JP2004029743A - 偏光素子、偏光光源およびそれらを用いた画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】垂直入射光の透過偏光特性を害することなく斜め透過光を効率的に光源側へ反射できる偏光素子を提供する。
【解決手段】偏光の選択反射波長帯域が互いに重なっている２層以上の反射円偏光子の間に、３０°以上傾いた光に対する斜め位相差がλ／８以上であるＣプレートを配置する。前記反射円偏光子に代えて反射直線偏光子と１／４波長板の組み合わせを用いても良い。その他、２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された２層の１／４波長板（Ｎｚ≧２）の組み合わせでも同様の効果を得ることができる。さらに、２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された１／２波長板（Ｎｚ≧１．５）の組み合わせでも良い。なお、反射直線偏光子を用いる場合は、軸方向を一定の角度で貼り合せることが必要である。本発明の偏光素子は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置等、様々な画像表示装置に好ましく用いることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】偏光の選択反射波長帯域が互いに重なっている２層以上の反射円偏光子の間に、３０°以上傾いた光に対する斜め位相差がλ／８以上であるＣプレートを配置する。前記反射円偏光子に代えて反射直線偏光子と１／４波長板の組み合わせを用いても良い。その他、２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された２層の１／４波長板（Ｎｚ≧２）の組み合わせでも同様の効果を得ることができる。さらに、２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された１／２波長板（Ｎｚ≧１．５）の組み合わせでも良い。なお、反射直線偏光子を用いる場合は、軸方向を一定の角度で貼り合せることが必要である。本発明の偏光素子は、液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置等、様々な画像表示装置に好ましく用いることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光素子に関し、より詳しくは、光源から出射された拡散光の光利用効率に優れ、高輝度の偏光光源や、各種画像装置、例えば良視認の液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ、ＣＲＴ等への使用に適した偏光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置の視認性向上等のために、光源から出射された光を正面方向へ集光し輝度を向上する技術が一般的に用いられている。より具体的には、例えば、レンズ、ミラー（反射層）、プリズム等を用い、屈折や反射を利用して集光や平行光化を行なって輝度を向上させることが行なわれている。
【０００３】
例えば液晶表示装置においては、光源から出射された光をプリズムシート等によって正面方向へ集光し、効率的に液晶表示素子に入射させて輝度を向上することが行なわれている。しかし、プリズムシートによって集光する場合、原理上、大きな屈折率差が必要であるため、空気層等を介して設置する必要がある。このため、不必要な反射や散乱による光損失を引き起こす場合があり、また、多数の部品点数を必要とするという問題がある。
【０００４】
さらに、偏光の出射輝度を向上する技術としては、再帰反射を利用した輝度向上システムが提案されている。この輝度向上システムは、具体的には、導光板の下面に反射層を設け、出射面に反射型の偏光子を設けたシステムである。そして、システム内に入射された光を偏光状態によって透過光と反射光とに分離し、その反射光を前記導光板下面の反射層を介し反射させて出射面より再出射させることで輝度を向上させる。例えば、コレステリック液晶による円偏光反射分離については、特許文献１〜３等に詳しい。しかし、このような輝度向上システムは、あらかじめプリズムシート等で集光性を向上した光源に対しては、拡散性の強い光源に適用した場合に比較して十分な効果が得られにくいという問題がある。
【０００５】
上記のような問題点を解決するために、レンズ、ミラー、プリズム等を用いる代わりに特殊な光学フィルムを用いて光源からの光を平行光化する輝度向上技術が研究されている。代表的な方法として、例えば、輝線光源とバンドパスフィルターの組み合わせで行なう手法がある。より具体的には、例えばフィリップス社の特許文献４〜１２または特許文献１３〜１４のように、ＣＲＴやエレクトロルミネッセンス等の輝線発光する光源または表示装置上にバンドパスフィルターを配置する方法がある。また、富士写真フィルム工業社の特許文献１５のように輝線型冷陰極管に対して３波長対応のバンドパスフィルターを配置する手法等も挙げられる。しかし、これらの技術は光源が輝線スペクトルを有さなければ機能しないという問題や、特定波長に対して選択的に機能するフィルムの設計と製造に関する問題がある。さらに、前記バンドパスフィルターとしては蒸着干渉膜を用いることが多いが、加湿環境下では薄膜の屈折率変化から波長特性が変化する等のおそれがある。
【０００６】
一方、ホログラム系材料を用いた平行光化システムとして、例えば、ロックウェル社の特許文献１６に記載のシステム等が挙げられる。しかし、この種の材料は正面透過率は高いものの、斜め入射光線の反射除去率がさほど高くないという問題があった。このようなシステムに平行光線を入射して直行透過率を求めると、正面方向では素通りするため透過率が高く計測され、一方で斜め入射光線は散乱することで透過率が低く計測されてしまうが、拡散光源上では差が生じなくなる。このため、実際の拡散バックライト光源上に配置した場合には集光機能を必ずしも十分に果たせない場合があった。また、ホログラム系材料は、その物性上、耐性や信頼性等の課題もあった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平３−４５９０６号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平６−３２４３３３号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平７−３６０３２号公報
【００１０】
【特許文献４】
特開平６−２３５９００号公報
【００１１】
【特許文献５】
特開平０２−１５８２８９号公報
【００１２】
【特許文献６】
特表平１０−５１０６７１号公報
【００１３】
【特許文献７】
米国特許第６３０７６０４号明細書
【００１４】
【特許文献８】
独国特許第３８３６９５５号明細書
【００１５】
【特許文献９】
独国特許第４２２０２８９号明細書
【００１６】
【特許文献１０】
欧州特許第５７８３０２号明細書
【００１７】
【特許文献１１】
米国特許出願公開第２００２／００３４００９号明細書
【００１８】
【特許文献１２】
国際公開第０２／２５６８７号パンフレット
【００１９】
【特許文献１３】
米国特許出願公開第２００１／５２１６４３号公報
【００２０】
【特許文献１４】
米国特許出願公開第２００１／５１６０６６号公報
【００２１】
【特許文献１５】
米国特許出願公開第２００２／００３６７３５号公報
【００２２】
【特許文献１６】
米国特許第４９８４８７２号明細書
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、垂直入射光の透過偏光特性を害することなく斜め透過光を効率的に光源側へ反射できる偏光素子を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の偏光素子は、２層の反射偏光子とそれらの間に配置された位相差層とを少なくとも含み、前記２層の反射偏光子が、右回り円偏光および左回り円偏光のうち一方を選択的に透過させ他方を選択的に反射する反射円偏光子であり、前記２層の反射円偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記位相差層が下記式（Ｉ）および（ＩＩ）の条件を満たす偏光素子である。
【００２５】
Ｒ≦（λ／１０） （Ｉ）
Ｒ’≧（λ／８） （ＩＩ）
【００２６】
式（Ｉ）および（ＩＩ）において、
λは前記位相差層に入射する光の波長であり、
Ｒは、Ｚ軸方向（法線方向）からの入射光に対するＸ軸方向とＹ軸方向との位相差（面内位相差）の絶対値であり、前記Ｘ軸方向とは、前記位相差層の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記位相差層の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記位相差層の厚み方向であり、
Ｒ’は、Ｚ軸方向に対し３０°以上傾いた方向からの入射光に対するＸ’軸方向とＹ’軸方向との位相差の絶対値であり、前記Ｘ’軸方向とは、前記Ｚ軸方向に対し３０°以上傾いた入射光の入射方向に垂直な前記位相差層面内の軸方向であり、前記Ｙ’軸方向とは、前記入射方向および前記Ｘ’軸方向に垂直な方向である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
本発明者らは鋭意検討した結果、前記の構成を有する本発明の偏光素子により、正面輝度に寄与する垂直入射光の透過偏光特性を害することなく斜め透過光を効率的に光源側へ反射できることを見出した。また、前記光源側へ反射した斜め透過光（反射偏光）を正面輝度の向上に寄与しうる光に変換することでさらに輝度を向上させることも可能である。さらに、本発明の偏光素子は、このような集光性と再帰反射による輝度向上機能を兼ね備えることにより、集光機能や平行光化機能に関する光源種依存性が小さい。
【００２９】
本発明の位相差層において、面内位相差Ｒは前記の通り（λ／１０）以下であるが、前記Ｚ軸方向（法線方向）からの入射光の偏光状態をそのまま保持する観点からなるべく小さい方が良く、好ましくはλ／２０以下、より好ましくはλ／５０以下、理想的には０である。このように面内位相差がないかまたは極めて小さく、厚み方向にのみ位相差を有する位相差層は、Ｃプレート（Ｃ−ｐｌａｔｅ）と呼ばれ、光軸がその面内方向と垂直な厚み方向に存在する。前記Ｃ−ｐｌａｔｅは、その光学特性条件が下記式（ＶＩ）を満たす場合はポジティブ（正の）Ｃ−ｐｌａｔｅ、下記式（ＶＩＩ）を満たす場合はネガティブ（負の）Ｃ−ｐｌａｔｅと呼ばれる。代表的なネガティブＣプレートとしては、例えば、二軸延伸したポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィルム、コレステリック液晶を選択反射波長帯域を可視光より短く設定した膜、ディスコチック液晶を面に平行配向させた膜、および負の位相差を有する無機結晶化合物を面内配向させる事で得られる物等が挙げられる。代表的なポジティブＣプレートとしては、例えば垂直配向した液晶膜が挙げられる。
【００３０】
ｎｘ≒ｎｙ＜ｎｚ （ＶＩ）
ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚ （ＶＩＩ）
【００３１】
なお、本発明において、ｎｘ、ｎｙおよびｎｚは、前記Ｃ−ｐｌａｔｅ等の各光学層におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の屈折率を示し、前記Ｘ軸方向とは、前記層の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記層の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記層の厚み方向である。
【００３２】
本発明における前記位相差層は、前記式（Ｉ）および（ＩＩ）の光学特性条件を満たすものであれば特に限定されないが、例えば、プラナー配向状態で固定されたコレステリック液晶化合物を含み、前記位相差層の選択反射波長帯域が可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）以外の波長領域に存在することが好ましい。ここで、選択反射波長帯域を可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）以外の波長領域とするのは、可視光領域における色付き等を起こさないためである。なお、コレステリック液晶層の選択反射波長帯域はコレステリックのカイラルピッチと液晶の屈折率とから一義的に決定することができ、選択反射の中心波長λは下記式（ＶＩＩＩ）で表される。
【００３３】
λ＝ｎｐ （ＶＩＩＩ）
【００３４】
式（ＶＩＩＩ）中、ｎはコレステリック液晶分子の平均屈折率であり、ｐはカイラルピッチである。
【００３５】
前記選択反射波長帯域の中心波長の値は、可視光領域よりも長波長側、例えば近赤外領域に存在しても良いが、３５０ｎｍ以下の紫外部に存在すれば、旋光の影響等を受け複雑な現象が発生するおそれがなく、より好ましい。
【００３６】
前記コレステリック液晶の種類は特に限定されず、適宜選択することができるが、例えば、液晶モノマーを重合させた重合液晶、高温でコレステリック液晶性を示す液晶ポリマー、およびそれらの混合物等が挙げられる。また、前記コレステリック液晶の液晶性はリオトロピックでもサーモトロピックでもどちらでも良いが、制御の簡便性およびモノドメインの形成しやすさの観点からサーモトロピック性の液晶であることがより好ましい。また、前記コレステリック液晶の製造法も特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。コレステリック液晶性を有する部分架橋ポリマー材料の製造に用いることのできる材料は特に限定されず、任意であるが、例えば、特表２００２−５３３７４２（ＷＯ００／３７５８５）、ＥＰ３５８２０８（ＵＳ５２１１８７７）、ＥＰ６６１３７（ＵＳ４３８８４５３）等に記載の材料が挙げられる。さらに、コレステリック液晶は、例えば、ネマチック液晶モノマーまたは重合性メソゲン化合物等をカイラル剤と混合し、反応させることによっても得られる。重合性メソゲン化合物は特に限定されないが、例えば、ＷＯ９３／２２３９７、ＥＰ０２６１７１２、ＤＥ１９５０４２２４、ＤＥ４４０８１７１、およびＧＢ２２８０４４５等に記載の化合物が挙げられ、非カイラル化合物でもカイラル化合物でも良く、また、モノ、ジおよび多反応性のいずれでも良く、公知の方法で合成することができる。重合性メソゲン化合物の具体例としては、例えば、ＢＡＳＦ社のＬＣ２４２（商品名）、Ｍｅｒｃｋ社のＥ７（商品名）、およびＷａｃｋｅｒ−Ｃｈｅｍ社のＬＣ−Ｓｉｌｌｉｃｏｎ−ＣＣ３７６７（商品名）等が挙げられる。カイラル剤も特に限定されないが、例えばＷＯ９８／００４２８に記載の方法で合成できる。カイラル化合物の具体例としては、例えば、Ｍｅｒｃｋ社のＳ１０１、Ｒ８１１およびＣＢ１５（いずれも商品名）等の非重合性カイラル化合物や、ＢＡＳＦ社のＬＣ７５６（商品名）等のカイラル剤がある。
【００３７】
前記コレステリック液晶化合物を含む位相差層の製造方法は特に限定されず、従来のコレステリック液晶層形成方法を適宜用いることができるが、例えば、配向膜をその表面に形成した基材、またはそれ自体が液晶配向能を有する基材上にコレステリック液晶化合物を塗工して配向させ、その配向状態を固定する方法がある。
【００３８】
前記基材は、例えば、トリアセチルセルロースやアモルファスポリオレフィン等の複屈折位相差がなるべく小さな基材上に、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等の膜を形成し、レーヨン布等でラビング処理して配向膜としたものや、同様の基材上にＳｉＯ２の斜方蒸着層等を形成して配向膜としたものが挙げられる。その他、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のフィルムを延伸して液晶配向能を付与した基材、その延伸基材表面をさらにベンガラ等の微細な研磨剤やラビング布で処理して微細な配向規制力を有する微細凹凸を形成した基材、および前記延伸基材上にアゾベンゼン化合物など光照射により液晶規制力を発生する配向膜を形成した基材等も挙げられる。
【００３９】
前記基材上にコレステリック液晶化合物を含む位相差層を形成する具体的な方法は、例えば以下の通りである。すなわち、まず、前記基材の液晶配向能を有する面上に液晶ポリマーの溶液を塗布し、乾燥させて液晶層を形成させる。前記溶液の溶媒は特に限定されないが、例えば、塩化メチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエタン等の塩素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、トルエン等の芳香族溶媒、シクロヘプタン等の環状アルカン、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド系溶媒、およびテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒等が挙げられ、これらは単独で用いても二種類以上併用しても良い。塗布方法も特に限定されず、例えば、スピンコート法、ロールコート法、フローコート法、プリント法、ディップコート法、流延成膜法、バーコート法、グラビア印刷法等を適宜使用することができる。また、前記溶液に代えて液晶ポリマーの加熱溶融物、好ましくは等方相を呈する状態の加熱溶融物を同様の方法で塗布し、必要に応じその溶融温度を維持しつつさらに薄層に展開して固化させる等の方法を使用しても良い。このような方法は、溶媒を使用しないため作業環境の衛生性等が良好であるという利点がある。
【００４０】
そして、前記液晶層におけるコレステリック液晶分子の配向状態を固定化して目的の位相差層を得る。この固定化方法は特に限定されず、場合に応じて適切な方法を選択すれば良いが、例えば、前記液晶層を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プラナー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、固化させる方法等がある。または、配向状態が形成された段階で紫外線やイオンビーム等のエネルギー照射で構造を固定しても良い。なお、上記工程において、液晶モノマーを液晶ポリマーに代えて用いるかまたは液晶ポリマーと併用し、配向させた後に電子線や紫外線等の電離放射線照射または熱により重合させて重合液晶としても良い。このとき、必要に応じカイラル剤や配向助剤等を加えても良い。
【００４１】
前記基材は、例えば、複屈折が小さい場合は、前記コレステリック液晶化合物を含む位相差層と一体で偏光素子に用いても良い。また、前記基材の厚みや複屈折の大きさが偏光素子の機能を阻害するおそれがある場合等は、前記位相差層を前記基材から剥離するかまたは別の基材上に転写等して用いても良い。
【００４２】
また、前記位相差層としては、ホメオトロピック配向状態で固定された棒状液晶化合物を含む位相差層も好ましい。前記ホメオトロピック液晶の種類は特に限定されず、適宜選択することができるが、例えば、液晶モノマーを重合させた重合液晶、高温でネマチック液晶性を示す液晶ポリマー、およびそれらの混合物等が挙げられる。前記重合液晶は、液晶モノマーに必要に応じて配向助剤等を加え、電子線や紫外線等の電離放射線照射や熱により重合させて得ることができる。液晶性はリオトロピックでもサーモトロピック性のどちらでも良いが、制御の簡便性およびモノドメインの形成しやすさの観点よりサーモトロピック性の液晶であることが望ましい。液晶モノマーとしては、特に限定されないが、例えば重合性メソゲン化合物等がある。重合性メソゲン化合物についても特に限定されないが、例えば、前記コレステリック液晶と同様である。
【００４３】
このような位相差層の形成方法も特に限定されず、公知の方法を適宜使用することが可能であり、例えば、前記コレステリック液晶の場合と同様に配向膜等を利用して形成することができる。ホメオトロピック配向は、例えば、垂直配向膜（長鎖アルキルシランなど）を形成した膜上に前記ホメオトロピック液晶を塗布し、液晶状態を発現させ固定することによって得られる。
【００４４】
さらに、前記位相差層としては、ネマチック相またはカラムナー相配向状態で固定されたディスコチック液晶化合物を含む位相差層も好ましい。このような位相差層は、例えば、面内に分子の広がりを有するフタロシアニン類、トリフェニレン類化合物等の負の１軸性を有するディスコチック液晶材料を、ネマチック相やカラムナー相を発現させ、その状態を固定して形成させることができる。具体的な形成方法は特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。
【００４５】
さらに、前記位相差層としては、負の１軸性を有する無機層状化合物を含み、前記無機層状化合物の配向状態は、前記位相差層の光軸方向が面と垂直な方向（法線方向）になるように固定されている位相差層も好ましい。このような位相差層の形成方法も特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。負の１軸性無機層状化合物に関しては特開平６−８２７７７号公報等に詳しい。
【００４６】
図１１〜図１３の模式図に、ホメオトロピック配向状態を固定した位相差層、ディスコチック液晶を用いた位相差層、無機層状化合物からなる位相差層をそれぞれ示す。図中、１１０１、１２０１および１３０１の符号で表される図形は、それぞれホメオトロピック液晶分子、ディスコチック液晶分子、および負の一軸性無機層状化合物結晶の薄片を表す。
【００４７】
さらに、前記位相差層としては、二軸配向した非液晶ポリマーを含む位相差層も好ましい。このような位相差層の形成方法も特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができるが、例えば、正の屈折率異方性を有する高分子フィルムをバランス良く二軸延伸する方法、熱可塑樹脂をプレスする方法、平行配向した結晶体から切り出す方法等が挙げられる。また、非液晶ポリマーの種類によっては、その溶液を基材上に塗布して乾燥し、フィルム状に成形することでＣ−ｐｌａｔｅが得られる場合もある。前記非液晶ポリマーは特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース等のセルロース系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）等のスチレン系ポリマー、ビスフェノールＡ・炭酸共重合体等のポリカーボネート系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等の直鎖または分枝状ポリオレフィン、ポリノルボルネン等のシクロ構造を含むポリオレフィン、塩化ビニル系ポリマー、ナイロン、芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、およびエポキシ系ポリマーが好ましく、これらは単独で使用しても二種類以上併用しても良い。さらに、これらポリマー材料には、伸長性や収縮性付与等の任意の目的で、適切な添加剤を適宜添加しても良い。
【００４８】
前記非液晶ポリマーとしては、その他、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基およびシアノ基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物も挙げられる。このような樹脂組成物としては、イソブテンとＮ−メチレンマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物等が挙げられる。さらに、ポリイミド系フィルム材料としては、例えば、ＵＳ５５８０９５０およびＵＳ５５８０９６４等に記載の材料も、非液晶性ポリマーからなる位相差層として好適に用いることができる。
【００４９】
次に、本発明の偏光素子は、前記２層の反射偏光子が、右回り円偏光および左回り円偏光のうち一方を選択的に透過させ他方を選択的に反射する偏光子（反射円偏光子）であることにより、広い角度から入射した自然光に対して偏光分離機能を有し、設計および製造が簡便である等の利点を有する。
【００５０】
前記反射円偏光子としては、特に限定されないが、例えば、コレステリック液晶のプラナー配向状態を固定させたものがより好ましい。前記コレステリック液晶の種類は特に限定されず、適宜選択することができるが、例えば、前記位相差層と同様に、液晶モノマーを重合させた重合液晶、高温でコレステリック液晶性を示す液晶ポリマー、およびそれらの混合物等を使用することができる。前記重合液晶は、液晶モノマーに必要に応じカイラル剤や配向助剤等を加え、電子線や紫外線等の電離放射線照射または熱により重合させて作ることができる。また、前記コレステリック液晶の液晶性はリオトロピックでもサーモトロピックでもどちらでも良いが、制御の簡便性およびモノドメインの形成しやすさの観点からサーモトロピック性の液晶であることがより好ましい。
【００５１】
前記反射円偏光子としては、より具体的には、例えば、コレステリック液晶ポリマーからなる層を含むシートや、当該層がガラス板等の上に積層されたシート、コレステリック液晶ポリマーからなるフィルム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。このようなコレステリック液晶層の形成方法も特に限定されないが、例えば、前記コレステリック液晶化合物を含む位相差層と同様にして形成することができる。コレステリック液晶は、なるべく層内で均一に配向していることがより好ましい。
【００５２】
前記反射円偏光子においては、偏光素子の性能上の観点から選択反射波長帯域が可視光域や光源発光波長帯域をカバーすることがより好ましく、選択反射波長帯域は前記の通りコレステリックのカイラルピッチと液晶の屈折率とから一義的に決定することができる。前記反射円偏光子を形成するコレステリック液晶層は、その目的に応じ、例えば、選択反射波長帯域の異なる複数の層を積層しても良いし、単層でピッチが厚み方向で変化した物でも良い。複数の層を積層する場合、例えば、あらかじめ、基材上にコレステリック液晶層が積層されたものを複数準備し、これらをさらに積層しても良い。しかし、例えば、コレステリック液晶層の上に配向膜を形成し、この上に別のコレステリック液晶層を積層させる方法をとると、薄型化等の観点からより好ましい。
【００５３】
また、本発明の偏光素子は、少なくとも正面方向において１／４波長板機能を有するもう一つの層をさらに含み、この層が、前記２層の反射円偏光子のうち視認側に位置する反射円偏光子のさらに外側に配置されていることがより好ましい。この構成を有することにより、前記反射円偏光子を透過した円偏光を直線偏光に変更し、効率よく利用することができる。このような偏光素子は、吸収２色性偏光板をさらに含み、この吸収２色性偏光板が、前記少なくとも正面方向において１／４波長板機能を有するもう一つの層のさらに外側に配置されていることが特に好ましい。
【００５４】
前記吸収２色性偏光板は特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、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等の親水性高分子フィルムにヨウ素や２色性染料等の２色性物質を吸着させて延伸した吸収型偏光板、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等のポリエン配向フィルム等が挙げられる。また、これらフィルムの片面又は両面に、耐水性等の保護目的でプラスチックの塗布層やフィルムのラミネート層等からなる透明保護層を設けた偏光板等も挙げられる。さらにその透明保護層に透明微粒子を含有させて表面に微細凹凸構造を付与したもの等も挙げられる。前記透明微粒子としては、例えば平均粒径が０．５〜５μｍ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無機系微粒子が挙げられ、これらは導電性であっても良く、さらに、架橋または未架橋ポリマー等の有機系微粒子等も挙げられる。
【００５５】
（実施形態１）
以下、図１および２に基づき、本発明の偏光素子における集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムについて説明する。ただし、これは本発明の一実施形態に過ぎず、本発明はこれに限定されない。
【００５６】
図１は、本発明の偏光素子における前記一実施形態を示す図である。図示の通り、この偏光素子は、コレステリック液晶円偏光子２０１（以下「層１」と呼ぶことがある）、Ｃ−ｐｌａｔｅ２０２（以下「層２」と呼ぶことがある）、およびコレステリック液晶円偏光子２０３（以下「層３」と呼ぶことがある）の主要構成要素がこの順番に積層されており、層１の側から光を入射する。なお、本図に示す実施形態では、２層の反射円偏光子を透過する円偏光の回転方向が互いに同じである。また、円偏光子と位相差層はいずれも面内方向に光軸が存在しないので、貼り合わせ方向は任意で良い。このため平行光化の絞り込みの角度範囲は等方的かつ対称的な特性を有する。
【００５７】
なお、図２は、本発明における自然光、円偏光および直線偏光を表す記号について説明した図である。円偏光ａと円偏光ｂとは回転方向が互いに逆であり、直線偏光ｃと直線偏光ｄとは互いに直交する。
【００５８】
以下、図１の偏光素子に光が入射された際の理想的な動作原理について、同図に基づき順を追って説明する。
（１） まず、バックライト（光源、図示せず）から供給される光のうち、垂直入射する自然光１が円偏光子２０１（層１）で偏光分離され、透過光３および反射光２の二つの円偏光に分かれる。それぞれの円偏光の回転方向は反対である。
（２） 透過光３は位相差層２０２（層２）を素通りし、透過光４となる。
（３） 透過光４は円偏光子２０３（層３）を素通りし、透過光５となる。
（４） 透過光５は、この上に配置される液晶表示装置に用いられる。
（５） 次に、バックライトから供給される光のうち、斜め入射する自然光６は円偏光子２０１で偏光分離され、透過光８と反射光７の二つの円偏光に分かれる。それぞれの円偏光の回転方向は反対である。
（６） 透過光８は位相差層２０２を通る際に位相差値が１／２波長与えられ、透過光９となる。
（７） 透過光９は位相差の影響で光８とは円偏光の回転方向が逆となる。
（８） 透過光９は円偏光子２０３で反射され、光１０となる。
なお、円偏光は一般的には反射する際に回転方向が逆転することが知られている（例えば、Ｗ．Ａ．シャークリフ著「偏光とその応用」（ＷＡ Ｓｈｕｒｃｌｉｆｆ， Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ： Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｓｅ， （Ｈａｒｖａｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｍａｓｓ．， １９６６））を参照のこと）。ただし、例外としてコレステリック液晶層での反射の場合には回転方向が変わらない事が知られている（培風館「液晶辞典」等参照）。本図では反射がコレステリック液晶面で行われるために、光９と光１０の円偏光の回転方向は変化しない。
（９） 反射光１０は位相差層２０２を通る際に位相差の影響を受け、透過光１１となる。
（１０） 透過光１１は位相差の影響で回転が反転している。
（１１） 光１１は回転方向が光８と同方向に戻っているため、円偏光子２０１を素通りし、透過光１２となる。
（１２） 光７および１２はバックライト側に戻り、リサイクルされる。これらの戻り光線はバックライトに配置された拡散板等で進行方向や偏光の向きをランダムに変えながら偏光素子の法線方向近傍の透過できる光線となるまで反射を繰り返し、輝度向上に貢献する。
（１３） なお、透過した円偏光５を、１／４波長板（図示せず）により直線偏光に変換すると、吸収損失を生じることなく液晶表示装置等に利用できる。以上のようにして図１の偏光素子による集光および輝度向上が行なわれる。
【００５９】
次に、前記反射偏光子の選択反射波長帯域について説明する。
【００６０】
本発明における前記２層の反射偏光子の選択反射波長帯域は、同一でも良いし異なっていても良い。例えば、一方の反射偏光子が可視光全波長で反射を有するもので、他方が部分的に反射するものでも良いが、それらの選択反射波長帯域のうち少なくとも一部は互いに重なっている必要がある。前記反射偏光子の選択反射波長帯域は、偏光素子の使用目的、および組み合わせて使用する部材や光源の種類等に合わせて適宜設計すれば良いが、例えば、波長５５０ｎｍ付近の視感度の高い光に対してその選択反射が達成されることが好ましい。すなわち、具体的には、前記２層の反射偏光子における選択反射波長帯域の互いに重なる領域が、５４０〜５６０ｎｍの波長範囲を含むことが好ましい。コレステリック液晶化合物を含む反射偏光子の場合、前記の通り、選択反射波長帯域はコレステリックのカイラルピッチと液晶の屈折率とから一義的に決定することができ、選択反射の中心波長は前記式（ＶＩＩＩ）で表される（λ＝ｎｐ）。
【００６１】
さらに、カラー表示を得る必要がある場合は、白色光が要求されるため、可視光域で特性が均一か、少なくとも光源の発光スペクトル領域（多くは４３５ｎｍ〜６１０ｎｍ前後）をカバーできることがより好ましい。斜め入射光線に対してはコレステリック液晶の選択反射スペクトルは短波長側にシフト（ブルーシフト）することを考慮すると、前記重なっている波長領域は６１０ｎｍよりも長波長の領域をカバーしていることがさらに好ましい。この長波長側に必要な選択反射波長帯域幅は、光源からの入射光線の角度と波長に大きく依存するので、要求仕様に応じて任意に長波長端を設定する。具体的には、例えば、液晶表示装置に多く用いられているウエッジ型導光板を用いたバックライトでは導光板からの出射光の角度は法線方向から６０°前後の角度である。前記ブルーシフトの量は、入射角度が大きいほど増大する傾向があり、６０°前後では一般に約１００ｎｍ程度である。したがって、バックライトに３波長冷陰極管が用いられており、赤の輝線スペクトルが６１０ｎｍである場合には、選択反射波長帯域の前記重なっている領域が７１０ｎｍより長波長側に達していれば良い。さらに、色付きや、液晶表示装置等におけるＲＧＢ対応の観点からは、可視光全波長領域、すなわち３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにおいて前記選択反射波長帯域が重なっていることが特に好ましい。
【００６２】
なお、バックライト光源が特定の波長しか発光しない場合、例えば色付き冷陰極管のような場合には得られる輝線のみ遮蔽できればよい。また、バックライトからの出射光線が動向体表面に加工されたマイクロレンズやドット、プリズム等の設計で正面方向に最初からある程度絞られている場合には、大きな入射角での透過光は無視できるので選択反射波長を大きく長波長側に延ばさなくても良い。
【００６３】
次に、前記位相差層の位相差値について説明する。
【００６４】
前記位相差層の斜め方向位相差値Ｒ’（前記式（ＩＩ）参照）は、前記位相差層を透過した光を反射偏光子によって全反射するために、理想的にはλ／２（λは入射光の波長）であるが、実際には厳密にλ／２でなくても目的を達成することができる。さらに、前記斜め方向位相差値Ｒ’は光の入射角度により変化し、一般に入射角が大きくなると増大する傾向があるので、効率的に偏光変換を起こすためには、全反射させる角度等を考慮して適宜決定する必要がある。例えば、法線からのなす角６０°程度で完全に全反射させるには６０°で測定したときの位相差がλ／２程度になるように決定すればよい。なお、前記斜め方向位相差値Ｒ’の調整方法は特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができ、例えば、前記位相差層が二軸延伸フィルムの場合には、延伸率やフィルム厚み等により制御することができる。
【００６５】
さらに、反射偏光子による透過光は、反射偏光子自身のＣプレート的な複屈折性等により偏光状態が変化する場合がある。例えば、コレステリック液晶層を含む反射円偏光子は、コレステリック液晶化合物のねじれ構造により、位相差層、例えばネガティブＣプレートとしての性質をある程度持っていることがある。したがって、前記反射偏光子の位相差を考慮して前記位相差層の斜め方向位相差値Ｒ’をλ／２よりも小さい値に調整することができる。具体的には、Ｒ’は前記式（ＩＩ）の通りλ／８以上であれば良い。Ｒ’の上限値は特に限定されず、前記の通り目的に応じて適宜設定すれば良い。なお、面内位相差Ｒ（前記式（Ｉ）参照）についてはなるべく小さい方が良いのは前記の通りである。
【００６６】
参考のため、図１０に、Ｃプレートの入射角度に対する位相差の関係と、Ｃプレートの光学的異方性を端的に表した屈折率楕円体を示す。しかし、これは単なる一例に過ぎず、本発明を何ら限定するものではない。図１０は、複屈折樹脂の二軸配向性が、正面位相差≒０、斜め位相差＝１／２波長の例であり、同図の場合は±４０度の位置で１／２波長となる。
【００６７】
以上、反射円偏光子を用いる実施形態について説明したが、この実施形態は上記に限定されず、様々な変更が可能である。例えば、本発明では、前記位相差層は、Ｃプレートに代えて１／２波長板（１／２波長位相差板とも言う）を用いても良い。すなわち、本発明の偏光素子は、２層の反射円偏光子とそれらの間に配置された１／２波長板とを少なくとも含み、前記２層の反射円偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なる偏光素子であっても良い。この場合、前記２層の反射円偏光子のそれぞれを透過する円偏光の回転方向が互いに逆であることが好ましく、前記１／２波長板における斜め方向位相差値が０またはλであることが理想的である。前記斜め方向位相差値を設定する際、反射円偏光子の位相差値を考慮する必要があるのは、Ｃプレートを用いる場合と同じである。１／２波長板を用いた場合、傾斜する軸の方位角による異方性や色付きの問題が発生する可能性があるが、例えば、前記２層の反射円偏光子および位相差層の各層について波長分散特性が互いに異なる層を用いて色付きを相殺することができる。
【００６８】
（実施形態２）
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
【００６９】
本発明の偏光素子は、前記反射偏光子が反射直線偏光子であっても良い。より具体的には、本発明の偏光素子は、２層の反射偏光子と、それらの間に配置された中間層とを少なくとも含み、前記２層の反射偏光子が、直交する直線偏光のうち一方を選択的に透過させ他方を選択的に反射する反射直線偏光子であり、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記中間層は、１層の光学層からなるか、または２層以上の光学層の積層構造を含み、かつ、前記中間層は、入射する直線偏光を、その入射方向に応じて偏光方向を変化させるかまたは変化させずに透過させる機能を有し、前記２層の反射直線偏光子は、その面内遅相軸方向が、入射する直線偏光のうち入光面と垂直な方向（法線方向）から入射する光を透過させ斜め方向から入射する光を効率的に反射するような角度で配置されている偏光素子であっても良い。
【００７０】
このような偏光素子としては、例えば、反射直線偏光子と１／４波長板（１／４波長位相差板とも言う）との組み合わせでＣプレートを挟み込んだものが好ましい。より具体的には、２層の反射直線偏光子と、それらの間に配置された位相差層と２層の１／４波長板とを少なくとも含み、その１／４波長板のうち１層は、前記反射直線偏光子のうちの一方と前記位相差層との間に配置され、もう１層の１／４波長板は他方の反射直線偏光子と前記位相差層との間に配置され、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記位相差層の一方の面側に位置する１／４波長板は、その面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と４０°〜５０°の角度をなし、前記位相差層の他方の面側に位置する１／４波長板は、その面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と−４０°〜−５０°の角度をなし、前記２層の１／４波長板の面内遅相軸同士がなす角度は任意である偏光素子が好ましい。この場合、前記位相差層は下記式（Ｉ）および（ＩＩＩ）の条件を満たす必要がある。
【００７１】
Ｒ≦（λ／１０） （Ｉ）
Ｒ’≧（λ／４） （ＩＩＩ）
【００７２】
式（Ｉ）および（ＩＩＩ）中、λ、ＲおよびＲ’の定義は前記の通りである。
【００７３】
直線偏光子と１／４波長板を組み合わせると自然光を円偏光に変換できることが分かっている。図３に示す通り、自然光３０１を直線偏光子３０２に入射すると直線偏光３０３に変換され、さらに、直線偏光３０３を１／４波長板３０４に通すと円偏光３０５に変換される。反射円偏光子および反射直線偏光子は、ブリュスター角等の原理に基づくプリズム型の反射偏光子と比較し、入射角依存性がないという利点がある。
【００７４】
反射直線偏光子を用いてＣプレートを単に挟んだのみでは、Ｃプレートに斜め方向から入射する光線に対する光軸は常に光線方向と直交するため位相差が発現せず偏光変換されない。そこで、直線偏光を、前記反射直線偏光子の偏光軸と４５°または−４５°に遅相軸方向を有した１／４波長板で円偏光に変換した後、Ｃプレートの位相差で逆円偏光に変換し、その円偏光を再び１／４波長板で直線偏光に変換すれば良い。
【００７５】
なお、本発明における１／４波長板および１／２波長板は特に限定されず、公知のものを適宜使用することができる。具体的には、例えば、一軸延伸または二軸延伸した高分子フィルム、および液晶化合物をハイブリッド配向（平面方向では一軸配向させ、厚み方向にさらに配向させた配向状態）させた層等が挙げられる。前記１／４波長板および１／２波長板における面内位相差および厚み方向位相差の制御方法も特に限定されず、例えば、延伸高分子フィルムであれば延伸率やフィルム厚み等を調整することにより制御できる。
【００７６】
前記高分子フィルムに用いることのできるポリマーも特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース等のセルロース系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）等のスチレン系ポリマー、ビスフェノールＡ・炭酸共重合体等のポリカーボネート系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等の直鎖または分枝状ポリオレフィン、ポリノルボルネン等のシクロ構造を含むポリオレフィン、塩化ビニル系ポリマー、ナイロン、芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、およびエポキシ系ポリマーが好ましく、これらは単独で使用しても二種類以上併用しても良い。さらに、これらポリマー材料には、伸長性や収縮性付与等の任意の目的で、適切な添加剤を適宜添加しても良い。
【００７７】
前記高分子フィルムの製造方法も特に限定されず、例えば、キャスト法（押出成形法）により製造したものや、前記ポリマー材料を溶融し成膜した後延伸して製造したもの等が挙げられるが、機械的強度等の観点から後者が好ましい。
【００７８】
前記高分子フィルムとしては、その他、特開２００１−３４３５２９号公報（ＷＯ０１／３７００７）に記載の高分子フィルムも挙げられる。この高分子フィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基およびシアノ基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとＮ−メチレンマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。
【００７９】
また、本発明の反射直線偏光子も特に限定されず、公知のものを適宜使用することができるが、例えば光学的異方性を有する延伸フィルムやそれらの積層体等を用いることができ、前記延伸フィルムの材質は、例えば前記１／４波長板および１／２波長板と同様のものを用いることができる。
【００８０】
図４は、本実施形態の偏光素子を示す模式図である。ただし、本実施形態はこれに限定されない。図示の通り、この偏光素子は、反射直線偏光子４０４（以下「層４」と呼ぶことがある）、１／４波長板４０５（以下「層５」と呼ぶことがある）、Ｃ−ｐｌａｔｅ４０６（以下「層６」と呼ぶことがある）、１／４波長板４０７（以下「層７」と呼ぶことがある）、および反射直線偏光子４０８（以下「層８」と呼ぶことがある）の主要構成要素がこの順番に積層されており、層４の側から光を入射する。
【００８１】
また、図５は、図４の偏光素子における各主要構成要素の貼り合せ角度を示す模式図である。直線偏光子４０４の偏光軸と１／４波長板４０５の面内遅相軸とのなす角は４０°〜５０°であり、直線偏光子４０８の偏光軸と１／４波長板４０７の面内遅相軸とのなす角は−４０°〜−５０°である。これ以外には、各構成要素がなす角度は特に限定されず、前記の角度を維持したままセット１（直線偏光子４０４と１／４波長板４０５との組み合わせ）およびセット２（直線偏光子４０８と１／４波長板４０７との組み合わせ）を任意に回転させても同様の性能を発揮することができる。例えば、図１４は、図４および５に示す例でのセット２を９０°回転させた場合を示す一例であるが、このようにしても図４および５と同様の性能を発揮することができる。また、Ｃプレートは面内に光軸を持たないので、その貼り合せ角度は任意である。
【００８２】
以下、図４に基づき、本実施形態の偏光素子に光線が入射された場合の理想的な動作原理を説明する。
（１） まず、自然光１４が、バックライト（光源）から反射直線偏光子４０４（層４）に向かって垂直に入射される。
（２） 光１４は、直線偏光１５およびそれと直交する直線偏光１６に分離され、光１５は層４を透過し、光１６は反射される。
（３） 直線偏光５は１／４波長板４０５（層５）を透過し、円偏光１７に変換される。
（４） 円偏光１７はその偏光状態を変えず、円偏光１８としてＣ−ｐｌａｔｅ４０６（層６）を透過する。
（５） 円偏光１８は、１／４波長板４０７（層７）を透過し、直線偏光１９に変換される。
（６） 直線偏光１９はその偏光状態を変えず、直線偏光２０として反射直線偏光子４０８（層８）を透過する。
（７） 直線偏光２０は装置（液晶表示装置等）に入射し、損失無く伝送される。
（８） 一方、バックライトからは、垂直方向からの自然光１４に加え、斜め方向からの自然光２１が層４に向かって入射される。
（９） 光２１は、直線偏光２２およびそれと直交する直線偏光２３に分離され、光２２は層４（反射直線偏光子）を透過し、光２３は反射される。
（１０） 直線偏光２２は層５（１／４波長板）を透過し、円偏光２４に変換される。
（１１） 円偏光２４は、層６（Ｃプレート）を通過する際、１／２波長の位相差を受け、回転方向が逆転して円偏光２５となる。
（１２） 円偏光２５は、層７（１／４波長板）を透過し、直線偏光２６に変換される。
（１３） 直線偏光２６は層８（反射直線偏光子）で反射され、直線偏光２７となる。
（１４） 直線偏光２８は層７（１／４波長板）を透過し、円偏光２８に変換される。
（１５） 円偏光２８は、層６（Ｃプレート）を透過する際に１／２波長の位相差を受け、回転方向が逆転して円偏光２９となる。
（１６） 円偏光２９は層５（１／４波長板）を透過し、直線偏光３０に変換される。
（１７） 直線偏光３０はその偏光状態を変えず、直線偏光３１として層４（反射直線偏光子）を透過する。
（１８） 反射された光１６、２３および３１は、バックライト側に戻されリサイクルされる。リサイクルの機構は実施形態１と同様である。
【００８３】
なお、本実施形態において、前記セット１およびセット２（図５）における反射直線偏光子の偏光軸と１／４波長板の面内遅相軸とのなす角は、理想的な系での理論上では４５°および−４５°である。しかし、現実の反射偏光子や波長板の特性は可視光域で完全ではなく、波長ごとに微妙な変化があるため、着色等の問題が生じることがある。そこで、若干角度を振って色調を補償し、合理的に系全体を最適化すると、前記着色等の問題を解消できる。ここで前記角度が４５°または−４５°から大きく外れると透過率の低下等の他の問題が生じるため、±５°以内の範囲での調整に止める。
【００８４】
なお、前記反射直線偏光子の選択反射波長帯域の好ましい範囲は、反射円偏光子の場合と同様である。斜め方向の入射光線に対して透過光線の波長特性が短波長側にシフトする点は反射円偏光子と同じであるため、深い角度で入射する光線に対して十分機能させるためには可視光域外長波長側に十分な偏光特性および位相差特性を有することが好ましい。
【００８５】
さらに、本実施形態の位相差層（Ｃプレート）における斜め方向位相差値Ｒ’（式（ＩＩＩ））の好ましい範囲についても、反射円偏光子を用いる場合と同様の考え方に基づいて調整すれば良い。ただし、反射直線偏光子は反射円偏光子と比べて、一般にそれ自体が有する位相差特性が小さいため、前記Ｒ’は１／８波長以上でなく１／４波長以上必要となる。
【００８６】
なお、図１５に、図１４の偏光素子に斜め入射光が入射した場合の、２枚の反射偏光子間の１／４波長板、Ｃプレートおよび１／４波長板による偏光状態の変化をポアンカレ球上で示す。同図は、１枚目の反射偏光子から入射した直線偏光が円偏光を介して逆の直線偏光へと変換される様子を表している。ただし、同図は本発明の一例を示す参考資料であり、本発明を何ら限定するものではない。
【００８７】
（実施形態３）
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。
【００８８】
実施形態における２枚の１／４波長板でＣプレートを挟み込んだ構造の物を用いる代わりに、正面位相差（面内位相差）がλ／４であり、厚み方向位相差がλ／２以上であるような二軸性フィルムを直交または平行で２枚積層することでも同様な効果を得ることが出来る。この場合のＮｚ係数（厚み方向位相差／面内位相差）は２以上であれば要件を満たす。
【００８９】
すなわち、本発明の偏光素子は、２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された２層の１／４波長板とを少なくとも含み、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記１／４波長板のうち一方の面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と４０°〜５０°の角度をなし、他方の１／４波長板の面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と−４０°〜−５０°の角度をなし、前記２層の１／４波長板の面内遅相軸同士がなす角度は任意であり、前記各１／４波長板がそれぞれ下記式（ＩＶ）の条件を満たす偏光素子であっても良い。
【００９０】
Ｎｚ≧２．０ （ＩＶ）
ただしＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
【００９１】
式（ＩＶ）において、
ｎｘ、ｎｙおよびｎｚは、それぞれ前記１／４波長板におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の屈折率であり、前記Ｘ軸方向とは、前記１／４波長板の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記１／４波長板の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記１／４波長板の厚み方向である。
【００９２】
１／４波長板および反射直線偏光子の材質や、面内位相差および厚み方向位相差の制御方法については特に限定されず、例えば実施形態２で述べた通りである。
【００９３】
図６は、本実施形態の偏光素子を示す模式図である。ただし、本実施形態はこれに限定されない。図示の通り、この偏光素子は、反射直線偏光子６０９（以下「層９」と呼ぶことがある）、１／４波長板６１０（以下「層１０」と呼ぶことがある）、１／４波長板６１１（以下「層１１」と呼ぶことがある）、および反射直線偏光子６１２（以下「層１２」と呼ぶことがある）の主要構成要素がこの順番に積層されており、層９の側から光を入射する。
【００９４】
また、図７は、図６の偏光素子における各主要構成要素の貼り合せ角度を示す模式図である。直線偏光子６０９の偏光軸と１／４波長板６１０の面内遅相軸とのなす角は４０°〜５０°であり、直線偏光子６１２の偏光軸と１／４波長板６１１の面内遅相軸とのなす角は−４０°〜−５０°である。これ以外には、各構成要素がなす角度は特に限定されず、前記の角度を維持したままセット１（直線偏光子６０９と１／４波長板６１０との組み合わせ）およびセット２（直線偏光子６１２と１／４波長板６１１との組み合わせ）を任意に回転させても同様の性能を発揮することができる。図６および７では、説明の便宜のため、上下の直線偏光子の軸は平行であり、１／４波長板の軸は直交させた例を示したが、これに限定されるものではない。
【００９５】
以下、図６に基づき、本実施形態の偏光素子に自然光が入射された際の理想的な動作原理を説明する。
（１） まず、自然光３２がバックライト（光源）から垂直入射される。
（２） 自然光３２は、層９（反射直線偏光子）によって直線偏光３３およびそれと直交する直線偏光３４に分離され、直線偏光３３は層９を透過し、直線偏光３４は反射される。
（３） 直線偏光３３は、層１０および層１１（１／４波長板）を透過する。本図に示す例では、層１０と層１１との面内遅相軸は直交しているため、層１０と層１１との組み合わせとして考えた場合、正面位相差（面内位相差）は０となる。したがって、直線偏光３３は、層１０および層１１を透過する際、その偏光状態を変えずに直線偏光３５となる。
（４） 直線偏光３５はその偏光状態を変えずに層１２（反射直線偏光子）を透過し、直線偏光３６となる。
（５） 直線偏光３６は装置（液晶表示装置等）に損失無く伝送される。
（６） 一方、バックライトからは、垂直入射する自然光３２の他に、斜め入射する自然光３７が入射される。
（７） 自然光３７は、層９（反射直線偏光子）によって直線偏光３８およびそれと直交する直線偏光３９に分離され、直線偏光３８は層９を透過し、直線偏光３９は反射される。
（８） 直線偏光３８は、層１０および層１１に斜め入射し、これらの層を透過する際、厚み方向位相差の影響により偏光軸方向が９０°変化して直線偏光４０となる。
（９） 直線偏光４０は層１２（反射直線偏光子）に入射する。
（１０） 層１２は層９と軸方向が同じであるため、直線偏光４０は層１２により反射され直線偏光４１となる。
（１１） 直線偏光４１は、層１１および層１０を透過する際に（９）と同様に位相差の影響を受け、偏光軸方向が９０°変化して直線偏光４２となる。
（１２） 直線偏光４２はその偏光状態を変えずに層９（反射直線偏光子）を透過し、直線偏光４３となる。
（１３） 反射された光３４、３９および４３はバックライト側に戻されリサイクルされる。リサイクルの機構は実施形態１および２と同様である。
【００９６】
本実施形態の偏光素子は、実施形態２の偏光素子と同様の性能を発揮することが可能であり、また、Ｃプレートを省略できるため実施形態２の偏光素子よりもさらに生産効率に優れるという利点がある。本実施形態における１／４波長板については特に限定されず、前記の通りであるが、例えば、二軸延伸したポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、またはハイブリッド配向させた液晶化合物の層がより好ましい。
【００９７】
反射直線偏光子と１／４波長板とのなす角度の範囲については前記の通りであり、その微調整については実施形態２と同様の考え方に基づき行なえば良い。
【００９８】
また、前記反射直線偏光子の選択反射波長帯域に関しても実施形態１および２と同様である。
【００９９】
さらに、本実施形態においては、Ｎｚ（式（ＩＶ））の値を変化させることにより斜め入射光の利用効率が変化するが、その好ましい範囲は特に限定されず、実施形態１および２と同様の考え方に基づいて最適な光利用効率が得られるように調整すれば良い。反射偏光子が有する位相差を考慮する必要がある点も前記各実施形態と同様である。
【０１００】
（実施形態４）
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。
【０１０１】
実施形態２における２層の１／４波長板でＣプレートを挟み込んだ構造の物を用いる代わりに、正面位相差（面内位相差）がλ／２であり、厚み方向位相差がλ／２以上であるような二軸性フィルムを用いることでも同様な効果を得ることが出来る。この場合のＮｚ係数は１．５以上必要である。
【０１０２】
すなわち、本発明の偏光素子は、２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された１／２波長板とを少なくとも含み、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記１／２波長板の面内遅相軸が、一方の反射直線偏光子の偏光軸と４０°〜５０°の角度をなし、かつ、他方の反射直線偏光子の偏光軸と−４０°〜−５０°の角度をなし、前記１／２波長板が下記式（Ｖ）の条件を満たす偏光素子であっても良い。
【０１０３】
Ｎｚ≧１．５ （Ｖ）
ただしＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
【０１０４】
式（Ｖ）において、
ｎｘ、ｎｙおよびｎｚは、それぞれ前記１／２波長板におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の屈折率であり、前記Ｘ軸方向とは、前記１／２波長板の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記１／２波長板の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記１／２波長板の厚み方向である。
【０１０５】
反射直線偏光子および波長板の材質および製造方法等については特に限定されず、前記他の実施形態と同様である。
【０１０６】
図８は、本実施形態の偏光素子を示す模式図である。ただし、本実施形態はこれに限定されない。図示の通り、この偏光素子は、反射直線偏光子８１３（以下「層１３」と呼ぶことがある）、１／２波長板８１４（以下「層１４」と呼ぶことがある）、および反射直線偏光子８１５（以下「層１５」と呼ぶことがある）の主要構成要素がこの順番に積層されており、層１３の側から光を入射する。
【０１０７】
また、図９は、図８の偏光素子における各主要構成要素の貼り合せ角度を示す模式図である。直線偏光子８１３の偏光軸と１／２波長板８１４の面内遅相軸とのなす角は４０°〜５０°であり、直線偏光子８１５の偏光軸と１／２波長板８１４の面内遅相軸とのなす角は−４０°〜−５０°である。したがって、前記２層の直線偏光子の面内遅相軸同士は、必然的にほぼ直交することになる。
【０１０８】
本実施形態の偏光素子は、実施形態２および３の偏光素子と同様の性能を発揮することが可能であり、積層数が少ないためさらに生産効率に優れるという利点がある。
【０１０９】
以下、図８に基づき、本実施形態の偏光素子に自然光が入射された際の理想的な動作原理を説明する。
（１） まず、自然光４７がバックライト（光源）から垂直入射される。
（２） 自然光４７は、層１３により直線偏光４８およびそれと直交する直線偏光４９に分離され、直線偏光４８は層１３を透過し、直線偏光４９は反射される。
（３） 直線偏光は、層１４（１／２波長板）を透過する際、正面位相差（面内位相差）の影響を受け、偏光軸方向が９０°回転して直線偏光５０となる。
（４） 直線偏光５０はその偏光状態を変えずに層１５（反射直線偏光子）を透過し、直線偏光５１となる。
（５） 透過した直線偏光５１は装置（液晶表示装置等）に損失無く伝送される。
（６） 一方、バックライトからは、垂直入射する自然光４７の他に、斜め入射する自然光５２が入射される。
（７） 自然光５２は、層１３（反射直線偏光子）によって直線偏光５３およびそれと直交する直線偏光５４に分離され、直線偏光５３は層１３を透過し、直線偏光５４は反射される。
（８） 直線偏光５３は層１４（１／２波長板）に斜め入射し、その偏光軸方向を変えずに直線偏光５５として透過する。
（９） 直線偏光５５は、層１５（反射直線偏光子）で反射され直線偏光５６となる。
（１０） 直線偏光５６は層１４に入射し、偏光軸方向が変化せずに透過して直線偏光５７となる。
（１１） 透過した直線偏光５７は、その偏光状態を変えずに層１３を透過して直線偏光５８となる。
（１２） 反射された光４９、５４および５８はバックライト側に戻されリサイクルされる。リサイクルの機構は前記他の実施形態と同様である。
【０１１０】
反射直線偏光子と１／２波長板とのなす角度の範囲については前記の通りであり、その微調整については実施形態２および３と同様の考え方に基づき行なえば良い。
【０１１１】
また、前記反射直線偏光子の選択反射波長帯域に関しても実施形態１〜３と同様である。
【０１１２】
さらに、本実施形態においては、Ｎｚ（式（Ｖ））の値を変化させることにより斜め入射光の利用効率が変化するが、その好ましい範囲は特に限定されず、実施形態１〜３と同様の考え方に基づいて最適な光利用効率が得られるように調整すれば良い。反射偏光子が有する位相差を考慮する必要がある点も前記各実施形態と同様である。
【０１１３】
以上、実施形態１〜４に基づき本発明を説明してきたが、本発明は上記の説明には限定されず、その主旨を逸脱しない範囲においてあらゆる変更が可能である。例えば、本発明の偏光素子は、前記各構成要素に加え、その目的を達成できる範囲内で他の光学層やその他の構成要素を適宜含んでいても良い。
【０１１４】
（製造方法等）
次に、本発明の偏光素子の製造方法等について説明する。まず、前記Ｃプレート、反射偏光子、波長板等の各構成要素の材質や製造方法等については前記の通りである。
【０１１５】
本発明の偏光素子の製造方法は特に限定されないが、前記各構成要素および必要に応じその他の構成要素を積層して製造可能である。積層の形態は特に限定されず、前記各構成要素を単に重ね置いただけでも良いが、作業性や光の利用効率等の観点から、前記各構成要素が、透光性の接着剤または粘着剤の層を介して積層されていることが好ましい。なお、本発明では、「接着剤」と「粘着剤」とに明確な区別はないが、接着剤のうち剥離や再接着等が比較的容易であるものを便宜上「粘着剤」と呼ぶ。
【０１１６】
前記接着剤または粘着剤は、特に限定されないが、表面反射の抑制等の観点から、透明で、可視光域に吸収を有さず、屈折率は、各層の屈折率となるべく近いことが好ましい。したがって、例えば、アクリル系、エポキシ系、イソシアネート系等の接着剤や粘着剤を好ましく用いることができる。また、これら接着剤および粘着剤は、溶剤型の他、例えば紫外線重合型、熱重合型、２液混合型等を適宜用いることが出来る。各構成要素の積層方法は特に限定されず、それらの性質に適した任意の方法を用いて良い。例えば、それぞれ別途配向膜上等でモノドメインを形成し、透光性基材へ転写する等の方法によって順次積層していくことができる。
【０１１７】
前記各構成要素が液晶化合物を含む層である場合等は、接着剤または粘着剤の層を用いる代わりに配向膜等を適宜形成し、前記各構成要素を順次直接形成する方法（直接連続塗工）等も可能である。この方法は偏光素子の薄型化等の観点から有利である。また、反射円偏光子とＣプレートとを用いる場合、各構成要素が面内に光軸を持たず、貼り合せ角度が任意であるため、ロールｔｏロール法等による貼り合わせや前記直接連続塗工等により製造可能であり生産性が高いという利点がある。
【０１１８】
また、前記各構成要素および接着剤層（粘着剤層）には、必要に応じて各種添加剤等を加えても良い。例えば、拡散度合い調整用にさらに粒子を添加して等方的な散乱性を付与したり、製膜時のレベリング性付与の目的で界面活性剤等を適宜添加したりしても良いし、その他、紫外線吸収剤や酸化防止剤等を適宜添加しても良い。
【０１１９】
（偏光光源および画像表示装置）
次に、本発明の偏光素子を用いた偏光光源および画像表示装置について説明する。
【０１２０】
まず、本発明の偏光光源（偏光光源装置）は、光源と、反射層と、本発明の偏光素子とを含み、この偏光素子が前記反射層を介して前記光源の上に積層されている偏光光源である。偏光光源の製造方法は特に限定されないが、例えば、特開平１０−３２１０２５号公報等に記載の方法等を採用することができる。
【０１２１】
また、本発明の画像表示装置は、本発明の偏光素子を含む画像表示装置である。本発明の偏光素子または偏光光源を用いた画像表示装置は特に限定されず、例えば、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ、ＣＲＴ等の画像表示装置に好ましく用いることが出来るが、液晶表示装置に特に好ましく用いることができる。
【０１２２】
以下、本発明の液晶表示装置について説明する。
【０１２３】
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光光源を含み、その偏光素子の上にさらに液晶セルが積層されている液晶表示装置である。これ以外には、本発明の液晶表示装置の構成や製造方法は特に限定されず、公知の構成や製造方法を適宜用いることができる。本発明の偏光光源は、光の利用効率に優れて明るく、出射光の垂直性に優れて明暗ムラのない光を提供し、大面積化も容易なため、バックライトシステム等として種々の液晶表示装置の形成に好ましく用いることができ、中でも直視型の液晶表示装置に特に好ましく用いることができる。
【０１２４】
本発明の液晶表示装置に用いる液晶セルについては特に限定はなく、適宜なものを用いることができる。中でも偏光状態の光を入射させて表示を行なう液晶セルが適しており、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液晶セル等が好ましい。しかし、それらには限定されず、非ツイスト系の液晶、２色性染料を液晶中に分散させたゲストホスト系の液晶、強誘電性液晶等を用いた液晶セルも適している。液晶の駆動方式についても特に限定はない。
【０１２５】
さらに、液晶セル以外の構成要素も特に限定されず、公知の液晶表示装置用部材等を適宜用いることができる。例えば、視認側の偏光板の上に設ける拡散板、アンチグレア層、反射防止膜、保護層、保護板、および液晶セルと偏光板の間に設ける補償用位相差板等の適宜な光学層を適宜に配置することができる。
【０１２６】
次に、本発明の有機エレクトロルミネセンス装置（有機ＥＬ表示装置）について説明する。
【０１２７】
本発明の偏光素子や偏光光源は、液晶表示装置以外にもあらゆる画像表示装置に用いることができるが、例えば有機ＥＬ表示装置に適している。本発明の有機ＥＬ表示装置については、本発明の偏光素子または偏光光源を用いる以外は特に限定されず、公知の構成や製造方法を適用することができる。以下、有機ＥＬ表示装置について説明するが、この説明は本発明を限定するものではない。
【０１２８】
一般に、有機ＥＬ表示装置は、透明基板上に透明電極と有機発光層と金属電極とを順に積層して発光体（有機エレクトロルミネセンス発光体）を形成している。ここで、有機発光層は、種々の有機薄膜の積層体であり、例えば、トリフェニルアミン誘導体等からなる正孔注入層とアントラセン等の蛍光性の有機固体からなる発光層との積層体、もしくはこのような発光層とペリレン誘導体等とからなる電子注入層の積層体、またはこれらの正孔注入層および発光層と電子注入層との積層体等、種々の組み合わせをもった構成が知られている。
【０１２９】
有機ＥＬ表示装置の発光原理は以下の通りである。すなわち、まず、透明電極と金属電極とに電圧を印加することによって、有機発光層に正孔と電子とが注入される。そして、これら正孔と電子との再結合によって生じるエネルギーが蛍光物質を励起し、励起された蛍光物質が基底状態に戻るときに光を放射する、という原理で発光する。途中の再結合というメカニズムは、一般のダイオードと同様であり、このことからも予想できるように、電流と発光強度は印加電圧に対して整流性を伴う強い非線形性を示す。
【０１３０】
有機ＥＬ表示装置においては、有機発光層での発光を取り出すために、少なくとも一方の電極が透明でなくてはならず、通常酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電体で形成した透明電極を陽極として用いている。一方、電子注入を容易にして発光効率を上げるには、陰極に仕事関数の小さな物質を用いることが重要で、通常Ｍｇ−Ａｇ、Ａｌ−Ｌｉ等の金属電極を用いている。
【０１３１】
このような構成の有機ＥＬ表示装置において、有機発光層は、厚さ１０ｎｍ程度と極めて薄い膜で形成されている。このため、有機発光層も透明電極と同様、光をほぼ完全に透過する。その結果、非発光時に透明基板の表面から入射し、透明電極と有機発光層とを透過して金属電極で反射した光が、再び透明基板の表面側へと出るため、外部から視認したとき、有機ＥＬ表示装置の表示面が鏡面のように見える。
【０１３２】
有機ＥＬ表示装置は、前記の通り、一般に、電圧の印加によって発光する有機発光層の表面側に透明電極を、裏面側に金属電極を備えており、これら有機発光層、透明電極および金属電極が一体となって有機エレクトロルミネセンス発光体を形成している。このような有機ＥＬ表示装置において、前記透明電極の表面側に偏光板を設けるとともに、前記透明電極と偏光板との間に位相差板を設けることができる。
【０１３３】
位相差板および偏光板は、外部から入射して金属電極で反射してきた光を偏光する作用を有するため、その偏光作用によって金属電極の鏡面を外部から視認させないという効果がある。特に、位相差板を１／４波長板で構成し、かつ偏光板と位相差板との偏光方向のなす角をπ／４に調整すれば、金属電極の鏡面を完全に遮蔽することができる。
【０１３４】
すなわち、この有機ＥＬ表示装置に入射する外部光は、偏光板により直線偏光成分のみが透過する。この直線偏光は位相差板により一般に楕円偏光となるが、特に位相差板が１／４波長板でしかも偏光板と位相差板との偏光方向のなす角がπ／４のときには円偏光となる。
【０１３５】
この円偏光は、透明基板、透明電極、有機薄膜を透過し、金属電極で反射して、再び有機薄膜、透明電極、透明基板を透過して、位相差板に再び直線偏光となる。そして、この直線偏光は、偏光板の偏光方向と直交しているので、偏光板を透過できない。その結果、金属電極の鏡面を完全に遮蔽することができる。
【０１３６】
以上、本発明の偏光素子を用いた偏光光源および画像表示装置について説明したが、本発明は上記の説明には限定されない。本発明の偏光素子は、用いる反射偏光子と位相差層とが本発明の要件を満たすことにより、正面方向の光のみ透過させ、斜め方向の光は反射によりカットするという効果を発揮することができる。また、反射偏光子の選択反射波長帯域を調整することにより、前記の効果を広い波長領域で波長依存性が少なく発揮することもできる。さらに、従来技術の干渉フィルターと輝線発光光源の組み合わせによる平行光化および集光システムと比べて光源の特性に対する依存性が少ないため、あらゆる偏光光源および画像表示装置に使用することができる。
【０１３７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【０１３８】
（測定機器等）
実施例および比較例で用いた機器は、以下の通りである。すなわち、冷陰極管は、エレバム（Ｅｌｅｖａｍ）社の冷陰極管ＣＣＦＬ各種を用いた。バックライトは、スタンレー電気社および多摩電気工業社の各種バックライトを用いた。ライトテーブルは、ＨＡＫＵＢＡ社のものを用いた。
測定機器は、下記のものを用いた。
（１） 選択反射波長帯域測定には、大塚電子製の瞬間マルチ測光システムであるＭＣＰＤ２０００（商品名）を用いた。
（２） ヘイズ測定には、村上色彩製のヘイズメーターであるＨＭ１５０（商品名）を用いた。
（３） 透過反射の分光特性測定には、日立製作所製の分光光度計であるＵ４１００（商品名）を用いた。
（４） 偏光板の特性測定には、村上色彩製のＤＯＴ３（商品名）を用いた。
（５） 位相差板等の位相差測定には、Ｏｊｉ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｕｒｕｍｅｎｔｓの複屈折測定装置であるＫＯＢＲＡ２１Ｄ（商品名）を用いた。
（６） 輝度計測には、トプコン製の輝度計であるＢＭ７（商品名）を用いた。
【０１３９】
（実施例１）
以下のようにして、反射円偏光子とネガティブＣプレートとを含む偏光素子を作製し、その特性を調べた。
【０１４０】
すなわち、まず、コレステリック液晶層を含む反射偏光子（反射円偏光子）を、市販の重合性ネマチック液晶モノマー（重合性メソゲン化合物）とカイラル剤とを用いて作製した。これらの種類および混合比は、出来上がったコレステリック液晶層の選択反射波長帯域の中心値が５５０ｎｍ、幅が約６０ｎｍとなるように選択した。具体的には、重合性メソゲン化合物としてＢＡＳＦ社製ＬＣ２４２（商品名）、重合性カイラル剤としてＢＡＳＦ社製ＬＣ７５６（商品名）を用い、混合比が下記の通りになるように用いた。
メソゲン化合物：カイラル剤＝４．９：９５．１（重量比）
【０１４１】
反射円偏光子作製の具体的な操作は以下の通りである。すなわち、まず、前記重合性カイラル剤と前記重合性メソゲン化合物との混合物をシクロペンタンに溶解し、溶質濃度が２０ｗｔ％となるように調整した。さらに、この溶液に対し、１ｗｔ％の反応開始剤（チバガイギ製、Ｉｒｇ９０７（商品名））を添加し、塗工用溶液を調製した。
【０１４２】
一方、ＰＥＴフィルム（東レ製、ルミラー（商品名）、厚み７５μｍ）を準備し、その表面をラビング布で配向処理して配向基板とした。次に、この配向基板の前記配向処理面上に、前記塗工用溶液をワイヤーバーで塗布した。この時の溶液塗布量は、乾燥後の厚みが５μｍとなるように調整した。これを９０℃で２分間乾燥させ、さらに液晶の等方性転移温度１３０℃まで一旦加熱後、徐冷して均一な配向状態を保持した。そして、８０℃で紫外線照射（１０ｍＷ／平方ｃｍ×１分）により硬化してコレステリック液晶化合物を含む反射偏光子層Ａを得た。さらに、ガラス板を準備し、これに透光性のイソシアネート系接着剤（特殊色料工業株式会社製、ＡＤ２４９（商品名））を５μｍ厚に塗布し、その塗布面上に前記反射偏光子層Ａを転写して目的の反射円偏光子を得た。この反射円偏光子の選択反射波長帯域を測定したところ、５２０〜５８０ｎｍと設計通りの値が得られた。
【０１４３】
次に、重合液晶化合物を含むネガティブＣプレート層を、コレステリック選択反射波長帯域の中心値が３５０ｎｍとなるように作製した。具体的には、重合性メソゲン化合物としてＢＡＳＦ社製ＬＣ２４２（商品名）、重合性カイラル剤としてＢＡＳＦ社製ＬＣ７５６（商品名）を用い、混合比が下記の通りになるように用いた。
メソゲン化合物：カイラル剤＝１１．０：８８．０（重量比）
【０１４４】
ネガティブＣプレート層作製の具体的な操作は以下の通りである。すなわち、まず、前記重合性カイラル剤と前記重合性メソゲン化合物との混合物をシクロペンタンに溶解させ、溶質濃度が３０ｗｔ％となるように調整した。さらに、この溶液に、１ｗｔ％の反応開始剤（チバガイギ製、Ｉｒｇ９０７（商品名））、および０．０１３ｗｔ％の界面活性剤（ビッグケミジャパン製、ＢＹＫ−３６１（商品名））を添加した。
【０１４５】
一方、ＰＥＴフィルム（東レ製、ルミラー（商品名）、厚み７５μｍ）を準備し、その表面をラビング布で配向処理して配向基板とした。次に、この配向基板の前記配向処理面上に、前記塗工用溶液をワイヤーバーで塗布した。この時の溶液塗布量は、乾燥後の厚みが６μｍとなるように調整した。これを９０℃で２分間乾燥させ、さらに液晶の等方性転移温度１３０℃まで一旦加熱後、徐冷して均一な配向状態を保持した。そして、８０℃で紫外線照射（１０ｍＷ／平方ｃｍ×１分）により硬化して、コレステリック液晶化合物を含む目的のネガティブＣプレート層が前記配向基板上に形成された積層体を得た。
【０１４６】
なお、このネガティブＣプレート層の位相差を測定したところ、５５０ｎｍの波長の光に対して正面方向（面内位相差）では２ｎｍ（実質上０とみなせる値）であり、また、３０°傾斜させた時の位相差は１６０ｎｍ（＞λ／８）であった。
【０１４７】
さらに、得られた反射円偏光子およびネガティブＣプレート層を用いて偏光素子を作製した。すなわち、まず、ガラス板の上に反射円偏光子層Ａが積層された前記反射円偏光子を準備した。次に、その反射円偏光子層Ａの上に前記ネガティブＣプレート層を転写した。すなわち、前記反射円偏光子層Ａの上に透光性接着剤（特殊色料工業株式会社製、ＡＤ２４９（商品名））を５μｍ厚に塗布し、その上に、前記配向基板（ＰＥＴフィルム）上に形成されたネガティブＣプレート層を接着し、配向基板を剥離してネガティブＣプレート層のみを残した。さらに、そのネガティブＣプレート層上に、もう１層の反射円偏光子層Ａを同様にして転写し、目的とする偏光素子を得た。この偏光素子は、ガラス板上に、１層目の反射円偏光子層Ａと、ネガティブＣプレート層と、２層目の反射円偏光子層Ａとがこの順番で積層されており、各層は接着剤層を介して接着されている。
【０１４８】
次に、得られた偏光素子の性能を評価した。すなわち、まず、前記偏光素子に、５４４ｎｍに輝線を有する緑色拡散光源を組み合わせて偏光光源を作製した。具体的には、エレバム製Ｇ０型冷陰極管と光散乱板（ヘイズ９０％以上）とを組み合わせて拡散光源とし、それにさらに前記偏光素子を組み合わせて偏光光源とし、これを直下型バックライト装置内に配置した。なお、前記光散乱板は、前記偏光素子と冷陰極管との間に配置した。
【０１４９】
前記偏光光源の特性を調べたところ、法線方向には光線が出射されるが、斜め３０°以上では透過光線が減少し、斜め４５°前後では出射光線がほとんどなかった。図１６に、前記拡散光源のみを用いたときと、本実施例の偏光素子を組み合わせて偏光光源としたときのそれぞれにおける出射光線の出射角度と相対輝度との関係を併せて示す。
【０１５０】
図１６から、本実施例の偏光素子によれば、光を正面方向に効率的に集光できる事が分かる。サイドライト型バックライトと異なり直下型バックライトでは正面方向へレンズやプリズムで集光することは一般的に困難であるから、これは当該偏光素子の特徴と言える。
【０１５１】
次に、３波長冷陰極管を用いた液晶表示装置用バックライト（スタンレー電機製、サイドライト・ウエッジ型バックライト）上に本実施例の偏光素子を配置してその特性を評価した。この場合も法線方向には光線が出射されるが斜め３０°以上では透過光線が減少した。偏光素子が可視光全域に対応できていないため青（４３５ｎｍ）と赤（６１０ｎｍ）は角度を絞り込めず抜け出てくるものの、視感度が最も高い緑（５４５ｎｍ）のスペクトルはカットできるので、集光装置としての機能は確認できた。
【０１５２】
（実施例２）
ネガティブＣプレート層に代えてポジティブＣプレート層を用いる以外は実施例１と同様にして偏光素子を作製し、その性能を評価した。すなわち、まず、下記構造式で表される液晶モノマー（重合性ネマチックモノマーＡとする）を用いて重合液晶化合物を含むポジティブＣプレート層を作製した。
【化１】
【０１５３】
ポジティブＣプレート層作製の具体的な操作は以下の通りである。すなわち、まず、重合性ネマチックモノマーＡをシクロペンタンに溶解させ、溶質濃度が３０ｗｔ％となるように調整した。さらに、この溶液に１ｗｔ％の反応開始剤（チバガイギ製、Ｉｒｇ９０７（商品名））を添加して塗工用溶液とした。一方、ＰＥＴフィルム（東レ製、ルミラー（商品名）、厚み７５μｍ）を準備し、この上に離型処理剤（オクタデシルトリメトキシシラン）のシクロヘキサン溶液（０．１ｗｔ％）を薄く塗布し、乾燥させて垂直配向膜を形成して配向基板とした。そして、この配向基板の垂直配向膜形成面上に前記塗工用溶液をワイヤーバーで塗布した。この時の溶液塗布量は、乾燥後の厚みが２μｍとなるように調整した。これを９０℃で２分間乾燥させ、さらに液晶の等方性転移温度１３０℃まで一旦加熱後、徐冷して均一な配向状態を保持した。そして、８０℃で紫外線照射（１０ｍＷ／平方ｃｍ×１分）により硬化して、目的のポジティブＣプレート層が前記配向基板上に形成された積層体を得た。このポジティブＣプレートの位相差を測定した所、５５０ｎｍの波長の光に対しては正面方向では０ｎｍ、３０°傾斜させて測定したときの位相差は約１７０ｎｍ（＞λ／８）であった。
【０１５４】
さらに、このポジティブＣプレートを実施例１のネガティブＣプレート層に代えて用いる以外は実施例１と同様にして偏光素子を得た。得られた偏光素子を実施例１と同様に用いて性能を評価したところ、実施例１とおおよそ同等であった。
【０１５５】
（実施例３）
以下のようにして、反射直線偏光子と１／４波長板とＣプレートとを含む偏光素子を作製し、その性能を評価した。
【０１５６】
まず、反射直線偏光子を作製した。すなわち、まず、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）と、ナフタレンジカルボン酸−テレフタル酸コポリエステル（ｃｏ−ＰＥＮ）とが交互に積層するよう、薄膜をフィードブロック法で厚み制御しながら交互に積み重ね、２０層積層した多層膜を得た。さらにこの多層膜を一軸延伸した。この時の延伸温度は約１４０度、延伸倍率はＴＤ方向に約３倍であった。こうして得られた延伸フィルム中の各薄層の厚みは概略０．１μｍ程度であった。この２０層積層フィルム延伸品をさらに５枚積層し、計１００枚積層品として目的の反射直線偏光子（反射偏光子Ｂとする）を得た。反射偏光子Ｂは、全体の反射率により、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域における直線偏光に対して反射機能を有する。
【０１５７】
さらに、反射偏光子Ｂを用いて偏光素子を作製した。すなわち、まず、ネガティブＣプレート層を実施例１と同様にして作製し、その両側にポリカーボネート製一軸延伸フィルムから成る１／４波長位相差板（日東電工製、ＮＲＦフィルム（商品名）、５５０ｎｍで位相差（面内位相差）１３５ｎｍ）を接着し、さらにその外側に反射偏光子Ｂを接着して目的の偏光素子を得た。各層の貼り合せ角度は、入射側の反射偏光子Ｂの透過偏光軸方向を０°として、入射側の１／４波長板の面内遅相軸方向が４５°、Ｃプレートは軸方位無し、出射側の１／４板の面内遅相軸方向が−４５°、出射側の偏光子の透過偏光軸方向が９０°となるように貼り合せた。また、各層の接着は、各層間にアクリル系粘着剤（日東電工製Ｎｏ．７）を２５μｍ厚に塗布して行ない、ネガティブＣプレート層からは配向基板は剥離して液晶含有層のみを用いた。得られた偏光素子を実施例１と同様に用いて性能を評価したところ、実施例１とおおよそ同等であった。
【０１５８】
（実施例４）
以下のようにして、反射直線偏光子と１／２波長位相差板とを含む偏光素子を作製し、その性能を評価した。すなわち、まず、実施例３と同様にして作製した反射偏光子Ｂを２つと、ポリカーボネート製フィルム（鐘淵化学製）を二軸延伸して得られた正面位相差２７０ｎｍ（計測波長５５０ｎｍ）、Ｎｚ係数２．０の位相差フィルム（１／２波長板）とを準備した。そして、前記１／２波長板を前記２つの反射偏光子Ｂにより挟む配置でこれら各層を接着して目的の偏光素子を得た。各層の貼り合せ角度は、入射側の反射偏光子Ｂの透過偏光軸方向を０°として、１／２波長板の面内遅相軸方向が４５°、出射側の偏光子の透過偏光軸方向が９０°となるように貼り合せた。各層の接着は、各層間にアクリル系粘着剤（日東電工製Ｎｏ．７）を２５μｍ厚に塗布して用いて行なった。この偏光素子を実施例３と同様に評価したところ、実施例３と同等の性能を有する事が分かった。
【０１５９】
（実施例５）
以下のようにして、広波長領域に選択反射波長帯域を有する反射円偏光子（広帯域反射円偏光子）を作製し、さらに、それとＣプレートとを用いて偏光素子を作製して性能を評価した。
【０１６０】
まず、広帯域反射円偏光子を作製した。すなわち、まず、下記構造式で表されるネマチックモノマーＡ（前記と同様の物）およびカイラルモノマーＢを準備した。
【化２】
ネマチックモノマーＡ
【化３】
カイラルモノマーＢ
【０１６１】
次に、前記ネマチックモノマーＡとカイラルモノマーＢとを所定の比で混合して重合させ、さらにそれを用いてコレステリック液晶層を作製した。さらに、ネマチックモノマーＡとカイラルモノマーＢとの混合比を変えて、選択反射波長帯域が異なるコレステリック液晶層を４層作製した。作製にあたっては、欧州特許出願公開０８３４７５４号明細書を参照した。具体的には以下の通りである。
【０１６２】
まず、ネマチックモノマーＡとカイラルモノマーＢとの混合比（重量比）およびそれから計算される各コレステリック液晶層の選択反射波長帯域とその中心波長とは下記表１の通りである。
（表１）
Ａ／Ｂ 選択反射波長帯域 中心波長
９．２／１ ４３０〜４９０ｎｍ ４６０ｎｍ
１０．７／１ ４８０〜５５０ｎｍ ５１０ｎｍ
１２．８／１ ５４０〜６２０ｎｍ ５８０ｎｍ
１４．９／１ ６２０〜７１０ｎｍ ６６０ｎｍ
【０１６３】
次に、ネマチックモノマーＡとカイラルモノマーＢとを重合させてコレステリック液晶化合物を合成した。すなわち、まず、表１に示すそれぞれの組成による混合物を、それぞれ３３ｗｔ％テトラヒドロフラン溶液とし、さらに０．５ｗｔ％の反応開始剤（アゾビスイソブチロニトリル）を添加した。これを６０℃で窒素パージした後、定法により重合処理し、生成物をジエチルエーテルで再沈分離し精製して目的のコレステリック液晶化合物を得た。
【０１６４】
一方、８０μｍ厚トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム（富士写真フィルム工業製、ＴＤ−ＴＡＣ（商品名））を準備し、その表面に約０．１μｍ厚さのポリイミド層を塗工し、そのポリイミド層表面をレーヨン製ラビング布でラビング処理して配向基板とした。次に、そのラビング処理面上に、前記コレステリック液晶化合物の１０ｗｔ％塩化メチレン溶液を、ワイヤーバーで乾燥後の厚みが１．５μｍとなるように塗布した。これを１４０℃で１５分間加熱処理し、その後室温で放冷してコレステリック液晶化合物の配向状態を固定させ、コレステリック液晶層を得た。合成した各コレステリック液晶化合物についてそれぞれ上記の操作を行ない、表１に示す各選択反射波長帯域を有するコレステリック液晶層をそれぞれ得た。
【０１６５】
そして、得られた４層のコレステリック液晶層を短波長側から順番に接着し、約１０μｍ厚の液晶複合層を得て目的の広帯域反射円偏光子とした。接着は、透明イソシアネート系接着剤（特殊色料工業製、ＡＤ２４４（商品名））を各液晶層表面に塗布し、接着後に片側の配向基板（ＴＡＣフィルム）を剥離するという方法で順次行なった。得られた広帯域反射円偏光子の選択反射機能を測定したところ、４３０ｎｍ〜７１０ｎｍで選択反射機能を有していることが分かった。
【０１６６】
そして、Ｃプレート層を実施例１と同様にして作製し、その両側に前記広帯域反射円偏光子を接着して目的の偏光素子を得た。接着は、透光性粘着剤（日東電工製Ｎｏ．７）を各層間に２５μｍ厚に塗布し、実施例１と同様の操作により行なった。なお、上下の反射円偏光子で、透過する（反射する）円偏光の回転方向が同じになるようにした。
【０１６７】
次に、本実施例の偏光素子の性能を実施例１と同じ方法で評価した。緑色拡散光源を用いた評価では、実施例１の偏光素子と同様の集光性能を有していることが確認された。また、３波長冷陰極管を用いた液晶表示装置用バックライトによる評価でも実施例１と同様に優れた集光性能を示したが、本実施例の偏光素子は、可視光全域で同様の集光性能を発揮する点で実施例１の偏光素子よりもさらに優れていることが分かった。
【０１６８】
さらに、別のバックライト（冷陰極管を用いた直下型バックライト、多摩電気工業製）上に本実施例の偏光素子を配置し、集光性能を評価した。この場合も法線方向には光線が出射されるが斜め３０°以上では透過光線が減少した。そして、可視光全域で同様の集光性能を発揮することが分かった。
【０１６９】
（実施例６）
Ｃプレート層の厚みおよび位相差値を変える以外は実施例５と同様にして偏光素子を作製し、さらに実施例５と同様に集光性能を評価した。本実施例では、Ｃプレートの厚みは、４μｍとし、その位相差を測定したところ、正面位相差１ｎｍ、３０°傾斜時の位相差１００ｎｍ（＞λ／８）であった。
【０１７０】
図１６に、実施例５および６の偏光素子をそれぞれ拡散光源と組み合せて偏光光源とした場合、および前記拡散光源のみを用いた場合のそれぞれにおける出射光線の出射角度と相対輝度との関係を併せて示す。同図から、いずれの偏光素子も優れた集光性能を示しはするが、実施例５の方がより集光角度がシャープで正面の輝度上昇も大きいと分かる。
【０１７１】
（実施例７）
実施例５の偏光素子を液晶表示装置に組み込み、その表示性能を評価した。具体的には以下の通りである。まず、液晶表示装置としては、東芝製ＤｙｎａｂｏｏｋＳＳ３４３０（商品名）から得たＴＦＴ液晶表示装置（対角１１．３インチ）を準備した。この装置は、サイドライト型導光体の光源を用い、プリズムシートにより正面に集光するタイプである。次に、この液晶表示装置からプリズムシートを除去し、装置裏面側偏光子に対し、偏光軸に４５°の角度で１／４波長板（日東電工製ＮＲＦ−１４０（商品名））を接着し、さらにその上に実施例５で得られた偏光素子を接着した。接着は、透光性粘着剤（日東電工製Ｎｏ．７）を厚み２５μｍに塗布して行なった。このようにして市販の液晶表示装置を加工し、実施例５の偏光素子が組み込まれた目的の液晶表示装置を得た。得られた偏光素子付き液晶表示装置の性能を加工前（プリズムシート使用時）と比較したところ、正面への集光特性はプリズムシート使用時と同等であり、さらに、加工前よりも正面輝度が２０％向上していることが分かった。この結果は、プリズムシート等の従来技術に対する本発明の偏光素子の優位性を示す。
【０１７２】
（比較例１）
Ｃプレート層を用いず、２層の反射円偏光子を直接貼り合せる以外は実施例１と同様にして偏光素子を作製した。この偏光素子の性能を評価したところ、単一の反射円偏光子と同様の光学機能しか得られず、斜め方向での選択的な反射率の向上や透過率の低下のような現象は見られなかった。
【０１７３】
（比較例２）
Ｃプレート層の代わりに１／４波長板を用いる以外は実施例１と同様にして偏光素子を作製した。前記１／４波長板としては、ポリカーボネート製フィルムの延伸フィルムからなる正面位相差λ／４、Ｎｚ係数＝１．０のＡプレート（日東電工製ＮＲＦ−１４０フィルム（商品名）、厚み５０μｍ）を用いた。得られた偏光素子の性能を評価したところ、正面透過率が実施例１と比べて約１／２に低下する他、斜め入射方向の透過率が下がらず、集光や平行光化の機能は有さなかった。
【０１７４】
（比較例３）
市販のヨウ素系吸収２色性偏光子（日東電工製、ＮＰＦ−ＥＧ１４２５ＤＵ（商品名））を反射偏光子Ｂに代えて用いる以外は実施例３と同様にして偏光素子を得た。この偏光素子の性能を評価したところ、正面方向の透過特性と斜め方向の吸収特性による視野角制限効果は得られるが、吸収損失が著しく、正面の明るさは向上しなかった。
【０１７５】
（ライトテーブルを用いた輝度評価）
実施例１〜６および比較例１〜３の各偏光素子を、市販のライトテーブル（ハクバ製、３波長蛍光灯、直下型拡散光源）上に配置し、鉛直上方における輝度（２°視野）を輝度計（トプコン製、ＢＭ７（商品名））を用いて測定した。測定値はライトテーブルのみで測定した時の値を１００として規格化した。測定結果を表２に示す。
【０１７６】
【０１７７】
表２から分かる通り、実施例の偏光素子は、ライトテーブルに用いた場合も正面方向に対する優れた輝度向上効果を示した。なお、実施例の偏光素子は、図１６および１７に示した通り、液晶表示装置用の直下型バックライトに用いた場合は正面の相対輝度が１００（元のバックライトの正面輝度）を上回っていたが、表２での相対輝度は１００をやや下回っていた。これは、市販ライトテーブルでは前記直下型バックライトの場合と比較して反射偏光子で反射された戻り光が再び法線方向へ戻る効率がやや悪いためである。しかし、比較例の偏光素子と比べれば著しく優れた正面方向の輝度向上効果を有していることが分かる。
【０１７８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の偏光素子によれば、正面輝度に寄与する垂直入射光の透過偏光特性を害することなく斜め透過光を効率的に光源側へ反射できることができる。また、前記光源側へ反射した斜め透過光（反射偏光）を正面輝度の向上に寄与しうる光に変換することでさらに輝度を向上させることも可能である。そして、反射偏光子の選択反射波長帯域を調整することにより、前記の効果を広い波長領域で波長依存性が少なく発揮することもできる。さらに、本発明の偏光素子は、従来技術の干渉フィルターと輝線発光光源の組み合わせによる平行光化および集光システム等と比べて光源の特性に対する依存性が少ないため、あらゆる偏光光源および画像表示装置に使用することができる。例えば、液晶表示素子のバックライト側の偏光子として利用した場合には、明るい視認性に優れた表示を得ることが可能である。また、光源から出射された拡散光の光利用効率に優れるため、高輝度の偏光光源装置、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ、ＣＲＴ等の画像表示装置を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光素子において、反射円偏光子とＣプレートとを組み合わせた一実施形態の集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムを示す図である。
【図２】本発明における自然光、円偏光および直線偏光を表す記号について説明した図である。
【図３】直線偏光子と１／４波長板の組み合わせによる円偏光化の模式図である。
【図４】本発明の偏光素子において、反射直線偏光子とＣプレートと１／４波長板とを組み合わせた一実施形態の集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムを示す図である。
【図５】図４の偏光素子における各層がなす角度を示す模式図である。
【図６】本発明の偏光素子において、反射直線偏光子とＮｚ≧２である１／４波長板とを組み合わせた一実施形態の集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムを示す図である。
【図７】図６の偏光素子における各層がなす角度を示す模式図である。
【図８】本発明の偏光素子において、反射直線偏光子とＮｚ≧１．５である１／２波長板とを組み合わせた一実施形態の集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムを示す図である。
【図９】図８の偏光素子における各層がなす角度を示す模式図である。
【図１０】ネガティブＣプレートの光学特性の一例を示す模式図である。
【図１１】ホメオトロピック配向した液晶分子を含む位相差層の模式図である。
【図１２】ディスコチック液晶を含む位相差層の模式図である。
【図１３】無機層状化合物を含む位相差層の模式図である。
【図１４】本発明の偏光素子において、反射直線偏光子とＣプレートと１／４波長板とを組み合わせた場合の各層の貼り合せ角度の一例を示す図である。
【図１５】図１４の偏光素子における光の変換経路をポアンカレ球で示した説明図である。
【図１６】実施例１の偏光素子の集光および輝度向上性能を示す図である。
【図１７】実施例５および６の偏光素子の集光および輝度向上性能を示す図である。
【符号の説明】
１〜５８ 自然光、円偏光または直線偏光
２０１、２０３ 反射円偏光子
２０２ Ｃプレート
３０１ 自然光
３０２ 直線偏光子
３０３ 直線偏光
３０４ １／４波長板
３０５ 円偏光
４０４、４０８ 反射直線偏光子
４０５、４０７ １／４波長板
４０６ Ｃプレート
６０９、６１２ 反射直線偏光子
６１０、６１１ １／４波長板
８１３、８１５ 反射直線偏光子
８１４ １／２波長板
１１０１、１２０１ 液晶分子
１３０１ 負の一軸性配向結晶体薄片
１４０１、１４０５ 反射直線偏光子
１４０２、１４０４ １／４波長板
１４０３ Ｃプレート
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏光素子に関し、より詳しくは、光源から出射された拡散光の光利用効率に優れ、高輝度の偏光光源や、各種画像装置、例えば良視認の液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ、ＣＲＴ等への使用に適した偏光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
画像表示装置の視認性向上等のために、光源から出射された光を正面方向へ集光し輝度を向上する技術が一般的に用いられている。より具体的には、例えば、レンズ、ミラー（反射層）、プリズム等を用い、屈折や反射を利用して集光や平行光化を行なって輝度を向上させることが行なわれている。
【０００３】
例えば液晶表示装置においては、光源から出射された光をプリズムシート等によって正面方向へ集光し、効率的に液晶表示素子に入射させて輝度を向上することが行なわれている。しかし、プリズムシートによって集光する場合、原理上、大きな屈折率差が必要であるため、空気層等を介して設置する必要がある。このため、不必要な反射や散乱による光損失を引き起こす場合があり、また、多数の部品点数を必要とするという問題がある。
【０００４】
さらに、偏光の出射輝度を向上する技術としては、再帰反射を利用した輝度向上システムが提案されている。この輝度向上システムは、具体的には、導光板の下面に反射層を設け、出射面に反射型の偏光子を設けたシステムである。そして、システム内に入射された光を偏光状態によって透過光と反射光とに分離し、その反射光を前記導光板下面の反射層を介し反射させて出射面より再出射させることで輝度を向上させる。例えば、コレステリック液晶による円偏光反射分離については、特許文献１〜３等に詳しい。しかし、このような輝度向上システムは、あらかじめプリズムシート等で集光性を向上した光源に対しては、拡散性の強い光源に適用した場合に比較して十分な効果が得られにくいという問題がある。
【０００５】
上記のような問題点を解決するために、レンズ、ミラー、プリズム等を用いる代わりに特殊な光学フィルムを用いて光源からの光を平行光化する輝度向上技術が研究されている。代表的な方法として、例えば、輝線光源とバンドパスフィルターの組み合わせで行なう手法がある。より具体的には、例えばフィリップス社の特許文献４〜１２または特許文献１３〜１４のように、ＣＲＴやエレクトロルミネッセンス等の輝線発光する光源または表示装置上にバンドパスフィルターを配置する方法がある。また、富士写真フィルム工業社の特許文献１５のように輝線型冷陰極管に対して３波長対応のバンドパスフィルターを配置する手法等も挙げられる。しかし、これらの技術は光源が輝線スペクトルを有さなければ機能しないという問題や、特定波長に対して選択的に機能するフィルムの設計と製造に関する問題がある。さらに、前記バンドパスフィルターとしては蒸着干渉膜を用いることが多いが、加湿環境下では薄膜の屈折率変化から波長特性が変化する等のおそれがある。
【０００６】
一方、ホログラム系材料を用いた平行光化システムとして、例えば、ロックウェル社の特許文献１６に記載のシステム等が挙げられる。しかし、この種の材料は正面透過率は高いものの、斜め入射光線の反射除去率がさほど高くないという問題があった。このようなシステムに平行光線を入射して直行透過率を求めると、正面方向では素通りするため透過率が高く計測され、一方で斜め入射光線は散乱することで透過率が低く計測されてしまうが、拡散光源上では差が生じなくなる。このため、実際の拡散バックライト光源上に配置した場合には集光機能を必ずしも十分に果たせない場合があった。また、ホログラム系材料は、その物性上、耐性や信頼性等の課題もあった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平３−４５９０６号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平６−３２４３３３号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開平７−３６０３２号公報
【００１０】
【特許文献４】
特開平６−２３５９００号公報
【００１１】
【特許文献５】
特開平０２−１５８２８９号公報
【００１２】
【特許文献６】
特表平１０−５１０６７１号公報
【００１３】
【特許文献７】
米国特許第６３０７６０４号明細書
【００１４】
【特許文献８】
独国特許第３８３６９５５号明細書
【００１５】
【特許文献９】
独国特許第４２２０２８９号明細書
【００１６】
【特許文献１０】
欧州特許第５７８３０２号明細書
【００１７】
【特許文献１１】
米国特許出願公開第２００２／００３４００９号明細書
【００１８】
【特許文献１２】
国際公開第０２／２５６８７号パンフレット
【００１９】
【特許文献１３】
米国特許出願公開第２００１／５２１６４３号公報
【００２０】
【特許文献１４】
米国特許出願公開第２００１／５１６０６６号公報
【００２１】
【特許文献１５】
米国特許出願公開第２００２／００３６７３５号公報
【００２２】
【特許文献１６】
米国特許第４９８４８７２号明細書
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、垂直入射光の透過偏光特性を害することなく斜め透過光を効率的に光源側へ反射できる偏光素子を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の偏光素子は、２層の反射偏光子とそれらの間に配置された位相差層とを少なくとも含み、前記２層の反射偏光子が、右回り円偏光および左回り円偏光のうち一方を選択的に透過させ他方を選択的に反射する反射円偏光子であり、前記２層の反射円偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記位相差層が下記式（Ｉ）および（ＩＩ）の条件を満たす偏光素子である。
【００２５】
Ｒ≦（λ／１０） （Ｉ）
Ｒ’≧（λ／８） （ＩＩ）
【００２６】
式（Ｉ）および（ＩＩ）において、
λは前記位相差層に入射する光の波長であり、
Ｒは、Ｚ軸方向（法線方向）からの入射光に対するＸ軸方向とＹ軸方向との位相差（面内位相差）の絶対値であり、前記Ｘ軸方向とは、前記位相差層の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記位相差層の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記位相差層の厚み方向であり、
Ｒ’は、Ｚ軸方向に対し３０°以上傾いた方向からの入射光に対するＸ’軸方向とＹ’軸方向との位相差の絶対値であり、前記Ｘ’軸方向とは、前記Ｚ軸方向に対し３０°以上傾いた入射光の入射方向に垂直な前記位相差層面内の軸方向であり、前記Ｙ’軸方向とは、前記入射方向および前記Ｘ’軸方向に垂直な方向である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について説明する。
【００２８】
本発明者らは鋭意検討した結果、前記の構成を有する本発明の偏光素子により、正面輝度に寄与する垂直入射光の透過偏光特性を害することなく斜め透過光を効率的に光源側へ反射できることを見出した。また、前記光源側へ反射した斜め透過光（反射偏光）を正面輝度の向上に寄与しうる光に変換することでさらに輝度を向上させることも可能である。さらに、本発明の偏光素子は、このような集光性と再帰反射による輝度向上機能を兼ね備えることにより、集光機能や平行光化機能に関する光源種依存性が小さい。
【００２９】
本発明の位相差層において、面内位相差Ｒは前記の通り（λ／１０）以下であるが、前記Ｚ軸方向（法線方向）からの入射光の偏光状態をそのまま保持する観点からなるべく小さい方が良く、好ましくはλ／２０以下、より好ましくはλ／５０以下、理想的には０である。このように面内位相差がないかまたは極めて小さく、厚み方向にのみ位相差を有する位相差層は、Ｃプレート（Ｃ−ｐｌａｔｅ）と呼ばれ、光軸がその面内方向と垂直な厚み方向に存在する。前記Ｃ−ｐｌａｔｅは、その光学特性条件が下記式（ＶＩ）を満たす場合はポジティブ（正の）Ｃ−ｐｌａｔｅ、下記式（ＶＩＩ）を満たす場合はネガティブ（負の）Ｃ−ｐｌａｔｅと呼ばれる。代表的なネガティブＣプレートとしては、例えば、二軸延伸したポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のフィルム、コレステリック液晶を選択反射波長帯域を可視光より短く設定した膜、ディスコチック液晶を面に平行配向させた膜、および負の位相差を有する無機結晶化合物を面内配向させる事で得られる物等が挙げられる。代表的なポジティブＣプレートとしては、例えば垂直配向した液晶膜が挙げられる。
【００３０】
ｎｘ≒ｎｙ＜ｎｚ （ＶＩ）
ｎｘ≒ｎｙ＞ｎｚ （ＶＩＩ）
【００３１】
なお、本発明において、ｎｘ、ｎｙおよびｎｚは、前記Ｃ−ｐｌａｔｅ等の各光学層におけるＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の屈折率を示し、前記Ｘ軸方向とは、前記層の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記層の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記層の厚み方向である。
【００３２】
本発明における前記位相差層は、前記式（Ｉ）および（ＩＩ）の光学特性条件を満たすものであれば特に限定されないが、例えば、プラナー配向状態で固定されたコレステリック液晶化合物を含み、前記位相差層の選択反射波長帯域が可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）以外の波長領域に存在することが好ましい。ここで、選択反射波長帯域を可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）以外の波長領域とするのは、可視光領域における色付き等を起こさないためである。なお、コレステリック液晶層の選択反射波長帯域はコレステリックのカイラルピッチと液晶の屈折率とから一義的に決定することができ、選択反射の中心波長λは下記式（ＶＩＩＩ）で表される。
【００３３】
λ＝ｎｐ （ＶＩＩＩ）
【００３４】
式（ＶＩＩＩ）中、ｎはコレステリック液晶分子の平均屈折率であり、ｐはカイラルピッチである。
【００３５】
前記選択反射波長帯域の中心波長の値は、可視光領域よりも長波長側、例えば近赤外領域に存在しても良いが、３５０ｎｍ以下の紫外部に存在すれば、旋光の影響等を受け複雑な現象が発生するおそれがなく、より好ましい。
【００３６】
前記コレステリック液晶の種類は特に限定されず、適宜選択することができるが、例えば、液晶モノマーを重合させた重合液晶、高温でコレステリック液晶性を示す液晶ポリマー、およびそれらの混合物等が挙げられる。また、前記コレステリック液晶の液晶性はリオトロピックでもサーモトロピックでもどちらでも良いが、制御の簡便性およびモノドメインの形成しやすさの観点からサーモトロピック性の液晶であることがより好ましい。また、前記コレステリック液晶の製造法も特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。コレステリック液晶性を有する部分架橋ポリマー材料の製造に用いることのできる材料は特に限定されず、任意であるが、例えば、特表２００２−５３３７４２（ＷＯ００／３７５８５）、ＥＰ３５８２０８（ＵＳ５２１１８７７）、ＥＰ６６１３７（ＵＳ４３８８４５３）等に記載の材料が挙げられる。さらに、コレステリック液晶は、例えば、ネマチック液晶モノマーまたは重合性メソゲン化合物等をカイラル剤と混合し、反応させることによっても得られる。重合性メソゲン化合物は特に限定されないが、例えば、ＷＯ９３／２２３９７、ＥＰ０２６１７１２、ＤＥ１９５０４２２４、ＤＥ４４０８１７１、およびＧＢ２２８０４４５等に記載の化合物が挙げられ、非カイラル化合物でもカイラル化合物でも良く、また、モノ、ジおよび多反応性のいずれでも良く、公知の方法で合成することができる。重合性メソゲン化合物の具体例としては、例えば、ＢＡＳＦ社のＬＣ２４２（商品名）、Ｍｅｒｃｋ社のＥ７（商品名）、およびＷａｃｋｅｒ−Ｃｈｅｍ社のＬＣ−Ｓｉｌｌｉｃｏｎ−ＣＣ３７６７（商品名）等が挙げられる。カイラル剤も特に限定されないが、例えばＷＯ９８／００４２８に記載の方法で合成できる。カイラル化合物の具体例としては、例えば、Ｍｅｒｃｋ社のＳ１０１、Ｒ８１１およびＣＢ１５（いずれも商品名）等の非重合性カイラル化合物や、ＢＡＳＦ社のＬＣ７５６（商品名）等のカイラル剤がある。
【００３７】
前記コレステリック液晶化合物を含む位相差層の製造方法は特に限定されず、従来のコレステリック液晶層形成方法を適宜用いることができるが、例えば、配向膜をその表面に形成した基材、またはそれ自体が液晶配向能を有する基材上にコレステリック液晶化合物を塗工して配向させ、その配向状態を固定する方法がある。
【００３８】
前記基材は、例えば、トリアセチルセルロースやアモルファスポリオレフィン等の複屈折位相差がなるべく小さな基材上に、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド等の膜を形成し、レーヨン布等でラビング処理して配向膜としたものや、同様の基材上にＳｉＯ２の斜方蒸着層等を形成して配向膜としたものが挙げられる。その他、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のフィルムを延伸して液晶配向能を付与した基材、その延伸基材表面をさらにベンガラ等の微細な研磨剤やラビング布で処理して微細な配向規制力を有する微細凹凸を形成した基材、および前記延伸基材上にアゾベンゼン化合物など光照射により液晶規制力を発生する配向膜を形成した基材等も挙げられる。
【００３９】
前記基材上にコレステリック液晶化合物を含む位相差層を形成する具体的な方法は、例えば以下の通りである。すなわち、まず、前記基材の液晶配向能を有する面上に液晶ポリマーの溶液を塗布し、乾燥させて液晶層を形成させる。前記溶液の溶媒は特に限定されないが、例えば、塩化メチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエタン等の塩素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、トルエン等の芳香族溶媒、シクロヘプタン等の環状アルカン、Ｎ−メチルピロリドン等のアミド系溶媒、およびテトラヒドロフラン等のエーテル系溶媒等が挙げられ、これらは単独で用いても二種類以上併用しても良い。塗布方法も特に限定されず、例えば、スピンコート法、ロールコート法、フローコート法、プリント法、ディップコート法、流延成膜法、バーコート法、グラビア印刷法等を適宜使用することができる。また、前記溶液に代えて液晶ポリマーの加熱溶融物、好ましくは等方相を呈する状態の加熱溶融物を同様の方法で塗布し、必要に応じその溶融温度を維持しつつさらに薄層に展開して固化させる等の方法を使用しても良い。このような方法は、溶媒を使用しないため作業環境の衛生性等が良好であるという利点がある。
【００４０】
そして、前記液晶層におけるコレステリック液晶分子の配向状態を固定化して目的の位相差層を得る。この固定化方法は特に限定されず、場合に応じて適切な方法を選択すれば良いが、例えば、前記液晶層を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プラナー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、固化させる方法等がある。または、配向状態が形成された段階で紫外線やイオンビーム等のエネルギー照射で構造を固定しても良い。なお、上記工程において、液晶モノマーを液晶ポリマーに代えて用いるかまたは液晶ポリマーと併用し、配向させた後に電子線や紫外線等の電離放射線照射または熱により重合させて重合液晶としても良い。このとき、必要に応じカイラル剤や配向助剤等を加えても良い。
【００４１】
前記基材は、例えば、複屈折が小さい場合は、前記コレステリック液晶化合物を含む位相差層と一体で偏光素子に用いても良い。また、前記基材の厚みや複屈折の大きさが偏光素子の機能を阻害するおそれがある場合等は、前記位相差層を前記基材から剥離するかまたは別の基材上に転写等して用いても良い。
【００４２】
また、前記位相差層としては、ホメオトロピック配向状態で固定された棒状液晶化合物を含む位相差層も好ましい。前記ホメオトロピック液晶の種類は特に限定されず、適宜選択することができるが、例えば、液晶モノマーを重合させた重合液晶、高温でネマチック液晶性を示す液晶ポリマー、およびそれらの混合物等が挙げられる。前記重合液晶は、液晶モノマーに必要に応じて配向助剤等を加え、電子線や紫外線等の電離放射線照射や熱により重合させて得ることができる。液晶性はリオトロピックでもサーモトロピック性のどちらでも良いが、制御の簡便性およびモノドメインの形成しやすさの観点よりサーモトロピック性の液晶であることが望ましい。液晶モノマーとしては、特に限定されないが、例えば重合性メソゲン化合物等がある。重合性メソゲン化合物についても特に限定されないが、例えば、前記コレステリック液晶と同様である。
【００４３】
このような位相差層の形成方法も特に限定されず、公知の方法を適宜使用することが可能であり、例えば、前記コレステリック液晶の場合と同様に配向膜等を利用して形成することができる。ホメオトロピック配向は、例えば、垂直配向膜（長鎖アルキルシランなど）を形成した膜上に前記ホメオトロピック液晶を塗布し、液晶状態を発現させ固定することによって得られる。
【００４４】
さらに、前記位相差層としては、ネマチック相またはカラムナー相配向状態で固定されたディスコチック液晶化合物を含む位相差層も好ましい。このような位相差層は、例えば、面内に分子の広がりを有するフタロシアニン類、トリフェニレン類化合物等の負の１軸性を有するディスコチック液晶材料を、ネマチック相やカラムナー相を発現させ、その状態を固定して形成させることができる。具体的な形成方法は特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。
【００４５】
さらに、前記位相差層としては、負の１軸性を有する無機層状化合物を含み、前記無機層状化合物の配向状態は、前記位相差層の光軸方向が面と垂直な方向（法線方向）になるように固定されている位相差層も好ましい。このような位相差層の形成方法も特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができる。負の１軸性無機層状化合物に関しては特開平６−８２７７７号公報等に詳しい。
【００４６】
図１１〜図１３の模式図に、ホメオトロピック配向状態を固定した位相差層、ディスコチック液晶を用いた位相差層、無機層状化合物からなる位相差層をそれぞれ示す。図中、１１０１、１２０１および１３０１の符号で表される図形は、それぞれホメオトロピック液晶分子、ディスコチック液晶分子、および負の一軸性無機層状化合物結晶の薄片を表す。
【００４７】
さらに、前記位相差層としては、二軸配向した非液晶ポリマーを含む位相差層も好ましい。このような位相差層の形成方法も特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができるが、例えば、正の屈折率異方性を有する高分子フィルムをバランス良く二軸延伸する方法、熱可塑樹脂をプレスする方法、平行配向した結晶体から切り出す方法等が挙げられる。また、非液晶ポリマーの種類によっては、その溶液を基材上に塗布して乾燥し、フィルム状に成形することでＣ−ｐｌａｔｅが得られる場合もある。前記非液晶ポリマーは特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース等のセルロース系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）等のスチレン系ポリマー、ビスフェノールＡ・炭酸共重合体等のポリカーボネート系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等の直鎖または分枝状ポリオレフィン、ポリノルボルネン等のシクロ構造を含むポリオレフィン、塩化ビニル系ポリマー、ナイロン、芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、およびエポキシ系ポリマーが好ましく、これらは単独で使用しても二種類以上併用しても良い。さらに、これらポリマー材料には、伸長性や収縮性付与等の任意の目的で、適切な添加剤を適宜添加しても良い。
【００４８】
前記非液晶ポリマーとしては、その他、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基およびシアノ基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物も挙げられる。このような樹脂組成物としては、イソブテンとＮ−メチレンマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物等が挙げられる。さらに、ポリイミド系フィルム材料としては、例えば、ＵＳ５５８０９５０およびＵＳ５５８０９６４等に記載の材料も、非液晶性ポリマーからなる位相差層として好適に用いることができる。
【００４９】
次に、本発明の偏光素子は、前記２層の反射偏光子が、右回り円偏光および左回り円偏光のうち一方を選択的に透過させ他方を選択的に反射する偏光子（反射円偏光子）であることにより、広い角度から入射した自然光に対して偏光分離機能を有し、設計および製造が簡便である等の利点を有する。
【００５０】
前記反射円偏光子としては、特に限定されないが、例えば、コレステリック液晶のプラナー配向状態を固定させたものがより好ましい。前記コレステリック液晶の種類は特に限定されず、適宜選択することができるが、例えば、前記位相差層と同様に、液晶モノマーを重合させた重合液晶、高温でコレステリック液晶性を示す液晶ポリマー、およびそれらの混合物等を使用することができる。前記重合液晶は、液晶モノマーに必要に応じカイラル剤や配向助剤等を加え、電子線や紫外線等の電離放射線照射または熱により重合させて作ることができる。また、前記コレステリック液晶の液晶性はリオトロピックでもサーモトロピックでもどちらでも良いが、制御の簡便性およびモノドメインの形成しやすさの観点からサーモトロピック性の液晶であることがより好ましい。
【００５１】
前記反射円偏光子としては、より具体的には、例えば、コレステリック液晶ポリマーからなる層を含むシートや、当該層がガラス板等の上に積層されたシート、コレステリック液晶ポリマーからなるフィルム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。このようなコレステリック液晶層の形成方法も特に限定されないが、例えば、前記コレステリック液晶化合物を含む位相差層と同様にして形成することができる。コレステリック液晶は、なるべく層内で均一に配向していることがより好ましい。
【００５２】
前記反射円偏光子においては、偏光素子の性能上の観点から選択反射波長帯域が可視光域や光源発光波長帯域をカバーすることがより好ましく、選択反射波長帯域は前記の通りコレステリックのカイラルピッチと液晶の屈折率とから一義的に決定することができる。前記反射円偏光子を形成するコレステリック液晶層は、その目的に応じ、例えば、選択反射波長帯域の異なる複数の層を積層しても良いし、単層でピッチが厚み方向で変化した物でも良い。複数の層を積層する場合、例えば、あらかじめ、基材上にコレステリック液晶層が積層されたものを複数準備し、これらをさらに積層しても良い。しかし、例えば、コレステリック液晶層の上に配向膜を形成し、この上に別のコレステリック液晶層を積層させる方法をとると、薄型化等の観点からより好ましい。
【００５３】
また、本発明の偏光素子は、少なくとも正面方向において１／４波長板機能を有するもう一つの層をさらに含み、この層が、前記２層の反射円偏光子のうち視認側に位置する反射円偏光子のさらに外側に配置されていることがより好ましい。この構成を有することにより、前記反射円偏光子を透過した円偏光を直線偏光に変更し、効率よく利用することができる。このような偏光素子は、吸収２色性偏光板をさらに含み、この吸収２色性偏光板が、前記少なくとも正面方向において１／４波長板機能を有するもう一つの層のさらに外側に配置されていることが特に好ましい。
【００５４】
前記吸収２色性偏光板は特に限定されないが、例えば、ポリビニルアルコール系フィルム、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等の親水性高分子フィルムにヨウ素や２色性染料等の２色性物質を吸着させて延伸した吸収型偏光板、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等のポリエン配向フィルム等が挙げられる。また、これらフィルムの片面又は両面に、耐水性等の保護目的でプラスチックの塗布層やフィルムのラミネート層等からなる透明保護層を設けた偏光板等も挙げられる。さらにその透明保護層に透明微粒子を含有させて表面に微細凹凸構造を付与したもの等も挙げられる。前記透明微粒子としては、例えば平均粒径が０．５〜５μｍ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無機系微粒子が挙げられ、これらは導電性であっても良く、さらに、架橋または未架橋ポリマー等の有機系微粒子等も挙げられる。
【００５５】
（実施形態１）
以下、図１および２に基づき、本発明の偏光素子における集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムについて説明する。ただし、これは本発明の一実施形態に過ぎず、本発明はこれに限定されない。
【００５６】
図１は、本発明の偏光素子における前記一実施形態を示す図である。図示の通り、この偏光素子は、コレステリック液晶円偏光子２０１（以下「層１」と呼ぶことがある）、Ｃ−ｐｌａｔｅ２０２（以下「層２」と呼ぶことがある）、およびコレステリック液晶円偏光子２０３（以下「層３」と呼ぶことがある）の主要構成要素がこの順番に積層されており、層１の側から光を入射する。なお、本図に示す実施形態では、２層の反射円偏光子を透過する円偏光の回転方向が互いに同じである。また、円偏光子と位相差層はいずれも面内方向に光軸が存在しないので、貼り合わせ方向は任意で良い。このため平行光化の絞り込みの角度範囲は等方的かつ対称的な特性を有する。
【００５７】
なお、図２は、本発明における自然光、円偏光および直線偏光を表す記号について説明した図である。円偏光ａと円偏光ｂとは回転方向が互いに逆であり、直線偏光ｃと直線偏光ｄとは互いに直交する。
【００５８】
以下、図１の偏光素子に光が入射された際の理想的な動作原理について、同図に基づき順を追って説明する。
（１） まず、バックライト（光源、図示せず）から供給される光のうち、垂直入射する自然光１が円偏光子２０１（層１）で偏光分離され、透過光３および反射光２の二つの円偏光に分かれる。それぞれの円偏光の回転方向は反対である。
（２） 透過光３は位相差層２０２（層２）を素通りし、透過光４となる。
（３） 透過光４は円偏光子２０３（層３）を素通りし、透過光５となる。
（４） 透過光５は、この上に配置される液晶表示装置に用いられる。
（５） 次に、バックライトから供給される光のうち、斜め入射する自然光６は円偏光子２０１で偏光分離され、透過光８と反射光７の二つの円偏光に分かれる。それぞれの円偏光の回転方向は反対である。
（６） 透過光８は位相差層２０２を通る際に位相差値が１／２波長与えられ、透過光９となる。
（７） 透過光９は位相差の影響で光８とは円偏光の回転方向が逆となる。
（８） 透過光９は円偏光子２０３で反射され、光１０となる。
なお、円偏光は一般的には反射する際に回転方向が逆転することが知られている（例えば、Ｗ．Ａ．シャークリフ著「偏光とその応用」（ＷＡ Ｓｈｕｒｃｌｉｆｆ， Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ： Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｕｓｅ， （Ｈａｒｖａｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｐｒｅｓｓ， Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ，Ｍａｓｓ．， １９６６））を参照のこと）。ただし、例外としてコレステリック液晶層での反射の場合には回転方向が変わらない事が知られている（培風館「液晶辞典」等参照）。本図では反射がコレステリック液晶面で行われるために、光９と光１０の円偏光の回転方向は変化しない。
（９） 反射光１０は位相差層２０２を通る際に位相差の影響を受け、透過光１１となる。
（１０） 透過光１１は位相差の影響で回転が反転している。
（１１） 光１１は回転方向が光８と同方向に戻っているため、円偏光子２０１を素通りし、透過光１２となる。
（１２） 光７および１２はバックライト側に戻り、リサイクルされる。これらの戻り光線はバックライトに配置された拡散板等で進行方向や偏光の向きをランダムに変えながら偏光素子の法線方向近傍の透過できる光線となるまで反射を繰り返し、輝度向上に貢献する。
（１３） なお、透過した円偏光５を、１／４波長板（図示せず）により直線偏光に変換すると、吸収損失を生じることなく液晶表示装置等に利用できる。以上のようにして図１の偏光素子による集光および輝度向上が行なわれる。
【００５９】
次に、前記反射偏光子の選択反射波長帯域について説明する。
【００６０】
本発明における前記２層の反射偏光子の選択反射波長帯域は、同一でも良いし異なっていても良い。例えば、一方の反射偏光子が可視光全波長で反射を有するもので、他方が部分的に反射するものでも良いが、それらの選択反射波長帯域のうち少なくとも一部は互いに重なっている必要がある。前記反射偏光子の選択反射波長帯域は、偏光素子の使用目的、および組み合わせて使用する部材や光源の種類等に合わせて適宜設計すれば良いが、例えば、波長５５０ｎｍ付近の視感度の高い光に対してその選択反射が達成されることが好ましい。すなわち、具体的には、前記２層の反射偏光子における選択反射波長帯域の互いに重なる領域が、５４０〜５６０ｎｍの波長範囲を含むことが好ましい。コレステリック液晶化合物を含む反射偏光子の場合、前記の通り、選択反射波長帯域はコレステリックのカイラルピッチと液晶の屈折率とから一義的に決定することができ、選択反射の中心波長は前記式（ＶＩＩＩ）で表される（λ＝ｎｐ）。
【００６１】
さらに、カラー表示を得る必要がある場合は、白色光が要求されるため、可視光域で特性が均一か、少なくとも光源の発光スペクトル領域（多くは４３５ｎｍ〜６１０ｎｍ前後）をカバーできることがより好ましい。斜め入射光線に対してはコレステリック液晶の選択反射スペクトルは短波長側にシフト（ブルーシフト）することを考慮すると、前記重なっている波長領域は６１０ｎｍよりも長波長の領域をカバーしていることがさらに好ましい。この長波長側に必要な選択反射波長帯域幅は、光源からの入射光線の角度と波長に大きく依存するので、要求仕様に応じて任意に長波長端を設定する。具体的には、例えば、液晶表示装置に多く用いられているウエッジ型導光板を用いたバックライトでは導光板からの出射光の角度は法線方向から６０°前後の角度である。前記ブルーシフトの量は、入射角度が大きいほど増大する傾向があり、６０°前後では一般に約１００ｎｍ程度である。したがって、バックライトに３波長冷陰極管が用いられており、赤の輝線スペクトルが６１０ｎｍである場合には、選択反射波長帯域の前記重なっている領域が７１０ｎｍより長波長側に達していれば良い。さらに、色付きや、液晶表示装置等におけるＲＧＢ対応の観点からは、可視光全波長領域、すなわち３８０ｎｍ〜７８０ｎｍにおいて前記選択反射波長帯域が重なっていることが特に好ましい。
【００６２】
なお、バックライト光源が特定の波長しか発光しない場合、例えば色付き冷陰極管のような場合には得られる輝線のみ遮蔽できればよい。また、バックライトからの出射光線が動向体表面に加工されたマイクロレンズやドット、プリズム等の設計で正面方向に最初からある程度絞られている場合には、大きな入射角での透過光は無視できるので選択反射波長を大きく長波長側に延ばさなくても良い。
【００６３】
次に、前記位相差層の位相差値について説明する。
【００６４】
前記位相差層の斜め方向位相差値Ｒ’（前記式（ＩＩ）参照）は、前記位相差層を透過した光を反射偏光子によって全反射するために、理想的にはλ／２（λは入射光の波長）であるが、実際には厳密にλ／２でなくても目的を達成することができる。さらに、前記斜め方向位相差値Ｒ’は光の入射角度により変化し、一般に入射角が大きくなると増大する傾向があるので、効率的に偏光変換を起こすためには、全反射させる角度等を考慮して適宜決定する必要がある。例えば、法線からのなす角６０°程度で完全に全反射させるには６０°で測定したときの位相差がλ／２程度になるように決定すればよい。なお、前記斜め方向位相差値Ｒ’の調整方法は特に限定されず、公知の方法を適宜用いることができ、例えば、前記位相差層が二軸延伸フィルムの場合には、延伸率やフィルム厚み等により制御することができる。
【００６５】
さらに、反射偏光子による透過光は、反射偏光子自身のＣプレート的な複屈折性等により偏光状態が変化する場合がある。例えば、コレステリック液晶層を含む反射円偏光子は、コレステリック液晶化合物のねじれ構造により、位相差層、例えばネガティブＣプレートとしての性質をある程度持っていることがある。したがって、前記反射偏光子の位相差を考慮して前記位相差層の斜め方向位相差値Ｒ’をλ／２よりも小さい値に調整することができる。具体的には、Ｒ’は前記式（ＩＩ）の通りλ／８以上であれば良い。Ｒ’の上限値は特に限定されず、前記の通り目的に応じて適宜設定すれば良い。なお、面内位相差Ｒ（前記式（Ｉ）参照）についてはなるべく小さい方が良いのは前記の通りである。
【００６６】
参考のため、図１０に、Ｃプレートの入射角度に対する位相差の関係と、Ｃプレートの光学的異方性を端的に表した屈折率楕円体を示す。しかし、これは単なる一例に過ぎず、本発明を何ら限定するものではない。図１０は、複屈折樹脂の二軸配向性が、正面位相差≒０、斜め位相差＝１／２波長の例であり、同図の場合は±４０度の位置で１／２波長となる。
【００６７】
以上、反射円偏光子を用いる実施形態について説明したが、この実施形態は上記に限定されず、様々な変更が可能である。例えば、本発明では、前記位相差層は、Ｃプレートに代えて１／２波長板（１／２波長位相差板とも言う）を用いても良い。すなわち、本発明の偏光素子は、２層の反射円偏光子とそれらの間に配置された１／２波長板とを少なくとも含み、前記２層の反射円偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なる偏光素子であっても良い。この場合、前記２層の反射円偏光子のそれぞれを透過する円偏光の回転方向が互いに逆であることが好ましく、前記１／２波長板における斜め方向位相差値が０またはλであることが理想的である。前記斜め方向位相差値を設定する際、反射円偏光子の位相差値を考慮する必要があるのは、Ｃプレートを用いる場合と同じである。１／２波長板を用いた場合、傾斜する軸の方位角による異方性や色付きの問題が発生する可能性があるが、例えば、前記２層の反射円偏光子および位相差層の各層について波長分散特性が互いに異なる層を用いて色付きを相殺することができる。
【００６８】
（実施形態２）
次に、本発明の別の実施形態について説明する。
【００６９】
本発明の偏光素子は、前記反射偏光子が反射直線偏光子であっても良い。より具体的には、本発明の偏光素子は、２層の反射偏光子と、それらの間に配置された中間層とを少なくとも含み、前記２層の反射偏光子が、直交する直線偏光のうち一方を選択的に透過させ他方を選択的に反射する反射直線偏光子であり、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記中間層は、１層の光学層からなるか、または２層以上の光学層の積層構造を含み、かつ、前記中間層は、入射する直線偏光を、その入射方向に応じて偏光方向を変化させるかまたは変化させずに透過させる機能を有し、前記２層の反射直線偏光子は、その面内遅相軸方向が、入射する直線偏光のうち入光面と垂直な方向（法線方向）から入射する光を透過させ斜め方向から入射する光を効率的に反射するような角度で配置されている偏光素子であっても良い。
【００７０】
このような偏光素子としては、例えば、反射直線偏光子と１／４波長板（１／４波長位相差板とも言う）との組み合わせでＣプレートを挟み込んだものが好ましい。より具体的には、２層の反射直線偏光子と、それらの間に配置された位相差層と２層の１／４波長板とを少なくとも含み、その１／４波長板のうち１層は、前記反射直線偏光子のうちの一方と前記位相差層との間に配置され、もう１層の１／４波長板は他方の反射直線偏光子と前記位相差層との間に配置され、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記位相差層の一方の面側に位置する１／４波長板は、その面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と４０°〜５０°の角度をなし、前記位相差層の他方の面側に位置する１／４波長板は、その面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と−４０°〜−５０°の角度をなし、前記２層の１／４波長板の面内遅相軸同士がなす角度は任意である偏光素子が好ましい。この場合、前記位相差層は下記式（Ｉ）および（ＩＩＩ）の条件を満たす必要がある。
【００７１】
Ｒ≦（λ／１０） （Ｉ）
Ｒ’≧（λ／４） （ＩＩＩ）
【００７２】
式（Ｉ）および（ＩＩＩ）中、λ、ＲおよびＲ’の定義は前記の通りである。
【００７３】
直線偏光子と１／４波長板を組み合わせると自然光を円偏光に変換できることが分かっている。図３に示す通り、自然光３０１を直線偏光子３０２に入射すると直線偏光３０３に変換され、さらに、直線偏光３０３を１／４波長板３０４に通すと円偏光３０５に変換される。反射円偏光子および反射直線偏光子は、ブリュスター角等の原理に基づくプリズム型の反射偏光子と比較し、入射角依存性がないという利点がある。
【００７４】
反射直線偏光子を用いてＣプレートを単に挟んだのみでは、Ｃプレートに斜め方向から入射する光線に対する光軸は常に光線方向と直交するため位相差が発現せず偏光変換されない。そこで、直線偏光を、前記反射直線偏光子の偏光軸と４５°または−４５°に遅相軸方向を有した１／４波長板で円偏光に変換した後、Ｃプレートの位相差で逆円偏光に変換し、その円偏光を再び１／４波長板で直線偏光に変換すれば良い。
【００７５】
なお、本発明における１／４波長板および１／２波長板は特に限定されず、公知のものを適宜使用することができる。具体的には、例えば、一軸延伸または二軸延伸した高分子フィルム、および液晶化合物をハイブリッド配向（平面方向では一軸配向させ、厚み方向にさらに配向させた配向状態）させた層等が挙げられる。前記１／４波長板および１／２波長板における面内位相差および厚み方向位相差の制御方法も特に限定されず、例えば、延伸高分子フィルムであれば延伸率やフィルム厚み等を調整することにより制御できる。
【００７６】
前記高分子フィルムに用いることのできるポリマーも特に限定されないが、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ジアセチルセルロース、トリアセチルセルロース等のセルロース系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレン、アクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）等のスチレン系ポリマー、ビスフェノールＡ・炭酸共重合体等のポリカーボネート系ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン共重合体等の直鎖または分枝状ポリオレフィン、ポリノルボルネン等のシクロ構造を含むポリオレフィン、塩化ビニル系ポリマー、ナイロン、芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、およびエポキシ系ポリマーが好ましく、これらは単独で使用しても二種類以上併用しても良い。さらに、これらポリマー材料には、伸長性や収縮性付与等の任意の目的で、適切な添加剤を適宜添加しても良い。
【００７７】
前記高分子フィルムの製造方法も特に限定されず、例えば、キャスト法（押出成形法）により製造したものや、前記ポリマー材料を溶融し成膜した後延伸して製造したもの等が挙げられるが、機械的強度等の観点から後者が好ましい。
【００７８】
前記高分子フィルムとしては、その他、特開２００１−３４３５２９号公報（ＷＯ０１／３７００７）に記載の高分子フィルムも挙げられる。この高分子フィルムの材料としては、例えば、側鎖に置換または非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、側鎖に置換または非置換のフェニル基およびシアノ基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物が使用でき、例えば、イソブテンとＮ−メチレンマレイミドからなる交互共重合体と、アクリロニトリル・スチレン共重合体とを有する樹脂組成物が挙げられる。
【００７９】
また、本発明の反射直線偏光子も特に限定されず、公知のものを適宜使用することができるが、例えば光学的異方性を有する延伸フィルムやそれらの積層体等を用いることができ、前記延伸フィルムの材質は、例えば前記１／４波長板および１／２波長板と同様のものを用いることができる。
【００８０】
図４は、本実施形態の偏光素子を示す模式図である。ただし、本実施形態はこれに限定されない。図示の通り、この偏光素子は、反射直線偏光子４０４（以下「層４」と呼ぶことがある）、１／４波長板４０５（以下「層５」と呼ぶことがある）、Ｃ−ｐｌａｔｅ４０６（以下「層６」と呼ぶことがある）、１／４波長板４０７（以下「層７」と呼ぶことがある）、および反射直線偏光子４０８（以下「層８」と呼ぶことがある）の主要構成要素がこの順番に積層されており、層４の側から光を入射する。
【００８１】
また、図５は、図４の偏光素子における各主要構成要素の貼り合せ角度を示す模式図である。直線偏光子４０４の偏光軸と１／４波長板４０５の面内遅相軸とのなす角は４０°〜５０°であり、直線偏光子４０８の偏光軸と１／４波長板４０７の面内遅相軸とのなす角は−４０°〜−５０°である。これ以外には、各構成要素がなす角度は特に限定されず、前記の角度を維持したままセット１（直線偏光子４０４と１／４波長板４０５との組み合わせ）およびセット２（直線偏光子４０８と１／４波長板４０７との組み合わせ）を任意に回転させても同様の性能を発揮することができる。例えば、図１４は、図４および５に示す例でのセット２を９０°回転させた場合を示す一例であるが、このようにしても図４および５と同様の性能を発揮することができる。また、Ｃプレートは面内に光軸を持たないので、その貼り合せ角度は任意である。
【００８２】
以下、図４に基づき、本実施形態の偏光素子に光線が入射された場合の理想的な動作原理を説明する。
（１） まず、自然光１４が、バックライト（光源）から反射直線偏光子４０４（層４）に向かって垂直に入射される。
（２） 光１４は、直線偏光１５およびそれと直交する直線偏光１６に分離され、光１５は層４を透過し、光１６は反射される。
（３） 直線偏光５は１／４波長板４０５（層５）を透過し、円偏光１７に変換される。
（４） 円偏光１７はその偏光状態を変えず、円偏光１８としてＣ−ｐｌａｔｅ４０６（層６）を透過する。
（５） 円偏光１８は、１／４波長板４０７（層７）を透過し、直線偏光１９に変換される。
（６） 直線偏光１９はその偏光状態を変えず、直線偏光２０として反射直線偏光子４０８（層８）を透過する。
（７） 直線偏光２０は装置（液晶表示装置等）に入射し、損失無く伝送される。
（８） 一方、バックライトからは、垂直方向からの自然光１４に加え、斜め方向からの自然光２１が層４に向かって入射される。
（９） 光２１は、直線偏光２２およびそれと直交する直線偏光２３に分離され、光２２は層４（反射直線偏光子）を透過し、光２３は反射される。
（１０） 直線偏光２２は層５（１／４波長板）を透過し、円偏光２４に変換される。
（１１） 円偏光２４は、層６（Ｃプレート）を通過する際、１／２波長の位相差を受け、回転方向が逆転して円偏光２５となる。
（１２） 円偏光２５は、層７（１／４波長板）を透過し、直線偏光２６に変換される。
（１３） 直線偏光２６は層８（反射直線偏光子）で反射され、直線偏光２７となる。
（１４） 直線偏光２８は層７（１／４波長板）を透過し、円偏光２８に変換される。
（１５） 円偏光２８は、層６（Ｃプレート）を透過する際に１／２波長の位相差を受け、回転方向が逆転して円偏光２９となる。
（１６） 円偏光２９は層５（１／４波長板）を透過し、直線偏光３０に変換される。
（１７） 直線偏光３０はその偏光状態を変えず、直線偏光３１として層４（反射直線偏光子）を透過する。
（１８） 反射された光１６、２３および３１は、バックライト側に戻されリサイクルされる。リサイクルの機構は実施形態１と同様である。
【００８３】
なお、本実施形態において、前記セット１およびセット２（図５）における反射直線偏光子の偏光軸と１／４波長板の面内遅相軸とのなす角は、理想的な系での理論上では４５°および−４５°である。しかし、現実の反射偏光子や波長板の特性は可視光域で完全ではなく、波長ごとに微妙な変化があるため、着色等の問題が生じることがある。そこで、若干角度を振って色調を補償し、合理的に系全体を最適化すると、前記着色等の問題を解消できる。ここで前記角度が４５°または−４５°から大きく外れると透過率の低下等の他の問題が生じるため、±５°以内の範囲での調整に止める。
【００８４】
なお、前記反射直線偏光子の選択反射波長帯域の好ましい範囲は、反射円偏光子の場合と同様である。斜め方向の入射光線に対して透過光線の波長特性が短波長側にシフトする点は反射円偏光子と同じであるため、深い角度で入射する光線に対して十分機能させるためには可視光域外長波長側に十分な偏光特性および位相差特性を有することが好ましい。
【００８５】
さらに、本実施形態の位相差層（Ｃプレート）における斜め方向位相差値Ｒ’（式（ＩＩＩ））の好ましい範囲についても、反射円偏光子を用いる場合と同様の考え方に基づいて調整すれば良い。ただし、反射直線偏光子は反射円偏光子と比べて、一般にそれ自体が有する位相差特性が小さいため、前記Ｒ’は１／８波長以上でなく１／４波長以上必要となる。
【００８６】
なお、図１５に、図１４の偏光素子に斜め入射光が入射した場合の、２枚の反射偏光子間の１／４波長板、Ｃプレートおよび１／４波長板による偏光状態の変化をポアンカレ球上で示す。同図は、１枚目の反射偏光子から入射した直線偏光が円偏光を介して逆の直線偏光へと変換される様子を表している。ただし、同図は本発明の一例を示す参考資料であり、本発明を何ら限定するものではない。
【００８７】
（実施形態３）
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。
【００８８】
実施形態における２枚の１／４波長板でＣプレートを挟み込んだ構造の物を用いる代わりに、正面位相差（面内位相差）がλ／４であり、厚み方向位相差がλ／２以上であるような二軸性フィルムを直交または平行で２枚積層することでも同様な効果を得ることが出来る。この場合のＮｚ係数（厚み方向位相差／面内位相差）は２以上であれば要件を満たす。
【００８９】
すなわち、本発明の偏光素子は、２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された２層の１／４波長板とを少なくとも含み、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記１／４波長板のうち一方の面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と４０°〜５０°の角度をなし、他方の１／４波長板の面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と−４０°〜−５０°の角度をなし、前記２層の１／４波長板の面内遅相軸同士がなす角度は任意であり、前記各１／４波長板がそれぞれ下記式（ＩＶ）の条件を満たす偏光素子であっても良い。
【００９０】
Ｎｚ≧２．０ （ＩＶ）
ただしＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
【００９１】
式（ＩＶ）において、
ｎｘ、ｎｙおよびｎｚは、それぞれ前記１／４波長板におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の屈折率であり、前記Ｘ軸方向とは、前記１／４波長板の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記１／４波長板の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記１／４波長板の厚み方向である。
【００９２】
１／４波長板および反射直線偏光子の材質や、面内位相差および厚み方向位相差の制御方法については特に限定されず、例えば実施形態２で述べた通りである。
【００９３】
図６は、本実施形態の偏光素子を示す模式図である。ただし、本実施形態はこれに限定されない。図示の通り、この偏光素子は、反射直線偏光子６０９（以下「層９」と呼ぶことがある）、１／４波長板６１０（以下「層１０」と呼ぶことがある）、１／４波長板６１１（以下「層１１」と呼ぶことがある）、および反射直線偏光子６１２（以下「層１２」と呼ぶことがある）の主要構成要素がこの順番に積層されており、層９の側から光を入射する。
【００９４】
また、図７は、図６の偏光素子における各主要構成要素の貼り合せ角度を示す模式図である。直線偏光子６０９の偏光軸と１／４波長板６１０の面内遅相軸とのなす角は４０°〜５０°であり、直線偏光子６１２の偏光軸と１／４波長板６１１の面内遅相軸とのなす角は−４０°〜−５０°である。これ以外には、各構成要素がなす角度は特に限定されず、前記の角度を維持したままセット１（直線偏光子６０９と１／４波長板６１０との組み合わせ）およびセット２（直線偏光子６１２と１／４波長板６１１との組み合わせ）を任意に回転させても同様の性能を発揮することができる。図６および７では、説明の便宜のため、上下の直線偏光子の軸は平行であり、１／４波長板の軸は直交させた例を示したが、これに限定されるものではない。
【００９５】
以下、図６に基づき、本実施形態の偏光素子に自然光が入射された際の理想的な動作原理を説明する。
（１） まず、自然光３２がバックライト（光源）から垂直入射される。
（２） 自然光３２は、層９（反射直線偏光子）によって直線偏光３３およびそれと直交する直線偏光３４に分離され、直線偏光３３は層９を透過し、直線偏光３４は反射される。
（３） 直線偏光３３は、層１０および層１１（１／４波長板）を透過する。本図に示す例では、層１０と層１１との面内遅相軸は直交しているため、層１０と層１１との組み合わせとして考えた場合、正面位相差（面内位相差）は０となる。したがって、直線偏光３３は、層１０および層１１を透過する際、その偏光状態を変えずに直線偏光３５となる。
（４） 直線偏光３５はその偏光状態を変えずに層１２（反射直線偏光子）を透過し、直線偏光３６となる。
（５） 直線偏光３６は装置（液晶表示装置等）に損失無く伝送される。
（６） 一方、バックライトからは、垂直入射する自然光３２の他に、斜め入射する自然光３７が入射される。
（７） 自然光３７は、層９（反射直線偏光子）によって直線偏光３８およびそれと直交する直線偏光３９に分離され、直線偏光３８は層９を透過し、直線偏光３９は反射される。
（８） 直線偏光３８は、層１０および層１１に斜め入射し、これらの層を透過する際、厚み方向位相差の影響により偏光軸方向が９０°変化して直線偏光４０となる。
（９） 直線偏光４０は層１２（反射直線偏光子）に入射する。
（１０） 層１２は層９と軸方向が同じであるため、直線偏光４０は層１２により反射され直線偏光４１となる。
（１１） 直線偏光４１は、層１１および層１０を透過する際に（９）と同様に位相差の影響を受け、偏光軸方向が９０°変化して直線偏光４２となる。
（１２） 直線偏光４２はその偏光状態を変えずに層９（反射直線偏光子）を透過し、直線偏光４３となる。
（１３） 反射された光３４、３９および４３はバックライト側に戻されリサイクルされる。リサイクルの機構は実施形態１および２と同様である。
【００９６】
本実施形態の偏光素子は、実施形態２の偏光素子と同様の性能を発揮することが可能であり、また、Ｃプレートを省略できるため実施形態２の偏光素子よりもさらに生産効率に優れるという利点がある。本実施形態における１／４波長板については特に限定されず、前記の通りであるが、例えば、二軸延伸したポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、またはハイブリッド配向させた液晶化合物の層がより好ましい。
【００９７】
反射直線偏光子と１／４波長板とのなす角度の範囲については前記の通りであり、その微調整については実施形態２と同様の考え方に基づき行なえば良い。
【００９８】
また、前記反射直線偏光子の選択反射波長帯域に関しても実施形態１および２と同様である。
【００９９】
さらに、本実施形態においては、Ｎｚ（式（ＩＶ））の値を変化させることにより斜め入射光の利用効率が変化するが、その好ましい範囲は特に限定されず、実施形態１および２と同様の考え方に基づいて最適な光利用効率が得られるように調整すれば良い。反射偏光子が有する位相差を考慮する必要がある点も前記各実施形態と同様である。
【０１００】
（実施形態４）
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。
【０１０１】
実施形態２における２層の１／４波長板でＣプレートを挟み込んだ構造の物を用いる代わりに、正面位相差（面内位相差）がλ／２であり、厚み方向位相差がλ／２以上であるような二軸性フィルムを用いることでも同様な効果を得ることが出来る。この場合のＮｚ係数は１．５以上必要である。
【０１０２】
すなわち、本発明の偏光素子は、２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された１／２波長板とを少なくとも含み、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記１／２波長板の面内遅相軸が、一方の反射直線偏光子の偏光軸と４０°〜５０°の角度をなし、かつ、他方の反射直線偏光子の偏光軸と−４０°〜−５０°の角度をなし、前記１／２波長板が下記式（Ｖ）の条件を満たす偏光素子であっても良い。
【０１０３】
Ｎｚ≧１．５ （Ｖ）
ただしＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
【０１０４】
式（Ｖ）において、
ｎｘ、ｎｙおよびｎｚは、それぞれ前記１／２波長板におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の屈折率であり、前記Ｘ軸方向とは、前記１／２波長板の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記１／２波長板の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記１／２波長板の厚み方向である。
【０１０５】
反射直線偏光子および波長板の材質および製造方法等については特に限定されず、前記他の実施形態と同様である。
【０１０６】
図８は、本実施形態の偏光素子を示す模式図である。ただし、本実施形態はこれに限定されない。図示の通り、この偏光素子は、反射直線偏光子８１３（以下「層１３」と呼ぶことがある）、１／２波長板８１４（以下「層１４」と呼ぶことがある）、および反射直線偏光子８１５（以下「層１５」と呼ぶことがある）の主要構成要素がこの順番に積層されており、層１３の側から光を入射する。
【０１０７】
また、図９は、図８の偏光素子における各主要構成要素の貼り合せ角度を示す模式図である。直線偏光子８１３の偏光軸と１／２波長板８１４の面内遅相軸とのなす角は４０°〜５０°であり、直線偏光子８１５の偏光軸と１／２波長板８１４の面内遅相軸とのなす角は−４０°〜−５０°である。したがって、前記２層の直線偏光子の面内遅相軸同士は、必然的にほぼ直交することになる。
【０１０８】
本実施形態の偏光素子は、実施形態２および３の偏光素子と同様の性能を発揮することが可能であり、積層数が少ないためさらに生産効率に優れるという利点がある。
【０１０９】
以下、図８に基づき、本実施形態の偏光素子に自然光が入射された際の理想的な動作原理を説明する。
（１） まず、自然光４７がバックライト（光源）から垂直入射される。
（２） 自然光４７は、層１３により直線偏光４８およびそれと直交する直線偏光４９に分離され、直線偏光４８は層１３を透過し、直線偏光４９は反射される。
（３） 直線偏光は、層１４（１／２波長板）を透過する際、正面位相差（面内位相差）の影響を受け、偏光軸方向が９０°回転して直線偏光５０となる。
（４） 直線偏光５０はその偏光状態を変えずに層１５（反射直線偏光子）を透過し、直線偏光５１となる。
（５） 透過した直線偏光５１は装置（液晶表示装置等）に損失無く伝送される。
（６） 一方、バックライトからは、垂直入射する自然光４７の他に、斜め入射する自然光５２が入射される。
（７） 自然光５２は、層１３（反射直線偏光子）によって直線偏光５３およびそれと直交する直線偏光５４に分離され、直線偏光５３は層１３を透過し、直線偏光５４は反射される。
（８） 直線偏光５３は層１４（１／２波長板）に斜め入射し、その偏光軸方向を変えずに直線偏光５５として透過する。
（９） 直線偏光５５は、層１５（反射直線偏光子）で反射され直線偏光５６となる。
（１０） 直線偏光５６は層１４に入射し、偏光軸方向が変化せずに透過して直線偏光５７となる。
（１１） 透過した直線偏光５７は、その偏光状態を変えずに層１３を透過して直線偏光５８となる。
（１２） 反射された光４９、５４および５８はバックライト側に戻されリサイクルされる。リサイクルの機構は前記他の実施形態と同様である。
【０１１０】
反射直線偏光子と１／２波長板とのなす角度の範囲については前記の通りであり、その微調整については実施形態２および３と同様の考え方に基づき行なえば良い。
【０１１１】
また、前記反射直線偏光子の選択反射波長帯域に関しても実施形態１〜３と同様である。
【０１１２】
さらに、本実施形態においては、Ｎｚ（式（Ｖ））の値を変化させることにより斜め入射光の利用効率が変化するが、その好ましい範囲は特に限定されず、実施形態１〜３と同様の考え方に基づいて最適な光利用効率が得られるように調整すれば良い。反射偏光子が有する位相差を考慮する必要がある点も前記各実施形態と同様である。
【０１１３】
以上、実施形態１〜４に基づき本発明を説明してきたが、本発明は上記の説明には限定されず、その主旨を逸脱しない範囲においてあらゆる変更が可能である。例えば、本発明の偏光素子は、前記各構成要素に加え、その目的を達成できる範囲内で他の光学層やその他の構成要素を適宜含んでいても良い。
【０１１４】
（製造方法等）
次に、本発明の偏光素子の製造方法等について説明する。まず、前記Ｃプレート、反射偏光子、波長板等の各構成要素の材質や製造方法等については前記の通りである。
【０１１５】
本発明の偏光素子の製造方法は特に限定されないが、前記各構成要素および必要に応じその他の構成要素を積層して製造可能である。積層の形態は特に限定されず、前記各構成要素を単に重ね置いただけでも良いが、作業性や光の利用効率等の観点から、前記各構成要素が、透光性の接着剤または粘着剤の層を介して積層されていることが好ましい。なお、本発明では、「接着剤」と「粘着剤」とに明確な区別はないが、接着剤のうち剥離や再接着等が比較的容易であるものを便宜上「粘着剤」と呼ぶ。
【０１１６】
前記接着剤または粘着剤は、特に限定されないが、表面反射の抑制等の観点から、透明で、可視光域に吸収を有さず、屈折率は、各層の屈折率となるべく近いことが好ましい。したがって、例えば、アクリル系、エポキシ系、イソシアネート系等の接着剤や粘着剤を好ましく用いることができる。また、これら接着剤および粘着剤は、溶剤型の他、例えば紫外線重合型、熱重合型、２液混合型等を適宜用いることが出来る。各構成要素の積層方法は特に限定されず、それらの性質に適した任意の方法を用いて良い。例えば、それぞれ別途配向膜上等でモノドメインを形成し、透光性基材へ転写する等の方法によって順次積層していくことができる。
【０１１７】
前記各構成要素が液晶化合物を含む層である場合等は、接着剤または粘着剤の層を用いる代わりに配向膜等を適宜形成し、前記各構成要素を順次直接形成する方法（直接連続塗工）等も可能である。この方法は偏光素子の薄型化等の観点から有利である。また、反射円偏光子とＣプレートとを用いる場合、各構成要素が面内に光軸を持たず、貼り合せ角度が任意であるため、ロールｔｏロール法等による貼り合わせや前記直接連続塗工等により製造可能であり生産性が高いという利点がある。
【０１１８】
また、前記各構成要素および接着剤層（粘着剤層）には、必要に応じて各種添加剤等を加えても良い。例えば、拡散度合い調整用にさらに粒子を添加して等方的な散乱性を付与したり、製膜時のレベリング性付与の目的で界面活性剤等を適宜添加したりしても良いし、その他、紫外線吸収剤や酸化防止剤等を適宜添加しても良い。
【０１１９】
（偏光光源および画像表示装置）
次に、本発明の偏光素子を用いた偏光光源および画像表示装置について説明する。
【０１２０】
まず、本発明の偏光光源（偏光光源装置）は、光源と、反射層と、本発明の偏光素子とを含み、この偏光素子が前記反射層を介して前記光源の上に積層されている偏光光源である。偏光光源の製造方法は特に限定されないが、例えば、特開平１０−３２１０２５号公報等に記載の方法等を採用することができる。
【０１２１】
また、本発明の画像表示装置は、本発明の偏光素子を含む画像表示装置である。本発明の偏光素子または偏光光源を用いた画像表示装置は特に限定されず、例えば、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ、ＣＲＴ等の画像表示装置に好ましく用いることが出来るが、液晶表示装置に特に好ましく用いることができる。
【０１２２】
以下、本発明の液晶表示装置について説明する。
【０１２３】
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光光源を含み、その偏光素子の上にさらに液晶セルが積層されている液晶表示装置である。これ以外には、本発明の液晶表示装置の構成や製造方法は特に限定されず、公知の構成や製造方法を適宜用いることができる。本発明の偏光光源は、光の利用効率に優れて明るく、出射光の垂直性に優れて明暗ムラのない光を提供し、大面積化も容易なため、バックライトシステム等として種々の液晶表示装置の形成に好ましく用いることができ、中でも直視型の液晶表示装置に特に好ましく用いることができる。
【０１２４】
本発明の液晶表示装置に用いる液晶セルについては特に限定はなく、適宜なものを用いることができる。中でも偏光状態の光を入射させて表示を行なう液晶セルが適しており、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液晶セル等が好ましい。しかし、それらには限定されず、非ツイスト系の液晶、２色性染料を液晶中に分散させたゲストホスト系の液晶、強誘電性液晶等を用いた液晶セルも適している。液晶の駆動方式についても特に限定はない。
【０１２５】
さらに、液晶セル以外の構成要素も特に限定されず、公知の液晶表示装置用部材等を適宜用いることができる。例えば、視認側の偏光板の上に設ける拡散板、アンチグレア層、反射防止膜、保護層、保護板、および液晶セルと偏光板の間に設ける補償用位相差板等の適宜な光学層を適宜に配置することができる。
【０１２６】
次に、本発明の有機エレクトロルミネセンス装置（有機ＥＬ表示装置）について説明する。
【０１２７】
本発明の偏光素子や偏光光源は、液晶表示装置以外にもあらゆる画像表示装置に用いることができるが、例えば有機ＥＬ表示装置に適している。本発明の有機ＥＬ表示装置については、本発明の偏光素子または偏光光源を用いる以外は特に限定されず、公知の構成や製造方法を適用することができる。以下、有機ＥＬ表示装置について説明するが、この説明は本発明を限定するものではない。
【０１２８】
一般に、有機ＥＬ表示装置は、透明基板上に透明電極と有機発光層と金属電極とを順に積層して発光体（有機エレクトロルミネセンス発光体）を形成している。ここで、有機発光層は、種々の有機薄膜の積層体であり、例えば、トリフェニルアミン誘導体等からなる正孔注入層とアントラセン等の蛍光性の有機固体からなる発光層との積層体、もしくはこのような発光層とペリレン誘導体等とからなる電子注入層の積層体、またはこれらの正孔注入層および発光層と電子注入層との積層体等、種々の組み合わせをもった構成が知られている。
【０１２９】
有機ＥＬ表示装置の発光原理は以下の通りである。すなわち、まず、透明電極と金属電極とに電圧を印加することによって、有機発光層に正孔と電子とが注入される。そして、これら正孔と電子との再結合によって生じるエネルギーが蛍光物質を励起し、励起された蛍光物質が基底状態に戻るときに光を放射する、という原理で発光する。途中の再結合というメカニズムは、一般のダイオードと同様であり、このことからも予想できるように、電流と発光強度は印加電圧に対して整流性を伴う強い非線形性を示す。
【０１３０】
有機ＥＬ表示装置においては、有機発光層での発光を取り出すために、少なくとも一方の電極が透明でなくてはならず、通常酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電体で形成した透明電極を陽極として用いている。一方、電子注入を容易にして発光効率を上げるには、陰極に仕事関数の小さな物質を用いることが重要で、通常Ｍｇ−Ａｇ、Ａｌ−Ｌｉ等の金属電極を用いている。
【０１３１】
このような構成の有機ＥＬ表示装置において、有機発光層は、厚さ１０ｎｍ程度と極めて薄い膜で形成されている。このため、有機発光層も透明電極と同様、光をほぼ完全に透過する。その結果、非発光時に透明基板の表面から入射し、透明電極と有機発光層とを透過して金属電極で反射した光が、再び透明基板の表面側へと出るため、外部から視認したとき、有機ＥＬ表示装置の表示面が鏡面のように見える。
【０１３２】
有機ＥＬ表示装置は、前記の通り、一般に、電圧の印加によって発光する有機発光層の表面側に透明電極を、裏面側に金属電極を備えており、これら有機発光層、透明電極および金属電極が一体となって有機エレクトロルミネセンス発光体を形成している。このような有機ＥＬ表示装置において、前記透明電極の表面側に偏光板を設けるとともに、前記透明電極と偏光板との間に位相差板を設けることができる。
【０１３３】
位相差板および偏光板は、外部から入射して金属電極で反射してきた光を偏光する作用を有するため、その偏光作用によって金属電極の鏡面を外部から視認させないという効果がある。特に、位相差板を１／４波長板で構成し、かつ偏光板と位相差板との偏光方向のなす角をπ／４に調整すれば、金属電極の鏡面を完全に遮蔽することができる。
【０１３４】
すなわち、この有機ＥＬ表示装置に入射する外部光は、偏光板により直線偏光成分のみが透過する。この直線偏光は位相差板により一般に楕円偏光となるが、特に位相差板が１／４波長板でしかも偏光板と位相差板との偏光方向のなす角がπ／４のときには円偏光となる。
【０１３５】
この円偏光は、透明基板、透明電極、有機薄膜を透過し、金属電極で反射して、再び有機薄膜、透明電極、透明基板を透過して、位相差板に再び直線偏光となる。そして、この直線偏光は、偏光板の偏光方向と直交しているので、偏光板を透過できない。その結果、金属電極の鏡面を完全に遮蔽することができる。
【０１３６】
以上、本発明の偏光素子を用いた偏光光源および画像表示装置について説明したが、本発明は上記の説明には限定されない。本発明の偏光素子は、用いる反射偏光子と位相差層とが本発明の要件を満たすことにより、正面方向の光のみ透過させ、斜め方向の光は反射によりカットするという効果を発揮することができる。また、反射偏光子の選択反射波長帯域を調整することにより、前記の効果を広い波長領域で波長依存性が少なく発揮することもできる。さらに、従来技術の干渉フィルターと輝線発光光源の組み合わせによる平行光化および集光システムと比べて光源の特性に対する依存性が少ないため、あらゆる偏光光源および画像表示装置に使用することができる。
【０１３７】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を用いて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【０１３８】
（測定機器等）
実施例および比較例で用いた機器は、以下の通りである。すなわち、冷陰極管は、エレバム（Ｅｌｅｖａｍ）社の冷陰極管ＣＣＦＬ各種を用いた。バックライトは、スタンレー電気社および多摩電気工業社の各種バックライトを用いた。ライトテーブルは、ＨＡＫＵＢＡ社のものを用いた。
測定機器は、下記のものを用いた。
（１） 選択反射波長帯域測定には、大塚電子製の瞬間マルチ測光システムであるＭＣＰＤ２０００（商品名）を用いた。
（２） ヘイズ測定には、村上色彩製のヘイズメーターであるＨＭ１５０（商品名）を用いた。
（３） 透過反射の分光特性測定には、日立製作所製の分光光度計であるＵ４１００（商品名）を用いた。
（４） 偏光板の特性測定には、村上色彩製のＤＯＴ３（商品名）を用いた。
（５） 位相差板等の位相差測定には、Ｏｊｉ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｉｎｓｔｕｒｕｍｅｎｔｓの複屈折測定装置であるＫＯＢＲＡ２１Ｄ（商品名）を用いた。
（６） 輝度計測には、トプコン製の輝度計であるＢＭ７（商品名）を用いた。
【０１３９】
（実施例１）
以下のようにして、反射円偏光子とネガティブＣプレートとを含む偏光素子を作製し、その特性を調べた。
【０１４０】
すなわち、まず、コレステリック液晶層を含む反射偏光子（反射円偏光子）を、市販の重合性ネマチック液晶モノマー（重合性メソゲン化合物）とカイラル剤とを用いて作製した。これらの種類および混合比は、出来上がったコレステリック液晶層の選択反射波長帯域の中心値が５５０ｎｍ、幅が約６０ｎｍとなるように選択した。具体的には、重合性メソゲン化合物としてＢＡＳＦ社製ＬＣ２４２（商品名）、重合性カイラル剤としてＢＡＳＦ社製ＬＣ７５６（商品名）を用い、混合比が下記の通りになるように用いた。
メソゲン化合物：カイラル剤＝４．９：９５．１（重量比）
【０１４１】
反射円偏光子作製の具体的な操作は以下の通りである。すなわち、まず、前記重合性カイラル剤と前記重合性メソゲン化合物との混合物をシクロペンタンに溶解し、溶質濃度が２０ｗｔ％となるように調整した。さらに、この溶液に対し、１ｗｔ％の反応開始剤（チバガイギ製、Ｉｒｇ９０７（商品名））を添加し、塗工用溶液を調製した。
【０１４２】
一方、ＰＥＴフィルム（東レ製、ルミラー（商品名）、厚み７５μｍ）を準備し、その表面をラビング布で配向処理して配向基板とした。次に、この配向基板の前記配向処理面上に、前記塗工用溶液をワイヤーバーで塗布した。この時の溶液塗布量は、乾燥後の厚みが５μｍとなるように調整した。これを９０℃で２分間乾燥させ、さらに液晶の等方性転移温度１３０℃まで一旦加熱後、徐冷して均一な配向状態を保持した。そして、８０℃で紫外線照射（１０ｍＷ／平方ｃｍ×１分）により硬化してコレステリック液晶化合物を含む反射偏光子層Ａを得た。さらに、ガラス板を準備し、これに透光性のイソシアネート系接着剤（特殊色料工業株式会社製、ＡＤ２４９（商品名））を５μｍ厚に塗布し、その塗布面上に前記反射偏光子層Ａを転写して目的の反射円偏光子を得た。この反射円偏光子の選択反射波長帯域を測定したところ、５２０〜５８０ｎｍと設計通りの値が得られた。
【０１４３】
次に、重合液晶化合物を含むネガティブＣプレート層を、コレステリック選択反射波長帯域の中心値が３５０ｎｍとなるように作製した。具体的には、重合性メソゲン化合物としてＢＡＳＦ社製ＬＣ２４２（商品名）、重合性カイラル剤としてＢＡＳＦ社製ＬＣ７５６（商品名）を用い、混合比が下記の通りになるように用いた。
メソゲン化合物：カイラル剤＝１１．０：８８．０（重量比）
【０１４４】
ネガティブＣプレート層作製の具体的な操作は以下の通りである。すなわち、まず、前記重合性カイラル剤と前記重合性メソゲン化合物との混合物をシクロペンタンに溶解させ、溶質濃度が３０ｗｔ％となるように調整した。さらに、この溶液に、１ｗｔ％の反応開始剤（チバガイギ製、Ｉｒｇ９０７（商品名））、および０．０１３ｗｔ％の界面活性剤（ビッグケミジャパン製、ＢＹＫ−３６１（商品名））を添加した。
【０１４５】
一方、ＰＥＴフィルム（東レ製、ルミラー（商品名）、厚み７５μｍ）を準備し、その表面をラビング布で配向処理して配向基板とした。次に、この配向基板の前記配向処理面上に、前記塗工用溶液をワイヤーバーで塗布した。この時の溶液塗布量は、乾燥後の厚みが６μｍとなるように調整した。これを９０℃で２分間乾燥させ、さらに液晶の等方性転移温度１３０℃まで一旦加熱後、徐冷して均一な配向状態を保持した。そして、８０℃で紫外線照射（１０ｍＷ／平方ｃｍ×１分）により硬化して、コレステリック液晶化合物を含む目的のネガティブＣプレート層が前記配向基板上に形成された積層体を得た。
【０１４６】
なお、このネガティブＣプレート層の位相差を測定したところ、５５０ｎｍの波長の光に対して正面方向（面内位相差）では２ｎｍ（実質上０とみなせる値）であり、また、３０°傾斜させた時の位相差は１６０ｎｍ（＞λ／８）であった。
【０１４７】
さらに、得られた反射円偏光子およびネガティブＣプレート層を用いて偏光素子を作製した。すなわち、まず、ガラス板の上に反射円偏光子層Ａが積層された前記反射円偏光子を準備した。次に、その反射円偏光子層Ａの上に前記ネガティブＣプレート層を転写した。すなわち、前記反射円偏光子層Ａの上に透光性接着剤（特殊色料工業株式会社製、ＡＤ２４９（商品名））を５μｍ厚に塗布し、その上に、前記配向基板（ＰＥＴフィルム）上に形成されたネガティブＣプレート層を接着し、配向基板を剥離してネガティブＣプレート層のみを残した。さらに、そのネガティブＣプレート層上に、もう１層の反射円偏光子層Ａを同様にして転写し、目的とする偏光素子を得た。この偏光素子は、ガラス板上に、１層目の反射円偏光子層Ａと、ネガティブＣプレート層と、２層目の反射円偏光子層Ａとがこの順番で積層されており、各層は接着剤層を介して接着されている。
【０１４８】
次に、得られた偏光素子の性能を評価した。すなわち、まず、前記偏光素子に、５４４ｎｍに輝線を有する緑色拡散光源を組み合わせて偏光光源を作製した。具体的には、エレバム製Ｇ０型冷陰極管と光散乱板（ヘイズ９０％以上）とを組み合わせて拡散光源とし、それにさらに前記偏光素子を組み合わせて偏光光源とし、これを直下型バックライト装置内に配置した。なお、前記光散乱板は、前記偏光素子と冷陰極管との間に配置した。
【０１４９】
前記偏光光源の特性を調べたところ、法線方向には光線が出射されるが、斜め３０°以上では透過光線が減少し、斜め４５°前後では出射光線がほとんどなかった。図１６に、前記拡散光源のみを用いたときと、本実施例の偏光素子を組み合わせて偏光光源としたときのそれぞれにおける出射光線の出射角度と相対輝度との関係を併せて示す。
【０１５０】
図１６から、本実施例の偏光素子によれば、光を正面方向に効率的に集光できる事が分かる。サイドライト型バックライトと異なり直下型バックライトでは正面方向へレンズやプリズムで集光することは一般的に困難であるから、これは当該偏光素子の特徴と言える。
【０１５１】
次に、３波長冷陰極管を用いた液晶表示装置用バックライト（スタンレー電機製、サイドライト・ウエッジ型バックライト）上に本実施例の偏光素子を配置してその特性を評価した。この場合も法線方向には光線が出射されるが斜め３０°以上では透過光線が減少した。偏光素子が可視光全域に対応できていないため青（４３５ｎｍ）と赤（６１０ｎｍ）は角度を絞り込めず抜け出てくるものの、視感度が最も高い緑（５４５ｎｍ）のスペクトルはカットできるので、集光装置としての機能は確認できた。
【０１５２】
（実施例２）
ネガティブＣプレート層に代えてポジティブＣプレート層を用いる以外は実施例１と同様にして偏光素子を作製し、その性能を評価した。すなわち、まず、下記構造式で表される液晶モノマー（重合性ネマチックモノマーＡとする）を用いて重合液晶化合物を含むポジティブＣプレート層を作製した。
【化１】
ポジティブＣプレート層作製の具体的な操作は以下の通りである。すなわち、まず、重合性ネマチックモノマーＡをシクロペンタンに溶解させ、溶質濃度が３０ｗｔ％となるように調整した。さらに、この溶液に１ｗｔ％の反応開始剤（チバガイギ製、Ｉｒｇ９０７（商品名））を添加して塗工用溶液とした。一方、ＰＥＴフィルム（東レ製、ルミラー（商品名）、厚み７５μｍ）を準備し、この上に離型処理剤（オクタデシルトリメトキシシラン）のシクロヘキサン溶液（０．１ｗｔ％）を薄く塗布し、乾燥させて垂直配向膜を形成して配向基板とした。そして、この配向基板の垂直配向膜形成面上に前記塗工用溶液をワイヤーバーで塗布した。この時の溶液塗布量は、乾燥後の厚みが２μｍとなるように調整した。これを９０℃で２分間乾燥させ、さらに液晶の等方性転移温度１３０℃まで一旦加熱後、徐冷して均一な配向状態を保持した。そして、８０℃で紫外線照射（１０ｍＷ／平方ｃｍ×１分）により硬化して、目的のポジティブＣプレート層が前記配向基板上に形成された積層体を得た。このポジティブＣプレートの位相差を測定した所、５５０ｎｍの波長の光に対しては正面方向では０ｎｍ、３０°傾斜させて測定したときの位相差は約１７０ｎｍ（＞λ／８）であった。
【０１５４】
さらに、このポジティブＣプレートを実施例１のネガティブＣプレート層に代えて用いる以外は実施例１と同様にして偏光素子を得た。得られた偏光素子を実施例１と同様に用いて性能を評価したところ、実施例１とおおよそ同等であった。
【０１５５】
（実施例３）
以下のようにして、反射直線偏光子と１／４波長板とＣプレートとを含む偏光素子を作製し、その性能を評価した。
【０１５６】
まず、反射直線偏光子を作製した。すなわち、まず、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）と、ナフタレンジカルボン酸−テレフタル酸コポリエステル（ｃｏ−ＰＥＮ）とが交互に積層するよう、薄膜をフィードブロック法で厚み制御しながら交互に積み重ね、２０層積層した多層膜を得た。さらにこの多層膜を一軸延伸した。この時の延伸温度は約１４０度、延伸倍率はＴＤ方向に約３倍であった。こうして得られた延伸フィルム中の各薄層の厚みは概略０．１μｍ程度であった。この２０層積層フィルム延伸品をさらに５枚積層し、計１００枚積層品として目的の反射直線偏光子（反射偏光子Ｂとする）を得た。反射偏光子Ｂは、全体の反射率により、５００ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長帯域における直線偏光に対して反射機能を有する。
【０１５７】
さらに、反射偏光子Ｂを用いて偏光素子を作製した。すなわち、まず、ネガティブＣプレート層を実施例１と同様にして作製し、その両側にポリカーボネート製一軸延伸フィルムから成る１／４波長位相差板（日東電工製、ＮＲＦフィルム（商品名）、５５０ｎｍで位相差（面内位相差）１３５ｎｍ）を接着し、さらにその外側に反射偏光子Ｂを接着して目的の偏光素子を得た。各層の貼り合せ角度は、入射側の反射偏光子Ｂの透過偏光軸方向を０°として、入射側の１／４波長板の面内遅相軸方向が４５°、Ｃプレートは軸方位無し、出射側の１／４板の面内遅相軸方向が−４５°、出射側の偏光子の透過偏光軸方向が９０°となるように貼り合せた。また、各層の接着は、各層間にアクリル系粘着剤（日東電工製Ｎｏ．７）を２５μｍ厚に塗布して行ない、ネガティブＣプレート層からは配向基板は剥離して液晶含有層のみを用いた。得られた偏光素子を実施例１と同様に用いて性能を評価したところ、実施例１とおおよそ同等であった。
【０１５８】
（実施例４）
以下のようにして、反射直線偏光子と１／２波長位相差板とを含む偏光素子を作製し、その性能を評価した。すなわち、まず、実施例３と同様にして作製した反射偏光子Ｂを２つと、ポリカーボネート製フィルム（鐘淵化学製）を二軸延伸して得られた正面位相差２７０ｎｍ（計測波長５５０ｎｍ）、Ｎｚ係数２．０の位相差フィルム（１／２波長板）とを準備した。そして、前記１／２波長板を前記２つの反射偏光子Ｂにより挟む配置でこれら各層を接着して目的の偏光素子を得た。各層の貼り合せ角度は、入射側の反射偏光子Ｂの透過偏光軸方向を０°として、１／２波長板の面内遅相軸方向が４５°、出射側の偏光子の透過偏光軸方向が９０°となるように貼り合せた。各層の接着は、各層間にアクリル系粘着剤（日東電工製Ｎｏ．７）を２５μｍ厚に塗布して用いて行なった。この偏光素子を実施例３と同様に評価したところ、実施例３と同等の性能を有する事が分かった。
【０１５９】
（実施例５）
以下のようにして、広波長領域に選択反射波長帯域を有する反射円偏光子（広帯域反射円偏光子）を作製し、さらに、それとＣプレートとを用いて偏光素子を作製して性能を評価した。
【０１６０】
まず、広帯域反射円偏光子を作製した。すなわち、まず、下記構造式で表されるネマチックモノマーＡ（前記と同様の物）およびカイラルモノマーＢを準備した。
【化２】
【化３】
【０１６１】
次に、前記ネマチックモノマーＡとカイラルモノマーＢとを所定の比で混合して重合させ、さらにそれを用いてコレステリック液晶層を作製した。さらに、ネマチックモノマーＡとカイラルモノマーＢとの混合比を変えて、選択反射波長帯域が異なるコレステリック液晶層を４層作製した。作製にあたっては、欧州特許出願公開０８３４７５４号明細書を参照した。具体的には以下の通りである。
【０１６２】
まず、ネマチックモノマーＡとカイラルモノマーＢとの混合比（重量比）およびそれから計算される各コレステリック液晶層の選択反射波長帯域とその中心波長とは下記表１の通りである。
（表１）
Ａ／Ｂ 選択反射波長帯域 中心波長
９．２／１ ４３０〜４９０ｎｍ ４６０ｎｍ
１０．７／１ ４８０〜５５０ｎｍ ５１０ｎｍ
１２．８／１ ５４０〜６２０ｎｍ ５８０ｎｍ
１４．９／１ ６２０〜７１０ｎｍ ６６０ｎｍ
【０１６３】
次に、ネマチックモノマーＡとカイラルモノマーＢとを重合させてコレステリック液晶化合物を合成した。すなわち、まず、表１に示すそれぞれの組成による混合物を、それぞれ３３ｗｔ％テトラヒドロフラン溶液とし、さらに０．５ｗｔ％の反応開始剤（アゾビスイソブチロニトリル）を添加した。これを６０℃で窒素パージした後、定法により重合処理し、生成物をジエチルエーテルで再沈分離し精製して目的のコレステリック液晶化合物を得た。
【０１６４】
一方、８０μｍ厚トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム（富士写真フィルム工業製、ＴＤ−ＴＡＣ（商品名））を準備し、その表面に約０．１μｍ厚さのポリイミド層を塗工し、そのポリイミド層表面をレーヨン製ラビング布でラビング処理して配向基板とした。次に、そのラビング処理面上に、前記コレステリック液晶化合物の１０ｗｔ％塩化メチレン溶液を、ワイヤーバーで乾燥後の厚みが１．５μｍとなるように塗布した。これを１４０℃で１５分間加熱処理し、その後室温で放冷してコレステリック液晶化合物の配向状態を固定させ、コレステリック液晶層を得た。合成した各コレステリック液晶化合物についてそれぞれ上記の操作を行ない、表１に示す各選択反射波長帯域を有するコレステリック液晶層をそれぞれ得た。
【０１６５】
そして、得られた４層のコレステリック液晶層を短波長側から順番に接着し、約１０μｍ厚の液晶複合層を得て目的の広帯域反射円偏光子とした。接着は、透明イソシアネート系接着剤（特殊色料工業製、ＡＤ２４４（商品名））を各液晶層表面に塗布し、接着後に片側の配向基板（ＴＡＣフィルム）を剥離するという方法で順次行なった。得られた広帯域反射円偏光子の選択反射機能を測定したところ、４３０ｎｍ〜７１０ｎｍで選択反射機能を有していることが分かった。
【０１６６】
そして、Ｃプレート層を実施例１と同様にして作製し、その両側に前記広帯域反射円偏光子を接着して目的の偏光素子を得た。接着は、透光性粘着剤（日東電工製Ｎｏ．７）を各層間に２５μｍ厚に塗布し、実施例１と同様の操作により行なった。なお、上下の反射円偏光子で、透過する（反射する）円偏光の回転方向が同じになるようにした。
【０１６７】
次に、本実施例の偏光素子の性能を実施例１と同じ方法で評価した。緑色拡散光源を用いた評価では、実施例１の偏光素子と同様の集光性能を有していることが確認された。また、３波長冷陰極管を用いた液晶表示装置用バックライトによる評価でも実施例１と同様に優れた集光性能を示したが、本実施例の偏光素子は、可視光全域で同様の集光性能を発揮する点で実施例１の偏光素子よりもさらに優れていることが分かった。
【０１６８】
さらに、別のバックライト（冷陰極管を用いた直下型バックライト、多摩電気工業製）上に本実施例の偏光素子を配置し、集光性能を評価した。この場合も法線方向には光線が出射されるが斜め３０°以上では透過光線が減少した。そして、可視光全域で同様の集光性能を発揮することが分かった。
【０１６９】
（実施例６）
Ｃプレート層の厚みおよび位相差値を変える以外は実施例５と同様にして偏光素子を作製し、さらに実施例５と同様に集光性能を評価した。本実施例では、Ｃプレートの厚みは、４μｍとし、その位相差を測定したところ、正面位相差１ｎｍ、３０°傾斜時の位相差１００ｎｍ（＞λ／８）であった。
【０１７０】
図１６に、実施例５および６の偏光素子をそれぞれ拡散光源と組み合せて偏光光源とした場合、および前記拡散光源のみを用いた場合のそれぞれにおける出射光線の出射角度と相対輝度との関係を併せて示す。同図から、いずれの偏光素子も優れた集光性能を示しはするが、実施例５の方がより集光角度がシャープで正面の輝度上昇も大きいと分かる。
【０１７１】
（実施例７）
実施例５の偏光素子を液晶表示装置に組み込み、その表示性能を評価した。具体的には以下の通りである。まず、液晶表示装置としては、東芝製ＤｙｎａｂｏｏｋＳＳ３４３０（商品名）から得たＴＦＴ液晶表示装置（対角１１．３インチ）を準備した。この装置は、サイドライト型導光体の光源を用い、プリズムシートにより正面に集光するタイプである。次に、この液晶表示装置からプリズムシートを除去し、装置裏面側偏光子に対し、偏光軸に４５°の角度で１／４波長板（日東電工製ＮＲＦ−１４０（商品名））を接着し、さらにその上に実施例５で得られた偏光素子を接着した。接着は、透光性粘着剤（日東電工製Ｎｏ．７）を厚み２５μｍに塗布して行なった。このようにして市販の液晶表示装置を加工し、実施例５の偏光素子が組み込まれた目的の液晶表示装置を得た。得られた偏光素子付き液晶表示装置の性能を加工前（プリズムシート使用時）と比較したところ、正面への集光特性はプリズムシート使用時と同等であり、さらに、加工前よりも正面輝度が２０％向上していることが分かった。この結果は、プリズムシート等の従来技術に対する本発明の偏光素子の優位性を示す。
【０１７２】
（比較例１）
Ｃプレート層を用いず、２層の反射円偏光子を直接貼り合せる以外は実施例１と同様にして偏光素子を作製した。この偏光素子の性能を評価したところ、単一の反射円偏光子と同様の光学機能しか得られず、斜め方向での選択的な反射率の向上や透過率の低下のような現象は見られなかった。
【０１７３】
（比較例２）
Ｃプレート層の代わりに１／４波長板を用いる以外は実施例１と同様にして偏光素子を作製した。前記１／４波長板としては、ポリカーボネート製フィルムの延伸フィルムからなる正面位相差λ／４、Ｎｚ係数＝１．０のＡプレート（日東電工製ＮＲＦ−１４０フィルム（商品名）、厚み５０μｍ）を用いた。得られた偏光素子の性能を評価したところ、正面透過率が実施例１と比べて約１／２に低下する他、斜め入射方向の透過率が下がらず、集光や平行光化の機能は有さなかった。
【０１７４】
（比較例３）
市販のヨウ素系吸収２色性偏光子（日東電工製、ＮＰＦ−ＥＧ１４２５ＤＵ（商品名））を反射偏光子Ｂに代えて用いる以外は実施例３と同様にして偏光素子を得た。この偏光素子の性能を評価したところ、正面方向の透過特性と斜め方向の吸収特性による視野角制限効果は得られるが、吸収損失が著しく、正面の明るさは向上しなかった。
【０１７５】
（ライトテーブルを用いた輝度評価）
実施例１〜６および比較例１〜３の各偏光素子を、市販のライトテーブル（ハクバ製、３波長蛍光灯、直下型拡散光源）上に配置し、鉛直上方における輝度（２°視野）を輝度計（トプコン製、ＢＭ７（商品名））を用いて測定した。測定値はライトテーブルのみで測定した時の値を１００として規格化した。測定結果を表２に示す。
【０１７６】
表２から分かる通り、実施例の偏光素子は、ライトテーブルに用いた場合も正面方向に対する優れた輝度向上効果を示した。なお、実施例の偏光素子は、図１６および１７に示した通り、液晶表示装置用の直下型バックライトに用いた場合は正面の相対輝度が１００（元のバックライトの正面輝度）を上回っていたが、表２での相対輝度は１００をやや下回っていた。これは、市販ライトテーブルでは前記直下型バックライトの場合と比較して反射偏光子で反射された戻り光が再び法線方向へ戻る効率がやや悪いためである。しかし、比較例の偏光素子と比べれば著しく優れた正面方向の輝度向上効果を有していることが分かる。
【０１７８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明の偏光素子によれば、正面輝度に寄与する垂直入射光の透過偏光特性を害することなく斜め透過光を効率的に光源側へ反射できることができる。また、前記光源側へ反射した斜め透過光（反射偏光）を正面輝度の向上に寄与しうる光に変換することでさらに輝度を向上させることも可能である。そして、反射偏光子の選択反射波長帯域を調整することにより、前記の効果を広い波長領域で波長依存性が少なく発揮することもできる。さらに、本発明の偏光素子は、従来技術の干渉フィルターと輝線発光光源の組み合わせによる平行光化および集光システム等と比べて光源の特性に対する依存性が少ないため、あらゆる偏光光源および画像表示装置に使用することができる。例えば、液晶表示素子のバックライト側の偏光子として利用した場合には、明るい視認性に優れた表示を得ることが可能である。また、光源から出射された拡散光の光利用効率に優れるため、高輝度の偏光光源装置、有機ＥＬ表示装置、ＰＤＰ、ＣＲＴ等の画像表示装置を形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光素子において、反射円偏光子とＣプレートとを組み合わせた一実施形態の集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムを示す図である。
【図２】本発明における自然光、円偏光および直線偏光を表す記号について説明した図である。
【図３】直線偏光子と１／４波長板の組み合わせによる円偏光化の模式図である。
【図４】本発明の偏光素子において、反射直線偏光子とＣプレートと１／４波長板とを組み合わせた一実施形態の集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムを示す図である。
【図５】図４の偏光素子における各層がなす角度を示す模式図である。
【図６】本発明の偏光素子において、反射直線偏光子とＮｚ≧２である１／４波長板とを組み合わせた一実施形態の集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムを示す図である。
【図７】図６の偏光素子における各層がなす角度を示す模式図である。
【図８】本発明の偏光素子において、反射直線偏光子とＮｚ≧１．５である１／２波長板とを組み合わせた一実施形態の集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムを示す図である。
【図９】図８の偏光素子における各層がなす角度を示す模式図である。
【図１０】ネガティブＣプレートの光学特性の一例を示す模式図である。
【図１１】ホメオトロピック配向した液晶分子を含む位相差層の模式図である。
【図１２】ディスコチック液晶を含む位相差層の模式図である。
【図１３】無機層状化合物を含む位相差層の模式図である。
【図１４】本発明の偏光素子において、反射直線偏光子とＣプレートと１／４波長板とを組み合わせた場合の各層の貼り合せ角度の一例を示す図である。
【図１５】図１４の偏光素子における光の変換経路をポアンカレ球で示した説明図である。
【図１６】実施例１の偏光素子の集光および輝度向上性能を示す図である。
【図１７】実施例５および６の偏光素子の集光および輝度向上性能を示す図である。
【符号の説明】
１〜５８ 自然光、円偏光または直線偏光
２０１、２０３ 反射円偏光子
２０２ Ｃプレート
３０１ 自然光
３０２ 直線偏光子
３０３ 直線偏光
３０４ １／４波長板
３０５ 円偏光
４０４、４０８ 反射直線偏光子
４０５、４０７ １／４波長板
４０６ Ｃプレート
６０９、６１２ 反射直線偏光子
６１０、６１１ １／４波長板
８１３、８１５ 反射直線偏光子
８１４ １／２波長板
１１０１、１２０１ 液晶分子
１３０１ 負の一軸性配向結晶体薄片
１４０１、１４０５ 反射直線偏光子
１４０２、１４０４ １／４波長板
１４０３ Ｃプレート
Claims (21)
- ２層の反射偏光子とそれらの間に配置された位相差層とを少なくとも含み、前記２層の反射偏光子が、右回り円偏光および左回り円偏光のうち一方を選択的に透過させ他方を選択的に反射する反射円偏光子であり、前記２層の反射円偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記位相差層が下記式（Ｉ）および（ＩＩ）の条件を満たす偏光素子。
Ｒ≦（λ／１０） （Ｉ）
Ｒ’≧（λ／８） （ＩＩ）
式（Ｉ）および（ＩＩ）において、
λは前記位相差層に入射する光の波長であり、
Ｒは、Ｚ軸方向（法線方向）からの入射光に対するＸ軸方向とＹ軸方向との位相差（面内位相差）の絶対値であり、前記Ｘ軸方向とは、前記位相差層の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記位相差層の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記位相差層の厚み方向であり、
Ｒ’は、Ｚ軸方向に対し３０°以上傾いた方向からの入射光に対するＸ’軸方向とＹ’軸方向との位相差の絶対値であり、前記Ｘ’軸方向とは、前記Ｚ軸方向に対し３０°以上傾いた入射光の入射方向に垂直な前記位相差層面内の軸方向であり、前記Ｙ’軸方向とは、前記入射方向および前記Ｘ’軸方向に垂直な方向である。 - 前記２層の反射円偏光子を透過する円偏光の回転方向が互いに同じである請求項１に記載の偏光素子。
- ２層の反射円偏光子とそれらの間に配置された１／２波長板とを少なくとも含み、前記２層の反射円偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なる偏光素子。
- 前記２層の反射円偏光子を透過する円偏光の回転方向が互いに逆である請求項３に記載の偏光素子。
- 前記２層の反射円偏光子における選択反射波長帯域の互いに重なる領域が、５４０〜５６０ｎｍの波長範囲を含む請求項１〜４のいずれかに記載の偏光素子。
- ２層の反射偏光子と、それらの間に配置された中間層とを少なくとも含み、前記２層の反射偏光子が、直交する直線偏光のうち一方を選択的に透過させ他方を選択的に反射する反射直線偏光子であり、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記中間層は、１層の光学層からなるか、または２層以上の光学層の積層構造を含み、かつ、前記中間層は、入射する直線偏光を、その入射方向に応じて偏光方向を変化させるかまたは変化させずに透過させる機能を有し、前記２層の反射直線偏光子は、その面内遅相軸方向が、入射する直線偏光のうち入光面と垂直な方向（法線方向）から入射する光を透過させ斜め方向から入射する光を効率的に反射するような角度で配置されている偏光素子。
- ２層の反射直線偏光子と、それらの間に配置された位相差層と２層の１／４波長板とを少なくとも含み、その１／４波長板のうち１層は、前記反射直線偏光子のうちの一方と前記位相差層との間に配置され、もう１層の１／４波長板は他方の反射直線偏光子と前記位相差層との間に配置され、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記位相差層の一方の面側に位置する１／４波長板は、その面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と４０°〜５０°の角度をなし、前記位相差層の他方の面側に位置する１／４波長板は、その面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と−４０°〜−５０°の角度をなし、前記２層の１／４波長板の面内遅相軸同士がなす角度は任意であり、前記位相差層が下記式（Ｉ）および（ＩＩＩ）の条件を満たす偏光素子。
Ｒ≦（λ／１０） （Ｉ）
Ｒ’≧（λ／４） （ＩＩＩ）
式（Ｉ）および（ＩＩＩ）において、
λは前記位相差層に入射する光の波長であり、
Ｒは、Ｚ軸方向（法線方向）からの入射光に対するＸ軸方向とＹ軸方向との位相差（面内位相差）の絶対値であり、前記Ｘ軸方向とは、前記位相差層の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記位相差層の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記位相差層の厚み方向であり、
Ｒ’は、Ｚ軸方向に対し３０°以上傾いた方向からの入射光に対するＸ’軸方向とＹ’軸方向との位相差の絶対値であり、前記Ｘ’軸方向とは、前記Ｚ軸方向に対し３０°以上傾いた入射光の入射方向に垂直な前記位相差層面内の軸方向であり、前記Ｙ’軸方向とは、前記入射方向および前記Ｘ’軸方向に垂直な方向である。 - ２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された２層の１／４波長板とを少なくとも含み、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記１／４波長板のうち一方の面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と４０°〜５０°の角度をなし、他方の１／４波長板の面内遅相軸が、同じ側に位置する反射直線偏光子の偏光軸と−４０°〜−５０°の角度をなし、前記２層の１／４波長板の面内遅相軸同士がなす角度は任意であり、前記各１／４波長板がそれぞれ下記式（ＩＶ）の条件を満たす偏光素子。
Ｎｚ≧２．０ （ＩＶ）
ただしＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
式（ＩＶ）において、
ｎｘ、ｎｙおよびｎｚは、それぞれ前記１／４波長板におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の屈折率であり、前記Ｘ軸方向とは、前記１／４波長板の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記１／４波長板の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記１／４波長板の厚み方向である。 - ２層の反射直線偏光子とそれらの間に配置された１／２波長板とを少なくとも含み、前記２層の反射直線偏光子は、偏光の選択反射における選択反射波長帯域の少なくとも一部が互いに重なり、前記１／２波長板の面内遅相軸が、一方の反射直線偏光子の偏光軸と４０°〜５０°の角度をなし、かつ、他方の反射直線偏光子の偏光軸と−４０°〜−５０°の角度をなし、前記１／２波長板が下記式（Ｖ）の条件を満たす偏光素子。
Ｎｚ≧１．５ （Ｖ）
ただしＮｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）
式（Ｖ）において、
ｎｘ、ｎｙおよびｎｚは、それぞれ前記１／２波長板におけるＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の屈折率であり、前記Ｘ軸方向とは、前記１／２波長板の面内で屈折率が最大となる方向（面内遅相軸方向）であり、前記Ｙ軸方向とは、前記１／２波長板の面内で前記Ｘ軸方向に垂直な方向（面内進相軸方向）であり、前記Ｚ軸方向とは、前記Ｘ軸方向および前記Ｙ軸方向に垂直な前記１／２波長板の厚み方向である。 - 前記２層の反射直線偏光子における選択反射波長帯域の互いに重なる領域が、５４０〜５６０ｎｍの波長範囲を含む請求項６〜９のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記位相差層が、プラナー配向状態で固定されたコレステリック液晶化合物を含み、前記位相差層の選択反射波長帯域が可視光領域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）以外の波長領域に存在する請求項１、２、５および７のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記位相差層が、ホメオトロピック配向状態で固定された棒状液晶化合物を含む請求項１、２、５および７のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記位相差層が、ネマチック相またはカラムナー相配向状態で固定されたディスコチック液晶化合物を含む請求項１、２、５および７のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記位相差層が、二軸配向した非液晶ポリマーを含む請求項１、２、５および７のいずれかに記載の偏光素子。
- 前記位相差層が、負の１軸性を有する無機層状化合物を含み、前記無機層状化合物の配向状態は、前記位相差層の光軸方向が面と垂直な方向（法線方向）になるように固定されている請求項１、２、５および７のいずれかに記載の偏光素子。
- 少なくとも正面方向において１／４波長板機能を有するもう一つの層をさらに含み、この層が、前記２層の反射円偏光子のうち視認側に位置する反射円偏光子のさらに外側に配置されている請求項１〜５のいずれかに記載の偏光素子。
- 吸収２色性偏光板をさらに含み、この吸収２色性偏光板が、前記少なくとも正面方向において１／４波長板機能を有するもう一つの層のさらに外側に配置されている請求項１６に記載の偏光素子。
- 前記各構成要素が、透光性の接着剤または粘着剤の層を介して積層されている請求項１〜１７のいずれかに記載の偏光素子。
- 光源と、反射層と、請求項１〜１８のいずれかに記載の偏光素子とを含み、この偏光素子が前記反射層を介して前記光源の上に積層されている偏光光源。
- 請求項１９に記載の偏光光源を含み、その偏光素子の上にさらに液晶セルが積層されている液晶表示装置。
- 請求項１〜１８のいずれかに記載の偏光素子を含む画像表示装置。
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088366A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Nitto Denko Corporation | 広帯域コレステリック液晶フィルムの製造方法、円偏光板、直線偏光素子、照明装置および液晶表示装置 |
| WO2004088367A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Nitto Deno Corporation | 広帯域コレステリック液晶フィルムの製造方法、円偏光板、直線偏光素子、照明装置および液晶表示装置 |
| WO2006014041A1 (en) * | 2004-08-02 | 2006-02-09 | Samsung Fine Chemicals Co.,Ltd | Broadband reflective polarizer for liquid crystal display using overcoating method |
| WO2009139260A1 (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | 日東電工株式会社 | 映像鑑賞設備 |
| JP2011075911A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Fujifilm Corp | 位相差フィルム、その製造方法、並びにそれを有する偏光板及び液晶表示装置 |
| JP2012190645A (ja) * | 2011-03-10 | 2012-10-04 | Panasonic Corp | 発光装置 |
| WO2014027459A1 (ja) * | 2012-08-14 | 2014-02-20 | 日本電気株式会社 | 光学素子、光学装置及び映像表示装置 |
| JP2018082262A (ja) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | 日東電工株式会社 | 光通信装置及び偏光板のセット |
| CN109997061A (zh) * | 2016-11-30 | 2019-07-09 | 日本瑞翁株式会社 | 光学层叠体、圆偏振片、触控面板和图像显示装置 |
| WO2020077319A2 (en) | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Gary Sharp Innovations, Llc | Polarization-based filters with angle-sensitive transmission |
| JP2020535463A (ja) * | 2018-06-05 | 2020-12-03 | エルジー・ケム・リミテッド | 積層体およびこれを含む液晶表示装置 |
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Cited By (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004088366A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Nitto Denko Corporation | 広帯域コレステリック液晶フィルムの製造方法、円偏光板、直線偏光素子、照明装置および液晶表示装置 |
| WO2004088367A1 (ja) * | 2003-03-31 | 2004-10-14 | Nitto Deno Corporation | 広帯域コレステリック液晶フィルムの製造方法、円偏光板、直線偏光素子、照明装置および液晶表示装置 |
| WO2006014041A1 (en) * | 2004-08-02 | 2006-02-09 | Samsung Fine Chemicals Co.,Ltd | Broadband reflective polarizer for liquid crystal display using overcoating method |
| US7486376B2 (en) | 2004-08-02 | 2009-02-03 | Samsung Fine Chemicals Co., Ltd. | Broadband reflective polarizer for liquid crystal display using overcoating method |
| WO2009139260A1 (ja) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | 日東電工株式会社 | 映像鑑賞設備 |
| US8400591B2 (en) | 2008-05-15 | 2013-03-19 | Nitto Denko Corporation | Video image evaluation equipment |
| JP2011075911A (ja) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Fujifilm Corp | 位相差フィルム、その製造方法、並びにそれを有する偏光板及び液晶表示装置 |
| JP2012190645A (ja) * | 2011-03-10 | 2012-10-04 | Panasonic Corp | 発光装置 |
| WO2014027459A1 (ja) * | 2012-08-14 | 2014-02-20 | 日本電気株式会社 | 光学素子、光学装置及び映像表示装置 |
| JPWO2014027459A1 (ja) * | 2012-08-14 | 2016-07-25 | 日本電気株式会社 | 光学素子、光学装置及び映像表示装置 |
| JP2018082262A (ja) * | 2016-11-15 | 2018-05-24 | 日東電工株式会社 | 光通信装置及び偏光板のセット |
| US11598910B2 (en) | 2016-11-15 | 2023-03-07 | Nitto Denko Corporation | Optical communication device and polarization plate set |
| CN109997061A (zh) * | 2016-11-30 | 2019-07-09 | 日本瑞翁株式会社 | 光学层叠体、圆偏振片、触控面板和图像显示装置 |
| CN109997061B (zh) * | 2016-11-30 | 2022-07-15 | 日本瑞翁株式会社 | 光学层叠体、圆偏振片、触控面板和图像显示装置 |
| JP2020535463A (ja) * | 2018-06-05 | 2020-12-03 | エルジー・ケム・リミテッド | 積層体およびこれを含む液晶表示装置 |
| WO2020077319A2 (en) | 2018-10-12 | 2020-04-16 | Gary Sharp Innovations, Llc | Polarization-based filters with angle-sensitive transmission |
| JP2022504675A (ja) * | 2018-10-12 | 2022-01-13 | ゲイリー シャープ イノベーションズ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 角度感受性の透過率を有する偏光系フィルタ |
| EP3850407A4 (en) * | 2018-10-12 | 2022-10-05 | Gary Sharp Innovations, Inc. | ANGLE-SENSITIVE TRANSMISSION POLARIZATION BASED FILTERS |
| US11703622B2 (en) | 2018-10-12 | 2023-07-18 | Meta Platforms Technologies, Llc | Polarization-based filters with angle-sensitive transmission having circular polarizers |
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