所定波長範囲の反射光のスペクトルに基づいて最高
の反射率を示す波長の長波長側又は短波長側に位置する
反射率が前記最高反射率の50%である波長を半反射波
長、その面内における平均値を半反射平均波長としたと
き、面内各所における半反射波長が半反射平均波長に対
し±10nm以下の範囲にあるものである。
【0009】自然光を偏光からなる反射光又は透過光に
分離する機能を示す偏光素子は、適宜な素材にて形成さ
れたものであってよい。ちなみにその例としては、コレ
ステリック液晶の配向層などの如く自然光を反射と透過
を介して左右の円偏光に分離する円偏光分離層があげら
れる。
【0010】また、光弾性係数が相違する複数種のポリ
マー層の多数、例えば10〜1000層を積層して延伸
処理し、面内の所定方向の屈折率を一致させ、それに直
交する方向の屈折率を相違させたものの如く、所定偏光
軸の直線偏光を透過しそれ以外の光は反射するものなど
も前記した偏光素子の例としてあげられる。
【0011】上記したコレステリック液晶は、クランジ
ャン配向の螺旋ピッチの相違に基づいて波長特性の異な
る円偏光分離機能を示すが、本発明にては厚さ方向に螺
旋ピッチが変化する円偏光分離層や、反射光の中心波長
が異なる2層以上のコレステリック液晶層の重畳体から
なる円偏光分離層、あるいはそれらが複合した螺旋ピッ
チ相違の2層以上のコレステリック液晶層が反射光の中
心波長に基づいて長短の順序通りに重畳して厚さ方向に
螺旋ピッチが変化する円偏光分離層などの適宜な形態の
円偏光分離層であってよい。
【0012】前記した螺旋ピッチの厚さ方向の変化や反
射光の中心波長が異なる、従って螺旋ピッチが異なるコ
レステリック液晶層の2層又は3層以上の重畳化は、分
離機能の広波長域化などを目的としたものである。すな
わち単層一定配向のコレステリック液晶層では通例、選
択反射性(円偏光二色性)を示す波長域に限界があり、
その限界は約100nmの波長域に及ぶ広い範囲の場合も
あるが、その波長範囲でも液晶表示装置等に適用する場
合に望まれる可視光の全域には及ばないから、螺旋ピッ
チの変化範囲を拡大して円偏光二色性を示す波長域を拡
大させることなどを目的とする。
【0013】ちなみに選択反射の中心波長が300〜9
00nmの範囲にあるコレステリック液晶層の螺旋ピッチ
の異なる数種を同じ方向の円偏光を反射する組合せで重
畳することにより可視光域をカバーできる円偏光分離層
を効率的に形成することができる。なお同じ方向の円偏
光を反射するもの同士の組合せで重畳する点は、各層で
反射される円偏光の位相状態を揃えて各波長域で異なる
偏光状態となることを防止し、利用できる状態の偏光の
増量を目的とする。
【0014】また上記した円偏光分離層における反射光
の中心波長に基づく長短順序通りのコレステリック液晶
層の重畳は、視角変化による透過光の色変化の抑制など
を目的とする。その場合、同じ螺旋ピッチのコレステリ
ック液晶層間に、螺旋ピッチの異なるコレステリック液
晶層が前記中心波長の長短の順序通りに1層又は2層以
上介在した形態のものの如く、同じ螺旋ピッチのコレス
テリック液晶層を2層以上含む層構造なども許容され
る。
【0015】円偏光分離層の形成には、低分子量のコレ
ステリック液晶なども用いうるが、得られる偏光素子の
取扱性や薄膜性などの点よりコレステリック液晶ポリマ
ーが好ましく用いうる。その場合、偏光素子はコレステ
リック液晶ポリマーフィルム等の単層物やそれをプラス
チックフィルム等で支持した複層物などとして得ること
ができる。液晶表示装置等の良視認視野角の拡大などの
点より好ましい偏光素子は、コレステリック液晶ポリマ
ーがドメイン等の欠陥の少ない状態でグランジャン配向
したものである。
【0016】なおコレステリック液晶ポリマーには、適
宜なものを用いてよく、特に限定はない。従って、液晶
配向性を付与する共役性の直線状原子団(メソゲン)が
ポリマーの主鎖や側鎖に導入された主鎖型や側鎖型など
の種々のものを用いうる。複屈折率差の大きいコレステ
リック液晶ポリマーほど選択反射の波長域が広くなり、
層数の軽減や大視野角時の波長シフトに対する余裕など
の点より好ましく用いうる。なお液晶ポリマーとして
は、取扱い性や実用温度での配向の安定性などの点よ
り、ガラス転移温度が30〜150℃のものが好まし
い。
【0017】ちなみに前記した主鎖型の液晶ポリマーの
例としては、屈曲性を付与するスペーサ部を必要に応じ
介してパラ置換環状化合物等からなるメソゲン基を結合
した構造を有する、例えばポリエステル系やポリアミド
系、ポリカーボネート系やポリエステルイミド系などの
ポリマーがあげられる。
【0018】また側鎖型の液晶ポリマーの例としては、
ポリアクリレートやポリメタクリレート、ポリシロキサ
ンやポリマロネート等を主鎖骨格とし、側鎖として共役
性の原子団からなるスペーサ部を必要に応じ介してパラ
置換環状化合物等からなる低分子液晶化合物(メソゲン
部)を有するもの、低分子カイラル剤含有のネマチック
系液晶ポリマー、キラル成分導入の液晶ポリマー、ネマ
チック系とコレステリック系の混合液晶ポリマーなどが
あげられる。
【0019】前記の如く例えばアゾメチン形やアゾ形、
アゾキシ形やエステル形、ビフェニル形やフェニルシク
ロヘキサン形、ビシクロヘキサン形の如きパラ置換芳香
族単位やパラ置換シクロヘキシル環単位などからなるネ
マチック配向性を付与するパラ置換環状化合物を有する
ものにても、不斉炭素を有する化合物等からなる適宜な
キラル成分や低分子カイラル剤等を導入する方式などに
よりコレステリック配向性のものとすることができる
(特開昭55−21479号公報、米国特許明細書第5
332522号等)。なおパラ置換環状化合物における
パラ位における末端置換基は、例えばシアノ基やアルキ
ル基、アルコキシ基などの適宜なものであってよい。
【0020】またスペーサ部としては、屈曲性を示す例
えばポリメチレン鎖−(CH)n−やポリオキシメチ
レン鎖−(CHCHO)m−などがあげられる。ス
ペーサ部を形成する構造単位の繰返し数は、メソゲン部
の化学構造等により適宜に決定され、一般にはポリメチ
レン鎖の場合にはnが0〜20、就中2〜12、ポリオ
キシメチレン鎖の場合にはmが0〜10、就中1〜3で
ある。
【0021】コレステリック液晶ポリマーからなる円偏
光分離層の形成は、従来の低分子液晶の配向処理に準じ
た方法で行うことができる。ちなみにその例としては、
支持基材上にポリイミドやポリビニルアルコール、ポリ
エステルやポリアリレート、ポリアミドイミドやポリエ
ーテルイミド等の膜を形成してレーヨン布等でラビング
処理した配向膜、又はSiOの斜方蒸着層、又は延伸
処理による配向膜等からなる適宜な配向膜の上に液晶ポ
リマーを展開してガラス転移温度以上、等方相転移温度
未満に加熱し、液晶ポリマー分子がグランジャン配向し
た状態でガラス転移温度未満に冷却してガラス状態と
し、当該配向が固定化された固化層を形成する方法など
があげられる。
【0022】前記の支持基材としては、例えばトリアセ
チルセルロースやポリビニルアルコール、ポリイミドや
ポリアリレート、ポリエステルやポリカーボネート、ポ
リスルホンやポリエーテルスルホン、アモルファスポリ
オレフィンや変性アクリル系ポリマー、エポキシ系樹脂
の如きプラスチックからなる単層又は積層あるいは延伸
フイルム、あるいはガラス板などの適宜なものを用いう
る。薄型化等の点よりは、プラスチックフィルムが好ま
しい。
【0023】液晶ポリマーの展開は、例えば液晶ポリマ
ーの溶媒による溶液をスピンコート法やロールコート
法、フローコート法やプリント法、ディップコート法や
流延成膜法等の適宜な方法で薄層展開し、それを必要に
応じ乾燥処理する方法などにより行いうるが、就中スピ
ンコート法等の厚さの均一性に優れる膜を形成できる方
法が好ましい。なお前記の溶媒としては、例えば塩化メ
チレンやシクロヘキサノン、トリクロロエチレンやテト
ラクロロエタン、N−メチルピロリドンやテトラヒドロ
フランなどの適宜なものを用いうる。
【0024】液晶ポリマーの展開層を配向させるための
加熱処理は、上記した如く液晶ポリマーのガラス転移温
度から等方相転移温度までの温度範囲、すなわち液晶ポ
リマーが液晶相を呈する温度範囲に加熱することにより
行うことができる。また配向状態の固定化は、ガラス転
移温度未満に冷却することで行うことができ、その冷却
条件については特に限定はない。通例、前記の加熱処理
を300℃以下の温度で行いうることから、自然冷却方
式が一般に採られる。なおコレステリック液晶ポリマー
の展開液には安定剤や可塑剤や金属類などの種々の添加
剤を必要に応じて配合することができる。
【0025】支持基材上に形成する液晶ポリマーの固化
層の厚さは、配向の乱れや透過率低下の防止、選択反射
の波長域の広さなどの点より、0.5〜50μm、就中
1〜30μm、特に2〜10μmが好ましい。支持基材上
の液晶ポリマー固化層は、支持基材との一体物として用
いうるし、支持基材より剥離してフィルム等として用い
ることもできる。なお支持基材を有する場合には、その
基材を含めた合計厚が2〜500μm、就中5〜300
μm、特に10〜200μmであることが好ましい。
【0026】なお上記した螺旋ピッチが厚さ方向に変化
する円偏光分離層の製造は、例えば配向処理したコレス
テリック液晶ポリマー層同士の2枚又は3枚以上の所定
数を熱圧着により接着する操作などにより行うことがで
きる。熱圧着処理には、ロールラミネータ等の適宜な加
熱押圧手段を介してコレステリック液晶ポリマー層をガ
ラス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱して圧着
処理する方式などの適宜な方式を採ることができる。支
持基材との一体物からなる液晶ポリマーの固化層の場合
には、その固化層同士が密接するように前記に準じて重
畳処理することにより厚さ方向に螺旋ピッチが変化する
円偏光分離層を得ることができる。
【0027】なお厚さ方向に螺旋ピッチが変化する円偏
光分離層は、連続した反射光の波長域を示すものであっ
てもよいし、不連続な反射光の波長域を示すものであっ
てもよい。色ムラ防止等の点より好ましい円偏光分離層
は、連続した反射光の波長域を示すものである。かかる
円偏光分離層の製造は、例えば上記した熱圧着操作等で
形成したコレステリック液晶ポリマー層の重畳体をガラ
ス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱して、その
密着界面に上下の層を形成するコレステリック液晶ポリ
マーが混合した層を形成する方法などにより行うことが
できる。
【0028】前記において、上下の層のコレステリック
液晶ポリマーが混合して形成されたコレステリック液晶
ポリマー層は、螺旋ピッチが上下の層とも異なって厚さ
方向に螺旋ピッチが多段階に変化した円偏光分離層を形
成し、通例その螺旋ピッチは上下の層を形成するコレス
テリック液晶ポリマー層の中間値をとって、上下の層と
共に連続した反射光の波長域を示す領域を形成する。
【0029】従って、上下の層で反射光の波長域が重複
しないコレステリック液晶ポリマー層の組合せ、すなわ
ち反射光の波長域に不連続による欠落域が存在する組合
せで用いた場合に、上下の層の混合により形成されたコ
レステリック液晶ポリマー層が前記欠落域を埋めて反射
光の波長域を連続化することができる。よって例えば、
反射波長域が500nm以下のものと600nm以上のもの
の2種のコレステリック液晶ポリマー層を用いて、反射
波長域の不連続域である500〜600nmの波長域の光
についても反射する円偏光分離層を得ることができ、こ
れは少ないコレステリック液晶ポリマー層の重畳で、広
い帯域の反射波長域を示す円偏光分離層を形成しうるこ
とを意味する。
【0030】本発明において用いる偏光素子は、それに
よる反射光の所定波長範囲のスペクトルに基づいて最高
の反射率を示す波長の長波長側又は短波長側に位置する
反射率が前記最高反射率の50%である波長を半反射波
長、面内における平均値を半反射平均波長としたとき、
面内各所における半反射波長が半反射平均波長に対し±
10nm以下、就中±9nm以下、特に±8nm以下の範囲
(バラツキ特性)にあるものである。
【0031】前記した所定波長範囲は、用いる偏光素子
が示す反射特性に基づいて適宜に決定される。液晶表示
装置、特にカラー表示のものでは可視光全域の波長の光
が望まれることより、例えば300〜1000nmの波長
範囲の如く可視光全域の波長を含む範囲で前記のバラツ
キ特性が満足されることが好ましい。
【0032】なお上記した反射光の中心波長が異なる2
層以上のコレステリック液晶層を重畳してなる円偏光分
離層の如く反射帯域を複合させたものでは、その各液晶
層に基づく山形や台形等のスペクトル波形が複合して全
体のスペクトル波形が形成されるため連山形等の複数の
ピークが存在するスペクトル波形が形成されることがあ
る。
【0033】前記の複数ピークがある場合においても本
発明においては、所定波長範囲における最高の反射率を
示す波長が唯一決定される。一方、その最高反射率波長
の長波長側又は短波長側に複数の半反射波長の光が存在
する場合には、その全ての半反射波長について前記した
バラツキ条件が判断され、前記のバラツキ特性を満足す
る偏光素子が本発明においては用いられる。
【0034】前記したバラツキ特性は、コレステリック
液晶層の場合、その層厚、複数層の場合には各層の厚さ
を可及的に均一に形成すること、厚さ方向のピッチ変化
をもたらす例えば紫外線吸収剤等の因子を含むときには
その因子の分散性や紫外線照射量等の均一性を向上させ
ることなどにより達成することができる。コレステリッ
ク液晶層では特に塗布ムラ等による厚さムラが当該バラ
ツキを大きくして表示ムラの原因となりやすい。
【0035】なお厚さ方向のピッチが変化するコレステ
リック液晶層において、1/4波長板側より大きいピッ
チから小さいピッチに一様に変化する場合、長波長側に
おける当該バラツキが表示ムラに大きく影響し、小さい
ピッチから大きいピッチに一様に変化する場合には短波
長側の当該バラツキが表示ムラに大きく影響する傾向に
ある。
【0036】一方、所定偏光軸の直線偏光を透過しそれ
以外の光は反射する偏光素子における前記したバラツキ
特性は、その多層膜を形成する各層の厚さや複屈折特性
を可及的に均一にすることなどにより達成することがで
きる。かかる多層膜タイプでは特に延伸ムラによる複屈
折性特性の相違が当該バラツキを大きくして表示ムラの
原因となりやすい。従って積層フィルムの延伸温度を可
及的に均一に維持して延伸処理することが好ましい。な
お多層膜タイプの偏光素子では、長波長側及び短波長側
の両方における当該バラツキが表示ムラに大きく影響す
る傾向にある。
【0037】前記したバラツキ特性を示す偏光素子を用
いることにより、液晶表示装置等の輝度を安定して向上
させることができ、斜視方向の表示ムラを抑制すること
ができる。またプリズムアレイ層を配置した場合に、そ
の正面方向の輝度の低下を抑制することができる。
【0038】本発明による偏光素子は、前記の如く液晶
表示装置の形成などに好ましく用いうるがその場合、上
記した円偏光分離層を有する偏光素子ではその少なくと
も片面に1/4波長板を付加したものとして用いること
もできる。かかる1/4波長板は、円偏光分離層を透過
した円偏光を直線偏光化するためのものであり、表裏で
反射光の中心波長が相違する場合にも円偏光分離層の表
裏のいずれに配置してもよい。
【0039】1/4波長板は、1層又は2層以上の位相
差層を用いて形成でき、可視光域の場合には直線偏光化
効果や斜め透過光による色変化の補償などの点より正面
位相差が100〜180nmのものが好ましく用いられ
る。すなわち面内の最大屈折率をnx、それに直交する
方向の屈折率をny、厚さ方向の屈折率をnz、厚さをd
とした場合に式:(nx−ny)d=△nd=100〜1
80nmを満足する1/4波長板が好ましく用いられる。
【0040】前記の1/4波長板機能を示す位相差層と
共に必要に応じて用いられる位相差層は、1/4波長板
機能を示す位相差層を斜め透過した光の色バランスを垂
直透過した光の色バランスに可及的に一致させて、吸収
型偏光板を介した視認をより色付きの少ない中間色とす
ることなどを目的とする補償用のものであり、正面位相
差(△nd)が100〜720nmものが好ましく用いら
れる。
【0041】なお前記において色変化の補償等の点より
好ましく用いうる位相差層は、厚さ方向の屈折率が面内
方向の一方又は両方のそれよりも大きいもの、あるいは
式:(nx−nz)/(nx−ny)で表されるNzが5以
下、就中2以下、特に1.5以下、更には1.1以下
(いずれもマイナス値を許容する)のものである。
【0042】位相差層は、任意な材質で形成でき透明性
に優れ、就中80%以上の光透過率を示して均一な位相
差を与えるものが好ましい。一般には例えばポリカーボ
ネートやポリエステル、ポリスルホンやポリエーテルス
ルホン、ポリスチレンやポリエチレン、ポリプロピレン
の如きポリオレフィン、ポリビニルアルコールや酢酸セ
ルロース系ポリマー、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビニリ
デン、ポリアリレートやポリメチルメタクリレート、ポ
リアミド等のプラスチックからなる延伸フィルム、液晶
ポリマー、就中、捩じれ配向の液晶ポリマーなどが用い
られる。
【0043】前記した厚さ方向の屈折率が大きい位相差
層は、前記のポリマー等をキャスティング法や押出法等
の適宜な方式で形成したフィルムを、例えば熱収縮性フ
ィルムとの接着下に一軸や二軸等の方式で加熱下に延伸
処理又は収縮処理する方式などの適宜な方式で形成する
ことができる。
【0044】位相差層における前記した△ndやNz等
の特性は、フィルムの材質や厚さ、延伸(収縮)倍率や
延伸(収縮)温度等の条件を変えることにより制御する
ことができる。位相差層の一般的な厚さは、単層物に基
づき10〜500μm、就中20〜200μmであるが、
これに限定されない。
【0045】なお1/4波長板等の位相差層を液晶ポリ
マーで形成する場合、上記した円偏光分離層の場合に準
じ液晶ポリマーの配向フィルムや透明基材で支持した液
晶ポリマーの配向層等の適宜な形態を有するものとして
得ることができる。液晶ポリマーを用いた場合には、延
伸処理なしに目的の位相差層を形成することもできる。
【0046】1/4波長板は、前記した如く単層の位相
差層からなっていてもよいし、位相差が相違する2層又
は3層以上の位相差層の重畳体からなっていてもよい。
位相差が相違する位相差層の重畳化は、目的の1/4波
長板や補償板として機能する波長範囲の拡大などに有効
である。位相差層の重畳体とする場合、厚さ方向の屈折
率が面内屈折率の少なくとも一方よりも高い位相差層を
1層又は2層以上配置することが上記した点より好まし
い。
【0047】本発明による偏光素子は、それを吸収型偏
光板と積層してなる光学素子として実用に供することも
できる。その光学素子の例を図1に示した。1が偏光素
子(円偏光分離層)、3が吸収型偏光板である。なお図
例では、偏光素子1がコレステリック液晶層12,13
を重畳した円偏光分離層よりなることより、偏光素子1
と吸収型偏光板3の間に位相差層21,22を重畳して
なる1/4波長板2が配置してある。なお11は、円偏
光分離層12,13を支持する基材である。
【0048】吸収型偏光板としては、二色性物質を含有
させた偏光フィルムやポリエン配向フィルム、あるいは
当該フィルムに透明保護層を設けたものなどの適宜なも
のを用いうる。ちなみに前記偏光フィルムの例として
は、ポリビニルアルコール系フィルムや部分ホルマール
化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビ
ニル共重合体系部分ケン化フィルムの如き親水性高分子
フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着
させて延伸したフィルムなどがあげられる。また、ポリ
エン配向フィルムの例としては、ポリビニルアルコール
の脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物などがあ
げられる。
【0049】液晶表示装置の形成には、明るい表示の達
成性、すなわち偏光素子を介して高度に直線偏光化され
た光を可及的に吸収ロスを防止しつつ吸収型偏光板を透
過させて、液晶セルへの高度な直線偏光の入射による良
好なコントラスト比の表示を得る点などより、二色性物
質含有の偏光板などの如く偏光度の高いものが好ましく
用いられる。就中、光透過率が40%以上で、偏光度が
95.0%以上、特に99%以上の二色性物質含有の偏
光板が好ましく用いられる。
【0050】なお前記の透明保護層は、特に二色性物質
含有の偏光フィルムの如く耐水性に乏しい場合などに保
護目的で設けられるもので、プラスチックの塗布方式や
フィルムとしたものの積層方式などの適宜な方式で形成
してよい。フィルム等の分離物で形成する場合には、接
着層で積層一体化することが反射ロスの防止等の点より
好ましい。
【0051】透明保護層の厚さは適宜に決定してよく、
一般には1mm以下、就中500μm以下、特に1〜30
0μmとされる。なおプラスチックとしては、適宜なも
のを用いてよいが、一般には上記の液晶ポリマー支持用
の透明基材や位相差層等で例示したものなどが用いられ
る。
【0052】なお透明樹脂層は、微粒子を含有させる方
式などにて表面微細凹凸構造の形態に形成することもで
きる。その微粒子には、例えば平均粒径が0.5〜50
μmのシリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化
錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化アンチモン
等の導電性のこともある無機系微粒子、架橋又は未架橋
のポリマー等の有機系微粒子などの適宜な透明粒子を用
いうる。微粒子の含有量は2〜25重量%、就中5〜2
0重量%が一般的である。
【0053】図例の如く吸収型偏光板3を1/4波長板
2の上側に配置するに際して、1/4波長板に対する偏
光板の配置角度は、1/4波長板の位相差特性やそれに
入射する円偏光の特性などに応じて適宜に決定しうる
が、光利用効率の向上等の点より1/4波長板を介し直
線偏光化された光の偏光方向に対し吸収型偏光板の透過
軸を可及的に平行に配置することが好ましい。
【0054】本発明による光学素子は、自然光等の光源
からの光を偏光素子を介し反射光又は透過光として左右
の円偏光や直線偏光などに分離し、その偏光素子を透過
又は反射した円偏光や楕円偏光又は直線偏光を必要に応
じ1/4波長板で直線偏光化して吸収型偏光板などに供
給しうるようにしたものである。
【0055】従って図2に例示した如く、かかる偏光素
子や光学素子をサイドライト型導光板やELランプなど
の適宜な面光源4の上に配置して液晶表示装置のバック
ライトなどとして好適な偏光光源装置を形成することが
できる。なお図例の面光源は、導光板4の側面に光源4
2を配置してなる。なお図は液晶表示装置としたものを
例示している。
【0056】前記図例の偏光光源装置によれば、光源4
2よりの光が導光板4の側面に入射し裏面等での反射を
介して導光板の表面より出射し、その出射光は、導光板
の表面側に配置した円偏光分離層1(偏光素子)を所定
の円偏光(垂直)や楕円偏光(斜め)として透過し、1
/4波長板2を介し直線偏光化されて吸収型偏光板3に
入射する。一方、所定外の円偏光として円偏光分離層1
で反射された光は、導光板に再入射して裏面等に配置さ
れた反射層41を介し反射され、戻り光として再び円偏
光分離層1に入射する。
【0057】前記の円偏光分離層による反射光は、導光
板の裏面で反射される際に偏光状態が変化させられ、一
部又は全部の反射光が円偏光分離層を透過しうる所定の
円偏光となる。従って円偏光分離層による反射光は、そ
の円偏光分離層を透過しうる所定の円偏光となるまで円
偏光分離層と導光板との間に閉じ込められて、それらの
間で反射を繰り返す。
【0058】前記の如くサイドライト型導光板では、反
射光が円偏光分離層と導光板の反射層の間に閉じ込めら
れ、その間で反射を繰り返す内に偏光状態が変換されて
円偏光分離層を透過しうる状態となり、入射光の初期透
過光と共に出射され、これにより反射ロスによる光の未
利用分が低減される。
【0059】一方、円偏光分離層より出射した光は1/
4波長板を介して直線偏光や直線偏光成分の多い楕円偏
光に変換され、この変換光はその直線偏光方向が吸収型
偏光板の透過軸と合致したとき、殆ど吸収されずに吸収
型偏光板を透過し、これにより吸収ロスによる光の未利
用分も低減される。その結果、従来では反射ロスや吸収
ロスとなっていた光も有効利用でき、光の利用効率を向
上させることができる。従って面光源としてはサイドラ
イト型の導光板が好ましく用いうる。
【0060】前記の導光板としては、裏面に反射層を有
して光を表面側に出射するようにした適宜なものを用い
うる。好ましくは、光を吸収なく効率的に出射するもの
が用いられる。(冷,熱)陰極管等の線状光源や発光ダ
イオード等の光源を導光板4の側面に配置し、その導光
板に導光板内を伝送される光を拡散や反射、回折や干渉
等により板の片面側に出射するようにした、液晶表示装
置で公知のサイドライト型バックライトなどはその例で
ある。
【0061】前記において、内部の伝送光を片面側に出
射するようにした導光板は、例えば透明又は半透明の樹
脂板の光出射面又はその裏面にドット状やストライプ状
に拡散体を設けたものや、樹脂板の光出射面又はその裏
面に凹凸構造、就中、微細プリズムアレイ状の凹凸構造
を付与したものなどとして得ることができる。
【0062】一方の面側に光を出射する導光板は、それ
自体で偏光素子で反射された光を偏光変換する機能を有
しうるが、導光板の裏面に反射層41を設けることで反
射ロスをほぼ完全に防止することができる。拡散反射層
や鏡面反射層などの反射層は、偏光素子で反射された光
を偏光変換する機能に優れ、本発明において好ましく用
いうる。
【0063】ちなみに凹凸面等で代表される拡散反射層
は、その拡散に基づいて偏光状態がランダムに混在して
偏光状態を解消する。またアルミニウムや銀等の蒸着
層、それを設けた樹脂板、金属箔などからなる金属面で
代表される鏡面反射層は、偏光が反射されるとその偏光
状態が反転する。
【0064】偏光光源装置の形成に際しては、図2に例
示の如く、光の出射方向を制御するためのプリズムシー
ト等からなるプリズムアレイ層5、均一な発光を得るた
めの拡散板、漏れ光を戻すための反射手段、線状光源か
らの出射光を導光板の側面に導くための光源ホルダなど
の補助手段を導光板4の上下面や側面などの所定位置に
必要に応じ1層又は2層以上を配置して適宜な組合せ体
とされる。
【0065】前記において、導光板の表面側(光出射
側)に配置したプリズムアレイ層や拡散板、あるいは導
光板に付与したドットなどは拡散効果等で反射光の位相
を変化させる偏光変換手段として機能しうる。なお2層
以上のプリズムアレイ層を配置する場合には、各層にお
けるプリズムアレイを直交ないし交差させるなどしてア
レイの配置角度をずらせることにより、光学的異方性が
解消される状態に配置することが好ましい。
【0066】本発明において、偏光素子や光学素子や偏
光光源装置を形成する円偏光分離層や1/4波長板、吸
収型偏光板や導光板等の各部品は、必要に応じて接着層
を介し積層一体化することができる。形成部品の積層一
体化は、各界面での反射ロスの抑制や各界面への異物等
の侵入防止による表示品位等の低下予防、光学系のズレ
による補償効率や偏光変換効率等の低下防止などに有効
である。従って、円偏光分離層や1/4波長板、吸収型
偏光板や導光板等がそれぞれ複数の層で形成される場合
にも、各層を接着層等を介して密着一体化することが好
ましい。
【0067】前記の積層一体化には適宜な接着剤等を用
いうるが、就中、応力緩和性に優れる粘着層が、光源等
からの熱で偏光素子や1/4波長板や吸収型偏光板等に
生じる応力を抑制して、光弾性変形により発生する屈折
率の変化を防止し、明るくて視認性や表示品位の信頼性
に優れる液晶表示装置を形成する点などより好ましく用
いうる。
【0068】粘着層の形成には、例えばアクリル系重合
体やシリコーン系ポリマー、ポリエステルやポリウレタ
ン、ポリエーテルや合成ゴムなどの適宜なポリマーを用
いてなる透明な粘着剤を用いうる。就中、光学的透明性
や粘着特性、耐候性などの点よりアクリル系粘着剤が好
ましく用いうる。
【0069】粘着層の厚さは適宜に決定してよい。一般
には、接着力や薄型化等の点より1〜500μm、就中
2〜200μm、特に5〜100μmとされる。なお粘着
層には必要に応じて、石油系樹脂やロジン系樹脂、テル
ペン系樹脂やクマロンインデン系樹脂、フェノール系樹
脂やキシレン系樹脂、アルキド系樹脂の如き粘着付与
剤、フタル酸エステルやリン酸エステル、塩化パラフィ
ンやポリブテン、ポリイソブチレンの如き軟化剤、ある
いはその他の各種充填剤や老化防止剤などの適宜な添加
剤を配合することができる。
【0070】積層一体化した光学素子等の形成は、例え
ばフィルム等の薄葉体を剥離剤で表面処理してなるセパ
レータ上に設けた粘着層を偏光素子の接着面に移着し、
その上に必要に応じ1/4波長板を圧着し、さらにその
上に粘着層を同様に移着して吸収型偏光板を配置しそれ
らを圧着する方式などにより行うことができる。
【0071】また導光板等の接着面にセパレータ上に設
けた粘着層を移着し、その上に偏光素子を配置して圧着
した後、その上に粘着層を同様にして移着して必要に応
じての1/4波長板や吸収型偏光板を順次圧着する方
式、あるいは予め所定の接着面に設けた粘着層を介して
偏光素子や吸収型偏光板や導光板等の被着体を所定の順
序で積層し、それをプレス処理して一括的に圧着する方
式などの適宜な方式で行うことができる。
【0072】本発明による偏光素子や光学素子、偏光光
源装置には、その表面や層間の適宜な位置に光拡散板な
どの適宜な光学層を配置することもできる。その場合、
光学層は応力緩和性に優れる粘着層等を介して偏光素子
等に積層一体化してもよい。かかる事前接着方式は、組
立てラインにおける順次の接着方式よりも品質の安定し
た信頼性に優れる素子が得られるなどの利点を有してい
る。
【0073】なお本発明においては、偏光素子や光学素
子、偏光光源装置を形成する液晶層や1/4波長板、吸
収型偏光板や導光板、接着層やその他の光学層等の部品
を、例えばサリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノ
ール系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、シアノア
クリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線
吸収剤で処理する方式などにより紫外線吸収能をもたせ
ることもできる。
【0074】上記のように本発明による偏光素子や光学
素子は、サイドライト型導光板等の適宜な面光源と組合
せて、偏光素子による偏光を必要に応じ偏光変換して出
射光として再利用することで反射ロスを防止し、その出
射光を必要に応じ1/4波長板を介し位相制御して吸収
型偏光板透過性の直線偏光成分をリッチに含む状態に変
換することで吸収型偏光板による吸収ロスを防止して輝
度の向上をはかりうるようにしたものである。
【0075】従って、光の利用効率に優れて吸収型偏光
板を透過しやすい光を提供し、大面積化等も容易である
ことより液晶表示装置等におけるバックライトシステム
などとして種々の装置に好ましく用いうる。その場合、
出射光を光源として利用する点よりは、直線偏光や楕円
偏光の長径方向成分などとして吸収型偏光板を透過しう
る直線偏光成分を65%以上、就中70%以上含むこと
が好ましい。
【0076】本発明による偏光光源装置をバックライト
システムに用いた液晶表示装置を図2に例示した。これ
は、偏光光源装置を形成する導光板4の光出射面側に、
光学素子を介して液晶セル6を配置したものであり、液
晶セル6は、図例の如く光学素子の1/4波長板2の側
に配置される。なお図中、61は吸収型偏光板、7は視
認光拡散用の光拡散板である。
【0077】本発明による光学素子や偏光光源装置は、
液晶セルの両側に吸収型偏光板を有する液晶表示装置の
形成に特に好ましく用いることができる。なお1/4波
長板の上側に吸収型偏光板を有する光学素子の場合に
は、液晶セルにおける光学素子を設ける側の吸収型偏光
板は省略することができる。
【0078】液晶表示装置は一般に、吸収型偏光板、液
晶セル、バックライト、及び必要に応じての補償用位相
差板等の構成部品を適宜に組立てて駆動回路を組込むこ
となどにより形成される。本発明においては上記の如
く、液晶セルの視認背面側に偏光素子、光学素子又は偏
光光源装置を配置する点を除いて特に限定はなく従来に
準じて形成することができるが、各構成部品は粘着層を
介して接着一体化されていることが好ましい。
【0079】また本発明による偏光素子や光学素子や偏
光光源装置は、偏光状態の光を入射させる必要のある液
晶セル、例えばツイストネマチック液晶やスーパーツイ
ストネマチック液晶を用いたものなどに好ましく用いう
るが、非ツイスト系の液晶や二色性物質を液晶中に分散
させたゲストホスト系の液晶、あるいは強誘電性液晶を
用いたものなどにも用いうる。
【0080】液晶表示装置の形成に際しては、例えば視
認側の偏光板の上に設ける光拡散板やアンチグレア層、
反射防止膜や保護層や保護板、あるいは液晶セルと視認
側等の偏光板の間に設ける補償用位相差板などの適宜な
光学層を適宜に配置することができる。ちなみに輝度の
向上等を目的に通例、バックライトと液晶セル間に配置
される複数のポリマーの薄膜を積層した光学層(特開平
4−268505号公報、PCT公開95/17691
号公報)なども配置することができる。
【0081】前記した補償用位相差板は、複屈折の波長
依存性などを補償して視認性を向上させることなどを目
的とするものである。本発明においては、視認側又は/
及びバックライト側の吸収型偏光板と液晶セルの間等に
必要に応じて配置される。なお補償用位相差板として
は、波長域などに応じて適宜なものを用いることがで
き、1層又は2層以上の位相差層の重畳層として形成さ
れていてよい。補償用位相差板は、上記した1/4波長
板で例示の延伸フィルムや液晶ポリマー層などとして得
ることができる。
【0082】
【実施例】実施例1 選択反射の波長域がA:400〜470nmのアクリル系
サーモトロピックコレステリック液晶ポリマーの20重
量%テトラヒドロフラン溶液を、厚さ50μmの三酢酸
セルロースフィルムのポリビニルアルコールラビング処
理面(約0.1μm厚)にスピンコータにて塗工し、1
60±2℃で2分間加熱配向処理したのち室温で放冷し
て、厚さ1.5±0.1μmで左円偏光を透過する円偏
光分離層を形成した。
【0083】ついで、前記の円偏光分離層Aの上に前記
に準じた方式で2種のメソゲン比率のみを相違させて調
製した選択反射の波長域がB:500〜580nm、C:
600〜690nm、D:700〜800nmの左円偏光を
透過する円偏光分離層を順次重畳形成して、前記ABC
Dの順序で円偏光分離層が重畳した円偏光二色性を示す
素子を得、円偏光分離層D(螺旋ピッチの大きい側)の
面に、ポリカーボネートの延伸フィルムからなる正面位
相差130nm、Nz0.5の1/4波長板を厚さ20μm
のアクリル系粘着層を介して接着して偏光素子を得た。
【0084】実施例2 2種のメソゲン比率のみを相違させて調製した選択反射
の波長域がE:800〜910nm、D:700〜800
nm、C:600〜690nm、B:500〜580nm、
A:400〜470nmの左円偏光を透過する円偏光分離
層を順次重畳形成して、前記EDCBAの順序で円偏光
分離層が重畳した円偏光二色性を示す素子を得、その円
偏光分離層E(螺旋ピッチの大きい側)の面にポリカー
ボネートの延伸フィルムからなる正面位相差130nm、
Nz2の1/4波長板を接着したほかは実施例1に準じ
偏光素子を得た。
【0085】実施例3 ポリエステル又は変性ポリエステルからなる厚さが2〜
10μmのフィルムを交互に厚さ順で100層積層し、
190℃下に熱圧着して密着一体化させた後それを17
0±1℃で1.1倍、1.2倍、1.3倍又は1.4倍
に延伸処理し、それらを延伸倍率の順序通りに厚さ20
μmのアクリル系粘着層を介し接着積層して偏光素子を
得た。
【0086】比較例1 スピンコータに代えてバーコータにより塗工することで
厚さ1.5±0.5μmの円偏光分離層を形成し、そら
を重畳したほかは実施例1に準じて偏光素子を得た。
【0087】比較例2 スピンコータに代えてバーコータにより塗工することで
厚さ1.5±0.5μmの円偏光分離層を形成し、そら
を重畳したほかは実施例2に準じて偏光素子を得た。
【0088】比較例3 延伸処理を130±5℃で1.05倍、1.10倍、
1.15倍又は1.20倍の条件で行い、それらを用い
たほかは実施例3に準じて偏光素子を得た。
【0089】評価試験 半反射波長 実施例、比較例で得た偏光素子における反射率を分光光
度計(MCPD−2000)にて300〜1000nmの
波長範囲で測定し、その最高反射率より面内5点におけ
る半反射波長の平均値とバラツキを調べた。
【0090】表示ムラ 裏面にドット印刷を施した厚さ4mmのアクリル系導光板
の側面に直径3mmの冷陰極管を配置してアルミニウム蒸
着フィルムにて包囲し前記ドット下面に発泡ポリエステ
ルフィルムからなる反射シートを設けたものからなるサ
イドライト型面光源上に、実施例、比較例で得た偏光素
子を配置し、かつその上に吸収型偏光板(日東電工社
製、SEG1425DU)を最大輝度を示す軸角度に調
節して配置し、斜視方向の表示ムラ(色度)を目視判定
した。
【0091】前記の結果を次表に示した。 半反射波長のバラツキ 表示ムラ 長波長側 短波長側 実施例1 750±3nm 410±2nm 殆どなし 実施例2 850±3nm 415±4nm 殆どなし 実施例3 870±5nm 400±7nm 殆どなし 比較例1 755±13nm 415±15nm 顕著 比較例2 845±18nm 410±14nm 顕著 比較例3 880±19nm 420±22nm 顕著
【図面の簡単な説明】
【図1】光学素子例の断面図
【図2】液晶表示装置例の断面図
【符号の説明】
1:偏光素子 12,13:コレステリック液晶層 2:1/4波長板 21,22:位相差層 3:吸収型偏光板 4:導光板(面光源) 41:反射層 42:光源 5:プリズムアレイ層 6:液晶セル(液晶表示装置) 61:吸収型偏光板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2H049 BA02 BA03 BA07 BA22 BA25 BA27 BA42 BB03 BB13 BB16 BB43 BB44 BB45 BB51 BB62 BB63 BC22 2H091 FA08X FA08Z FA11Z FA23Z FA41Z FB02 FC01 FC08 FC09 FD15 GA11 HA07 HA08 HA10 HA12 JA01 KA02 LA17 LA18 5G435 AA00 AA01 AA03 BB12 BB15 DD12 EE27 FF02 FF03 FF05 FF12 GG03 HH02 KK05

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 自然光を偏光からなる反射光又は透過光
    に分離する機能を有し、その所定波長範囲の反射光のス
    ペクトルに基づいて最高の反射率を示す波長の長波長側
    又は短波長側に位置する反射率が前記最高反射率の50
    %である波長を半反射波長、その面内における平均値を
    半反射平均波長としたとき、面内各所における半反射波
    長が半反射平均波長に対し±10nm以下の範囲にあるこ
    とを特徴とする偏光素子。
  2. 【請求項2】 請求項1において、コレステリック液晶
    層又はそれと1/4波長板からなり、所定波長範囲が3
    00〜1000nmである偏光素子。
  3. 【請求項3】 請求項1において、所定偏光軸の直線偏
    光を透過し、それ以外の光は反射する素子よりなり、所
    定波長範囲が300〜1000nmである偏光素子。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3に記載の偏光素子と吸収型
    偏光板を粘着層を介して積層してなることを特徴とする
    光学素子。
  5. 【請求項5】 反射層を有する面光源の上方に請求項1
    〜3に記載の偏光素子又は請求項4に記載の光学素子を
    有することを特徴とする偏光光源装置。
  6. 【請求項6】 請求項5において、少なくとも1層のプ
    リズムアレイ層を有する偏光光源装置。
  7. 【請求項7】 請求項6において、アレイの配列方向が
    上下の層で交差する状態にある2層以上のプリズムアレ
    イ層を有する偏光光源装置。
  8. 【請求項8】 請求項5〜7に記載の偏光光源装置の光
    出射側に、吸収型偏光板が介在した状態で液晶セルを有
    することを特徴とする液晶表示装置。
  9. 【請求項9】 形成層の全部又は一部が接着層を介して
    密着した請求項1〜3に記載の偏光素子、請求項4に記
    載の光学素子、請求項5〜7に記載の偏光光源装置又は
    請求項8に記載の液晶表示装置。
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