【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コレステリック液晶層、λ／４板、そして直線偏光膜がこの順に配置されている偏光素子、特に液晶ディスプレイに用いられる偏光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイについて、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ Ｂｅｎｄ）、ＳＴＮ（Ｓｕｐｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）、ＨＡＮ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）のような様々な表示モードが提案されている。いずれの液晶ディスプレイも、基本的には液晶セルと偏光素子とが必須の構成要素である。偏光素子を通過した直線偏光に対して、液晶セル内の（電圧の印加時と無印加時で異なる配向状態にある）棒状液晶性化合物が光学的に機能することによって、画像が表示される。
通常の偏光素子は、直線偏光膜と保護膜からなる。直線偏光膜は、偏光軸（透過軸）方向と合致する直線偏光成分を透過し、偏光軸方向と直交する方向の直線偏光成分を吸収する機能を有する。そのため、光源からの光量の半分しか、画像表示に利用できない。
【０００３】
液晶ディスプレイには、小型、軽量、低消費電力との特徴があるため、光源を大型化して光量を増加させることは困難である。そこで、光源からの光量の全てを画像表示に利用できるように、直線偏光膜に、コレステリック液晶層およびλ／４板を加えた偏光素子が提案されている（特開平８−１４６４１６号、同８−２７１７３１号、同１０−２０６６３６号、同１０−２９３２１１号、同１０−３１９２３５号および特表平１０−５１３５７８号の各公報記載）。
コレステリック液晶層およびλ／４板を有する偏光素子は、コレステリック液晶の選択反射によって、光源からの光量の全てを画像表示に利用する。従って、この偏光素子においては、コレステリック液晶層の性能が非常に重要である。特開平８−１４６４１６号、同８−２７１７３１号、同１０−３１９２３５号および特表平１０−５１３５７８号の各公報は、コレステリック液晶層の改良に関する内容である。
また、上記の偏光素子では、コレステリック液晶層に加えて、λ／４板の性能も重要である。特開平１０−２０６６３６号および同１０−２９３２１１号の各公報は、λ／４板の改良に関する内容である。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−１４６４１６号公報
【特許文献２】
特開平８−２７１７３１号公報
【特許文献３】
特開平１０−２０６６３６号公報
【特許文献４】
特開平１０−２９３２１１号公報
【特許文献５】
特開平１０−３１９２３５号公報
【特許文献６】
特表平１０−５１３５７８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
コレステリック液晶層、λ／４板および直線偏光膜からなる偏光素子に対して、光の入射角を０度から７０度に変化させると、光の透過率が大きく低下する。特に赤色光については、偏光素子による吸収損失が多い。そのため、液晶表示装置に入射する光の入射角が広く分布していると、光の利用効率が良くないとの問題がある。
本発明者の研究によれば、偏光素子を液晶表示装置に組み込んで使用する場合、コレステリック液晶層に入射する光の入射角が０度だけではなく、０度から９０度まで分布している。そのため、コレステリック液晶層、λ／４板および直線偏光膜からなる偏光素子を用いても、実際には、光の入射角の問題で、期待されるほどには光の利用効率が改善されず、色相が青味を帯びる問題が生じることが判明した。
本発明の目的は、コレステリック液晶層、λ／４板、そして直線偏光膜がこの順に配置されている偏光素子における光の利用効率を改善し、色相が青味を帯びる問題を解決することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、コレステリック液晶層、λ／４板、そして直線偏光膜がこの順に配置されている偏光素子であって、コレステリック液晶層が、４５０ｎｍから７００ｎｍまでの波長域において、法線方向から７０度の入射角で入射されたコレステリック液晶のらせんと同じ回りの円偏光を反射する機能を有することを特徴とする偏光素子により達成された。
【０００７】
【発明の実施の形態】
［液晶表示装置の構成］
図１は、偏光素子の機能を示す断面模式図である。
図１に示す偏光素子は、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）、λ／４板（λ／４）、そして直線偏光膜（ＬＰ）がこの順に配置されている。コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）は、コレステリック液晶のらせんピッチが異なる４種類の層（Ｃｈ１、Ｃｈ２、Ｃｈ３、Ｃｈ４）からなる。らせんピッチは、Ｃｈ１＜Ｃｈ２＜Ｃｈ３＜Ｃｈ４の順序である。
偏光素子のコレステリック液晶層側には、反射板（ＲＰ）および光源（ＬＳ）が設けられている。反射板（ＲＰ）は、通常の（鏡と同様の）反射機能を有する。光源（ＬＳ）は、図１に示す積層体の側面に配置して、導光板や光拡散板によって光を積層体の内部に誘導してもよい。
コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）は、液晶性化合物のらせん（図１では右回り）とは逆回り（図１では左回り）の円偏光成分を透過し、液晶性化合物のらせんと同じ回り（図１では右回り）の円偏光成分を反射する。ただし、通常の反射と異なり、円偏光成分の向き（図１では右回り）は変化しない。
λ／４板（λ／４）は、円偏光を直線偏光に変換する機能を有する。
直線偏光膜（ＬＰ）は、液晶セル（図１の上部、：図示せず）の表示に必要な直線偏光成分を透過し、他の直線偏光成分を吸収する。
【０００８】
光源（ＬＳ）からコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）側に出射した短波長の左回り円偏光成分（１ｇ）は、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過することができる。通過した左回り円偏光成分（１ｈ）は、λ／４板（λ／４）によって直線偏光（１ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（１ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→１ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→１ｈ→λ／４→１ｉ→ＬＰ→１ｊの順序で直線偏光に変換される。光源（ＬＳ）から反射板（ＲＰ）側に出射した短波長の右回り円偏光成分（１ｅ）は、反射板（ＲＰ）によって左回り円偏光成分（１ｆ）として反射される。反射された光は、光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様にコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（１ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（１ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→１ｅ→ＲＰ→１ｆ→ＬＳ→１ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→１ｈ→λ／４→１ｉ→ＬＰ→１ｊの順序で直線偏光に変換される。
【０００９】
光源（ＬＳ）からコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）側に出射した短波長の右回り円偏光成分（１ｃ）は、第１のコレステリック液晶層（Ｃｈ１）で反射される。反射された光も右回り円偏光成分（１ｄ）である。反射された光（１ｄ）は、光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様に、反射板（ＲＰ）で反射され、光源（ＬＳ）を再び通過し、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（１ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（１ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→１ｃ→Ｃｈ１→１ｄ→ＬＳ→１ｅ→ＲＰ→１ｆ→ＬＳ→１ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→１ｈ→λ／４→１ｉ→ＬＰ→１ｊの順序で直線偏光に変換される。
光源（ＬＳ）から反射板（ＲＰ）側に出射した短波長の左回り円偏光成分（１ａ）は、反射板（ＲＰ）によって右回り円偏光成分（１ｂ）として反射される。反射された光は、光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様に第１のコレステリック液晶層（Ｃｈ１）で反射され、光源（ＬＳ）を再び通過し、反射板（ＲＰ）で反射され、光源（ＬＳ）を三度通過し、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（１ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（１ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→１ａ→ＲＰ→１ｂ→ＬＳ→１ｃ→Ｃｈ１→１ｄ→ＬＳ→１ｅ→ＲＰ→１ｆ→ＬＳ→１ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→１ｈ→λ／４→１ｉ→ＬＰ→１ｊの順序で直線偏光に変換される。
【００１０】
光源（ＬＳ）からコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）側に出射した比較的短波長の左回り円偏光成分（２ｇ）は、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過することができる。通過した左回り円偏光成分（２ｈ）は、λ／４板（λ／４）によって直線偏光（２ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（２ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→２ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→２ｈ→λ／４→２ｉ→ＬＰ→２ｊの順序で直線偏光に変換される。
光源（ＬＳ）から反射板（ＲＰ）側に出射した比較的短波長の右回り円偏光成分（２ｅ）は、反射板（ＲＰ）によって左回り円偏光成分（２ｆ）として反射される。反射された光は、光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様にコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（２ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（２ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→２ｅ→ＲＰ→２ｆ→ＬＳ→２ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→２ｈ→λ／４→２ｉ→ＬＰ→２ｊの順序で直線偏光に変換される。
【００１１】
光源（ＬＳ）からコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）側に出射した比較的短波長の右回り円偏光成分（２ｃ）は、第１のコレステリック液晶層（Ｃｈ１）を通過するが、第２のコレステリック液晶層（Ｃｈ２）で反射される。反射された光も右回り円偏光成分（２ｄ）である。反射された光（２ｄ）は、第１のコレステリック液晶層（Ｃｈ１）および光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様に、反射板（ＲＰ）で反射され、光源（ＬＳ）を再び通過し、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（２ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（２ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→２ｃ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ１→２ｄ→ＬＳ→２ｅ→ＲＰ→２ｆ→ＬＳ→２ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→２ｈ→λ／４→２ｉ→ＬＰ→２ｊの順序で直線偏光に変換される。
光源（ＬＳ）から反射板（ＲＰ）側に出射した比較的短波長の左回り円偏光成分（２ａ）は、反射板（ＲＰ）によって右回り円偏光成分（２ｂ）として反射される。反射された光は、光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様に第２のコレステリック液晶層（Ｃｈ２）で反射され、光源（ＬＳ）を再び通過し、反射板（ＲＰ）で反射され、光源（ＬＳ）を三度通過し、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（２ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（２ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→２ａ→ＲＰ→２ｂ→ＬＳ→２ｃ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ１→２ｄ→ＬＳ→２ｅ→ＲＰ→２ｆ→ＬＳ→２ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→２ｈ→λ／４→２ｉ→ＬＰ→２ｊの順序で直線偏光に変換される。
【００１２】
光源（ＬＳ）からコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）側に出射した比較的長波長の左回り円偏光成分（３ｇ）は、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過することができる。通過した左回り円偏光成分（３ｈ）は、λ／４板（λ／４）によって直線偏光（３ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（３ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→３ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→３ｈ→λ／４→３ｉ→ＬＰ→３ｊの順序で直線偏光に変換される。
光源（ＬＳ）から反射板（ＲＰ）側に出射した比較的長波長の右回り円偏光成分（３ｅ）は、反射板（ＲＰ）によって左回り円偏光成分（３ｆ）として反射される。反射された光は、光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様にコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（３ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（３ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→３ｅ→ＲＰ→３ｆ→ＬＳ→３ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→３ｈ→λ／４→３ｉ→ＬＰ→３ｊの順序で直線偏光に変換される。
【００１３】
光源（ＬＳ）からコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）側に出射した比較的長波長の右回り円偏光成分（３ｃ）は、第１および第２のコレステリック液晶層（Ｃｈ１、Ｃｈ２）を通過するが、第３のコレステリック液晶層（Ｃｈ３）で反射される。反射された光も右回り円偏光成分（３ｄ）である。反射された光（３ｄ）は、第２および第１のコレステリック液晶層（Ｃｈ２、Ｃｈ１）および光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様に、反射板（ＲＰ）で反射され、光源（ＬＳ）を再び通過し、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（３ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（３ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→３ｃ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ２→Ｃｈ１→３ｄ→ＬＳ→３ｅ→ＲＰ→３ｆ→ＬＳ→３ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→３ｈ→λ／４→３ｉ→ＬＰ→３ｊの順序で直線偏光に変換される。
光源（ＬＳ）から反射板（ＲＰ）側に出射した比較的長波長の左回り円偏光成分（３ａ）は、反射板（ＲＰ）によって右回り円偏光成分（３ｂ）として反射される。反射された光は、光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様に第３のコレステリック液晶層（Ｃｈ３）で反射され、光源（ＬＳ）を再び通過し、反射板（ＲＰ）で反射され、光源（ＬＳ）を三度通過し、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（３ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（３ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→３ａ→ＲＰ→３ｂ→ＬＳ→３ｃ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ２→Ｃｈ１→３ｄ→ＬＳ→３ｅ→ＲＰ→３ｆ→ＬＳ→３ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→３ｈ→λ／４→３ｉ→ＬＰ→３ｊの順序で直線偏光に変換される。
【００１４】
光源（ＬＳ）からコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）側に出射した長波長の左回り円偏光成分（４ｇ）は、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過することができる。通過した左回り円偏光成分（４ｈ）は、λ／４板（λ／４）によって直線偏光（４ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（４ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→４ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→４ｈ→λ／４→４ｉ→ＬＰ→４ｊの順序で直線偏光に変換される。光源（ＬＳ）から反射板（ＲＰ）側に出射した長波長の右回り円偏光成分（４ｅ）は、反射板（ＲＰ）によって左回り円偏光成分（４ｆ）として反射される。反射された光は、光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様にコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（４ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（４ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→４ｅ→ＲＰ→４ｆ→ＬＳ→４ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→４ｈ→λ／４→４ｉ→ＬＰ→４ｊの順序で直線偏光に変換される。
【００１５】
光源（ＬＳ）からコレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）側に出射した長波長の右回り円偏光成分（４ｃ）は、第１、第２および第３のコレステリック液晶層（Ｃｈ１、Ｃｈ２、Ｃｈ３）を通過するが、第４のコレステリック液晶層（Ｃｈ４）で反射される。反射された光も右回り円偏光成分（４ｄ）である。反射された光（４ｄ）は、第３、第２および第１のコレステリック液晶層（Ｃｈ３、Ｃｈ２、Ｃｈ１）および光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様に、反射板（ＲＰ）で反射され、光源（ＬＳ）を再び通過し、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（４ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（４ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→４ｃ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→Ｃｈ３→Ｃｈ２→Ｃｈ１→４ｄ→ＬＳ→４ｅ→ＲＰ→４ｆ→ＬＳ→４ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→４ｈ→λ／４→４ｉ→ＬＰ→４ｊの順序で直線偏光に変換される。
光源（ＬＳ）から反射板（ＲＰ）側に出射した長波長の左回り円偏光成分（４ａ）は、反射板（ＲＰ）によって右回り円偏光成分（４ｂ）として反射される。反射された光は、光源（ＬＳ）を通過して、上記と同様に第４のコレステリック液晶層（Ｃｈ４）で反射され、光源（ＬＳ）を再び通過し、反射板（ＲＰ）で反射され、光源（ＬＳ）を三度通過し、コレステリック液晶層（Ｃｈ１〜Ｃｈ４）を通過し、直線偏光（４ｉ）に変換され、直線偏光膜（ＬＰ）を透過した直線偏光（４ｊ）として利用される。すなわち、ＬＳ→４ａ→ＲＰ→４ｂ→ＬＳ→４ｃ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→Ｃｈ３→Ｃｈ２→Ｃｈ１→４ｄ→ＬＳ→４ｅ→ＲＰ→４ｆ→ＬＳ→４ｇ→Ｃｈ１→Ｃｈ２→Ｃｈ３→Ｃｈ４→４ｈ→λ／４→４ｉ→ＬＰ→４ｊの順序で直線偏光に変換される。
【００１６】
以上のように、光源（ＬＳ）からの光は、広い波長領域で直線偏光（１ｊ、２ｊ、３ｊ、４ｊ）に変換され、液晶ディスプレイの画像表示に利用される。
【００１７】
［コレステリック液晶層］
コレステリック液晶の選択反射は、最も古くから知られている液晶の光学的性質の一つであって、様々な文献に記載がある。
液晶ディスプレイ用バックライト装置に用いるコレステリック液晶層については、特開平８−１４６４１６号、同８−２７１７３１号、同１０−３１９２３５号および特表平１０−５１３５７８号の各公報に記載がある。
本発明では、コレステリック液晶層が、４５０ｎｍ乃至７００ｎｍの広い波長領域で、入射角が傾いた円偏光に対しても選択反射を示す。すなわち、コレステリック液晶層が、４５０ｎｍから７００ｎｍまでの波長域において、法線方向から７０度の入射角で入射された、コレステリック液晶のらせんと同じ回りの円偏光を反射する機能を有する。
「反射する機能を有する」とは、コレステリック液晶層が、上記定義の円偏光（４５０ｎｍから７００ｎｍまでの波長域で、法線方向から７０度の入射角で入射された、コレステリック液晶のらせんと同じ回りの円偏光）を５０％以上反射することを意味する。
上記の機能を実現するためには、選択反射中心波長が異なる複数のコレステリック液晶層を設けることが好ましい。コレステリック液晶層の数は、三層以上であることが好ましく、四層以上であることがさらに好ましく、五層以上であることが特に好ましい。
コレステリック液晶層に用いる液晶性化合物は、０．２以上の屈折率異方性（Δｎ）を有することが好ましい。屈折率異方性は、０．３以上であることがさらに好ましい。
【００１８】
［λ／４板］
全ての波長領域の光に対応するため、λ／４板は広い波長領域でλ／４板として機能できることが望ましい。そして、液晶表示装置の軽量かつ薄型との損なわないようにするため、なるべく軽く薄い手段で、広い波長領域におけるλ／４を達成することが望ましい。
広い波長領域でλ／４を達成するため、光学異方性を有する二枚のポリマーフイルムを積層したλ／４板が、特開平５−２７１１８号、同５−２７１１９号、同１０−６８８１６号および同１０−９０５２１号の各公報に記載されており、本発明にも利用できる。ただし、ポリマーフイルムを二枚を重ね合わせて使用すると、全体として厚くなり、貼合せ工程が必要なためコストが高くなりやすい。ポリマーフイルム一枚で広い波長領域でλ／４を実現したλ／４板が、特開２０００−１３７１１６号公報に記載されており、本発明にも利用できる。ポリマーとして具体的には、２．５〜２．８のアセチル化度を有するセルロースアセテートが用いられている。ただし、セルロースアセテートのみでは、光学異方性（複屈折率）が不足気味であって、λ／４板として必要な正面レターデーション値を得るためには、フイルムを厚くする必要がある。
【００１９】
特開２０００−１４７２６０号、同２０００−２０６３３１号、同２０００−２８４１２６号、同２００１−００４８３７号、同２００１−０２１７２０号、同２００１−０５６４１１号、同２００１−０９１７４１号、同２００１−１０８８２５号の各公報に、少なくとも二つの光学異方性層を有し、そして、少なくとも一つの光学異方性層が液晶性化合物から形成された層である広帯域λ／４板が開示されている。液晶性化合物から形成された層は、ポリマーフイルムと比較して、光学異方性の種類が多様であり、遅相軸の方向制御が容易であり、層を薄くできるとの利点がある。従って、ポリマーフイルムに代えて液晶性化合物を用いたλ／４板は、本発明に従う偏光素子に特に好ましく用いることができる。
ＷＯ００／６５３８４号明細書に、複数の芳香族環を有する芳香族化合物をレターデーション上昇剤として含む一枚のセルロースエステルフイルムからなる広帯域λ／４板が開示されている。レターデーション上昇剤を使用することにより、高い光学異方性（複屈折率）が得られ、薄いセルロースエステルフイルム一枚でも広帯域λ／４を実現できる。従って、ＷＯ００／６５３８４号明細書に記載のλ／４板も、本発明に従う偏光素子に特に好ましく用いることができる。
【００２０】
［直線偏光膜］
直線偏光膜には、ヨウ素系偏光膜、二色性染料を用いる染料系偏光膜やポリエン系偏光膜がある。ヨウ素系偏光膜および染料系偏光膜は、一般にポリビニルアルコール系フイルムを用いて製造する。偏光膜の偏光軸は、フイルムの延伸方向に垂直な方向に相当する。
直線偏光膜のλ／４板とは反対側の面には、透明保護膜を設けることが好ましい。偏光膜の両側に透明保護膜を設けることもできる。
【００２１】
［偏光素子の用途］
偏光素子は、様々な画像表示装置に利用できる。液晶表示装置において、本発明に従う偏光素子は、特に効果がある。液晶表示装置では、本発明に従う偏光素子に加えて、反射板、光源および液晶セルを有する。
反射板と光源は、通常の液晶表示装置に用いられている反射板および光源と同様である。
液晶セルは、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＦＬＣ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ Ｂｅｎｄ）、ＳＴＮ（Ｓｕｐｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）、ＨＡＮ（Ｈｙｂｒｉｄ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）のような様々な表示モードが利用できる。
【００２２】
【実施例】
［実施例１］
（第４コレステリック液晶層の形成）
ガラス基板上に、ポリイミド配向膜用塗布液をスピンコーターにて塗布し、１００℃のオーブンで５分間乾燥した後、２５０℃のオーブンにて１時間焼成してガラス基板上に被膜を形成した。被膜の表面をラビング処理して、配向膜を形成した。
配向膜の上に、下記の組成の第４コレステリック液晶層塗布液１００ｇをスピンコートし、１００℃のオーブンにて２分間乾燥した。
【００２３】
【００２４】
【化１】
【００２５】
【化２】
【００２６】
形成した第４コレステリック液晶層の上に、ポリエチレンテレフタレートフイルムを貼り合わせた。これを、ホットプレート上にて１１０℃の温度で５分間保持したところ、第４コレステリック液晶層が発色した。次に、超高圧水銀灯（５００Ｗ／ｃｍ２ ）にて、第４コレステリック液晶層に６０ｃｍの距離から２５秒間露光を行った（照射エネルギー：１００ｍｊ／ｃｍ２ ）。
露光後、室温まで冷却し、ポリエチレンテレフタレートフイルムを、第２コレステリック液晶層との界面で剥離した。
【００２７】
（第３コレステリック液晶層の形成）
第４コレステリック液晶層の上に、下記の組成の第３コレステリック液晶層塗布液１００ｇをスピンコートし、１００℃のオーブンにて２分間乾燥した。
【００２８】
【００２９】
形成した第３コレステリック液晶層の上に、ポリエチレンテレフタレートフイルムを貼り合わせた。これを、ホットプレート上にて１１０℃の温度で５分間保持したところ、第３コレステリック液晶層が発色した。次に、超高圧水銀灯（５００Ｗ／ｃｍ２ ）にて、第３コレステリック液晶層に６０ｃｍの距離から２５秒間露光を行った（照射エネルギー：１００ｍｊ／ｃｍ２ ）。
露光後、室温まで冷却し、ポリエチレンテレフタレートフイルムを、第３コレステリック液晶層との界面で剥離した。
【００３０】
（第２コレステリック液晶層の形成）
第３コレステリック液晶層の上に、下記の組成の第２コレステリック液晶層塗布液１００ｇをスピンコートし、１００℃のオーブンにて２分間乾燥した。
【００３１】
【００３２】
形成した第２コレステリック液晶層の上に、ポリエチレンテレフタレートフイルムを貼り合わせた。これを、ホットプレート上にて１１０℃の温度で５分間保持したところ、第２コレステリック液晶層が発色した。次に、超高圧水銀灯（５００Ｗ／ｃｍ２ ）にて、第２コレステリック液晶層に６０ｃｍの距離から２５秒間露光を行った（照射エネルギー：１００ｍｊ／ｃｍ２ ）。
露光後、室温まで冷却し、ポリエチレンテレフタレートフイルムを、第２コレステリック液晶層との界面で剥離した。
【００３３】
（第１コレステリック液晶層の形成）
第２コレステリック液晶層の上に、下記の組成の第１コレステリック液晶層塗布液１００ｇをスピンコートし、１００℃のオーブンにて２分間乾燥した。
【００３４】
【００３５】
形成した第１コレステリック液晶層の上に、ポリエチレンテレフタレートフイルムを貼り合わせた。これを、ホットプレート上にて１１０℃の温度で５分間保持したところ、第１コレステリック液晶層が発色した。次に、超高圧水銀灯（５００Ｗ／ｃｍ２ ）にて、第１コレステリック液晶層に６０ｃｍの距離から２５秒間露光を行った（照射エネルギー：１００ｍｊ／ｃｍ２ ）。
露光後、室温まで冷却し、ポリエチレンテレフタレートフイルムを、第１コレステリック液晶層との界面で剥離した。
第１〜第４コレステリック液晶層の積層体を、さらに２２０℃のオーブンで２０分間焼成した。
【００３６】
（偏光素子の作製および評価）
第１〜第４コレステリック液晶層、λ／４板および直線偏光膜を積層して偏光素子を作製した。
第１〜第４コレステリック液晶層の透過率を、分光光度計を用い、光の入射角を変えて測定した。
次に、作製した偏光素子に対して、コレステリック液晶層側から光を入射し、同様に透過率を測定した。
測定値の差から、入射角が７０度、波長が５８０ｎｍまたは６８０ｎｍの場合における吸収損失を測定した。結果は、第１表に示す。
また、この偏光層の入射角が７０度の右回り円偏光に対する分光反射率を測定した。結果を図２に示す。図２に示されるように、４５０ｎｍから７５０ｎｍの波長域において、５０％以上の反射率であった。
【００３７】
（液晶表示装置の作製）
作製した偏光素子を、反射板、光源および液晶セルと組み合わせて、液晶表示装置を作製した。
液晶表示装置で画像を表示したところ、良好な画像が観察された。
【００３８】
［比較例１］
（偏光素子の作製および評価）
第１コレステリック液晶層を設けなかった以外は、実施例１と同様にして偏光素子を作製した。
第２〜第４コレステリック液晶層の透過率を、分光光度計を用い、光の入射角を変えて測定した。
次に、作製した偏光素子に対して、コレステリック液晶層側から光を入射し、同様に透過率を測定した。
測定値の差から、入射角が７０度、波長が５８０ｎｍまたは６８０ｎｍの場合における吸収損失を測定した。結果は、第１表に示す。
また、この偏光層の入射角が７０度の右回り円偏光に対する分光反射率を測定した。結果を図３に示す。図３に示されるように、４５０ｎｍから７００ｎｍの波長域において、５０％未満の反射率の領域が認められた。
【００３９】
（液晶表示装置の作製）
作製した偏光素子を、反射板、光源および液晶セルと組み合わせて、液晶表示装置を作製した。
液晶表示装置で画像を表示したところ、画像の色相がやや青味を帯びていた。
【００４０】
【表１】
第１表
────────────────────────────────────
偏光素子 波長５８０ｎｍでの吸収損失 波長６８０ｎｍでの吸収損失
────────────────────────────────────
実施例１ ３０％ ４０％
比較例１ ４０％ ５０％
────────────────────────────────────
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光素子の機能を示す断面模式図である。
【図２】実施例１の偏光層の入射角が７０度の右回り円偏光に対する分光反射率の測定結果である。
【図３】比較例１の偏光層の入射角が７０度の右回り円偏光に対する分光反射率の測定結果である。
【符号の説明】
１ａ〜４ａ、１ｆ〜４ｆ、１ｇ〜４ｇ、１ｈ〜４ｈ 左回り円偏光成分
１ｂ〜４ｂ、１ｃ〜４ｃ、１ｄ〜４ｄ、１ｅ〜４ｅ 右回り円偏光成分
１ｉ〜４ｉ、１ｊ〜４ｊ 直線偏光
Ｃｈ１〜Ｃｈ４ コレステリック液晶層
ＬＰ 直線偏光膜
ＬＳ 光源
ＲＰ 反射板
λ／４ λ／４板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polarizing element in which a cholesteric liquid crystal layer, a λ / 4 plate, and a linearly polarizing film are arranged in this order, and particularly to a polarizing element used in a liquid crystal display.
[0002]
[Prior art]
For liquid crystal displays, TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching), FLC (Ferroelectric Liquid Lid Crystal (OCB), Optically Compensated Bend (OCB), STN (Super Tender Aid Vendor) Various display modes have been proposed. In any liquid crystal display, a liquid crystal cell and a polarizing element are basically essential components. With respect to the linearly polarized light that has passed through the polarizing element, the rod-like liquid crystalline compound in the liquid crystal cell (in different alignment states when a voltage is applied and when no voltage is applied) functions optically to display an image.
A normal polarizing element includes a linear polarizing film and a protective film. The linearly polarizing film has a function of transmitting a linearly polarized light component that matches the direction of the polarization axis (transmission axis) and absorbing a linearly polarized light component in a direction orthogonal to the polarization axis direction. Therefore, only half of the amount of light from the light source can be used for image display.
[0003]
Since the liquid crystal display is characterized by small size, light weight, and low power consumption, it is difficult to increase the amount of light by increasing the size of the light source. Therefore, a polarizing element in which a cholesteric liquid crystal layer and a λ / 4 plate are added to a linearly polarizing film has been proposed so that the entire amount of light from the light source can be used for image display (Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-146416 and 8). Nos. -271733, 10-206636, 10-293211, 10-319235 and JP-T-10-513578).
A polarizing element having a cholesteric liquid crystal layer and a λ / 4 plate uses all of the amount of light from the light source for image display by selective reflection of the cholesteric liquid crystal. Therefore, in this polarizing element, the performance of the cholesteric liquid crystal layer is very important. JP-A-8-146416, JP-A-8-271731, JP-A-10-319235, and JP-T-10-513578 are related to improvement of the cholesteric liquid crystal layer.
In the above polarizing element, in addition to the cholesteric liquid crystal layer, the performance of the λ / 4 plate is also important. Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-206636 and 10-293211 relate to improvements of the λ / 4 plate.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-8-146416 [Patent Document 2]
JP-A-8-271731 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-206636 [Patent Document 4]
JP-A-10-293211 [Patent Document 5]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-319235 [Patent Document 6]
Japanese National Patent Publication No. 10-513578
[Problems to be solved by the invention]
When the incident angle of light is changed from 0 degrees to 70 degrees with respect to a polarizing element composed of a cholesteric liquid crystal layer, a λ / 4 plate, and a linearly polarizing film, the light transmittance is greatly reduced. Especially for red light, there are many absorption losses due to the polarizing element. Therefore, when the incident angles of light incident on the liquid crystal display device are widely distributed, there is a problem that the light use efficiency is not good.
According to the research of the present inventor, when the polarizing element is incorporated in a liquid crystal display device, the incident angle of light incident on the cholesteric liquid crystal layer is distributed not only from 0 degrees but from 0 degrees to 90 degrees. Therefore, even if a polarizing element comprising a cholesteric liquid crystal layer, a λ / 4 plate and a linear polarizing film is used, the light utilization efficiency is not improved as expected due to the problem of the incident angle of light, It has been found that there is a problem that the hue is bluish.
An object of the present invention is to improve the light use efficiency in a polarizing element in which a cholesteric liquid crystal layer, a λ / 4 plate, and a linearly polarizing film are arranged in this order, and to solve the problem that the hue is bluish. .
[0006]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is a polarizing element in which a cholesteric liquid crystal layer, a λ / 4 plate, and a linearly polarizing film are arranged in this order, and the cholesteric liquid crystal layer has a wavelength range from 450 nm to 700 nm and is in a normal direction. This has been achieved by a polarizing element having a function of reflecting circularly polarized light around the same spiral as that of a cholesteric liquid crystal incident at an incident angle of 70 degrees.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Configuration of liquid crystal display device]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the function of the polarizing element.
In the polarizing element shown in FIG. 1, a cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4), a λ / 4 plate (λ / 4), and a linearly polarizing film (LP) are arranged in this order. The cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4) are composed of four types of layers (Ch1, Ch2, Ch3, and Ch4) having different helical pitches of cholesteric liquid crystals. The helical pitch is in the order of Ch1 <Ch2 <Ch3 <Ch4.
A reflecting plate (RP) and a light source (LS) are provided on the cholesteric liquid crystal layer side of the polarizing element. The reflector (RP) has a normal (similar to a mirror) reflection function. The light source (LS) may be disposed on the side surface of the laminated body shown in FIG. 1 to guide light into the laminated body by a light guide plate or a light diffusing plate.
The cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4) transmit a circularly polarized component that is counterclockwise (counterclockwise in FIG. 1) to the spiral of the liquid crystal compound (clockwise in FIG. 1) and rotate in the same direction as the spiral of the liquid crystalline compound ( The circularly polarized light component in the clockwise direction in FIG. 1 is reflected. However, unlike normal reflection, the direction of the circularly polarized light component (clockwise in FIG. 1) does not change.
The λ / 4 plate (λ / 4) has a function of converting circularly polarized light into linearly polarized light.
The linearly polarizing film (LP) transmits a linearly polarized light component necessary for display of a liquid crystal cell (upper part of FIG. 1: not shown) and absorbs other linearly polarized light components.
[0008]
The short wavelength counterclockwise circularly polarized light component (1g) emitted from the light source (LS) to the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4) side can pass through the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4). The left-handed circularly polarized light component (1h) that has passed is converted into linearly polarized light (1i) by the λ / 4 plate (λ / 4) and used as linearly polarized light (1j) that has passed through the linearly polarizing film (LP). That is, the light is converted into linearly polarized light in the order of LS → 1g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 1h → λ / 4 → 1i → LP → 1j. The short wavelength clockwise circular polarization component (1e) emitted from the light source (LS) to the reflection plate (RP) side is reflected by the reflection plate (RP) as the left rotation circular polarization component (1f). The reflected light passes through the light source (LS), passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (1i), and passes through the linearly polarizing film (LP). Used as polarized light (1j). That is, it is converted into linearly polarized light in the order of LS → 1e → RP → 1f → LS → 1g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 1h → λ / 4 → 1i → LP → 1j.
[0009]
The short wavelength clockwise circular polarized light component (1c) emitted from the light source (LS) to the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4) side is reflected by the first cholesteric liquid crystal layer (Ch1). The reflected light is also a clockwise circularly polarized component (1d). The reflected light (1d) passes through the light source (LS), is reflected by the reflector (RP), passes through the light source (LS) again, and passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4). Passed through, converted into linearly polarized light (1i), and used as linearly polarized light (1j) transmitted through the linearly polarizing film (LP). In other words, LS → 1c → Ch1 → 1d → LS → 1e → RP → 1f → LS → 1g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 1h → λ / 4 → 1i → LP → 1j .
The short wavelength counterclockwise circularly polarized light component (1a) emitted from the light source (LS) to the reflector (RP) side is reflected by the reflector (RP) as the clockwise circularly polarized light component (1b). The reflected light passes through the light source (LS), is reflected by the first cholesteric liquid crystal layer (Ch1) in the same manner as described above, passes through the light source (LS) again, is reflected by the reflector (RP), The light passes through the light source (LS) three times, passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (1i), and is used as linearly polarized light (1j) transmitted through the linearly polarizing film (LP). That is, LS → 1a → RP → 1b → LS → 1c → Ch1 → 1d → LS → 1e → RP → 1f → LS → 1g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 1h → λ / 4 → 1i → LP → 1j It is converted to linearly polarized light in order.
[0010]
The relatively short wavelength counterclockwise circularly polarized light component (2g) emitted from the light source (LS) to the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4) side can pass through the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4). The counterclockwise circularly polarized light component (2h) that has passed is converted into linearly polarized light (2i) by the λ / 4 plate (λ / 4) and used as linearly polarized light (2j) transmitted through the linearly polarizing film (LP). That is, it is converted into linearly polarized light in the order of LS → 2g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 2h → λ / 4 → 2i → LP → 2j.
The relatively short wavelength clockwise circular polarization component (2e) emitted from the light source (LS) to the reflection plate (RP) is reflected by the reflection plate (RP) as a counterclockwise circular polarization component (2f). The reflected light passes through the light source (LS), passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (2i), and passes through the linearly polarizing film (LP). Used as polarized light (2j). That is, it is converted into linearly polarized light in the order of LS → 2e → RP → 2f → LS → 2g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 2h → λ / 4 → 2i → LP → 2j.
[0011]
The relatively short wavelength clockwise circularly polarized light component (2c) emitted from the light source (LS) to the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4) side passes through the first cholesteric liquid crystal layer (Ch1), but the second cholesteric Reflected by the liquid crystal layer (Ch2). The reflected light is also a clockwise circularly polarized component (2d). The reflected light (2d) passes through the first cholesteric liquid crystal layer (Ch1) and the light source (LS), is reflected by the reflector (RP), and passes through the light source (LS) again. The linearly polarized light (2j) that has passed through the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4), converted into linearly polarized light (2i), and transmitted through the linearly polarizing film (LP) is used. That is, linearly polarized light in the order LS → 2c → Ch1 → Ch2 → Ch1 → 2d → LS → 2e → RP → 2f → LS → 2g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 2h → λ / 4 → 2i → LP → 2j Is converted to
The relatively short wavelength counterclockwise circularly polarized light component (2a) emitted from the light source (LS) to the reflector (RP) side is reflected by the reflector (RP) as the clockwise circularly polarized light component (2b). The reflected light passes through the light source (LS), is reflected by the second cholesteric liquid crystal layer (Ch2) as described above, passes through the light source (LS) again, and is reflected by the reflector (RP). The light passes through the light source (LS) three times, passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (2i), and is used as linearly polarized light (2j) transmitted through the linearly polarizing film (LP). That is, LS → 2a → RP → 2b → LS → 2c → Ch1 → Ch2 → Ch1 → 2d → LS → 2e → RP → 2f → LS → 2g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 2h → λ / 4 → 2i → It is converted into linearly polarized light in the order of LP → 2j.
[0012]
The relatively long wavelength counterclockwise circularly polarized light component (3g) emitted from the light source (LS) to the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4) side can pass through the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4). The left-handed circularly polarized light component (3h) that has passed is converted into linearly polarized light (3i) by the λ / 4 plate (λ / 4) and used as linearly polarized light (3j) that has passed through the linearly polarizing film (LP). That is, it is converted into linearly polarized light in the order of LS → 3g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 3h → λ / 4 → 3i → LP → 3j.
The relatively long wavelength clockwise circular polarization component (3e) emitted from the light source (LS) to the reflection plate (RP) side is reflected by the reflection plate (RP) as a counterclockwise circular polarization component (3f). The reflected light passes through the light source (LS), passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (3i), and passes through the linearly polarizing film (LP). Used as polarized light (3j). That is, it is converted into linearly polarized light in the order of LS → 3e → RP → 3f → LS → 3g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 3h → λ / 4 → 3i → LP → 3j.
[0013]
A relatively long wavelength clockwise circularly polarized light component (3c) emitted from the light source (LS) to the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4) side passes through the first and second cholesteric liquid crystal layers (Ch1, Ch2). Reflected by the third cholesteric liquid crystal layer (Ch3). The reflected light is also a clockwise circular polarization component (3d). The reflected light (3d) passes through the second and first cholesteric liquid crystal layers (Ch2, Ch1) and the light source (LS), and is reflected by the reflecting plate (RP) in the same manner as described above, and then the light source (LS) ) Again, passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (3i), and is used as linearly polarized light (3j) transmitted through the linearly polarizing film (LP). That is, LS → 3c → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch2 → Ch1 → 3d → LS → 3e → RP → 3f → LS → 3g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 3h → λ / 4 → 3i → LP → 3j It is converted to linearly polarized light in order.
The relatively long-wavelength counterclockwise circularly polarized light component (3a) emitted from the light source (LS) to the reflector (RP) side is reflected by the reflector (RP) as a clockwise circularly polarized light component (3b). The reflected light passes through the light source (LS), is reflected by the third cholesteric liquid crystal layer (Ch3) in the same manner as described above, passes through the light source (LS) again, is reflected by the reflector (RP), The light passes through the light source (LS) three times, passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (3i), and is used as linearly polarized light (3j) transmitted through the linearly polarizing film (LP). That is, LS → 3a → RP → 3b → LS → 3c → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch2 → Ch1 → 3d → LS → 3e → RP → 3f → LS → 3g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 3h → λ / It is converted into linearly polarized light in the order of 4 → 3i → LP → 3j.
[0014]
The long-wavelength counterclockwise circularly polarized light component (4g) emitted from the light source (LS) to the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4) side can pass through the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4). The left-handed circularly polarized light component (4h) that has passed is converted into linearly polarized light (4i) by the λ / 4 plate (λ / 4) and used as linearly polarized light (4j) that has passed through the linearly polarizing film (LP). That is, it is converted into linearly polarized light in the order of LS → 4g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 4h → λ / 4 → 4i → LP → 4j. The long wavelength clockwise circular polarization component (4e) emitted from the light source (LS) to the reflection plate (RP) side is reflected by the reflection plate (RP) as the left rotation circular polarization component (4f). The reflected light passes through the light source (LS), passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (4i), and passes through the linearly polarizing film (LP). Used as polarized light (4j). That is, it is converted into linearly polarized light in the order of LS → 4e → RP → 4f → LS → 4g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 4h → λ / 4 → 4i → LP → 4j.
[0015]
The long-wavelength clockwise circularly polarized light component (4c) emitted from the light source (LS) to the cholesteric liquid crystal layer (Ch1 to Ch4) side passes through the first, second and third cholesteric liquid crystal layers (Ch1, Ch2, and Ch3). Passes but is reflected by the fourth cholesteric liquid crystal layer (Ch4). The reflected light is also a clockwise circular polarization component (4d). The reflected light (4d) passes through the third, second and first cholesteric liquid crystal layers (Ch3, Ch2, Ch1) and the light source (LS) and is reflected by the reflector (RP) in the same manner as described above. The light passes through the light source (LS) again, passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (4i), and is used as linearly polarized light (4j) that is transmitted through the linearly polarizing film (LP). . That is, LS → 4c → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → Ch3 → Ch2 → Ch1 → 4d → LS → 4e → RP → 4f → LS → 4g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → 4h → λ / 4 → 4i → It is converted into linearly polarized light in the order of LP → 4j.
The long-wavelength counterclockwise circularly polarized light component (4a) emitted from the light source (LS) to the reflecting plate (RP) side is reflected by the reflecting plate (RP) as a clockwise circularly polarized light component (4b). The reflected light passes through the light source (LS), is reflected by the fourth cholesteric liquid crystal layer (Ch4) in the same manner as described above, passes through the light source (LS) again, is reflected by the reflector (RP), The light passes through the light source (LS) three times, passes through the cholesteric liquid crystal layers (Ch1 to Ch4), is converted into linearly polarized light (4i), and is used as linearly polarized light (4j) transmitted through the linearly polarizing film (LP). That is, LS → 4a → RP → 4b → LS → 4c → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → Ch3 → Ch2 → Ch1 → 4d → LS → 4e → RP → 4f → LS → 4g → Ch1 → Ch2 → Ch3 → Ch4 → It is converted into linearly polarized light in the order of 4h → λ / 4 → 4i → LP → 4j.
[0016]
As described above, the light from the light source (LS) is converted into linearly polarized light (1j, 2j, 3j, 4j) in a wide wavelength region and used for image display on a liquid crystal display.
[0017]
[Cholesteric liquid crystal layer]
The selective reflection of cholesteric liquid crystal is one of the optical properties of liquid crystal that has been known for a long time, and is described in various documents.
The cholesteric liquid crystal layer used in the backlight device for liquid crystal display is described in JP-A-8-146416, JP-A-8-271731, JP-A-10-319235 and JP-T-10-513578.
In the present invention, the cholesteric liquid crystal layer exhibits selective reflection even with respect to circularly polarized light with a tilted incident angle in a wide wavelength region of 450 nm to 700 nm. That is, the cholesteric liquid crystal layer has a function of reflecting circularly polarized light that is incident at an incident angle of 70 degrees from the normal direction in the wavelength region from 450 nm to 700 nm and around the same spiral as the cholesteric liquid crystal.
“Having the function of reflecting” means that the cholesteric liquid crystal layer is the same as the cholesteric liquid crystal spiral in which circularly polarized light as defined above is incident at an incident angle of 70 degrees from the normal direction in the wavelength range from 450 nm to 700 nm. This means that the circularly polarized light) is reflected by 50% or more.
In order to realize the above function, it is preferable to provide a plurality of cholesteric liquid crystal layers having different selective reflection center wavelengths. The number of cholesteric liquid crystal layers is preferably 3 or more, more preferably 4 or more, and particularly preferably 5 or more.
The liquid crystalline compound used for the cholesteric liquid crystal layer preferably has a refractive index anisotropy (Δn) of 0.2 or more. The refractive index anisotropy is more preferably 0.3 or more.
[0018]
[Λ / 4 plate]
In order to cope with light in all wavelength regions, it is desirable that the λ / 4 plate can function as a λ / 4 plate in a wide wavelength region. In order to prevent the liquid crystal display device from being reduced in weight and thickness, it is desirable to achieve λ / 4 in a wide wavelength region with a light and thin means as much as possible.
In order to achieve λ / 4 in a wide wavelength region, λ / 4 plates in which two polymer films having optical anisotropy are laminated are disclosed in JP-A-5-27118, JP-A-5-27119, and JP-A-10-68816. And 10-90521 and can be used in the present invention. However, if two polymer films are used in an overlapping manner, the thickness of the polymer film increases as a whole, and a bonding process is required, which tends to increase costs. A λ / 4 plate that realizes λ / 4 in a wide wavelength region with a single polymer film is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-137116 and can also be used in the present invention. Specifically, cellulose acetate having a degree of acetylation of 2.5 to 2.8 is used as the polymer. However, with cellulose acetate alone, the optical anisotropy (birefringence index) tends to be insufficient, and in order to obtain the front retardation value required for a λ / 4 plate, the film needs to be thick.
[0019]
JP-A Nos. 2000-147260, 2000-206331, 2000-284126, 2001-004837, 2001-021720, 2001-056411, 2001-091741, 2001-108825 The publication discloses a broadband λ / 4 plate that has at least two optically anisotropic layers, and in which at least one optically anisotropic layer is a layer formed of a liquid crystalline compound. A layer formed of a liquid crystal compound has advantages in that the types of optical anisotropy are various as compared with a polymer film, the direction control of the slow axis is easy, and the layer can be thinned. Therefore, a λ / 4 plate using a liquid crystalline compound instead of the polymer film can be particularly preferably used for the polarizing element according to the present invention.
WO 00/65384 discloses a broadband λ / 4 plate made of a single cellulose ester film containing an aromatic compound having a plurality of aromatic rings as a retardation increasing agent. By using a retardation increasing agent, high optical anisotropy (birefringence) can be obtained, and a wide band λ / 4 can be realized even with a single thin cellulose ester film. Therefore, the λ / 4 plate described in WO00 / 65384 can be particularly preferably used for the polarizing element according to the present invention.
[0020]
[Linear polarizing film]
Examples of the linear polarizing film include an iodine polarizing film, a dye polarizing film using a dichroic dye, and a polyene polarizing film. The iodine polarizing film and the dye polarizing film are generally manufactured using a polyvinyl alcohol film. The polarization axis of the polarizing film corresponds to a direction perpendicular to the film stretching direction.
It is preferable to provide a transparent protective film on the surface of the linearly polarizing film opposite to the λ / 4 plate. A transparent protective film can also be provided on both sides of the polarizing film.
[0021]
[Application of polarizing element]
The polarizing element can be used in various image display devices. In a liquid crystal display device, the polarizing element according to the present invention is particularly effective. The liquid crystal display device includes a reflector, a light source, and a liquid crystal cell in addition to the polarizing element according to the present invention.
The reflector and the light source are the same as the reflector and the light source used in a normal liquid crystal display device.
The liquid crystal cells are TN (Twisted Nematic), IPS (In-Plane Switching), FLC (Ferroelectric Liquid Crystal (OCL), Optically Compensated Bend (OCB), STN (Super Titanium High) Various display modes such as) can be used.
[0022]
【Example】
[Example 1]
(Formation of fourth cholesteric liquid crystal layer)
A polyimide alignment film coating solution was applied onto a glass substrate with a spin coater, dried in an oven at 100 ° C. for 5 minutes, and then baked in an oven at 250 ° C. for 1 hour to form a coating on the glass substrate. The surface of the coating was rubbed to form an alignment film.
On the alignment film, 100 g of a fourth cholesteric liquid crystal layer coating solution having the following composition was spin-coated and dried in an oven at 100 ° C. for 2 minutes.
[0023]
[0024]
[Chemical 1]
[0025]
[Chemical 2]
[0026]
A polyethylene terephthalate film was bonded onto the formed fourth cholesteric liquid crystal layer. When this was held on a hot plate at a temperature of 110 ° C. for 5 minutes, the fourth cholesteric liquid crystal layer developed color. Next, the fourth cholesteric liquid crystal layer was exposed from a distance of 60 cm for 25 seconds with an ultrahigh pressure mercury lamp (500 W / cm 2 ) (irradiation energy: 100 mj / cm 2 ).
After the exposure, the film was cooled to room temperature, and the polyethylene terephthalate film was peeled off at the interface with the second cholesteric liquid crystal layer.
[0027]
(Formation of third cholesteric liquid crystal layer)
On the fourth cholesteric liquid crystal layer, 100 g of a third cholesteric liquid crystal layer coating solution having the following composition was spin-coated and dried in an oven at 100 ° C. for 2 minutes.
[0028]
[0029]
A polyethylene terephthalate film was bonded onto the formed third cholesteric liquid crystal layer. When this was held on a hot plate at a temperature of 110 ° C. for 5 minutes, the third cholesteric liquid crystal layer developed color. Next, the third cholesteric liquid crystal layer was exposed from a distance of 60 cm for 25 seconds with an ultrahigh pressure mercury lamp (500 W / cm 2 ) (irradiation energy: 100 mj / cm 2 ).
After exposure, the film was cooled to room temperature, and the polyethylene terephthalate film was peeled off at the interface with the third cholesteric liquid crystal layer.
[0030]
(Formation of second cholesteric liquid crystal layer)
On the third cholesteric liquid crystal layer, 100 g of a second cholesteric liquid crystal layer coating solution having the following composition was spin-coated and dried in an oven at 100 ° C. for 2 minutes.
[0031]
[0032]
A polyethylene terephthalate film was bonded onto the formed second cholesteric liquid crystal layer. When this was held on a hot plate at a temperature of 110 ° C. for 5 minutes, the second cholesteric liquid crystal layer developed color. Next, the second cholesteric liquid crystal layer was exposed from a distance of 60 cm for 25 seconds with an ultrahigh pressure mercury lamp (500 W / cm 2 ) (irradiation energy: 100 mj / cm 2 ).
After the exposure, the film was cooled to room temperature, and the polyethylene terephthalate film was peeled off at the interface with the second cholesteric liquid crystal layer.
[0033]
(Formation of first cholesteric liquid crystal layer)
On the second cholesteric liquid crystal layer, 100 g of a first cholesteric liquid crystal layer coating solution having the following composition was spin-coated and dried in an oven at 100 ° C. for 2 minutes.
[0034]
[0035]
A polyethylene terephthalate film was bonded onto the formed first cholesteric liquid crystal layer. When this was held on a hot plate at a temperature of 110 ° C. for 5 minutes, the first cholesteric liquid crystal layer developed color. Next, the first cholesteric liquid crystal layer was exposed from a distance of 60 cm for 25 seconds with an ultrahigh pressure mercury lamp (500 W / cm 2 ) (irradiation energy: 100 mj / cm 2 ).
After the exposure, the film was cooled to room temperature, and the polyethylene terephthalate film was peeled off at the interface with the first cholesteric liquid crystal layer.
The laminate of the first to fourth cholesteric liquid crystal layers was further baked in an oven at 220 ° C. for 20 minutes.
[0036]
(Production and evaluation of polarizing element)
A polarizing element was produced by laminating the first to fourth cholesteric liquid crystal layers, the λ / 4 plate, and the linear polarizing film.
The transmittance of the first to fourth cholesteric liquid crystal layers was measured using a spectrophotometer while changing the incident angle of light.
Next, light was incident on the produced polarizing element from the cholesteric liquid crystal layer side, and the transmittance was measured in the same manner.
From the difference in the measured values, the absorption loss was measured when the incident angle was 70 degrees and the wavelength was 580 nm or 680 nm. The results are shown in Table 1.
Moreover, the spectral reflectance with respect to clockwise circularly polarized light having an incident angle of 70 degrees was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 2, the reflectance was 50% or more in the wavelength region of 450 nm to 750 nm.
[0037]
(Production of liquid crystal display device)
A liquid crystal display device was produced by combining the produced polarizing element with a reflector, a light source and a liquid crystal cell.
When an image was displayed on the liquid crystal display device, a good image was observed.
[0038]
[Comparative Example 1]
(Production and evaluation of polarizing element)
A polarizing element was produced in the same manner as in Example 1 except that the first cholesteric liquid crystal layer was not provided.
The transmittance of the second to fourth cholesteric liquid crystal layers was measured using a spectrophotometer while changing the incident angle of light.
Next, light was incident on the produced polarizing element from the cholesteric liquid crystal layer side, and the transmittance was measured in the same manner.
From the difference in the measured values, the absorption loss was measured when the incident angle was 70 degrees and the wavelength was 580 nm or 680 nm. The results are shown in Table 1.
Moreover, the spectral reflectance with respect to clockwise circularly polarized light having an incident angle of 70 degrees was measured. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 3, a region having a reflectance of less than 50% was observed in the wavelength region of 450 nm to 700 nm.
[0039]
(Production of liquid crystal display device)
A liquid crystal display device was produced by combining the produced polarizing element with a reflector, a light source and a liquid crystal cell.
When an image was displayed on a liquid crystal display device, the hue of the image was slightly bluish.
[0040]
[Table 1]
Table 1 ────────────────────────────────────
Polarization element Absorption loss at wavelength 580nm Absorption loss at wavelength 680nm────────────────────────────────────
Example 1 30% 40%
Comparative Example 1 40% 50%
────────────────────────────────────
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the function of a polarizing element.
FIG. 2 is a measurement result of spectral reflectance with respect to right-handed circularly polarized light having an incident angle of 70 degrees in the polarizing layer of Example 1.
FIG. 3 is a measurement result of spectral reflectance with respect to clockwise circularly polarized light having an incident angle of 70 degrees in the polarizing layer of Comparative Example 1;
[Explanation of symbols]
1a to 4a, 1f to 4f, 1g to 4g, 1h to 4h counterclockwise circularly polarized light components 1b to 4b, 1c to 4c, 1d to 4d, 1e to 4e clockwise circularly polarized light components 1i to 4i, 1j to 4j linearly polarized light Ch1 ~ Ch4 Cholesteric liquid crystal layer LP Linearly polarizing film LS Light source RP Reflector λ / 4 λ / 4 plate
