【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光の偏光状態を変換する偏光変換フイルムに関する。また、光源の光の透過率が高い偏光素子、および輝度向上効果の高い液晶表示装置に関する。さらに、該偏光変換フイルムの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
偏光素子は、太陽光のような自然光やランプのような光源からの光を透過させると、直線偏光、円偏光、楕円偏光など種々の偏光状態の光を生成することができ、電界制御複屈折モード、あるいはツイストネマティックモードなど主要な液晶表示装置の重要部材として極めて広範囲に使用されている（佐藤進著「液晶とその応用」産業図書刊、９６〜１１５頁に記載）。
【０００３】
液晶表示装置に用いられる偏光素子としては、一般にヨウ素系や染料系の二色性偏光素子が多く使われている。こうした二色性偏光素子は、電場ベクトルが直交する２つの偏光成分のうち、一方のみを吸収して透過させず、もう一方の偏光成分を透過させることによって直線偏光を生成させる。ただし、光吸収を利用することによって直線偏光を生成するので、偏光度が１００％に近い場合、原理的に光透過率の上限は５０％となる。
従って、こうした二色性偏光素子が用いられる実際の液晶表示装置では、光源の半分以下の光しか利用できず、ディスプレイ輝度が低いという問題がある。
そのため、従来、光源の光利用効率を向上すべく、光源からの光に偏光変換を施す手段がいくつか提案されている（特開昭６３−１２１８２１号、特開平５−２２４１７５号、同５−２３２４３３号等の各公報に記載）。
透過型液晶表示装置への用途では、以下の反射方式と散乱方式の輝度向上フイルムが、既に、工業化され広く使用されている。
【０００４】
１．異方性反射方式
一軸延伸フイルムと未延伸フイルムを多重に積層して、延伸方向の屈折率差を大きくする事により反射率ならびに透過率の異方性を有する偏光素子、そしてこの素子と通常の二色性偏光素子を積層してバックライト側の偏光素子として用いることによりバックライトの光利用効率を高める方法が提案されている（ＷＯ９５／１７６９１号、ＷＯ９５／１７６９２号、ＷＯ９５／１７６９９号など）。多層膜方式では、偏光度を大きくするため、積層数を数十層以上にする必要があり生産性を増大しにくい問題があるが、正面輝度向上効果が大きい。
また、ピッチ長の異なるコレステリック液晶を垂直配向した状態で積層し、λ／４板と組み合わせる方式も提案されている（ＥＰ６０６９４０Ａ２、特開平８−２７１７３１号など）。
【０００５】
２．異方性散乱方式
ＷＯ９７／３２２２３号、ＷＯ９７／３２２２４号、ＷＯ９７／３２２２５号、ＷＯ９７／３２２２６号の各明細書、および特開平９−２７４１０８号、同１１−１７４２３１号の各公報には、正の固有複屈折性ポリマーと負の固有複屈折性ポリマーをブレンドし一軸延伸することで異方性散乱体を作製し、通常の二色性偏光素子と組み合わせて用いることによりバックライトの光利用効率を高める方法が記載されている。この異方性散乱方式は輝度の視野角依存性が小さい特徴を有しているが、正面輝度向上度は前述の異方性反射方式よりも小さい。
【０００６】
一方、反射型液晶表示装置は、バックライトが不要で消費電力が小さいために、情報携帯末端、携帯型ゲーム機や携帯電話のような携帯装置のディスプレイとして利用されており、今後、急速に市場拡大していくと予想されている。反射型液晶表示装置は、反射板、液晶セル、および偏光フイルムがこの順に積層されている基本構造を有する。液晶セルの表示モードについては、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＳＴＮ（Ｓｕｐｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＨＡＮ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＨＰＤＬＣ（Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）のような様々な表示モードが提案されている。この中でもＴＮモードおよびＳＴＮモードの反射型液晶表示装置が、既に実用化され広範囲に使用されている。
反射型液晶表示装置は外光が弱くなると、反射輝度が低下し、使用できなくなる。このため、外光の反射光を利用して反射表示を行うとともに、バックライトの透過光を利用して透過表示を行う半透過型液晶表示装置が提案され、主に携帯端末モジュール用として利用されている。
【０００７】
上述の異方性反射方式および異方性散乱方式の輝度向上フイルムでは、入射する光の一部が入射側に反射もしくは散乱される。透過型液晶表示装置においては、その光をバックライト部分で反射し再利用することができるので、全体として光の利用効率を高め輝度を向上することができるのであるが、反射型液晶表示装置および反射モード時の半透過型液晶表示装置においては、光の入射側に反射もしくは散乱した光は大気中に出射され再利用できないため、原理的に輝度向上できない。
【０００８】
また、特表平１０−５０５４３５号公報には、偏光成分の方向を制御する層の間に偏光回転層を配置する偏光素子により、偏光していないビームを同一の偏光方向を有する偏光したビームにほぼ完全に変換することができる方法が記載されている。
しかし、上述した偏光素子は、画像投射装置用の小面積の素子であり、液晶表示装置などのディスプレイ用として大面積の素子として生産性良く製造するのは困難である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の諸問題を鑑み、液晶表示装置などのディスプレイ用として、光利用効率を高めることができ、特に、反射型及び半透過型液晶表示素子において輝度向上効果が高く、生産性に優れる偏光変換フイルムを提供することを課題とする。
また、本発明は、該偏光変換フイルムを利用し、光透過率が高い偏光素子、および輝度が向上した液晶表示装置を提供することも課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記課題は、下記の構成により達成されることが見出された。
１．偏光していない入射光を電場ベクトルが互いに直交する２つの直線偏光に分離する偏光分離層と、直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなる偏光変換フイルムにおいて、該偏光分離層がプリズムと複屈折性を有する複屈折層とからなり、該偏光変換層がフイルム面に対して傾斜配向した複屈折性化合物を有することを特徴とする偏光変換フイルム。
２．該偏光分離層が、入射する非偏光を該偏光分離層のプリズムと複屈折層の界面において電場ベクトルが互いに直交する２つの直線偏光に分離し、入射する非偏光に対して一方の直線偏光を直進させ、もう一方の直線偏光を屈折させることを特徴とする上記１記載の偏光変換フイルム。
３．該偏光変換層が、該偏光変換層の表面に対して垂直に入射する直線偏光の偏光状態は変更せず、傾斜して入射する直線偏光の偏光状態を変換することを特徴とする上記１または２に記載の偏光変換フイルム。
４．該偏光変換層が有する複屈折性化合物が１軸性であることを特徴とする上記１〜３のいずれかに記載の偏光変換フイルム。
５．該１軸性の複屈折性化合物の遅相軸が、偏光分離層を直進して透過する直線偏光の電場ベクトルに対し平行もしくは垂直で、偏光分離層を屈折して透過する直線偏光の電場ベクトルに対し平行でも垂直でもないことを特徴とする上記４記載の偏光変換フイルム。
６．該１軸性の複屈折性化合物が、液晶形成性化合物であることを特徴とする上記４または５に記載の偏光変換フイルム。
【００１１】
７．電場ベクトルが互いに直交する２つの直線偏光の一方を吸収し、他方を実質的に透過する光吸収型偏光素子と、上記１〜６のいずれかに記載の偏光変換フイルムとが、光吸収型偏光素子の偏光透過軸と偏光変換フイルムの偏光透過軸とが実質的に平行になるように配置されていることを特徴とする偏光素子。
８．バックライトおよび偏光素子を備えた液晶表示装置であって、偏光素子として上記７記載の偏光素子をバックライト側に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
９．反射板、液晶セル、λ／４板および偏光素子がこの順に積層されている反射型液晶表示装置であって、偏光素子が上記７記載の偏光素子であることを特徴とする反射型液晶表示装置。
１０．バックライト、円偏光板、および反射型としても透過型としても使用可能な液晶表示素子を少なくとも有する半透過型の液晶表示装置であって、偏光素子が上記７記載の偏光素子であることを特徴とする半透過型の液晶表示装置。
１１．上記１〜６のいずれかに記載の偏光変換フイルムの製造方法であって、偏光分離層および偏光変換層を長尺のロール形態で連続した一貫工程により設けることを特徴とする偏光変換フイルムの製造方法。
【００１２】
本発明の偏光変換フイルムは、プリズムと複屈折性を有する複屈折層とからなる偏光分離層、およびフイルム面に対して傾斜配向した複屈折性化合物を有する偏光変換層からなることを特徴とするものである。非偏光の入射光は、偏光分離層のプリズムと複屈折層との界面で、電場ベクトルが互いに直交する２つの直線偏光に分離され、偏光変換層にて、分離された一方の直線偏光はその偏光状態が変換される。したがって、本発明の偏光変換フイルムを透過させることで、非偏光の入射光を全体として、偏光分離層で分離された直線偏光のうち偏光変換層で変換されない直線偏光の偏光方向（偏光変換フイルムの「偏光透過軸」）にほぼ揃った光として出射させることができる。
本発明の偏光変換フイルムと通常の光吸収型偏光素子とを、偏光変換フイルムの偏光透過軸と光吸収型偏光素子の光透過軸とが実質平行になるように組み合わせると、光透過率の高い偏光素子が実現することができる。
また、本発明の偏光変換フイルムと光吸収型偏光素子とを組み合わせたこの偏光素子を偏光板として液晶表示装置に用いることで、光源の光利用効率が高く、輝度が向上した液晶表示装置を実現することができる。
【００１３】
さらに、本発明の偏光変換フイルムは、長尺ロールの形態で各層を連続的に一貫した工程で設けることができるので、大面積で、かつ生産性良く製造することも可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について更に詳細に説明する。
図１に、本発明の偏光変換フイルムでの偏光変換の仕組みの概略を示す。
非偏光の入射光Ｌが偏光変換層１に入射すると、プリズムと複屈折層の界面（図示せず）にて、電場ベクトル（偏光方向）が互いに直交する２つの直線偏光（偏光方向ａ、ｂ）に分離角θで分離する。この際、プリズムの屈折率と複屈折層の屈折率を調整することで、２つの直線偏光のうち、一方を直進させ（偏光Ｌ１；偏光方向ａ）、他方を屈折させる（偏光Ｌ２；偏光方向ｂ）ことができる。
分離した２つの直線偏光Ｌ１、Ｌ２は、続けて、偏光変換層２に入射する。偏光変換層２は、フイルム面に対し傾斜配向（傾斜角φ）した複屈折性化合物を有し、偏光分離層１で屈折し偏光変換層２に傾斜して入射してきた偏光Ｌ２に作用し、その偏光状態を変換する。複屈折性化合物の固有複屈折の大きさや傾斜角φを調整することにより、偏光Ｌ２の偏光方向を方向ｂから方向ａ’（≒ａ）に回転させることが可能であり、偏光方向ａにほぼ揃った直線偏光の光を取り出すことができる。
【００１５】
以下、本発明の偏光変換フイルムの各層について、詳しく説明する。
（偏光分離層）
図２に、本発明の偏光変換フイルムにおける偏光分離層の概略断面図を示す。
偏光分離層１はプリズム１４と複屈折性を有する複屈折層１１とから構成される。
プリズム１４は光学的に等方的な材料（屈折率ｎｃ）からなり、複屈折層１１は固有複屈折Δｎ＝ｎｅ−ｎｏを有する材料からなる。
ここで、ｎｅは異常光屈折率、ｎｏは常光屈折率である。複屈折層中でｎｅを示す方向とｎｏを示す方向は直交し、ｎｅ＞ｎｏの場合にはそれぞれ対応する方向が複屈折層の遅相軸、進相軸となる（以下、一般的なｎｅ＞ｎｏの場合を想定して説明するが、ｎｅ＜ｎｏの場合には遅相軸、進相軸は反対になる）。
プリズム１４と複屈折層１１は直接接触させ、複屈折層１１の進相軸とプリズム１４との屈折率はほぼ一致させ（ｎｏ≒ｎｃ）、複屈折層１１の遅相軸とプリズムとの屈折率が大きく異なる（ｎｅ≠ｎｃ）ように構成することが好ましい。複屈折化合物を配向方向としては、図２において、進相軸の方向が紙面に平行（方向ａ）、遅相軸の方向が紙面に垂直（方向ｂ）となるようにするのが好ましい。この場合、複屈折層１１の進相軸方向の偏光はプリズムと複屈折層との屈折率差がないため直進するが（偏光Ｌ１）、複屈折層１１の遅相軸方向の偏光はプリズムと複屈折層との屈折率差が大きいため屈折するので（偏光Ｌ２）、電場ベクトル（偏光方向）が互いに直交する２つの直線偏光を分離することができる。
分離角θは、固有複屈折Δｎの大きさに依存し、Δｎが大きい程、θは大きくなる。本発明の偏光分離層の好ましいΔｎは０．０５以上であり、さらに好ましくは０．０８以上である。本発明の偏光分離層の偏光分離角θは好ましくは３°以上であり、さらに好ましくは５°以上である。
【００１６】
プリズムを構成する材料は、透明で光学的に等方的なポリマー材料が好ましく、例えば、ポリオレフィン（例、ポリエチレン）、ノルボルネン樹脂、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、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリアリレート、ポリスルフォン、ポリエーテルスルホン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、セルロースエステル（例、セルロースアセテート）が好ましく使用される。市販のポリマーでは、日本ゼオン（株）製のゼオネックス、ゼオノア、日本合成ゴム（株）製のＡＲＴＯＮ、富士写真フイルム（株）製のフジタックを好ましく使用することができる。この中でも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、ポリカーボネートが特に好ましく、市販のポリマーでは、フジタック（富士写真フイルム（株）製）、ゼオノア（日本ゼオン（株）製）が特に好ましい。
【００１７】
セルロースアセテートの原料綿、セルロースアセテート溶液およびフイルム作製法、セルロースアセテートの溶剤、可塑剤、劣化防止剤、紫外線吸収剤、光学異方性コントロール剤、微粒子、剥離剤等の添加剤、溶解工程、流延、乾燥、延伸工程等の製造工程、表面処理、下塗り、バック素材、機能層については発明協会公開技報２００１−１７４５号、７頁から５９頁に記載されたものを参考とし、使用することができる。但し、セルロースアセテートの溶剤については、さらに炭素原子数１〜７のハロゲン化炭化水素、中でもメチレンクロライドを好ましく使用することができる。
【００１８】
プリズムの形状には、偏光分離とそれに続く偏光変換で所望の結果を得られれば特に限定はないが、頂角α（図２参照）が好ましくは２０°〜１５０°、より好ましくは３０°〜１２０°、高さｈ（図２参照）が好ましくは０．１μｍ〜８０μｍ、より好ましくは０．５μｍ〜４０μｍであることが望ましい。
プリズム構造は、断面が三角形状のプリズム列を形成したキヤビティを有する金型を型締めした状態で透明樹脂材料を金型内に充填または注入して成形して作製してもよいし、プリズムパターンが形成された成形型に活性エネルギー線硬化型樹脂組成物を塗布し、活性エネルギー線を透過する透明基材を重ね合わせて積層し、前記活性エネルギー線を照射して硬化させて作製してもよい。
【００１９】
次に複屈折層について説明する。
本発明の複屈折層は、屈折率異方性材料を主成分として構成されることが好ましく、延伸、光照射、電場印加、磁場印加などのうち少なくともひとつ手段を用いて屈折率異方性材料を一軸配向させ複屈折性を持たせることが好ましい。
【００２０】
屈折率異方性材料は、互いに偏光方向が直交する直線偏光の一方に対する屈折率と他方に対する屈折率が異なり、すなわち常光屈折率（ｎｏ）と異常光屈折率（ｎｅ）を有する材料である。なかでも液晶性化合物を用いることことが好ましい。
そのような液晶性化合物としては、常光屈折率（ｎｏ）と異常光屈折率（ｎｅ）の差の大きな、すなわち固有複屈折の大きな液晶性化合物が好ましい。好ましい固有複屈折は０．０５であるが、さらに好ましくは０．０８である。
該液晶性化合物の常光屈折率ｎ０とプリズムを構成する高分子素材の屈折率との差は０．０５未満であることが好ましく、さらに０．０３未満であることが好ましい。また、該液晶性化合物の異常光屈折率ｎｅとプリズムを構成する高分子素材の屈折率との差は０．０３以上であることが好ましく、さらに０．０５以上であることが好ましい。
【００２１】
本発明の複屈折層に使用できる液晶性化合物としては、室温もしくは加熱することによってネマチック相もしくはスメクチック相を示す低分子液晶、例えば、シアノビフェニル系液晶、シアノフェニルシクロヘキサン系液晶、シアノフェニルエステル系液晶、安息香酸フェニルエステル系液晶、フェニルピリミジン系液晶、もしくはそれらの混合物を挙げることができる。また、室温もしくは加熱状態でネマチック相もしくはスメクティック相を示す高分子液晶を使用することもできる。
【００２２】
本発明では棒状の液晶性化合物を好ましく使用することができる。本発明に使用される棒状液晶性化合物およびその組成物については、季刊化学総説 第２２巻 液晶の化学（１９９４年）日本化学会編の第４章、第７章，第１０章、および液晶デバイスハンドブック 日本学術振興会第１４２委員会編の第３章に記載された化合物および組成物を参考にすることができる。本発明では特にネマチック相を示す棒状の液晶性化合物を好ましく使用することができる。
【００２３】
液晶性化合物の配向状態は長期間または温度、湿度や機械的変形に対し、安定に維持するのが困難な場合が多い。配向状態を長期間にわたって維持するため、重合性の液晶性化合物を使用し、配向状態で重合させ、架橋網目構造を形成させることが望ましい。重合性の液晶性化合物の重合手段としては、熱重合、光重合のいずれを使用することもできるが、本発明では紫外線を用いた光重合が好ましく用いられる。重合性基はエチレン性不飽和基であることが好ましく、液晶性化合物当り、少なくとも１個導入されていることが好ましい。耐熱性及び配向の均一性の点から、棒状液晶分子の両末端に光重合性基を有する二官能重合性液晶化合物が本発明では特に好ましく用いられる。
本発明に好ましく使用される液晶性化合物の例を、以下に挙げるが本発明はこれに限定されるものではない。
【００２４】
【化１】
【００２５】
【化２】
【００２６】
【化３】
【００２７】
【化４】
【００２８】
【化５】
【００２９】
【化６】
【００３０】
【化７】
【００３１】
【化８】
【００３２】
【化９】
【００３３】
【化１０】
【００３４】
【化１１】
【００３５】
【化１２】
【００３６】
【化１３】
【００３７】
液晶性化合物の好ましい使用量は、プリズムを構成する高分子材料１ｇあたり、０．００１〜２．０ｇが好ましく、０．０１〜１．５ｇがさらに好ましい。
【００３８】
本発明の複屈折層を構成する液晶性化合物が光を用いてラジカル重合される場合に好ましく使用される光重合開始剤は、例えば、２，４−ジエチルチオキサントン、２−クロロチオキサントンなどのチオキサントン系光重合開始剤、ベンゾフェノン、（４−（メチルフェニルチオ）フェニル）フェニルメタノンなどのベンゾフェノン系光重合開始剤、エチルアントラキノンなどのアントラキノン系光重合開始剤、Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ． Ｉｎｃ．製のＩｒｇａｃｕｒｅ１８４、Ｉｒｇａｃｕｒｅ３６９、Ｉｒｇａｃｕｒｅ５００、Ｉｒｇａｃｕｒｅ６５１、Ｉｒｇａｃｕｒｅ７８４、Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９、Ｉｒｇａｃｕｒｅ９０７、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１０００、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１３００、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１７００、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８００、Ｉｒｇａｃｕｒｅ１８５０、Ｉｒｇａｃｕｒｅ２９５９、Ｄａｒｏｃｕｒ １１７３， Ｄａｒｏｃｕｒ ４２６５等が挙げられる。光重合開始剤の好ましい添加量は重合性の液晶性化合物の総量に対し０．０１質量％以上２０質量％以下であり、さらに好ましくは０．５質量％以上１０質量％以下である。
【００３９】
また、上述の光重合性開始剤には分光増感剤やｐ−ジメチルアミノ安息香酸イソアミルエステルやｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステルなどの光重合促進剤を添加することも好ましく行われる。分光増感剤や光重合促進剤を添加する場合の好ましい添加量は光重合開始剤の１０質量％以上３００質量％未満であり、さらに好ましくは２０質量％以上２００質量％未満である。
【００４０】
本発明の複屈折層は液晶性化合物および光重合性開始剤などを添加した液をプリズム上に塗布後、乾燥し、さらに配向させて光照射により配向固定させて製造することが好ましい。
【００４１】
塗布方法は、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法やエクストルージョンコート法（米国特許２６８１２９４号明細書）等が好ましく使用される。２層以上を同時に塗布してもよい。同時塗布の方法は、米国特許２７６１７９１号、同２９４１８９８号、同３５０８９４７号、同３５２６５２８号の各明細書および原崎勇次著、コーティング工学、２５３頁、朝倉書店（１９７３）を参照することができる。
【００４２】
複屈折層を構成する液晶性化合物は、配向膜、光照射、電場印加、磁場印加などのうち少なくともひとつの手段を用いて一軸配向させることが好ましい。
【００４３】
（１）配向膜
配向膜を用いて液晶性化合物を一軸配向させる場合、ポリイミドもしくはポリビニルアルコールのようなポリマーを配向膜として使用することが好ましい。これらの配向膜を塗設し、ラビングもしくは直線偏光照射により配向性を付与することが好ましい。配向膜の好ましい膜厚は０．０１μｍ以上５μｍ以下である。
【００４４】
（２）光配向法
光照射で液晶性化合物を一軸配向させる場合、光化学反応性基を含有する化合物を液晶性化合物および／もしくは光学等方性バインダーに添加することが好ましく行われる。光化学反応性基は光エネルギーを吸収して励起した状態を経由して、光分解、光架橋、光重合、光酸化還元、光転移、光異性化を行う官能基を意味し、本発明では光架橋および／もしくは光異性化反応を行う官能基を特に好ましく使用することができる。
【００４５】
光架橋性官能基は光照射により分子内の結合が切断されたり、あるいは結合の一部が開裂することによって生成したラジカルなどの活性分子が互いに結合したり（光二量化）、あるいは他の分子をラジカル化して結合反応をする官能基である。このような光架橋性官能基は、例えば、シンナモイル基、シンナミリデン基、ジアゾ基、アジド基、アクリロイル基、カルコン基、クマリン基などが挙げられるが、この中でも本発明ではシンナモイル基、シンナミリデン基、カルコン基、クマリン基などの光二量化性官能基が特に好ましい。
【００４６】
光異性化反応を行う官能基としては、例えば、光照射によりシス−トランス異性化するアゾベンゼン基（Ｋ．Ｉｃｈｉｍｕｒａ ｅｔ ａｌ ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ．Ｖｏｌ．４，２） ； Ｋ．Ｉｃｈｉｍｕｒａ ｅｔ ａｌ ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．６３，Ｎｏ．４，Ｐａｇｅ４４９（１９９３）； Ｎ．Ｉｓｈｉｚｕｋｉ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ．Ｖｏｌ．９，Ｐａｇｅ３２９８（１９９３） ； Ｎ．Ｉｓｈｉｚｕｋｉ，Ｌａｎｇｍｕｉｒ．Ｖｏｌ．９，Ｐａｇｅ８５７（１９９３））、ヒドラゾノ−β−ケトエステル基（Ｓ．Ｙａｍａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ，Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ，Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．２，ｐａｇｅ１８９（１９９３））、スチルベン基（市村國宏他、高分子論文集、第４７巻、１０号、７７１頁（１９９０））、およびスピロピラン基（Ｋ．Ｉｃｈｉｍｕｒａ ｅｔ ａｌ ，Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｐａｇｅ１０６３（１９９２） ； Ｋ．Ｉｃｈｉｍｕｒａ ｅｔ ａｌ ，Ｔｈｉｎ Ｓｏｌｉｄ Ｆｉｌｍｓ，Ｖｏｌ．２３５，Ｐａｇｅ１０１（１９９３））が挙げられる。この中でもアゾベンゼン基およびスチルベン基を好ましく使用することができる。
【００４７】
光化学反応性化合物の好ましい使用量は、液晶性化合物１ｇあたり、０．００１〜１ｇが好ましく。０．０１〜０．１ｇがさらに好ましい。
【００４８】
本発明に好ましく使用される光化学反応性化合物の好ましい例を以下に列挙するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４９】
【化１４】
【００５０】
光配向は、直線偏光照射もしくは斜め非偏光照射により好ましく行われる。照射光の波長は用いる光化学反応性化合物が光学吸収を有する波長領域を好ましく使用することができるが、本発明では１９０ｎｍ以上５００ｎｍ未満であることが好ましく、さらに好ましくは２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ未満である。光源は、超高圧水銀ランプ、フラッシュ水銀ランプ、高圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、低圧水銀ランプ、Ｄｅｅｐ ＵＶランプ、クセノンランプ、クセノンフラッシュランプ、メタルハライドランプを好ましく使用することができる。直線偏光を用いて光配向させる場合、光源から出射された紫外線は偏光素子を通過させて直線偏光とすることが好ましい。偏光素子としてはグランテーラー型プリズムやグラントムソン型プリズムなどのプリズム系素子もしくはブリュースター角を利用した反射型偏光素子であることが好ましい。照射光量は、１〜２０００ｍＪ／ｃｍ２であることが好ましく、さらに好ましくは５〜１０００ｍＪ／ｃｍ２である。短時間で光学的異方性を発現させるため、加熱しながら直線偏光を照射することも本発明では好ましく行われる。直線偏光照射時の好ましい基板の温度範囲は０℃以上２００℃未満であり、さらに好ましくは１０℃以上１５０℃未満である。また、斜め非偏光照射を用いて光配向させる場合、Ｐｏｌｙｍ． Ｍａｔｅｒ． Ｓｃｉ． Ｅｎｇ．， ６６， ｐ２６３（１９９２）に記載されているような方法を好ましく使用することができる。
【００５１】
（３）電場配向法
本発明の液晶性化合物を塗布したフイルムを電極間に挿入し、１Ｖ以上５０ｋＶ未満の電圧を印加することで液晶性化合物を一軸配向することができる。また、電圧印加は液晶性化合物が液晶相を形成する温度範囲で行い、配向状態で紫外線照射して配向状態を固定化することが好ましく行われる。
【００５２】
（４）磁場配向法
液晶性化合物を塗布したフイルムを電磁コイルを備えた磁場配向装置の磁極間に挿入し、０．２Ｔ以上１０Ｔ未満の磁場を印加することで液晶性化合物を一軸配向することができる。また、磁場印加は液晶性化合物が液晶相を形成する温度範囲で行い、配向状態で紫外線照射して配向状態を固定化することが好ましく行われる。
【００５３】
上述の（１）〜（４）のうち少なくともひとつの手段を用いて液晶性化合物を一軸配向させることが好ましい。液晶性化合物を配向させた後は、紫外線照射して配向状態を固定化することが好ましい。紫外線照射重合の照射光波長、照射光量、光源、照射時の基板温度は、前述の光配向法の場合と同じである。光配向法を用いる場合、光配向に使用する照射光波長と重合性の液晶性化合物を光重合させるための照射光波長は異なっている方が好ましい。
【００５４】
一軸配向させた結果、複屈折層中で液晶性分子が、プリズムの稜線に対し、いかなる形で配向しても構わないが、特にプリズムの稜線に対し平行状態で配向しているのが好ましい。
【００５５】
上述のように液晶性化合物をプリズム上に塗布し、液晶性分子を配向させ、さらに必要に応じ配向状態の液晶性分子を光重合することで複屈折層を形成し偏光分離層を作製することができる。
複屈折層は、プリズムの頂点から好ましくは０．１〜１０μｍ、より好ましくは０．２〜５μｍの厚みを持たせるように形成するのが望ましい。
【００５６】
（偏光変換層）
次に本発明の偏光変換層について説明する。
偏光変換層は、偏光分離層で分離された電場ベクトル（偏光方向）が互いに直交する２種の直線偏光のうち、直進する直線偏光（偏光Ｌ１）、すなわち複屈折層とプリズムの屈折率が一致する方向（一般に複屈折層の進相軸）が偏光方向となる直線偏光の偏光状態は変更せず、傾斜して進行する偏光（偏光Ｌ２）、すなわち複屈折層とプリズムの屈折率が不一致の方向（一般に複屈折層の遅相軸）が偏光方向となる直線偏光の偏光状態を（ｂからａ’偏光方向を）変換する機能を有する（図１参照）。
【００５７】
偏光変換層は複屈折性化合物を主成分として含む。複屈折性化合物は、好ましくは１軸配向の複屈折性化合物、より好ましくは液晶形成性化合物であり、液晶形成性化合物としては、前述の複屈折層に使用する液晶性化合物が同様に好ましく使用することができる。
複屈折性化合物は、前記偏光Ｌ２の偏光状態を変換するために、フイルム面に対して傾斜配向していることが必要で、偏光分離層で屈折せず直進して透過してくる光の進行方向に対して傾斜していればよい。また、複屈折性化合物の遅相軸が、前記偏光Ｌ１の偏光方向に対しては平行もしくは垂直で、前記偏光Ｌ２に対しては平行でも垂直でもないように傾斜させることが好ましい。
複屈折性化合物の固有複屈折、フイルム面からの傾斜角φや配向状態、偏光変換層の層厚等を調整することにより、前記偏光Ｌ２が前記偏光Ｌ１の偏光状態と一致するように変換することができる。
【００５８】
液晶性化合物を用いる場合、傾斜配向手段は、前述の複屈折層に使用する液晶性化合物を一軸配向させる手段として挙げた、光配向、電場配向、磁場配向等を使用することができ、それぞれ光照射の方向、電極や磁極を傾斜させ、斜め方向に電場あるいは磁場を印加し、配向状態でＵＶ光照射、あるいは急冷などを行うことで配向状態を固定することが好ましく行われる。配向膜を使用する場合は、チルト角の大きな配向膜を使用して液晶を傾斜配向させてもよい。
【００５９】
偏光変換層の層厚は、０．１〜１００μｍが好ましく、１〜２０μｍがより好ましい。
【００６０】
偏光変換層は、前述の複屈折層の形成方法と同じく、複屈折性化合物（好ましくは液晶性化合物）および光重合性開始剤などを添加した液を偏光分離層（複屈折層）上に塗布後、乾燥し、さらに配向させて光照射により配向固定させて製造することができる。
【００６１】
以上説明してきた偏光分離層と偏光変換層を、それぞれ長尺ロール形態として連続生産、あるいは大面積シートとして枚葉生産することにより、本発明の偏光変換フイルムは生産性良く製造することができる。
【００６２】
（偏光素子）
また、本発明の偏光変換フイルムは、好ましくは光吸収型偏光素子と組み合わせて使用される。光吸収型偏光素子は、直交する直線偏光の一方を吸収し、他方を実質的に透過する偏光素子であり、５倍以上に延伸したポリビニルアルコールフイルム中にＩ３ −やＩ５ −および／または有機二色性色素を高度に一軸配向させ、ホウ酸で架橋したものをセルローストリアセテートのような保護フイルムでサンドイッチしたものが一般に使用されている。このような光吸収型偏光素子の偏光度（以下の式で定義）は、９９％以上であることが好ましく、４００ｎｍ〜７００ｎｍの平均光線透過率は４０％以上であることが望ましい。
【００６３】
【数１】
【００６４】
式中、Ｐは透過軸を平行にした２枚の偏光素子を透過する光の透過率であり；そして、Ｃは透過軸を直交させた２枚の偏光素子を透過する光の透過率である。
【００６５】
本発明の偏光変換フイルムとの組み合わせは、光吸収型偏光素子と別々の偏光素子として使用してもよいし、光吸収型偏光素子の保護フイルムの一方を置換して光吸収型素子に一体化して使用してもよい。
本発明の偏光変換フイルムと光吸収型偏光素子とを組み合わせる際は、偏光変換フイルムの偏光透過軸と光吸収型偏光素子の透過軸とが実質的に平行になるように配置して使用することが望ましい。
【００６６】
（液晶表示装置、光学部材）
さらに、本発明の偏光変換フイルムは、各種用途に用いることができるが、ＬＣＤ用偏光板（例えばＴＮ、ＳＴＮ、ＯＣＢ、ＲＯＣＢ、ＥＣＢ、ＣＰＡ、ＩＰＳ、ＶＡなどの、透過型、反射型、半透過型液晶モードにおいて）等に好ましく用いられる。
また、各種光学部材、例えばλ／４板、λ／２板などの位相差フィルム、視野角拡大フィルム、防眩性フィルム、ハードコートフィルムなどと組み合わせて用いる場合にも適している。
特に、本発明の偏光変換フイルムは反射型液晶表示装置および半透過型液晶表示装置に用いられることが好ましい。
【００６７】
反射型液晶表示装置は、液晶セルの前面に偏光板とλ／４板とからなる円偏光板を、また液晶セルの背面に反射板を有し、前面側から取り込んだ光を反射板で反射させるとともに液晶セルで偏光状態を変調し、表示を行うものである。光を取り込む際に偏光板を透過させるため、従来の透過率が４０％程度の偏光板では光の利用効率は低くなってしまうが、本発明の偏光変換フイルムを偏光板と組み合わせることで、光の利用効率を上げ、表示装置としての輝度を向上させることができる。
取り込む光は外光でもよいが、円偏光板のさらに前面に光源と導光板とからなるフロントライトを設け、このフロントライトから光を取り込むのが好ましい。フロントライトとしては、ＳＩＤ’９５ Ｄｉｇｅｓｔ ｐ．３７に記載のマイクロプリズム構造のフロントライト、特開平１１−２１８７５７号公報に記載の傾斜型フロントライト、特開２００１−２３４２４号公報に記載のプリズム連続型フロントライト、特開平１１−１８４３８７号公報に記載の体積ホログラム型フロントライト等が挙げられる。
【００６８】
半透過型液晶表示装置は、上記反射型液晶表示装置において、液晶セルの背面側にも円偏光板とバックライトを設け、外光を取り込み反射型としても、バックライトからの光を利用した透過型としても用いることができるものである。上記反射型液晶表示装置と同じく、本発明の偏光変換フイルムを偏光板と組み合わせることで、光の利用効率を上げ、表示装置としての輝度を向上させることができる。
【００６９】
反射型、半透過型液晶表示装置において、円偏光板を構成するために偏光板と組み合わされるλ／４板としては、特開平５−２７１１８号および同５−２７１１９号の各公報に記載されたレターデーションが大きい複屈折性フイルムと、レターデーションが小さい複屈折率フイルムとを、それらの光軸が直交するように積層させた位相差板、特開平１０−６８８１６号公報に記載された、特定波長においてλ／４となっているポリマーフイルムと、それと同一材料からなり同じ波長においてλ／２となっているポリマーフイルムとを積層させて、広い波長領域でλ／４が得られる位相差板、特開平１０−９０５２１号公報に記載された二枚のポリマーフイルムを積層することにより広い波長領域でλ／４を達成できる位相差板、ＷＯ００／２６７０５号に記載された変性ポリカーボネートフイルムを用いた広い波長領域でλ／４を達成できる位相差板、ＷＯ００／６５３８４号に記載されたセルロースアセテートフイルムを用いた広い波長領域でλ／４を達成できる位相差板等を使用することができる。
λ／４板の遅相軸は、液晶材料や配向方向、視野角特性などを考慮して決定されるが、偏光板の透過軸（もしくは吸収軸）と４５°の角度で配置されることが望ましい。
また、λ／４板の光の波長に対する位相遅れの公差を補償するために、偏光板とλ／４板との間にλ／２板を配置することもある。
【００７０】
【実施例】
以下に本発明の実施例を記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１］
（１）プリズムフィルムの作製
下記の組成からなる紫外線硬化型樹脂液を、図３のように概略黄銅製の概略Ａ４サイズの板に、高さ３μｍ、頂角２６゜、低角６０°のプリズム形状を刻印した、実施例１のプリズム型に注入後、概略同サイズの厚さ８０μｍのタックフイルム（富士写真フイルム（株）製）を重ね合わせ、その後、該タックフイルムの上部３００ｍｍのところに設置した、８０ｗ／ｃｍの照射強度の６．４ｋｗのウエスタンクオーツ社製紫外線ランプにより，３０秒間紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、剥離してプリズムシートを得た。これをロールに貼り付けて、エンボス法により長尺のプリズムフィルムを作製した。
【００７１】
上記、樹脂組成物の重合後の屈折率は、ｎ＝１．６３であった。
【００７２】
（２）複屈折層の作製
（１）で作製したプリズムフィルムの上に、下記の組成の塗布液をバーコーターを用いて連続的に塗布、乾燥、および加熱（配向熟成）し、さらに紫外線照射して図４のような複屈折層を形成した。複屈折層はプリズムの稜線に平行な方向に遅相軸を有していた。５５０ｎｍにおける固有複屈折Δｎは０．１２であった。
【００７３】
［光学異方性層塗布液組成］
・下記の棒状液晶性分子（１） １４．５質量％
・下記の増感剤 １．０質量％
・下記の光重合開始剤 ３．０質量％
・下記の水平配向促進剤 １．０質量％
・メチルエチルケトン ８０．５質量％
【００７４】
【化１５】
【００７５】
【化１６】
【００７６】
【化１７】
【００７７】
【化１８】
【００７８】
（３）偏光変換層の作製
（２）で作製した複屈折層の上に配向膜（ポリビニルアルコール）の希釈液を塗布し、厚さ０．５μｍの配向膜を形成した。次いで、プリズムの稜線に平行にラビング処理を実施した。この後、（２）で使用したのと同じ複屈折層塗布液を膜厚３μｍとなるように塗布し、乾燥した。この後、該乾燥したフイルムをプリズム表面に対し４５度傾斜した電極間に挿入し、８０℃で５００Ｖの電圧印加を５分間行った。電圧印加を３分間行った時点で、１６０Ｗ／ｃｍの空冷メタルハライドランプ（アイグラフィックス（株）製、波長範囲２００〜５００ｎｍ、最大波長３６５ｎｍ）を用いて、照度２００ｍＷ／ｃｍ２、照射量４００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線をフイルムに照射して傾斜配向状態を保ったまま硬化させ、偏光変換層を作成した。液晶分子は、偏光分離層のプリズムの稜線に平行で、フイルム面に対してはおよそ４５°傾斜した状態で配向させた。
【００７９】
［実施例２］
（反射型液晶表示装置の作製）
市販の反射型液晶表示装置（カラーザウルスＭＩ−３１０、シャープ（株）製）の偏光板にアクリル系粘着剤を用い、実施例１で作製した偏光変換フイルムを偏光板の透過軸と偏光変換フイルムの偏光透過軸とが平行となるように貼り付けた。
作製した反射型液晶表示装置について、目視で評価を行ったところ、白表示、黒表示、そして中間調のいずれにおいても、色味がなく、ニュートラルグレイが表示されていることが確認できた。
次に、測定機（ＥＺｃｏｎｔｒａｓｔ１６０Ｄ、Ｅｌｄｉｍ社製）を用いて反射輝度を測定した。結果を表１に示す。
【００８０】
［比較例１］
（反射型液晶表示装置の作製）
実施例１の偏光変換フイルムを使用せず、市販の反射型液晶表示装置（カラーザウルスＭＩ−３１０、シャープ（株）製）の反射輝度を評価した。結果を表１に示す。
なお、表１の結果は、比較例１の反射輝度を１．００としたときの相対値で示す。
【００８１】
【表１】
【００８２】
表１に示されるように、本発明に従う液晶表示装置は、従来の偏光素子を用いた液晶表示装置と比較して、正面輝度が明らかに向上した。
また、実施例２の液晶表示装置の正面からのコントラスト比は２０であり、コントラスト比３となる視野角は、上下１２０゜以上、左右１２０゜以上であった。
【００８３】
［実施例３］
（１）半透過型液晶表示装置の作製
図５に示される半透過型液晶表示装置を作製し、実施例１で作製した偏光変換フイルムを前面側偏光板１０８の上側および背面側偏光板１１０の下側にそれぞれアクリル系粘着剤を用いて貼合した。
【００８４】
（２）半透過型液晶表示装置の評価
作製した半透過型液晶表示装置につき、下記の評価を行った。
▲１▼反射モード時の表示品位
ミノルタ（株）製の分光測色計ＣＭ−２００２を用いて液晶表示装置の白色表示の反射率と黒色表示の反射率とを測定し、コントラスト比を算出した。結果を表２に示した。
▲２▼透過モード時の表示品位
ＴＯＰＣＯＭ（株）製の輝度計ＢＭ−５Ａを用いてバックライト点灯時の液晶表示装置の白色表示の輝度と黒色表示の輝度とを測定し、コントラスト比を算出した。結果を表２に示した。
なお、比較として、偏光変換フイルムを貼合しない場合の値も示す。
【００８５】
【表２】
【００８６】
本発明の偏光変換フイルムにより、簡単な構成で、反射モード時、透過モード時のいずれでも、輝度が向上させることができることが分かる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明の偏光変換フイルムにより、非偏光の入射光を同一の偏光方向を有する偏光に変換することができ、しかも出射光の入射光に対する損失が低く、光利用効率が高めることができる。また、液晶表示装置などのディスプレイ用として用いると、光源の光利用効率が高めることができ、特に、反射型及び半透過型液晶表示素子において輝度向上効果が高い。さらに、本発明の偏光変換フイルムは大面積で生産性よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の偏光変換フイルムでの偏光変換の仕組みを示す概略図である。
【図２】偏光分離層の断面の概略図である。
【図３】プリズムの製造例を示す図である。
【図４】実施例で作製した偏光分離層の断面の概略図である。
【図５】半透明型液晶表示装置を模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
１ 偏光分離層
２ 偏光変換層
１１ 複屈折層
１２ タックフイルム
１３ ベースフイルム（タックフイルム）
１４ プリズム
１６ プリズム金型
１７ 紫外線硬化性樹脂液
１０３ 前面側基板
１０４ 背面側基板
１０５ 液晶部
１０６ 前面電極
１０７ 背面電極
１０８ 前面側円偏光板
１１０ 背面側円偏光板
１１２ バックライト
１１３ 二端子素子
１２２ 信号電極
１２４ 絶縁層
１２５ 二端子素子内の上部電極
１４１ 半透過型液晶表示装置
１４２ カラーフィルタ
ａ 偏光分離層を直進する直線偏光の偏光方向
ｂ 偏光分離層で屈折する直線偏光の偏光方向
Ｌ 入射光
Ｌ１ 偏光分離層で直進する直線偏光
Ｌ２ 偏光分離層で屈折する直線偏光
ｍ 複屈折性化合物
ｎｅ 遅相軸の方向（固有複屈折が正の場合）
θ 偏光分離角
φ 複屈折性化合物の傾斜角
α プリズムの頂角
ｈ プリズムの高さ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarization conversion film that converts the polarization state of light. The present invention also relates to a polarizing element having a high light transmittance of a light source and a liquid crystal display device having a high luminance improving effect. Furthermore, the present invention relates to a method for producing the polarization conversion film.
[0002]
[Prior art]
Polarizing elements can generate light in various polarization states, such as linearly polarized light, circularly polarized light, and elliptically polarized light, by transmitting natural light such as sunlight or light from a light source such as a lamp. It is used in a very wide range as an important member of a main liquid crystal display device such as a mode or a twisted nematic mode (described in Sato, “Liquid Crystal and its Applications”, Sangyo Tosho, pages 96-115).
[0003]
In general, iodine-based or dye-based dichroic polarizing elements are often used as polarizing elements used in liquid crystal display devices. Such a dichroic polarizing element generates linearly polarized light by transmitting only the other polarization component without absorbing and transmitting one of the two polarization components having orthogonal electric field vectors. However, since linearly polarized light is generated by utilizing light absorption, in principle, the upper limit of the light transmittance is 50% when the degree of polarization is close to 100%.
Therefore, in an actual liquid crystal display device using such a dichroic polarizing element, there is a problem that only half or less of the light source can be used and the display brightness is low.
For this reason, several means for performing polarization conversion on the light from the light source have been proposed in order to improve the light utilization efficiency of the light source (Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-121821, 5-224175, and 5- 232433).
For applications to transmissive liquid crystal display devices, the following reflection-type and scattering-type brightness enhancement films have already been industrialized and widely used.
[0004]
1. An anisotropic reflection type uniaxially stretched film and unstretched film are laminated in multiple layers to increase the difference in refractive index in the stretching direction, and a polarizing element having anisotropy in reflectance and transmittance. A method of increasing the light utilization efficiency of a backlight by laminating dichroic polarizing elements and using them as a polarizing element on the backlight side (WO95 / 17691, WO95 / 17692, WO95 / 17699, etc.) has been proposed. . In the multilayer film system, since the degree of polarization is increased, it is necessary to increase the number of stacked layers to several tens or more, and it is difficult to increase the productivity.
In addition, a method has been proposed in which cholesteric liquid crystals having different pitch lengths are stacked in a vertically aligned state and combined with a λ / 4 plate (EP606940A2, JP-A-8-271731, etc.).
[0005]
2. Anisotropic scattering methods WO97 / 32223, WO97 / 32224, WO97 / 32225, WO97 / 32226, and JP-A-9-274108 and 11-174231 include positive An anisotropic scatterer is made by blending an intrinsic birefringent polymer and a negative intrinsic birefringent polymer and uniaxially stretching, and using it in combination with an ordinary dichroic polarizing element improves the light utilization efficiency of the backlight. A method of enhancing is described. This anisotropic scattering method has a feature that the luminance depends on the viewing angle, but the front luminance improvement degree is smaller than that of the aforementioned anisotropic reflection method.
[0006]
On the other hand, reflective liquid crystal display devices are used as displays for portable devices such as portable information terminals, portable game consoles and mobile phones because they do not require a backlight and consume less power. It is expected to expand. The reflective liquid crystal display device has a basic structure in which a reflector, a liquid crystal cell, and a polarizing film are laminated in this order. As for the display mode of the liquid crystal cell, TN (Twisted Nematic), STN (Super Twisted Nematic), HAN (Hybrid Aligned Nematic), and HPDLC (Holographic Polymer Dispersed Liquid Display). Among them, TN mode and STN mode reflective liquid crystal display devices have already been put into practical use and are widely used.
When the external light becomes weak, the reflective liquid crystal display device has a reduced reflection luminance and cannot be used. For this reason, a transflective liquid crystal display device has been proposed that performs reflective display using reflected light of external light and performs transmissive display using transmitted light of a backlight, and is mainly used for portable terminal modules. ing.
[0007]
In the above-described anisotropic reflection system and anisotropic scattering system brightness enhancement film, part of incident light is reflected or scattered on the incident side. In the transmissive liquid crystal display device, the light can be reflected and reused by the backlight portion, so that the light use efficiency can be improved as a whole and the luminance can be improved. In the transflective liquid crystal display device in the reflection mode, the light reflected or scattered on the light incident side is emitted into the atmosphere and cannot be reused, so that the luminance cannot be improved in principle.
[0008]
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-505435, an unpolarized beam is converted into a polarized beam having the same polarization direction by a polarization element in which a polarization rotation layer is arranged between layers for controlling the direction of the polarization component. A method is described that can be converted almost completely.
However, the above-described polarizing element is a small-area element for an image projection apparatus, and is difficult to manufacture with high productivity as a large-area element for a display such as a liquid crystal display device.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above-described conventional problems, the present invention can increase the light utilization efficiency for displays such as liquid crystal display devices, and in particular, has a high brightness improvement effect in a reflective type and a transflective type liquid crystal display element. It is an object of the present invention to provide a polarization conversion film that is superior to the above.
Another object of the present invention is to provide a polarizing element having a high light transmittance and a liquid crystal display device having improved luminance by using the polarization conversion film.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
It has been found that the above-described problems of the present invention can be achieved by the following constitution.
1. In a polarization conversion film comprising a polarization separation layer that separates unpolarized incident light into two linearly polarized light whose electric field vectors are orthogonal to each other, and a polarization conversion layer that converts the polarization state of linearly polarized light, the polarization separation layer is a prism. And a birefringent layer having birefringence, wherein the polarization conversion layer has a birefringent compound tilted with respect to the film surface.
2. The polarization separation layer separates the incident non-polarized light into two linearly polarized light whose electric field vectors are orthogonal to each other at the interface between the prism and the birefringent layer of the polarization separation layer, and one linearly polarized light is separated from the incident non-polarized light. 2. The polarization conversion film according to 1 above, wherein the polarization conversion film is made to travel straight and refract the other linearly polarized light.
3. The polarization conversion layer converts the polarization state of linearly polarized light incident at an angle without changing the polarization state of linearly polarized light incident perpendicularly to the surface of the polarization conversion layer. 2. The polarization conversion film according to 2.
4). 4. The polarization conversion film as described in any one of 1 to 3 above, wherein the birefringent compound contained in the polarization conversion layer is uniaxial.
5). The slow axis of the uniaxial birefringent compound is parallel or perpendicular to the linearly polarized electric field vector that travels straight through the polarization separation layer, and the linearly polarized electric field vector that is refracted and transmitted through the polarization separation layer. 5. The polarization conversion film as described in 4 above, which is neither parallel nor perpendicular to the film.
6). 6. The polarization converting film as described in 4 or 5 above, wherein the uniaxial birefringent compound is a liquid crystal forming compound.
[0011]
7). A light-absorbing polarization element that absorbs one of two linearly polarized light whose electric field vectors are orthogonal to each other and substantially transmits the other, and the polarization conversion film according to any one of 1 to 6 above, A polarizing element, wherein the polarization transmission axis of the element and the polarization transmission axis of the polarization conversion film are arranged substantially parallel to each other.
8). A liquid crystal display device comprising a backlight and a polarizing element, wherein the polarizing element described in 7 above is disposed on the backlight side as the polarizing element.
9. A reflective liquid crystal display device in which a reflective plate, a liquid crystal cell, a λ / 4 plate, and a polarizing element are laminated in this order, wherein the polarizing element is the polarizing element described in 7 above. .
10. A transflective liquid crystal display device having at least a backlight, a circularly polarizing plate, and a liquid crystal display element that can be used as a reflection type or a transmission type, wherein the polarizing element is the polarizing element described in 7 above. A transflective liquid crystal display device.
11. 7. The method for producing a polarization conversion film according to any one of 1 to 6 above, wherein the polarization separation layer and the polarization conversion layer are provided by a continuous continuous process in the form of a long roll. Method.
[0012]
The polarization conversion film of the present invention comprises a polarization separation layer comprising a prism and a birefringence layer having birefringence, and a polarization conversion layer having a birefringence compound tilted with respect to the film surface. Is. Unpolarized incident light is separated into two linearly polarized light whose electric field vectors are orthogonal to each other at the interface between the prism of the polarization separating layer and the birefringent layer, and one of the linearly polarized light separated by the polarization converting layer is The polarization state is converted. Therefore, by transmitting the polarization conversion film of the present invention, the polarization direction of the linearly polarized light that is not converted by the polarization conversion layer out of the linearly polarized light separated by the polarization separation layer as a whole (the polarization direction of the polarization conversion film). It can be emitted as light substantially aligned with the “polarization transmission axis”).
When the polarization conversion film of the present invention and a normal light absorption polarizing element are combined so that the polarization transmission axis of the polarization conversion film and the light transmission axis of the light absorption polarization element are substantially parallel, the light transmittance is high. A polarizing element can be realized.
In addition, by using this polarizing element, which is a combination of the polarization conversion film of the present invention and a light-absorbing polarizing element, as a polarizing plate in a liquid crystal display device, a liquid crystal display device with high light utilization efficiency and improved luminance is realized. can do.
[0013]
Furthermore, since the polarization converting film of the present invention can be provided in a continuous roll in the form of a long roll in a continuous and consistent process, it can also be manufactured with a large area and high productivity.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
FIG. 1 shows an outline of the mechanism of polarization conversion in the polarization conversion film of the present invention.
When non-polarized incident light L enters the polarization conversion layer 1, two linearly polarized lights (polarization directions a and b) whose electric field vectors (polarization directions) are orthogonal to each other at an interface (not shown) between the prism and the birefringent layer. ) At a separation angle θ. At this time, by adjusting the refractive index of the prism and the refractive index of the birefringent layer, one of the two linearly polarized lights goes straight (polarized light L1; polarization direction a) and the other is refracted (polarized light L2; polarization direction). b) can.
The two separated linearly polarized lights L1 and L2 are subsequently incident on the polarization conversion layer 2. The polarization conversion layer 2 has a birefringent compound tilted with respect to the film surface (tilt angle φ), acts on the polarized light L2 refracted by the polarization separation layer 1 and incident on the polarization conversion layer 2 while being inclined, The polarization state is converted. By adjusting the intrinsic birefringence and tilt angle φ of the birefringent compound, the polarization direction of the polarized light L2 can be rotated from the direction b to the direction a ′ (≈a). A uniform linearly polarized light can be extracted.
[0015]
Hereinafter, each layer of the polarization conversion film of the present invention will be described in detail.
(Polarized light separation layer)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the polarization separation layer in the polarization conversion film of the present invention.
The polarization separation layer 1 includes a prism 14 and a birefringent layer 11 having birefringence.
Prism 14 is an optically isotropic material (refractive index n c), the birefringent layer 11 is made of a material having intrinsic birefringence Δn = n e -n o.
Here, n e is the extraordinary refractive index, n o is the ordinary refractive index. Direction indicates the direction and n o showing a n e birefringent layer are orthogonal, directions corresponding respectively to the case of n e> n o is the slow axis, fast axis of the birefringent layer (hereinafter, It will be described by assuming the case of a general n e> n o, becomes slow axis, fast axis as opposed to the case of n e <n o).
Prism 14 and the birefringent layer 11 is in direct contact, fast axis and the refractive index of the prism 14 is approximately equal (n o ≒ n c) of the birefringent layer 11, the slow axis and the prism of the birefringent layer 11 it is preferable that the configuration of such a refractive index is largely different (n e ≠ n c). As the orientation direction of the birefringent compound, in FIG. 2, it is preferable that the fast axis direction is parallel to the paper surface (direction a) and the slow axis direction is perpendicular to the paper surface (direction b). In this case, the polarization in the fast axis direction of the birefringent layer 11 goes straight because there is no difference in refractive index between the prism and the birefringent layer (polarized light L1), but the polarized light in the slow axis direction of the birefringent layer 11 is the prism. Since the refractive index difference with the birefringent layer is large, the light is refracted (polarized light L2), so that two linearly polarized light whose electric field vectors (polarization directions) are orthogonal to each other can be separated.
The separation angle θ depends on the magnitude of the intrinsic birefringence Δn, and θ increases as Δn increases. The preferable Δn of the polarization separation layer of the present invention is 0.05 or more, more preferably 0.08 or more. The polarization separation angle θ of the polarization separation layer of the present invention is preferably 3 ° or more, more preferably 5 ° or more.
[0016]
The material constituting the prism is preferably a transparent and optically isotropic polymer material, such as polyolefin (eg, polyethylene), norbornene resin, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polypropylene, polycarbonate, polystyrene, polyarylate, poly Sulphone, polyethersulfone, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, and cellulose ester (eg, cellulose acetate) are preferably used. Among commercially available polymers, ZEONEX and ZEONOR manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., ARTON manufactured by Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd., and Fujitac manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd. can be preferably used. Among these, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and polycarbonate are particularly preferable. Among commercially available polymers, Fujitac (produced by Fuji Photo Film Co., Ltd.) and ZEONOR (produced by Nippon Zeon Co., Ltd.) are particularly preferred.
[0017]
Cellulose acetate raw material cotton, cellulose acetate solution and film production method, cellulose acetate solvent, plasticizer, anti-degradation agent, UV absorber, optical anisotropy control agent, fine particles, release agent and other additives, dissolution process, flow For manufacturing process such as rolling, drying, stretching process, surface treatment, undercoating, backing material, and functional layer, use those described in JP-A-2001-1745, pages 7 to 59, as reference. Can do. However, as the solvent for cellulose acetate, halogenated hydrocarbons having 1 to 7 carbon atoms, particularly methylene chloride, can be preferably used.
[0018]
The shape of the prism is not particularly limited as long as a desired result can be obtained by polarization separation and subsequent polarization conversion, but the apex angle α (see FIG. 2) is preferably 20 ° to 150 °, more preferably 30 ° to 120 ° and height h (see FIG. 2) are preferably 0.1 μm to 80 μm, more preferably 0.5 μm to 40 μm.
The prism structure may be manufactured by filling or injecting a transparent resin material into a mold in a state in which a mold having a cavity in which a prism array having a triangular cross section is formed is clamped, or a prism pattern The active energy ray-curable resin composition is applied to the mold on which is formed, and a transparent base material that transmits the active energy ray is laminated and laminated, and the active energy ray is irradiated and cured. Good.
[0019]
Next, the birefringent layer will be described.
The birefringent layer of the present invention is preferably composed of a refractive index anisotropic material as a main component, and the refractive index anisotropic material using at least one of stretching, light irradiation, electric field application, magnetic field application, etc. Are preferably uniaxially oriented to have birefringence.
[0020]
The refractive index anisotropic material is a material having different refractive index for one of linearly polarized light whose polarization directions are orthogonal to each other, that is, a material having an ordinary light refractive index (n o ) and an extraordinary light refractive index (n e ). is there. Among these, it is preferable to use a liquid crystalline compound.
Such liquid crystal compounds, big difference of the ordinary refractive index (n o) and extraordinary refractive index (n e), namely a large liquid crystal compound intrinsic birefringence is preferable. The preferred intrinsic birefringence is 0.05, more preferably 0.08.
The difference between the ordinary light refractive index n 0 of the liquid crystalline compound and the refractive index of the polymer material constituting the prism is preferably less than 0.05, and more preferably less than 0.03. It is preferable that the difference between the refractive index of the polymer material constituting the extraordinary refractive index n e and the prism of the liquid crystalline compound is 0.03 or more, preferably more than 0.05.
[0021]
Examples of liquid crystalline compounds that can be used in the birefringent layer of the present invention include low-molecular liquid crystals that exhibit a nematic or smectic phase at room temperature or when heated, such as cyanobiphenyl liquid crystals, cyanophenylcyclohexane liquid crystals, and cyanophenyl ester liquid crystals. Benzoic acid phenyl ester liquid crystal, phenyl pyrimidine liquid crystal, or a mixture thereof. Alternatively, a polymer liquid crystal exhibiting a nematic phase or a smectic phase at room temperature or in a heated state can be used.
[0022]
In the present invention, a rod-like liquid crystal compound can be preferably used. For the rod-like liquid crystalline compounds and compositions used in the present invention, see Chapter 4, Chapter 7, Chapter 10 of the Quarterly Chemical Review Vol. 22 Liquid Crystal Chemistry (1994), The Chemical Society of Japan, and Liquid Crystal Devices. Handbook The compounds and compositions described in Chapter 3 of the 142th Committee of the Japan Society for the Promotion of Science can be referred to. In the present invention, a rod-like liquid crystalline compound exhibiting a nematic phase can be preferably used.
[0023]
The alignment state of the liquid crystal compound is often difficult to maintain stably for a long period of time or against temperature, humidity, and mechanical deformation. In order to maintain the alignment state for a long period of time, it is desirable to use a polymerizable liquid crystalline compound and polymerize in the alignment state to form a crosslinked network structure. As the polymerization means for the polymerizable liquid crystalline compound, either thermal polymerization or photopolymerization can be used. In the present invention, photopolymerization using ultraviolet rays is preferably used. The polymerizable group is preferably an ethylenically unsaturated group, and at least one polymerizable group is preferably introduced per liquid crystal compound. In view of heat resistance and alignment uniformity, a bifunctional polymerizable liquid crystal compound having a photopolymerizable group at both ends of a rod-like liquid crystal molecule is particularly preferably used in the present invention.
Examples of the liquid crystalline compound preferably used in the present invention are listed below, but the present invention is not limited thereto.
[0024]
[Chemical 1]
[0025]
[Chemical 2]
[0026]
[Chemical 3]
[0027]
[Formula 4]
[0028]
[Chemical formula 5]
[0029]
[Chemical 6]
[0030]
[Chemical 7]
[0031]
[Chemical 8]
[0032]
[Chemical 9]
[0033]
[Chemical Formula 10]
[0034]
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[0035]
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[0036]
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[0037]
The amount of the liquid crystal compound used is preferably 0.001 to 2.0 g, more preferably 0.01 to 1.5 g, per 1 g of the polymer material constituting the prism.
[0038]
The photopolymerization initiator preferably used when the liquid crystalline compound constituting the birefringent layer of the present invention is radically polymerized using light is, for example, a thioxanthone type such as 2,4-diethylthioxanthone or 2-chlorothioxanthone. Photopolymerization initiators, benzophenone, benzophenone photopolymerization initiators such as (4- (methylphenylthio) phenyl) phenylmethanone, anthraquinone photopolymerization initiators such as ethyl anthraquinone, Ciba Specialty Chemicals. Inc. Irgacure 184, Irgacure 369, Irgacure 500, Irgacure 651, Irgacure 784, Irgacure 819, Irgacure 907, Irgacure1000, Irgacure1300, Irgacure1700, Irgacure1700, Irgacure1700, Irgacure1700 A preferable addition amount of the photopolymerization initiator is 0.01% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total amount of the polymerizable liquid crystal compound.
[0039]
Further, it is also preferable to add a photopolymerization accelerator such as a spectral sensitizer, p-dimethylaminobenzoic acid isoamyl ester, p-dimethylaminobenzoic acid ethyl ester to the above-mentioned photopolymerizable initiator. A preferable addition amount in the case of adding a spectral sensitizer or a photopolymerization accelerator is 10% by mass or more and less than 300% by mass of the photopolymerization initiator, and more preferably 20% by mass or more and less than 200% by mass.
[0040]
The birefringent layer of the present invention is preferably produced by applying a liquid added with a liquid crystalline compound, a photopolymerizable initiator, etc. onto a prism, then drying, further aligning, and aligning and fixing by light irradiation.
[0041]
As the coating method, a dip coating method, an air knife coating method, a curtain coating method, a roller coating method, a wire bar coating method, a gravure coating method, an extrusion coating method (US Pat. No. 2,681,294) is preferably used. Two or more layers may be applied simultaneously. For the method of simultaneous application, U.S. Pat. Nos. 2,761,789, 2,941,898, 3,508,947, and 3,526,528 and Yuji Harasaki, Coating Engineering, page 253, Asakura Shoten (1973) can be referred to.
[0042]
The liquid crystalline compound constituting the birefringent layer is preferably uniaxially aligned by using at least one means of alignment film, light irradiation, electric field application, magnetic field application and the like.
[0043]
(1) Alignment film When a liquid crystalline compound is uniaxially aligned using an alignment film, it is preferable to use a polymer such as polyimide or polyvinyl alcohol as the alignment film. It is preferable to apply these alignment films and impart alignment by rubbing or linearly polarized light irradiation. A preferred film thickness of the alignment film is 0.01 μm or more and 5 μm or less.
[0044]
(2) Photo-alignment method When the liquid crystalline compound is uniaxially aligned by light irradiation, it is preferable to add a compound containing a photochemically reactive group to the liquid crystalline compound and / or the optically isotropic binder. A photochemically reactive group means a functional group that undergoes photolysis, photocrosslinking, photopolymerization, photooxidation reduction, phototransition, and photoisomerization via an excited state by absorbing light energy. A functional group that undergoes crosslinking and / or photoisomerization reaction can be particularly preferably used.
[0045]
Photocrosslinkable functional groups can be cleaved by intramolecular bonds by light irradiation, or active molecules such as radicals generated by cleaving part of the bonds can be bonded to each other (photodimerization), or other molecules It is a functional group that undergoes a binding reaction upon radicalization. Examples of such a photocrosslinkable functional group include a cinnamoyl group, a cinnamylidene group, a diazo group, an azide group, an acryloyl group, a chalcone group, and a coumarin group. And photodimerizable functional groups such as a coumarin group are particularly preferred.
[0046]
Examples of the functional group that performs the photoisomerization reaction include an azobenzene group (K. Ichimura et al, Langmuir. Vol. 4, 2) that undergoes cis-trans isomerization by light irradiation; Ichimura et al, Appl. Phys. Lett. Vol. 63, no. 4, Page 449 (1993); Ishizuki, Langmuir. Vol. 9, Page 3298 (1993); Ishizuki, Langmuir. Vol. 9, Page 857 (1993)), hydrazono-β-ketoester group (S. Yamamura et al, Liquid Crystal, Vol. 13, No. 2, page 189 (1993)), stilbene group (Kunihiro Ichimura et al., Polymer Papers) 47, No. 10, pp. 771 (1990)), and spiropyran groups (K. Ichimura et al, Chemistry Letters, Page 1063 (1992); K. Ichimura et al, Thin Solid Films, Vol. )). Among these, an azobenzene group and a stilbene group can be preferably used.
[0047]
As for the preferable usage-amount of a photochemically reactive compound, 0.001-1g is preferable per 1g of liquid crystalline compounds. 0.01 to 0.1 g is more preferable.
[0048]
Although the preferable example of the photochemically reactive compound preferably used for this invention is enumerated below, this invention is not limited to this.
[0049]
Embedded image
[0050]
The photo-alignment is preferably performed by linearly polarized light irradiation or oblique non-polarized light irradiation. The wavelength of the irradiation light can be preferably used in the wavelength region where the photochemically reactive compound used has optical absorption, but in the present invention, it is preferably 190 nm or more and less than 500 nm, more preferably 250 nm or more and less than 450 nm. As the light source, an ultrahigh pressure mercury lamp, a flash mercury lamp, a high pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, a low pressure mercury lamp, a deep UV lamp, a xenon lamp, a xenon flash lamp, or a metal halide lamp can be preferably used. When photo-alignment is performed using linearly polarized light, it is preferable that the ultraviolet light emitted from the light source passes through the polarizing element to be linearly polarized light. The polarizing element is preferably a prism type element such as a Grand Taylor prism or a Glan Thompson prism, or a reflective polarizing element using a Brewster angle. Irradiation light amount is preferably from 1 to 2,000 mJ / cm 2, more preferably from 5~1000mJ / cm 2. In order to develop optical anisotropy in a short time, irradiation with linearly polarized light while heating is also preferably performed in the present invention. A preferable temperature range of the substrate at the time of irradiation with linearly polarized light is 0 ° C. or higher and lower than 200 ° C., more preferably 10 ° C. or higher and lower than 150 ° C. In the case of photo-alignment using oblique non-polarized light irradiation, Polym. Mater. Sci. Eng. 66, p263 (1992) can be preferably used.
[0051]
(3) Electric Field Alignment Method A film coated with the liquid crystalline compound of the present invention is inserted between electrodes, and a voltage of 1 V or more and less than 50 kV is applied to align the liquid crystalline compound uniaxially. The voltage application is preferably performed in a temperature range in which the liquid crystalline compound forms a liquid crystal phase, and the alignment state is preferably fixed by irradiating with ultraviolet rays in the alignment state.
[0052]
(4) Magnetic field alignment method A film coated with a liquid crystal compound is inserted between magnetic poles of a magnetic field alignment apparatus having an electromagnetic coil, and a liquid crystal compound is uniaxially aligned by applying a magnetic field of 0.2 T or more and less than 10 T. Can do. The magnetic field is preferably applied in a temperature range in which the liquid crystalline compound forms a liquid crystal phase, and the alignment state is preferably fixed by irradiating with ultraviolet rays in the alignment state.
[0053]
It is preferable to align the liquid crystalline compound uniaxially by using at least one of the above (1) to (4). After aligning the liquid crystalline compound, it is preferable to fix the alignment state by irradiation with ultraviolet rays. The irradiation light wavelength, the irradiation light amount, the light source, and the substrate temperature at the time of irradiation in the ultraviolet irradiation polymerization are the same as those in the above-described photo-alignment method. When the photo-alignment method is used, it is preferable that the irradiation light wavelength used for the photo-alignment and the irradiation light wavelength for photopolymerizing the polymerizable liquid crystalline compound are different.
[0054]
As a result of the uniaxial alignment, the liquid crystal molecules may be aligned in any form with respect to the prism ridge line in the birefringent layer, but it is particularly preferable that the liquid crystal molecules are aligned in a state parallel to the prism ridge line.
[0055]
Applying a liquid crystalline compound onto the prism as described above, aligning the liquid crystalline molecules, and forming a birefringent layer by photopolymerizing the aligned liquid crystalline molecules as necessary to produce a polarization separation layer Can do.
The birefringent layer is preferably formed so as to have a thickness of preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 0.2 to 5 μm from the apex of the prism.
[0056]
(Polarization conversion layer)
Next, the polarization conversion layer of the present invention will be described.
The polarization conversion layer is a linearly-polarized light (polarized light L1) among the two types of linearly polarized light whose electric field vectors (polarization directions) separated by the polarization separation layer are orthogonal to each other, that is, the refractive indices of the birefringent layer and the prism match. The polarization state of the linearly polarized light whose direction of polarization (generally the fast axis of the birefringent layer) is the polarization direction is not changed, but the polarized light traveling at an inclination (polarized light L2), that is, the refractive indexes of the birefringent layer and the prism do not match. It has a function of converting the polarization state of linearly polarized light whose direction (generally the slow axis of the birefringent layer) is the polarization direction (from b to a ′ polarization direction) (see FIG. 1).
[0057]
The polarization conversion layer contains a birefringent compound as a main component. The birefringent compound is preferably a uniaxially oriented birefringent compound, more preferably a liquid crystal forming compound. As the liquid crystal forming compound, the liquid crystal compound used in the birefringent layer is preferably used as well. can do.
The birefringent compound needs to be tilted and oriented with respect to the film surface in order to convert the polarization state of the polarized light L2, and the light travels straight without being refracted by the polarization separation layer. It only needs to be inclined with respect to the direction. The slow axis of the birefringent compound is preferably inclined so that it is parallel or perpendicular to the polarization direction of the polarized light L1 and not parallel or perpendicular to the polarized light L2.
By adjusting the intrinsic birefringence of the birefringent compound, the tilt angle φ from the film surface, the orientation state, the layer thickness of the polarization conversion layer, etc., the polarization L2 is converted so as to coincide with the polarization state of the polarization L1. be able to.
[0058]
In the case of using a liquid crystal compound, the tilt alignment means can use the optical alignment, the electric field alignment, the magnetic field alignment, etc. mentioned as the means for uniaxially aligning the liquid crystal compound used in the birefringent layer described above. It is preferable to fix the alignment state by inclining the direction of irradiation, electrodes and magnetic poles, applying an electric field or magnetic field in an oblique direction, and performing UV light irradiation or rapid cooling in the alignment state. When using an alignment film, the liquid crystal may be tilted and aligned using an alignment film having a large tilt angle.
[0059]
The thickness of the polarization conversion layer is preferably from 0.1 to 100 μm, more preferably from 1 to 20 μm.
[0060]
For the polarization conversion layer, a liquid added with a birefringent compound (preferably a liquid crystal compound) and a photopolymerization initiator is applied onto the polarization separation layer (birefringent layer) in the same manner as the method for forming the birefringent layer described above. Thereafter, it can be produced by drying, further orientation, and orientation fixation by light irradiation.
[0061]
The polarization conversion film of the present invention can be produced with high productivity by continuously producing the polarization separation layer and the polarization conversion layer described above in the form of a long roll, or by producing a single sheet as a large area sheet.
[0062]
(Polarizing element)
In addition, the polarization conversion film of the present invention is preferably used in combination with a light absorption polarizing element. The light-absorbing polarizing element is a polarizing element that absorbs one of orthogonal linearly polarized light and substantially transmits the other, and is I 3 − or I 5 − and / or in a polyvinyl alcohol film stretched 5 times or more. In general, organic dichroic dyes that are highly uniaxially oriented and crosslinked with boric acid are sandwiched with a protective film such as cellulose triacetate. The degree of polarization (defined by the following formula) of such a light-absorbing polarizing element is preferably 99% or more, and the average light transmittance from 400 nm to 700 nm is preferably 40% or more.
[0063]
[Expression 1]
[0064]
Where P is the transmittance of light transmitted through two polarizing elements with the transmission axes parallel; and C is the transmittance of light transmitted through the two polarizing elements whose transmission axes are orthogonal to each other. .
[0065]
The combination with the polarization conversion film of the present invention may be used as a light absorbing polarizing element and a separate polarizing element, or one of the protective films of the light absorbing polarizing element is replaced and integrated into the light absorbing element. May be used.
When combining the polarization conversion film of the present invention and the light absorption type polarization element, the polarization conversion axis of the polarization conversion film and the transmission axis of the light absorption type polarization element should be arranged and used in parallel. Is desirable.
[0066]
(Liquid crystal display device, optical member)
Furthermore, although the polarization conversion film of the present invention can be used for various applications, it is a polarizing plate for LCD (for example, TN, STN, OCB, ROCB, ECB, CPA, IPS, VA, etc.) (In the transmissive liquid crystal mode).
Further, it is also suitable for use in combination with various optical members, for example, retardation films such as λ / 4 plate and λ / 2 plate, viewing angle widening film, antiglare film, and hard coat film.
In particular, the polarization conversion film of the present invention is preferably used in a reflective liquid crystal display device and a transflective liquid crystal display device.
[0067]
The reflective liquid crystal display device has a circularly polarizing plate made of a polarizing plate and a λ / 4 plate on the front surface of the liquid crystal cell, and a reflecting plate on the back surface of the liquid crystal cell, and reflects the light taken in from the front side by the reflecting plate. In addition, the polarization state is modulated by a liquid crystal cell to perform display. Since light is transmitted through a polarizing plate when capturing light, a conventional polarizing plate having a transmittance of about 40% reduces the light utilization efficiency. However, by combining the polarizing conversion film of the present invention with a polarizing plate, The use efficiency can be increased and the luminance as a display device can be improved.
The light to be captured may be external light, but it is preferable to provide a front light including a light source and a light guide plate on the front surface of the circularly polarizing plate and capture light from the front light. As a front light, SID'95 Digest p. 37, a tilted front light described in JP-A-11-218757, a prism continuous frontlight described in JP-A-2001-23424, and JP-A-11-184387. Examples thereof include the volume hologram type front light described.
[0068]
The transflective liquid crystal display device in the above-described reflective liquid crystal display device is provided with a circularly polarizing plate and a backlight on the back side of the liquid crystal cell so that it is a reflective type that takes in external light and transmits light from the backlight. It can also be used as a mold. Like the reflective liquid crystal display device, by combining the polarization conversion film of the present invention with a polarizing plate, the light use efficiency can be increased and the luminance of the display device can be improved.
[0069]
In the reflection type and transflective liquid crystal display devices, the λ / 4 plate combined with the polarizing plate to form the circular polarizing plate is described in JP-A-5-27118 and JP-A-5-27119. A retardation plate in which a birefringent film having a large retardation and a birefringent film having a small retardation are laminated so that their optical axes are orthogonal to each other, a specific one described in JP-A-10-68816 A retardation film capable of obtaining λ / 4 in a wide wavelength region by laminating a polymer film having a wavelength of λ / 4 and a polymer film made of the same material and having a wavelength of λ / 2 at the same wavelength, Retardation plate capable of achieving λ / 4 in a wide wavelength region by laminating two polymer films described in JP-A-10-90521, WO00 / 267 A retardation plate capable of achieving λ / 4 in a wide wavelength region using the modified polycarbonate film described in No. 05, and λ / 4 can be achieved in a wide wavelength region using a cellulose acetate film described in WO 00/65384 A phase difference plate or the like can be used.
The slow axis of the λ / 4 plate is determined in consideration of the liquid crystal material, orientation direction, viewing angle characteristics, etc., but it may be arranged at an angle of 45 ° with the transmission axis (or absorption axis) of the polarizing plate. desirable.
Further, in order to compensate for a phase delay tolerance with respect to the wavelength of light of the λ / 4 plate, a λ / 2 plate may be disposed between the polarizing plate and the λ / 4 plate.
[0070]
【Example】
Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.
[Example 1]
(1) Preparation of Prism Film An ultraviolet curable resin liquid having the following composition was placed on a roughly A4 size plate made of brass as shown in FIG. 3, and a prism having a height of 3 μm, apex angle of 26 °, and low angle of 60 °. After injecting into the prism mold of Example 1 which was engraved in shape, a tack film (manufactured by Fuji Photo Film Co., Ltd.) of approximately the same size and having a thickness of 80 μm was overlaid, and then placed at the top 300 mm of the tack film. The resin was cured by irradiating ultraviolet rays for 30 seconds with a 6.4 kw ultraviolet lamp manufactured by Western Quartz with an irradiation intensity of 80 w / cm, and then peeled to obtain a prism sheet. This was affixed to a roll to produce a long prism film by the embossing method.
[0071]
The refractive index after polymerization of the resin composition was n = 1.63.
[0072]
(2) Preparation of birefringent layer On the prism film prepared in (1), a coating solution having the following composition is continuously applied using a bar coater, dried and heated (orientation aging), and further irradiated with ultraviolet rays. Thus, a birefringent layer as shown in FIG. 4 was formed. The birefringent layer had a slow axis in a direction parallel to the ridgeline of the prism. The intrinsic birefringence Δn at 550 nm was 0.12.
[0073]
[Optical anisotropic layer coating composition]
-The following rod-like liquid crystalline molecules (1) 14.5% by mass
-1.0% by mass of the following sensitizer
-3.0% by mass of the following photopolymerization initiator
-1.0% by mass of the following horizontal alignment accelerator
・ Methyl ethyl ketone 80.5% by mass
[0074]
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[0075]
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[0076]
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[0077]
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[0078]
(3) Preparation of polarization conversion layer A dilute solution of an alignment film (polyvinyl alcohol) was applied on the birefringent layer prepared in (2) to form an alignment film having a thickness of 0.5 μm. Next, a rubbing process was performed in parallel with the ridgeline of the prism. Thereafter, the same birefringent layer coating solution as used in (2) was applied to a thickness of 3 μm and dried. Thereafter, the dried film was inserted between electrodes inclined by 45 degrees with respect to the prism surface, and a voltage of 500 V was applied at 80 ° C. for 5 minutes. When a voltage was applied for 3 minutes, an irradiance of 200 mW / cm 2 and an irradiation amount of 400 mJ / s were obtained using a 160 W / cm air-cooled metal halide lamp (manufactured by Eye Graphics Co., Ltd., wavelength range 200 to 500 nm, maximum wavelength 365 nm). The film was irradiated with ultraviolet rays of cm 2 and cured while maintaining the tilted alignment state, and a polarization conversion layer was prepared. The liquid crystal molecules were aligned in a state parallel to the ridge line of the prism of the polarization separation layer and inclined by about 45 ° with respect to the film surface.
[0079]
[Example 2]
(Production of reflective liquid crystal display device)
Using an acrylic adhesive for the polarizing plate of a commercially available reflective liquid crystal display device (Color Zaurus MI-310, manufactured by Sharp Corporation), the polarization conversion film prepared in Example 1 is used as the transmission axis of the polarizing plate and the polarization conversion film. It was pasted so that its polarization transmission axis was parallel.
When the produced reflective liquid crystal display device was evaluated visually, it was confirmed that neutral gray was displayed without any color in any of white display, black display, and halftone.
Next, the reflection luminance was measured using a measuring machine (EZcontrast 160D, manufactured by Eldim). The results are shown in Table 1.
[0080]
[Comparative Example 1]
(Production of reflective liquid crystal display device)
The reflection luminance of a commercially available reflective liquid crystal display device (Color Zaurus MI-310, manufactured by Sharp Corporation) was evaluated without using the polarization conversion film of Example 1. The results are shown in Table 1.
The results in Table 1 are shown as relative values when the reflection luminance of Comparative Example 1 is 1.00.
[0081]
[Table 1]
[0082]
As shown in Table 1, the front luminance of the liquid crystal display device according to the present invention was clearly improved as compared with a liquid crystal display device using a conventional polarizing element.
Further, the contrast ratio from the front of the liquid crystal display device of Example 2 was 20, and the viewing angle at which the contrast ratio was 3 was 120 ° or more vertically and 120 ° or more left and right.
[0083]
[Example 3]
(1) Production of transflective liquid crystal display device The transflective liquid crystal display device shown in FIG. 5 was produced, and the polarization conversion film produced in Example 1 was used for the upper side of the front side polarizing plate 108 and the rear side polarizing plate 110. The lower side was bonded using an acrylic adhesive.
[0084]
(2) Evaluation of transflective liquid crystal display device The following evaluation was performed on the produced transflective liquid crystal display device.
(1) Display Quality in Reflection Mode Using a spectrocolorimeter CM-2002 manufactured by Minolta Co., Ltd., the white display reflectance and black display reflectance of the liquid crystal display device were measured, and the contrast ratio was calculated. . The results are shown in Table 2.
(2) Display quality in the transmission mode Using the luminance meter BM-5A manufactured by TOPCOM, measure the brightness of the white display and the brightness of the black display of the liquid crystal display when the backlight is lit, and calculate the contrast ratio. did. The results are shown in Table 2.
In addition, the value when not bonding a polarization conversion film is also shown as a comparison.
[0085]
[Table 2]
[0086]
With the polarization conversion film of the present invention, it can be seen that the luminance can be improved with a simple configuration in both the reflection mode and the transmission mode.
[0087]
【The invention's effect】
With the polarization conversion film of the present invention, non-polarized incident light can be converted into polarized light having the same polarization direction, and the loss of the emitted light with respect to the incident light is low, so that the light utilization efficiency can be increased. Further, when used for a display such as a liquid crystal display device, the light use efficiency of the light source can be increased, and in particular, the effect of improving the luminance is high in the reflective type and transflective type liquid crystal display elements. Furthermore, the polarization conversion film of the present invention can be manufactured with a large area and high productivity.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing a mechanism of polarization conversion in a polarization conversion film of the present invention.
FIG. 2 is a schematic view of a cross section of a polarization separation layer.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of manufacturing a prism.
FIG. 4 is a schematic view of a cross section of a polarization separation layer produced in an example.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view schematically showing a translucent liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Polarization separation layer 2 Polarization conversion layer 11 Birefringence layer 12 Tack film 13 Base film (tack film)
14 Prism 16 Prism mold 17 UV curable resin liquid 103 Front side substrate 104 Rear side substrate 105 Liquid crystal unit 106 Front electrode 107 Back electrode 108 Front side circular polarizer 110 Back side circular polarizer 112 Back light 113 Two-terminal element 122 Signal Electrode 124 Insulating layer 125 Upper electrode 141 in two-terminal element Transflective liquid crystal display device 142 Color filter a Linearly polarized light polarization direction b traveling straight through the polarization separation layer b Linearly polarized light polarization direction L refracted by the polarization separation layer Incident light L1 polarized light separation layer in which the refractive linearly polarized light L2 polarization separation layer that straight linear polarization m birefringent compound n e slow axis direction (if the intrinsic birefringence is positive)
θ Polarization separation angle φ Inclination angle of birefringent compound α Prism apex angle h Prism height
