JP2004347796A - 光学素子及びそれを備えた画像表示体 - Google Patents

Abstract

【課題】画像表示体に組み込まれて用いられた場合にコントラストや視認性等に優れた画像表示を実現することができる光学素子を提供する。
【解決手段】光学素子１０は、基材１３上に積層された配向層１２と、配向層１２のうち基材１３の反対側に積層された偏光分離層１１とを備えている。偏光分離層１１は基材１３及び配向層１２からみて出光側に配置されており、入射光２１が基材１３側から入射すると、偏光分離層１１で分離された一方の偏光光２２は出光側へ出射され、他方の偏光光２３は基材１３及び配向層１２の側へ出射される。偏光光２３は、配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１と配向層１２との界面における繰り返し反射を経て出光側へ偏光光２２とともに界面反射光２４として出射される。界面反射光２４が実質的に直線偏光となるよう、基材１３の屈折率及び偏光分離層１１の屈折率を基準にして、配向層１２の屈折率及び膜厚が調整されている。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶表示装置等の画像表示体に組み込まれて用いられる多層構造の光学素子に係り、とりわけ、光の偏光状態を制御する偏光分離素子等の光学素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置等の画像表示体に組み込まれて用いられる光学素子の多くは、複数の層が積層された多層構造を有しており、それを構成する各層の屈折率の差により各層の界面で界面反射が生じる。このような界面反射は通常、光の利用効率の損失を招くものであり、反射防止膜のように界面反射による光の損失を積極的に利用する場合を除いて、好ましくないものである。また、光の偏光状態を制御する偏光分離素子のような光学素子では、界面反射光によって、光学素子から出光側へ出射される偏光光の偏光状態が変化してしまうので、光学特性の低下という点でも、好ましくないものである。
【０００３】
ところで、上述したような偏光分離素子等の光学素子としては、コレステリック規則性を有する液晶層（コレステリック液晶層）等の屈折率異方性層を基材上に積層したものが一般的に用いられている。
【０００４】
ここで、コレステリック液晶層は、液晶分子の物理的な分子配列として、液晶分子のダイレクターが液晶層の厚さ方向に連続的に回転してなる螺旋構造をとっており、このような液晶分子の物理的な分子配列に基づいて、一方向の円偏光成分と、これと逆回りの円偏光成分とを分離する偏光分離特性を有している。すなわち、コレステリック液晶層において、螺旋軸に沿って入射した無偏光状態の光は、２つの偏光状態の光（右円偏光及び左円偏光）に分離され、一方は透過され、残りは反射される。この現象は、円偏光二色性として知られ、液晶分子の螺旋構造における螺旋巻き方向を適宜選択すると、この螺旋巻き方向と同一の旋光方向を有する円偏光成分が選択的に反射される。
【０００５】
この場合の最大旋光光散乱は、次式の波長λ_０で生じる。
λ_０＝ｎａｖ・ｐ
【０００６】
ここで、ｐは液晶分子の螺旋構造における螺旋ピッチ（液晶分子の分子螺旋の１ピッチ当たりの長さ）、ｎａｖは螺旋軸に直交する平面内での平均屈折率である。
【０００７】
また、このときの反射光の波長バンド幅△λは次式で表される。ここで、△ｎは複屈折値である。
△λ＝△ｎ・ｐ
【０００８】
すなわち、コレステリック液晶層において、入射した無偏光状態の光は、上述したような偏光分離特性に従って、中心波長λ_０を中心とした波長バンド幅△λの範囲（選択反射波長域）に属する一方の円偏光成分（右円偏光又は左円偏光）が反射され、他方の円偏光成分（左円偏光又は右円偏光）及び選択反射波長域を除く他の波長域の光（無偏光状態の光）が透過される。なお、このようなコレステリック液晶層では、その膜厚に応じて一方の円偏光成分を反射する割合を調整することができ、一方の円偏光成分を完全に反射する完全透過／反射型の偏光分離層の他、一方の円偏光成分を所定の割合で反射し、残りを透過する半透過／反射型の偏光分離層としても用いられる。
【０００９】
ここで、上述したような偏光分離素子等の光学素子では、基材上に積層されたコレステリック液晶層中の液晶分子を配向させるため、基材とコレステリック液晶層との間に配向層を設ける必要がある場合が多い。このため、このような光学素子では、光学的な界面が増えてしまい、上述したような問題がより深刻なものとなる。
【００１０】
このような問題に関連して、特許文献１には、コレステリック液晶層と１／４波長板とを接着層を介して接着することにより、界面反射による光の損失を抑制する方法が記載されている。また、特許文献２には、コレステリック液晶層と１／４波長板とを接着する接着層の屈折率をコレステリック液晶層の平均屈折率を基準にして±０．２以内とすることにより、輝度や色むら等の防止を図る方法が記載されている。
【００１１】
【特許文献１】
特開平９−１８９８１１号公報
【特許文献２】
特開平１１−１２５７１７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１及び２に記載された方法では、コレステリック液晶層と基材との界面で生じる界面反射光の強度を一定の割合で低減することはできるものの、完全に取り除くことはできず、その低減効果には一定の限界がある、という問題がある。
【００１３】
また、上述したような偏光分離素子等の光学素子は通常、偏光板等の他の光学部材を有する液晶表示装置等の画像表示体に組み込まれて用いられるが、画像表示体で用いられる偏光板は完全な円偏光板等ではない。このため、上述したような偏光分離素子等の光学素子に入射する入射光は一般に楕円偏光等の不完全な偏光光となり、それに起因して、光学素子の出光側へ出射される偏光光の偏光状態が歪みやすいという問題もある。
【００１４】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、基材上に配向層を介してコレステリック液晶層等の屈折率異方性層が積層された光学素子であって、液晶表示装置等の画像表示体に組み込まれて用いられた場合にコントラストや視認性等に優れた画像表示を実現することができる光学素子及びそれを備えた画像表示体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の解決手段として、基材と、前記基材の表面上に積層された配向層と、前記配向層のうち前記基材の反対側に位置する表面上に積層され、入射光の偏光状態を制御して出光側へ偏光光を出射させる屈折率異方性層とを備え、前記入射光に起因した界面反射光であって前記配向層と前記基材との界面及び前記屈折率異方性層と前記配向層との界面における繰り返し反射を経て前記出光側へ前記偏光光とともに出射される界面反射光が実質的に直線偏光となるよう、前記基材の屈折率及び前記屈折率異方性層の屈折率を基準にして、前記配向層の屈折率及び膜厚が調整されていることを特徴とする光学素子を提供する。
【００１６】
なお、上述した第１の解決手段において、前記界面反射光の層面内のｘ軸方向及びｙ軸方向に関しての強度Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙが、次式（１）〜（６）、すなわち
【数２】

（ここで、
ｎ_１ｘ：屈折率異方性層の異常光屈折率（ｘ軸方向の成分）
ｎ_１ｙ：屈折率異方性層の常光屈折率（ｙ軸方向の成分）
ｎ_２：配向層の屈折率
ｎ_３：基材の屈折率
ｒ_１ｘ：屈折率異方性層と配向層との間の振幅反射率（ｘ軸方向の成分）
ｒ_１ｙ：屈折率異方性層と配向層との間の振幅反射率（ｙ軸方向の成分）
ｒ_２：配向層と基材との間の振幅反射率
ｄ：配向層の膜厚
λ：入射光の波長
δ：繰り返し反射における隣り合う光同士の位相差
である。）
と表されるときに、前記界面反射光の強度Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙが次式（７）、すなわち
｜ｌｏｇ（Ｒ_ｘ／Ｒ_ｙ）｜≧０．８ … （７）
を満たす範囲にあるように、前記基材の屈折率ｎ_３及び前記屈折率異方性層の屈折率ｎ_１ｘ，ｎ_１ｙを基準にして、前記配向層の屈折率ｎ_２及び膜厚ｄが調整されていることが好ましい。
【００１７】
また、上述した第１の解決手段において、前記屈折率異方性層は、前記入射光を少なくとも２つの偏光状態の光に分離する偏光分離層であることが好ましい。また、前記偏光分離層が前記基材及び前記配向層からみて前記出光側に配置されており、前記屈折率異方性層で分離された一方の偏光状態の光が前記出光側へ出射されるとともに、他方の偏光状態の光が前記基材及び前記配向層の側へ出射されることが好ましい。さらに、前記偏光分離層は、前記配向層の配向規制力により配向された液晶層からなることが好ましく、より好ましくは、前記液晶層は、コレステリック規則性を有する液晶層である。
【００１８】
さらに、上述した第１の解決手段において、前記配向層の屈折率及び膜厚は前記入射光の波長が約５５０ｎｍ付近である場合を基準にして調整されていることが好ましい。
【００１９】
さらにまた、上述した第１の解決手段において、前記配向層は、層面内で複数の領域にパターニングされていることが好ましい。なお、前記配向層の前記各領域は、互いに異なる光学機能を有することが好ましい。
【００２０】
本発明は、第２の解決手段として、上述した第１の解決手段に係る光学素子と、前記光学素子を介して出射される特定の偏光状態の光を利用して画像表示を行う表示素子とを備え、前記光学素子の光学軸と前記表示素子の光学軸とが画像表示のコントラストが最大となるような関係で配置されていることを特徴とする画像表示体を提供する。
【００２１】
本発明は、第３の解決手段として、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることにより明暗制御を行う駆動液晶層と、前記駆動液晶層の背面側から無偏光状態の白色光を照射するバックライト光源と、前記駆動液晶層と前記バックライト光源との間に設けられ、一方の旋光方向の円偏光成分を透過する背面側楕円偏光板と、前記駆動液晶層の観察側に設けられ、前記一方の旋光方向の円偏光成分とは異なる他方の旋光方向の円偏光成分を透過する観察側楕円偏光板と、前記駆動液晶層と前記背面側楕円偏光板との間に設けられ、可視光領域をカバーする広帯域の波長域に属する前記一方の旋光方向の円偏光成分を所定の割合で反射する一方で、所定の割合で反射されずに透過した前記一方の旋光方向の円偏光成分及び前記他方の旋光方向の円偏光成分を含む光を透過する半透過型の広帯域偏光分離素子とを備え、前記広帯域偏光分離素子は、基材と、前記基材の表面上に積層された配向層と、前記配向層のうち前記基材の反対側に位置する表面上に積層され、前記背面側から入射したバックライト光又は前記観察側から入射した外光の偏光状態を制御して前記観察側へ偏光光を出射させる偏光分離層とを有し、前記偏光分離層は前記基材及び前記配向層からみて前記観察側に配置されており、前記バックライト光又は前記外光に起因した界面反射光であって前記配向層と前記基材との界面及び前記偏光分離層と前記配向層との界面における繰り返し反射を経て前記観察側へ前記偏光光とともに出射される界面反射光が楕円偏光であり、かつ、この楕円偏光の長軸が、前記偏光分離層を透過することにより歪んだ前記一方の旋光方向の円偏光成分の短軸と平行であることを特徴とする画像表示体を提供する。
【００２２】
なお、上述した第３の解決手段において、前記界面反射光は、実質的に直線偏光であることが好ましい。
【００２３】
また、上述した第３の解決手段において、前記広帯域偏光分離素子の前記偏光分離層は、前記配向層の配向規制力により配向された、コレステリック規則性を有する液晶層であることが好ましい。
【００２４】
さらに、上述した第３の解決手段において、前記駆動液晶層を通過した白色光を、赤色、緑色及び青色の各色の画素に応じた各色の光に分離するよう層面内で複数の領域にパターニングされたカラーフィルタをさらに備えることが好ましい。なお、前記広帯域偏光分離素子の前記配向層は、前記カラーフィルタの前記各領域に対応して層面内でパターニングされた複数の領域を有し、当該各領域は光の波長域に応じて互いに異なる光学機能を有することが好ましい。
【００２５】
本発明によれば、光学素子の配向層と基材との界面及び屈折率異方性層と配向層との界面における繰り返し反射を経て出光側へ偏光光とともに出射される界面反射光が直線偏光となるよう、基材の屈折率及び屈折率異方性層の屈折率を基準にして、配向層の屈折率及び膜厚を調整している。このため、このような光学素子が画像表示体に組み込まれて用いられる場合において、配向層における繰り返し反射によって得られた界面反射光を、光学素子の出光側へ出射される偏光光の偏光状態の歪みを解消するために利用することが可能となり、画像表示体における画像表示のコントラストを向上させることができる。
【００２６】
なお、本明細書中において「液晶層」という用語は、光学的に液晶の性質を有する層という意味で用い、層の状態としては、流動性のある液晶相の状態の他、液晶相の持つ分子配列を保って固化された状態も含む。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２８】
まず、図１により、本発明の一実施の形態に係る光学素子について説明する。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態に係る光学素子１０は、基材１３と、基材１３の表面上に積層された配向層１２と、配向層１２のうち基材１３の反対側に位置する表面上に積層された偏光分離層（屈折率異方性層）１１とを備えている。
【００３０】
このうち、偏光分離層１１は、入射光２１の偏光状態を制御して入射光２１を少なくとも２つの偏光状態の光に分離するものであり、一方の偏光状態の光を出光側（図の上方）へ偏光光２２として出射させるとともに、他方の偏光状態の光を入光側（図の下方）へ偏光光２３として出射させることができるようになっている。なお、偏光分離層１１としては、配向層１２の配向規制力により配向された液晶層を用いることが好ましい。ここで、このような液晶層として、特定の波長域の右円偏光を反射するコレステリック規則性を有する液晶層（コレステリック液晶層）を用いる場合には、入射光２１のうち特定の波長域の右円偏光を偏光光２３として入光側へ反射させる一方で、残りの光（前記特定の波長域の左円偏光及び前記特定の波長域以外の無偏光状態の光）を偏光光２２として出光側へ出射させることができる。
【００３１】
なお、このような偏光分離層１１は、可視光領域をカバーする広帯域の波長域の光を分離する広帯域偏光分離素子や、可視光領域内の特定色の光を分離するカラーフィルタ素子として用いることが可能である。
【００３２】
配向層１２は、偏光分離層１１中の液晶分子を配向させるためのものであり、その膜厚は液晶表示装置等の画像表示体に組み込まれた場合における電圧の印加等を考慮して１００ｎｍ程度とするのが一般的である。なお、配向層１２としては、ポリイミド等を用いることが好ましい。
【００３３】
基材１３は、偏光分離層１１及び配向層１２を支持するものである。なお、基材１３としては、その表面で光を反射することができるものであれば、ガラスやＴＡＣフィルム等の任意の透明基材を用いることができる。また、基材１３として、カラーフィルタ等の光学的な機能を有するものを用いてもよい。
【００３４】
このような光学素子１０において、偏光分離層１１が基材１３及び配向層１２からみて出光側に配置されており、入射光２１が基材１３側から入射するものとすると、偏光分離層１１で分離された一方の偏光光２２は出光側へ出射され、他方の偏光光２３は基材１３及び配向層１２の側へ出射される。
【００３５】
このとき、偏光分離層１１から基材１３及び配向層１２の側へ出射された偏光光２３は、配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１と配向層１２との界面における繰り返し反射を経て出光側へ偏光光２２とともに界面反射光２４として出射される。すなわち、配向層１２の膜厚は数十ｎｍ〜数百ｎｍ程度であるので、配向層１２は光学薄膜として機能し、配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１と配向層１２との界面で複数回の反射が行われた後、界面反射光２４として出射される。なおこのとき、配向層１２と基材１３との間における界面反射のように等方性媒体同士の界面反射では、位相（例えば円偏光の回転方向の左右）が常に反転されるが、偏光分離層１１と配向層１２との間における界面反射のように一方が異方性媒体である場合の界面反射では、必ずしもそのようにはならず、当該界面反射により得られる光の強度や偏光状態が条件に応じて変化する。
【００３６】
本実施の形態においては、このような前提の下で、繰り返し反射後に出射される界面反射光２４が実質的に直線偏光となるよう、基材１３の屈折率及び偏光分離層１１の屈折率を基準にして、配向層１２の屈折率及び膜厚を調整する。
【００３７】
ここで、光学素子１０のうち偏光分離層１１のみが屈折率異方性を有しており、配向層１２から出射される界面反射光２４が配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１と配向層１２との界面での繰り返し反射により得られたものであり、光学素子１０に対して入射光２１が実質的に垂直に入射するものとすると、最終的に光学素子１０の出光側へ出射される界面反射光２４の強度は、フレネル反射の計算式に基づいて、次式（１）〜（６）により表される。なお、偏光分離層１１は層面内のｘ軸方向及びｙ軸方向ごとに異なった屈折率（異常光屈折率ｎ_１ｘ及び常光屈折率ｎ_１ｙ）を有するので、次式（１）（２）に示すように、界面反射光２４の強度Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙもｘ軸方向及びｙ軸方向ごとに求められる。
【００３８】
【数３】

なお、上式（１）〜（６）において、
ｎ_１ｘ：偏光分離層１１の異常光屈折率（ｘ軸方向の成分）
ｎ_１ｙ：偏光分離層１１の常光屈折率（ｙ軸方向の成分）
ｎ_２：配向層１２の屈折率
ｎ_３：基材１３の屈折率
ｒ_１ｘ：偏光分離層１１と配向層１２との間の振幅反射率（ｘ軸方向の成分）ｒ_１ｙ：偏光分離層１１と配向層１２との間の振幅反射率（ｙ軸方向の成分）
ｒ_２：配向層１２と基材１３との間の振幅反射率
ｄ：配向層１２の膜厚
λ：入射光２１の波長
δ：繰り返し反射における隣り合う光同士の位相差
である。
【００３９】
ここで、最終的に光学素子１０の出光側へ出射される界面反射光２４が実質的に直線偏光となる場合とは、（１）界面反射光２４の強度のｘ軸方向の成分（Ｒ_ｘ）及びｙ軸方向の成分（Ｒ_ｙ）のいずれかが実質的に０になる場合、又は、（２）界面反射光２４の強度のｘ軸方向の成分（Ｒ_ｘ）及びｙ軸方向の成分（Ｒ_ｙ）が同じでかつ両者の位相差がπ／２となる場合である。ただし、偏光分離層１１、配向層１２及び基材１３の現実の物性値を考えると、上記（２）の場合は現実的にあり得ないので、ここでは上記（１）の場合のみを考える。なお、上記（１）の場合には、Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙのいずれかの成分が実質的に０であるので、両者の位相差を無視することができる。
【００４０】
上記（１）の場合に合致する理想的な条件はＲ_ｘ＝０又はＲ_ｙ＝０であるが、Ｒ_ｘが０でなくともＲ_ｙがＲ_ｘに対して相対的に非常に大きければ実質的に直線偏光とみなすことできる。同様に、Ｒ_ｙが０でなくともＲ_ｘがＲ_ｙに対して相対的に非常に大きければ実質的に直線偏光とみなすことできる。ここで、Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙの大小関係が逆転することを考慮してＲ_ｘ，Ｒ_ｙの相対的な大きさを考えると、最終的に光学素子１０の出光側へ出射される界面反射光２４が実質的に直線偏光となる場合は、次式（７）を満たす場合である。
｜ｌｏｇ（Ｒ_ｘ／Ｒ_ｙ）｜≧０．８ … （７）
【００４１】
ここで、界面反射光２４の強度のｘ軸方向の成分及びｙ軸方向の成分の比（Ｒ_ｘ／Ｒ_ｙ）と円偏光の楕円率との関係を考えると、両者の関係は図２に示すようなものとなる。図２に示すように、Ｒ_ｘ／Ｒ_ｙは、楕円率が０．４あたりから急激に立ち上がり、楕円率が０．３、０．２、…となるにつれてさらに急激に立ち上がる。ここで、楕円率０．４、０．３、０．２のときのＲ_ｘ／Ｒ_ｙはそれぞれｌｏｇ（Ｒ_ｘ／Ｒ_ｙ）に換算すると０．８、１．０、１．４に相当しているので、｜ｌｏｇ（Ｒ_ｘ／Ｒ_ｙ）｜は０．８以上であることが好ましく、より好ましくは１．０以上であり、さらに好ましくは１．４以上である。
【００４２】
なお、上式（１）〜（７）に従って配向層１２の屈折率ｎ_２及び膜厚ｄを調整する場合には、設計波長として、入射光２１の波長λが約５５０ｎｍ付近である場合を基準にするとよい。これは、図１に示す光学素子１０は一般的に可視光領域で画像表示を行う液晶表示装置等の画像表示体に組み込まれて用いられるものであり、この場合には、視感度が高い緑色の光（約５５０ｎｍ付近の波長の光）を基準にして各種のパラメータを調整することが好ましいからである。
【００４３】
ここで、図１に示す光学素子１０が液晶表示装置等の画像表示体に組み込まれて用いられる場合には、赤色、緑色及び青色の各色の画素に対応して配向層１２を層面内で複数の領域にパターニングするようにしてもよい。この場合には、層面内の各領域が光の波長域に応じて互いに異なる光学機能（配向層１２の屈折率ｎ_２及び膜厚ｄ等）を有するようにすることにより、波長λの異なる入射光２１が入射する画素単位で界面反射光２４の強度や偏光状態を制御することが可能となるので、画像表示体に組み込まれて用いられる場合における光学素子１０の光学特性をより向上させることができる。
【００４４】
以下、図３により、図１に示す光学素子１０が組み込まれて用いられる画像表示体の一例について説明する。なお、図３に示す画像表示体１はバックライト光及び外光の両方を利用して画像表示を行う半透過型液晶表示装置であり、光学素子１０は半透過型の広帯域偏光分離素子である。
【００４５】
図３に示すように、画像表示体１は、電極基板としての背面側基材１３及び観察側基材１６に挟まれ、印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることにより明暗制御を行う駆動液晶層１４と、駆動液晶層１４の背面側から赤色、緑色および青色の各色の光を含む無偏光状態の白色光を照射するバックライト光源１７と、背面側基材１３の背面側及び観察側基材１６の観察側にそれぞれ設けられた右楕円偏光板１８及び左楕円偏光板１９とを備えている。なお、バックライト光源１７としては、白色光を照射する線状光源と導光板とからなる面光源を用いることができる他、白色光を照射するＬＥＤ素子やエレクトロルミネセンス素子等からなる面光源を用いることができる。なお、バックライト光源１７の背面側には観察側から入射した光を反射するための拡散反射板（図示せず）が設けられている。
【００４６】
また、観察側基材１６と駆動液晶層１４との間には、赤色、緑色及び青色の各色の画素に対応して層面内で複数の領域にパターニングされたカラーフィルタ１５が設けられており、駆動液晶層１４を通過した白色光を、赤色、緑色及び青色の各色の画素に応じた各色の光に分離することができるようになっている。
【００４７】
さらに、駆動液晶層１４と背面側基材１３との間には、半透過型の広帯域偏光分離素子としての偏光分離層１１が設けられており、特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）に属する特定の偏光状態の光（例えば右円偏光）を所定の割合で反射する一方で、残りの光（所定の割合で反射されずに透過した前記特定の波長域の右円偏光、及び前記特定の波長域以外の右円偏光）を透過することができるようになっている。
【００４８】
なお、偏光分離層１１は背面側基材１３上に配向層１２を介して積層されており、これらの偏光分離層１１、配向層１２及び背面側基材１３により光学素子１０が構成されている。また、光学素子１０以外の光学部材である、駆動液晶層１４、カラーフィルタ１５、観察側基材１６、バックライト光源１７、右楕円偏光板１８及び左楕円偏光板１９により、光学素子１０から出射される特定の偏光状態の光を利用して画像表示を行う表示素子が構成されている。
【００４９】
なお、このような構成からなる画像表示体１において、光学素子１０の光学軸とその他の部材（右楕円偏光板１８や左楕円偏光板１９等）の光学軸とは画像表示のコントラストが最大となるような関係で配置されていることが好ましい。
【００５０】
次に、このような構成からなる本実施の形態の作用について、図３に示す画像表示体１においてバックライト光を利用して画像表示を行う場合を例に挙げて説明する。なお、図３に示す画像表示体１においては、表示画像に応じた暗表示の画素の部分及び明表示の画素の部分を含むが、画像表示のコントラストに影響を与えるのは主として暗表示の画素の部分における漏れ光の有無である。このため、以下の説明では、暗表示の画素の部分におけるバックライト光の光路及び偏光状態を中心に説明する。
【００５１】
図３及び図４に示すように、まず、バックライト光源１７から出射されたバックライト光（白色光）は右楕円偏光板１８に無偏光状態で入射する。右楕円偏光板１８は、無偏光状態の光を右楕円偏光に変換して出射する。ここで、右楕円偏光板１８は厳密な意味での円偏光板ではなく、楕円長軸の長さ（ａ）が楕円短軸の長さ（ｂ）よりも大きい右楕円偏光を出射する。
【００５２】
次に、右楕円偏光板１８から出射された右楕円偏光は光学素子１０の基材１３、配向層１２及び偏光分離層１１を順次通過し、偏光分離層１１において所定の割合で特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）の右円偏光が反射され、残りの光（所定の割合で反射されずに透過した前記特定の波長域の右円偏光、及び前記特定の波長域以外の右円偏光）が透過する。このうち、偏光分離層１１を透過した光は偏光光２２として観察側へ出射され、画像表示のために利用される。一方、偏光分離層１１で反射された光は偏光光２３として出射され、その一部が界面反射光２４として観察側へ出射され、残りは背面側へ戻されてリサイクルされる。
【００５３】
ここで、コレステリック液晶層等からなる偏光分離層１１での反射はブラッグ反射であり、どのような偏光状態の光が入射しても、偏光分離層１１中の液晶分子の螺旋回転方向に対応する円偏光成分（ここでは右円偏光）を反射する。このとき、偏光分離層１１は真右円偏光のみを反射するので、所定の割合で反射されずに偏光分離層１１を透過した右円偏光は入射前の右楕円偏光よりも歪んだ右楕円偏光（楕円長軸の長さ（ａ′）が楕円短軸の長さ（ｂ′）よりも大きく、かつ楕円長軸の長さ（ａ′）が入射前の右楕円偏光の楕円短軸の長さ（ａ）よりも大きい右楕円偏光）となる。
【００５４】
その後、このようにして偏光分離層１１を透過することにより歪んだ右楕円偏光は、暗表示の画素の部分（駆動液晶層１４で光の偏光状態が変えられない部分）では、偏光状態を保ったまま駆動液晶層１４、カラーフィルタ１５及び観察側基材１６を通過して、観察者側に設けられた左楕円偏光板１９に入射することとなるが、偏光分離層１１を透過することにより歪んだ右楕円偏光は左楕円偏光板１９の楕円率と一致しなくなる。このため、暗表示の画素の部分では、左楕円偏光板１９を通過したときに漏れ光が生じてしまい、画像表示のコントラストが低下してしまう。
【００５５】
このような状況の下で、図３及び図４に示す画像表示体１においては、光学素子１０の偏光分離層１１から基材１３及び配向層１２の側へ出射された偏光光２３（真右円偏光）のうち、配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１と配向層１２との界面における繰り返し反射を経て出光側へ出射される界面反射光２４が直線偏光（長さ（ｃ））となるように調整している。このため、このような界面反射光２４（直線偏光）の光学軸を、偏光分離層１１を透過した偏光光２２（右楕円偏光）の短軸と平行にする（楕円短軸の長さをｂ′＋ｃとする）ことにより、偏光分離層１１を透過することにより歪んだ右楕円偏光を、偏光分離層１１への入射前の右楕円偏光に近付けるように補正することができる。
【００５６】
このように本実施の形態によれば、光学素子１０の配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１と配向層１２との界面における繰り返し反射を経て出光側へ偏光光２２とともに出射される界面反射光２４が直線偏光となるよう、基材１３の屈折率ｎ_３及び偏光分離層１１の屈折率ｎ_１ｘ，ｎ_１ｙを基準にして、配向層１２の屈折率ｎ_２及び膜厚ｄを調整している。このため、このような光学素子１０が画像表示体１に組み込まれて用いられる場合において、配向層１２における繰り返し反射によって得られた界面反射光２４を、光学素子１０の出光側へ出射される偏光光２２の偏光状態の歪みを解消するために利用することが可能となり、画像表示体１における画像表示のコントラストを向上させることができる。
【００５７】
なお、上述した実施の形態においては、屈折率異方性層として、入射光２１を少なくとも２つの偏光状態の光に分離する偏光分離層１１を用いているが、入射光２１を偏光させて出光側へ偏光光２２を出射させるものであれば、これに限らず、位相差層や補償層等の任意の屈折率異方性層を用いることができる。
【００５８】
また、上述した実施の形態において、基材１３及び配向層１２が屈折率異方性を有していないが、基材１３及び配向層１２が屈折率異方性を有している場合でも、配向層１２における繰り返し反射によって得られる界面反射光を直線偏光とすることは可能である。
【００５９】
さらにまた、上述した実施の形態においては、光学素子１０が組み込まれて用いられる画像表示体１が半透過型液晶表示装置である場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、画像表示体が透過型液晶表示装置や反射型液晶表示装置である場合にも同様にして適用することができる。以下、図５乃至図８により、上述した実施の形態の変形例について説明する。
【００６０】
（第１の変形例）
図５は完全透過／反射型の広帯域偏光分離素子（光学素子１０Ａ）を透過型液晶表示装置（画像表示体１Ａ）に組み込んで用いる場合の一例を示す図である。ここで、図５に示す画像表示体１Ａは、光学素子１０Ａが完全透過／反射型の広帯域偏光分離素子である点、背面側の右楕円偏光板１８が除かれている点、観察側の左楕円偏光板１９の代わりに右楕円偏光板１９′が設けられている点を除いて、他は図３及び図４に示す画像表示体１と同様である。なお、以下の説明では、図３及び図４に示す画像表示体１の場合と同様に、暗表示の画素の部分におけるバックライト光の光路及び偏光状態を中心に説明する。
【００６１】
図５に示す画像表示体１Ａにおいて、バックライト光源１７から出射されたバックライト光（白色光）は光学素子１０Ａの基材１３、配向層１２及び偏光分離層１１Ａを順次通過し、偏光分離層１１Ａにおいてバックライト光（入射光２１）のうち特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）の右円偏光（真右円偏光）が反射され、残りの光（前記特定の波長域の左円偏光（真左円偏光）及び前記特定の波長域以外の無偏光状態の光）が透過する。このうち、偏光分離層１１Ａを透過した光は偏光光２２として観察側へ出射され、画像表示のために利用される。一方、偏光分離層１１Ａで反射された光は偏光光２３として出射され、その一部が界面反射光２４として観察側へ出射され、残りは背面側へ戻されてリサイクルされる。
【００６２】
ここで、偏光分離層１１Ａを透過した偏光光２２は、暗表示の画素の部分（駆動液晶層１４で光の偏光状態が変えられない部分）では、偏光状態を保ったまま駆動液晶層１４、カラーフィルタ１５及び観察側基材１６を通過して、観察者側に設けられた右楕円偏光板１９′に入射する。
【００６３】
このとき、偏光分離層１１Ａを透過した偏光光２２のうち前記特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）以外の無偏光状態の光はカラーフィルタ１５で吸収される。
【００６４】
一方、偏光分離層１１Ａを透過した偏光光２２のうち前記特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）の左円偏光（真左円偏光）は、カラーフィルタ１５を通過した上で、その大半が右楕円偏光板１９′で吸収されることとなる。
【００６５】
しかしながら、右楕円偏光板１９′は真左円偏光を完全に吸収するものではないので、暗表示の画素の部分では、右楕円偏光板１９′を通過したときに漏れ光が生じてしまい、画像表示のコントラストが低下してしまう。
【００６６】
このような状況の下で、図５に示す画像表示体１Ａにおいては、光学素子１０Ａの偏光分離層１１Ａから基材１３及び配向層１２の側へ出射された偏光光２３（真右円偏光）のうち、配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１Ｂと配向層１２との界面における繰り返し反射を経て出光側へ出射される界面反射光２４が直線偏光となるように調整している。このため、このような界面反射光２４（直線偏光）の光学軸を、右楕円偏光板１９′の光学軸（楕円の短軸）と平行にすれば、右楕円偏光板１９′に入射する偏光光２２の偏光状態を補正して右楕円偏光板１９′の楕円率に近付けることができる。
【００６７】
（第２の変形例）
図６は所定の割合で開孔が形成された完全透過／反射型の広帯域偏光分離素子（光学素子１０Ｂ）を半透過型液晶表示装置（画像表示体１Ｂ）に組み込んで用いる場合の一例を示す図である。図６に示す画像表示体１Ｂは、光学素子１０Ｂが、所定の割合で開孔が形成された完全透過／反射型の広帯域偏光分離素子である点を除いて、他は図３及び図４に示す画像表示体１と同様である。なお、以下の説明では、図３及び図４に示す画像表示体１の場合と同様に、暗表示の画素の部分におけるバックライト光の光路及び偏光状態を中心に説明する。
【００６８】
図６に示す画像表示体１Ｂにおいて、バックライト光源１７から出射されたバックライト光（白色光）は右楕円偏光板１８に無偏光状態で入射する。右楕円偏光板１８は、無偏光状態の光を右楕円偏光に変換して出射する。
【００６９】
次に、右楕円偏光板１８から出射された右楕円偏光は光学素子１０Ｂの基材１３、配向層１２及び偏光分離層１１Ｂを順次通過する。ここで、偏光分離層１１Ｂには開孔１１Ｂ′が所定の割合で形成されており、偏光分離層１１Ｂのうち開孔１１Ｂ′が形成されていない部分では、入射した右楕円偏光（入射光２１）のうち特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）の右円偏光（真右円偏光）が反射され、残りの光（主として前記特定の波長域以外の右楕円偏光）が透過する。一方、偏光分離層１１Ｂのうち開孔１１Ｂ′では、入射した右楕円偏光（入射光２１）がそのまま通過する。これにより、偏光分離層１１Ｂにおいては全体として、開孔１１Ｂ′が形成されている割合に応じて特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）の真右円偏光が反射され、残りの光（主として、所定の割合で開孔１１Ｂ′から出射された前記特定の波長域の右楕円偏光、及び前記特定の波長域以外の右楕円偏光）が透過する。なおこのとき、偏光分離素子１１Ｂのうち開孔１１Ｂ′が形成されていない部分は真右円偏光を反射するものであるので、光学素子１０Ｂの偏光分離層１１Ｂのうち開孔１１Ｂ′が形成されていない部分に入射した前記特定の波長領域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）の右楕円偏光は、その大半が、偏光分離層１１Ｂで反射されて背面側へ戻される。しかしながら、偏光分離素子１１Ｂに入射する右楕円偏光は厳密な意味での右円偏光ではないので、その一部は真左円偏光として偏光分離素子１１Ｂを透過する。
【００７０】
以上において、偏光分離層１１Ｂを透過した光は偏光光２２として観察側へ出射され、画像表示のために利用される。一方、偏光分離層１１Ｂで反射された光は偏光光２３として出射され、その一部が界面反射光２４として観察側へ出射され、残りは背面側へ戻されてリサイクルされる。
【００７１】
ここで、偏光分離層１１Ｂを透過した偏光光２２は、暗表示の画素の部分（駆動液晶層１４で光の偏光状態が変えられない部分）では、偏光状態を保ったまま駆動液晶層１４、カラーフィルタ１５及び観察側基材１６を通過して、観察者側に設けられた左楕円偏光板１９に入射する。
【００７２】
このとき、偏光分離層１１Ｂを透過した偏光光２２のうち前記特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）以外の右楕円偏光はカラーフィルタ１５で吸収される。
【００７３】
一方、偏光分離層１１Ｂを透過した偏光光２２のうち前記特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）の光は、カラーフィルタ１５を通過した上で、左楕円偏光板１９で吸収されることとなる。
【００７４】
しかしながら、偏光分離層１１Ｂを透過した偏光光２２のうち前記特定の波長域（可視光領域をカバーする広帯域の波長域）の光は、偏光分離層１１Ｂの開孔１１Ｂ′を透過した右楕円偏光と、偏光分離素子１１Ｂのうち開孔１１Ｂ′が形成されていない部分を透過した真左円偏光とを合成した光となるので、偏光分離層１１Ｂのうち開孔１１Ｂ′が形成されていない部分を透過した真左円偏光の分だけ左楕円偏光板１９の楕円率と一致しなくなる。このため、暗表示の画素の部分では、左楕円偏光板１９を通過したときに漏れ光が生じてしまい、画像表示のコントラストが低下してしまう。
【００７５】
このような状況の下で、図６に示す画像表示体１Ｂにおいては、光学素子１０Ｂの偏光分離層１１Ｂから基材１３及び配向層１２の側へ出射された偏光光２３（真右円偏光）のうち、配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１と配向層１２との界面における繰り返し反射を経て出光側へ出射される界面反射光２４が直線偏光となるように調整している。このため、このような界面反射光２４（直線偏光）の光学軸を、偏光分離層１１Ｂを透過した合成光の短軸と平行にすれば、左楕円偏光板１９に入射する偏光光２２の偏光状態を補正して左楕円偏光板１９の楕円率に近付けることができる。
【００７６】
（第３の変形例）
図７は完全透過／反射型のカラーフィルタ素子（光学素子１０Ｃ）を透過型液晶表示装置（画像表示体１Ｃ）に組み込んで用いる場合の一例を示す図である。図７に示す画像表示体１Ｃは、光学素子１０Ｃが、赤色、緑色及び青色の各色の画素に応じた各色の光を分離するようにパターニングされた完全透過／反射型の偏光分離素子（カラーフィルタ素子）である点、カラーフィルタ１５が除かれている点を除いて、他は図３及び図４に示す画像表示体１と同様である。なお、以下の説明では、図３及び図４に示す画像表示体１の場合と同様に、暗表示の画素の部分におけるバックライト光の光路及び偏光状態を中心に説明する。また、以下の説明では、青色の光を出射する画素の部分を例に挙げて説明するが、赤色の光を出射する画素の部分、及び緑色の光を出射する画素の部分での作用も基本的には同様である。
【００７７】
図７に示す画像表示体１Ｃにおいて、バックライト光源１７から出射されたバックライト光（白色光）は右楕円偏光板１８に無偏光状態で入射する。右楕円偏光板１８は、無偏光状態の光を右楕円偏光に変換して出射する。
【００７８】
次に、右楕円偏光板１８から出射された右楕円偏光は光学素子１０Ｃの基材１３、配向層１２及び偏光分離層１１Ｃを順次通過し、偏光分離層１１Ｃにおいてバックライト光（入射光２１）のうち特定の波長域（赤色及び緑色の波長域）の右円偏光（真右円偏光）が反射され、残りの光（主として青色の波長域の右楕円偏光）が透過する。このうち、偏光分離層１１Ｃを透過した光は偏光光２２として観察側へ出射され、画像表示のために利用される。一方、偏光分離層１１Ｃで反射された光は偏光光２３として出射され、その一部が界面反射光２４として観察側へ出射され、残りは背面側へ戻されてリサイクルされる。
【００７９】
このとき、偏光分離素子１１Ｃは真右円偏光を反射するものであるので、光学素子１０Ｃの偏光分離層１１Ｃに入射した赤色及び緑色の波長域の右楕円偏光は、その大半が、偏光分離層１１Ｃで反射されて背面側へ戻される。しかしながら、偏光分離素子１１Ｃに入射する右楕円偏光は厳密な意味での右円偏光ではないので、その一部は真左円偏光として偏光分離素子１１Ｃを透過する。このことは、現在説明している青色の画素の部分についても同様であり、隣接した赤色及び緑色の画素から出射された青色の波長域の真左円偏光が青色の波長域の右楕円偏光とともに偏光分離素子１１Ｃを透過する。
【００８０】
ここで、このようにして偏光分離層１１Ｃを透過した偏光光２２は、暗表示の画素の部分（駆動液晶層１４で光の偏光状態が変えられない部分）では、偏光状態を保ったまま駆動液晶層１４及び観察側基材１６を通過して、観察者側に設けられた左楕円偏光板１９に入射することとなる。
【００８１】
しかしながら、偏光分離層１１Ｃを透過した偏光光２２は、偏光分離層１１Ｃを透過した青色の波長域の右楕円偏光と、偏光分離層１１Ｃを透過した青色の波長域の真左円偏光とを合成した光となるので、偏光分離層１１Ｃを透過した真左円偏光の分だけ左楕円偏光板１９の楕円率と一致しなくなる。このため、暗表示の画素の部分では、左楕円偏光板１９を通過したときに漏れ光が生じてしまい、画像表示のコントラストが低下してしまう。
【００８２】
このような状況の下で、図７に示す画像表示体１Ｃにおいては、光学素子１０Ｃの偏光分離層１１Ｃから基材１３及び配向層１２の側へ出射された偏光光２３（例えば赤色及び緑色の波長域の真右円偏光）のうち、配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１Ｂと配向層１２との界面における繰り返し反射を経て（例えば隣接した赤色又は緑色の画素の部分から）出光側へ出射される界面反射光が直線偏光となるように調整している。このため、このような界面反射光（直線偏光）の光学軸を、左楕円偏光板１９の光学軸（楕円の短軸）と平行にすれば、左楕円偏光板１９に入射する偏光光２２の偏光状態を補正して左楕円偏光板１９の楕円率に近付けることができる。
【００８３】
（第４の変形例）
図８は完全透過／反射型のカラーフィルタ素子（光学素子１０Ｄ）を反射型液晶表示装置（画像表示体１Ｄ）に組み込んで用いる場合の一例を示す図である。図８に示す画像表示体１Ｄは、光学素子１０Ｄが、赤色、緑色及び青色の各色の画素に応じた各色の光を分離するようにパターニングされた完全透過／反射型の偏光分離素子（カラーフィルタ素子）である点、カラーフィルタ１５が除かれている点、背面側の右楕円偏光板１８及びバックライト光源１７の代わりに吸収層２０が設けられている点を除いて、他は図３及び図４に示す画像表示体１と同様である。なお、以下の説明では、図３及び図４に示す画像表示体１の場合と同様に、暗表示の画素の部分におけるバックライト光の光路及び偏光状態を中心に説明する。また、以下の説明では、青色の光を出射する画素の部分を例に挙げて説明するが、赤色の光を出射する画素の部分、及び緑色の光を出射する画素の部分での作用も基本的には同様である。
【００８４】
図８に示す画像表示体１Ｄにおいて、観察側から入射した外光（白色光）は左楕円偏光板１９に無偏光状態で入射し、左楕円偏光に変換された後、観察側基材１６及び駆動液晶層１４を順次通過する。
【００８５】
ここで、駆動液晶層１４に入射した左楕円偏光は、暗表示の画素の部分（駆動液晶層１４で光の偏光状態が変えられない部分）では、偏光状態を保ったまま駆動液晶層１４を通過した後、光学素子１０Ｄの偏光分離層１１Ｄに入射する。
【００８６】
偏光分離層１１Ｄにおいては、入射した外光（入射光２１）のうち特定の波長域（青色の波長域）の右円偏光（真右円偏光）が反射され、残りの光（主として赤色及び緑色の波長域の左楕円偏光）が透過する。このうち、偏光分離層１１Ｄで反射された光は偏光光２２として観察側へ出射され、画像表示のために利用される。一方、偏光分離層１１Ｄを透過した光は偏光光２３として出射され、その一部が界面反射光２４として観察側へ出射され、残りは背面側へ戻されてリサイクルされる。
【００８７】
このとき、偏光分離素子１１Ｄは真右円偏光を反射するものであるので、光学素子１０Ｄの偏光分離層１１Ｄに入射した左楕円偏光は、その大半が、偏光分離層１１Ｄを透過して最終的に吸収層２０で吸収される。しかしながら、偏光分離素子１１Ｄに入射する左楕円偏光は厳密な意味での左円偏光ではないので、その一部は真右円偏光として偏光分離素子１１Ｄで反射され、駆動液晶層１４及び観察側基材１６を通過した後、観察者側に設けられた左楕円偏光板１９に入射する。
【００８８】
なお、このようにして偏光分離層１１Ｄで反射された真右円偏光は、その大半が左楕円偏光板１９で吸収されることとなるが、左楕円偏光板１９は真右円偏光を完全に吸収するものではない。このため、暗表示の画素の部分では、左楕円偏光板１９を通過したときに漏れ光が生じてしまい、画像表示のコントラストが低下してしまう。
【００８９】
このような状況の下で、図８に示す画像表示体１Ｄにおいては、光学素子１０Ｄの偏光分離層１１Ｄから基材１３及び配向層１２の側へ出射された偏光光２３（真右円偏光以外の光）のうち、配向層１２と基材１３との界面及び偏光分離層１１Ｄと配向層１２との界面における繰り返し反射を経て出光側へ出射される界面反射光２４が直線偏光となるように調整している。このため、このような界面反射光２４（直線偏光）の光学軸を、左楕円偏光板１９の光学軸（楕円の短軸）と平行にすれば、左楕円偏光板１９に入射する偏光光２２の偏光状態を補正して左楕円偏光板１９の楕円率に近付けることができる。
【００９０】
なお、以上において、図７及び図８に示す画像表示体１Ｃ，１Ｄにはカラーフィルタが設けられていないが、光の色味を調整する等の目的で、図３、図５及び図６に示す画像表示体１，１Ａ，１Ｂと同様にカラーフィルタを設けるようにしてもよい。また、図３、図５及び図６に示す画像表示体１，１Ａ，１Ｂにおいて、カラーフィルタ１５は観察側基材１６と駆動液晶層１４との間に設けられているが、カラーフィルタ１５は画像表示体１，１Ａ，１Ｂ中の任意の位置に設けることが可能である。同様に、図７及び図８に示す画像表示体１Ｃ，１Ｄに対して選択的に設けられるカラーフィルタも画像表示体１Ｃ，１Ｄ中の任意の位置に設けることが可能である。
【００９１】
また、図３、図５乃至図８に示す画像表示体１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄにおいては、光学素子１０から出射される界面反射光２４が実質的に直線偏光である場合を例に挙げて説明しているが、楕円偏光についても、上述した直線偏光の場合と同様に、光学素子１０から出射される偏光光２２の偏光状態を補正するために用いることが可能である。具体的には例えば、図３に示す画像表示体１の場合には、界面反射光２４を楕円偏光（好ましくは、補正対象となる偏光光２２と同一の旋光方向の右楕円偏光）とし、この楕円偏光の長軸を、偏光分離層１１を透過した偏光光２２（右楕円偏光）の短軸と平行にすることにより、偏光分離層１１を透過することにより歪んだ右楕円偏光を、偏光分離層１１への入射前の右楕円偏光に近付けるように補正することが可能である。
【００９２】
【実施例】
次に、上述した実施の形態の具体的実施例について述べる。
【００９３】
（実施例）
まず、屈折率が１．５２であるガラス基板（ＮＡ３５（ＮＨテクノグラス製））を基材として準備した。そして、この基材上に、屈折率が１．６２のポリイミド膜（ＡＬ１２５４（ＪＳＲ製））を０．１７μｍ厚で成膜し、一軸方向にラビング処理を施すことにより、配向膜付きの基材を作製した。なお、ガラス基板及びポリイミド膜には屈折率異方性はなく、ガラス基板の屈折率はｎ_３＝１．５２、ポリイミド膜の屈折率はｎ_２＝１．６２であった。
【００９４】
次に、このようにして作製された配向膜付きの基材の配向膜上にコレステリック液晶層を成膜した。なお、コレステリック液晶層は、カイラルネマチック液晶の重合体からなり、配向膜のラビング方向に沿って液晶分子の長軸を配列した。
【００９５】
ここで、このようなコレステリック液晶層は、その屈折率が、液晶分子の長軸方向をｘ軸としたとき、（光の波長が約５５０ｎｍ付近において）ｎ_ｘ＝１．６３、ｎ_ｙ＝１．５３であった。また、コレステリック液晶層としては、４２０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長域で７５％の右円偏光を反射し、残りの２５％の右円偏光を透過する半透過／反射型のものを用いた。
【００９６】
なお、このような実施例に係る光学素子において、上式（３）〜（６）で定義されるｒ_１ｘ，ｒ_１ｙ，ｒ_２は、ｒ_１ｘ＝−（ｎ_２−ｎ_１ｘ）／（ｎ_２＋ｎ_１ｘ）＝０．００３１、ｒ_１ｙ＝−（ｎ_２−ｎ_ｙ）／（ｎ_２＋ｎ_１ｙ）＝０．０２９、ｒ_２＝−（ｎ_３−ｎ_２）／（ｎ_３＋ｎ_２）＝０．０３２となる。
【００９７】
このため、ポリイミド膜の膜厚ｄが０．１７μｍである場合の界面反射光の強度Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙは、上式（１）〜（６）に従って計算すると、Ｒ_ｘ＝０．１３、Ｒ_ｙ＝０．００となり、ポリイミド膜での繰り返し反射を経て出射される界面反射光は直線偏光となる。
【００９８】
（比較例）
比較例として、配向膜であるポリイミド膜の膜厚が０．０７μｍである点を除いて、他は上述した実施例と全く同一である光学素子を準備した。なお、この比較例に係る光学素子において、界面反射光の強度Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙは、上式（１）〜（６）に従って計算すると、Ｒ_ｘ＝０．０８、Ｒ_ｙ＝０．３９となり、ポリイミド膜での繰り返し反射を経て出射される界面反射光は左楕円偏光となる。
【００９９】
（評価結果）
上述した実施例及び比較例に係る光学素子の光学特性を確かめるため、光学素子を一対の楕円偏光板で挟み込み、擬似パネルを作製した。具体的には、駆動液晶セルを用いることなく明表示及び暗表示を実現するため、右楕円偏光板及び右楕円偏光板で挟み込んだ明表示用サンプルと、右楕円偏光板及び左楕円偏光板で挟み込んだ暗表示用サンプルとを準備した。
【０１００】
そして、光源としてハロゲンランプを用い、このような光源から出射された光（４００〜７００ｎｍの波長域の光）をレンズ及びスリットにより平行光として明表示用サンプル及び暗表示用サンプルに照射し、明表示用サンプル及び暗表示用サンプルのそれぞれについて、ゴニオフォトメーター（アペックス製）により、光の透過率（分光スペクトル）を測定した。なお、このような測定は、明表示用サンプル及び暗表示用サンプルのそれぞれにおける貼り合わせ角度（入光側の右楕円偏光板の光学軸と配向膜のラビング方向の軸とのなす角度）を変化させた複数の条件（図９参照）の下で行った。なお、光学素子を挟み込む楕円偏光板同士の光学軸は、画像表示のコントラストが最大となる角度とした。
【０１０１】
その後、測定された分光スペクトルを視感度曲線で積分してＹ値を算出し、そのＹ値の比（（明表示用サンプルでのＹ値）÷（暗表示用サンプルでのＹ値））をコントラストとした。
【０１０２】
ここで、実施例に係る光学素子と比較例に係る光学素子とを比較すると、図９に示すように、貼り合わせ角度が最適なサンプルにおいて、実施例に係る光学素子の方が比較例に係る光学素子に比べて漏れ光の強度が半分程度小さく、上述したＹ値の比として表されるコントラストも約２倍向上した。
【０１０３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、液晶表示装置等の画像表示体に組み込まれて用いられた場合にコントラストや視認性等に優れた画像表示を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学素子を説明するための図。
【図２】図１に示す光学素子で生じる界面反射光の偏光状態を説明するための図。
【図３】図１に示す光学素子（広帯域偏光分離素子）が組み込まれた画像表示体（半透過型液晶表示装置）の一例を示す図。
【図４】図３に示す画像表示体におけるバックライト光の光路及び偏光状態を説明するための図。
【図５】図１に示す光学素子（広帯域偏光分離素子）が組み込まれた画像表示体（透過型液晶表示装置）の一例を示す図。
【図６】図１に示す光学素子（カラーフィルタ素子）が組み込まれた画像表示体（半透過型液晶表示装置）の一例を示す図。
【図７】図１に示す光学素子（カラーフィルタ素子）が組み込まれた画像表示体（透過型液晶表示装置）の一例を示す図。
【図８】図１に示す光学素子（広帯域偏光分離素子）が組み込まれた画像表示体（反射型液晶表示装置）の一例を示す図。
【図９】実施例及び比較例に係る画像表示体における漏れ光の強度の角度依存性を示す図。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 画像表示体
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 光学素子
１１，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ 偏光分離層（屈折率異方性層）
１２ 配向層
１３ 基材
１４ 駆動液晶層
１５ カラーフィルタ
１６ 観察側基材
１７ バックライト光源
１８ 右楕円偏光板
１９，１９′ 左楕円偏光板
２０ 吸収層
２１ 入射光
２２，２３ 偏光光
２４ 界面反射光（繰り返し反射光）

Claims (15)

1. 基材と、
   前記基材の表面上に積層された配向層と、
   前記配向層のうち前記基材の反対側に位置する表面上に積層され、入射光の偏光状態を制御して出光側へ偏光光を出射させる屈折率異方性層とを備え、
   前記入射光に起因した界面反射光であって前記配向層と前記基材との界面及び前記屈折率異方性層と前記配向層との界面における繰り返し反射を経て前記出光側へ前記偏光光とともに出射される界面反射光が実質的に直線偏光となるよう、前記基材の屈折率及び前記屈折率異方性層の屈折率を基準にして、前記配向層の屈折率及び膜厚が調整されていることを特徴とする光学素子。
2. 前記界面反射光の層面内のｘ軸方向及びｙ軸方向に関しての強度Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙが、次式（１）〜（６）、すなわち
   

   

   （ここで、
   ｎ_１ｘ：屈折率異方性層の異常光屈折率（ｘ軸方向の成分）
   ｎ_１ｙ：屈折率異方性層の常光屈折率（ｙ軸方向の成分）
   ｎ_２：配向層の屈折率
   ｎ_３：基材の屈折率
   ｒ_１ｘ：屈折率異方性層と配向層との間の振幅反射率（ｘ軸方向の成分）
   ｒ_１ｙ：屈折率異方性層と配向層との間の振幅反射率（ｙ軸方向の成分）
   ｒ_２：配向層と基材との間の振幅反射率
   ｄ：配向層の膜厚
   λ：入射光の波長
   δ：繰り返し反射における隣り合う光同士の位相差
   である。）
   と表されるときに、前記界面反射光の強度Ｒ_ｘ，Ｒ_ｙが次式（７）、すなわち
   ｜ｌｏｇ（Ｒ_ｘ／Ｒ_ｙ）｜≧０．８ … （７）
   を満たす範囲にあるように、前記基材の屈折率ｎ_３及び前記屈折率異方性層の屈折率ｎ_１ｘ，ｎ_１ｙを基準にして、前記配向層の屈折率ｎ_２及び膜厚ｄが調整されていることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子。
3. 前記屈折率異方性層は、前記入射光を少なくとも２つの偏光状態の光に分離する偏光分離層であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の光学素子。
4. 前記偏光分離層が前記基材及び前記配向層からみて前記出光側に配置されており、前記屈折率異方性層で分離された一方の偏光状態の光が前記出光側へ出射されるとともに、他方の偏光状態の光が前記基材及び前記配向層の側へ出射されることを特徴とする、請求項３に記載の光学素子。
5. 前記偏光分離層は、前記配向層の配向規制力により配向された液晶層からなることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子。
6. 前記液晶層は、コレステリック規則性を有する液晶層であることを特徴とする、請求項５に記載の光学素子。
7. 前記配向層の屈折率及び膜厚は前記入射光の波長が約５５０ｎｍ付近である場合を基準にして調整されていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光学素子。
8. 前記配向層は、層面内で複数の領域にパターニングされていることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光学素子。
9. 前記配向層の前記各領域は、互いに異なる光学機能を有することを特徴とする、請求項８に記載の光学素子。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光学素子と、
    前記光学素子を介して出射される特定の偏光状態の光を利用して画像表示を行う表示素子とを備え、
    前記光学素子の光学軸と前記表示素子の光学軸とが画像表示のコントラストが最大となるような関係で配置されていることを特徴とする画像表示体。
11. 印加電圧に応じて光の偏光状態を変化させることにより明暗制御を行う駆動液晶層と、
    前記駆動液晶層の背面側から無偏光状態の白色光を照射するバックライト光源と、
    前記駆動液晶層と前記バックライト光源との間に設けられ、一方の旋光方向の円偏光成分を透過する背面側楕円偏光板と、
    前記駆動液晶層の観察側に設けられ、前記一方の旋光方向の円偏光成分とは異なる他方の旋光方向の円偏光成分を透過する観察側楕円偏光板と、
    前記駆動液晶層と前記背面側楕円偏光板との間に設けられ、可視光領域をカバーする広帯域の波長域に属する前記一方の旋光方向の円偏光成分を所定の割合で反射する一方で、所定の割合で反射されずに透過した前記一方の旋光方向の円偏光成分及び前記他方の旋光方向の円偏光成分を含む光を透過する半透過型の広帯域偏光分離素子とを備え、
    前記広帯域偏光分離素子は、基材と、前記基材の表面上に積層された配向層と、前記配向層のうち前記基材の反対側に位置する表面上に積層され、前記背面側から入射したバックライト光又は前記観察側から入射した外光の偏光状態を制御して前記観察側へ偏光光を出射させる偏光分離層とを有し、前記偏光分離層は前記基材及び前記配向層からみて前記観察側に配置されており、前記バックライト光又は前記外光に起因した界面反射光であって前記配向層と前記基材との界面及び前記偏光分離層と前記配向層との界面における繰り返し反射を経て前記観察側へ前記偏光光とともに出射される界面反射光が楕円偏光であり、かつ、この楕円偏光の長軸が、前記偏光分離層を透過することにより歪んだ前記一方の旋光方向の円偏光成分の短軸と平行であることを特徴とする画像表示体。
12. 前記界面反射光は、実質的に直線偏光であることを特徴とする、請求項１１に記載の画像表示体。
13. 前記広帯域偏光分離素子の前記偏光分離層は、前記配向層の配向規制力により配向された、コレステリック規則性を有する液晶層であることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の画像表示体。
14. 前記駆動液晶層を通過した白色光を、赤色、緑色及び青色の各色の画素に応じた各色の光に分離するよう層面内で複数の領域にパターニングされたカラーフィルタをさらに備えたことを特徴とする、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の画像表示体。
15. 前記広帯域偏光分離素子の前記配向層は、前記カラーフィルタの前記各領域に対応して層面内でパターニングされた複数の領域を有し、当該各領域は光の波長域に応じて互いに異なる光学機能を有することを特徴とする、請求項１４に記載の画像表示体。

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