JP2007206095A - 偏光変換フィルム及びその製造方法、偏光素子、並びに液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】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ィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いることにより光透過率を高めた偏光素子、並びに前記偏光変換フィルムを用いることにより輝度が向上した液晶表示装置の提供。
【解決手段】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、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向したディスコティック液晶性化合物を含む偏光変換フィルム及びその製造方法である。偏光分離層が、プリズム構造を有し、かつ該プリズム構造の表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなる態様、複屈折回折格子からなる態様、などが好ましい。
前記偏光変換フィルムを備えてなる偏光素子及び液晶表示装置である。
【選択図】図１
【解決手段】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、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向したディスコティック液晶性化合物を含む偏光変換フィルム及びその製造方法である。偏光分離層が、プリズム構造を有し、かつ該プリズム構造の表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなる態様、複屈折回折格子からなる態様、などが好ましい。
前記偏光変換フィルムを備えてなる偏光素子及び液晶表示装置である。
【選択図】図１
Description
本発明は、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る偏光変換フィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いた偏光素子、並びに液晶表示装置に関する。
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チ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（非特許文献１参照）。
前記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。該二色性偏光素子は、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％に近い場合は、原理的に光透過率の上限は５０％となる。
したがって、前記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、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（特許文献１〜３参照）。
また、透過型液晶表示装置への用途では、以下の１．異方性反射方式及び２．異方性散乱方式の輝度向上フィルムが、既に工業化され広く使用されている。
したがって、前記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、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（特許文献１〜３参照）。
また、透過型液晶表示装置への用途では、以下の１．異方性反射方式及び２．異方性散乱方式の輝度向上フィルムが、既に工業化され広く使用されている。
１．異方性反射方式
例えば、一軸延伸フィルムと未延伸フィルムとを多重に積層して、延伸方向の屈折率差を大きくすることにより反射率及び透過率の異方性を有する偏光素子と、通常の二色性偏光素子と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式である（特許文献４〜６参照）。この方式では、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、１／４波長板と組み合わせる方式も提案されている（特許文献７及び８参照）。
例えば、一軸延伸フィルムと未延伸フィルムとを多重に積層して、延伸方向の屈折率差を大きくすることにより反射率及び透過率の異方性を有する偏光素子と、通常の二色性偏光素子と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式である（特許文献４〜６参照）。この方式では、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、１／４波長板と組み合わせる方式も提案されている（特許文献７及び８参照）。
２．異方性散乱方式
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とをブレンドして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式である（特許文献９〜１４参照）。この方式は、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。
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とをブレンドして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式である（特許文献９〜１４参照）。この方式は、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。
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。
前記反射型液晶表示装置は、反射板、液晶セル、及び偏光フィルムがこの順に積層されている基本構造を有する。前記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。これらの中でも、ＴＮモード及び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。
しかし、前記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。
前記反射型液晶表示装置は、反射板、液晶セル、及び偏光フィルムがこの順に積層されている基本構造を有する。前記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。これらの中でも、ＴＮモード及び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。
しかし、前記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。
ここで、上述の異方性反射方式及び異方性散乱方式の輝度向上フィルムでは、入射する光の一部が入射側に反射又は散乱される。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させることができるが、反射型液晶表示装置及び反射モード時の半透過型液晶表示装置においては、光の入射側に反射又は散乱した光は、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。
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提案されてはいるが（特許文献１５参照）、この偏光素子は、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製造するのは困難である。
また、プリズム及び複屈折性を有する複屈折層若しくは複屈折回折格子を用いた偏光分離層と、複屈折化合物に棒状液晶を用いて一定角度で傾斜配向させた偏光変換層とを用いた輝度向上フィルムが提案されている（特許文献１６及び１７参照）が、これらの方法では、偏光変換の効率は十分ではなく、フィルム面に対してほぼ一定角度で傾斜配向させるには時間がかかり、生産性が十分ではない。
このため、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ィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いることにより光透過率を高めた偏光素子、並びに前記偏光変換フィルムを用いることにより輝度が向上した液晶表示装置は未だ提案されておらず、更なる改良開発が望まれているのが現状である。
佐藤進著「液晶とその応用」産業図書刊、９６〜１１５頁
特開昭６３−１２１８２１号公報
特開平５−２２４１７５号公報
特開平５−２３２４３３号公報
国際公開第９５／１７６９１号パンフレット
国際公開第９５／１７６９２号パンフレット
国際公開第９５／１７６９９号パンフレット
欧州特許第６０６９４０号明細書
特開平８−２７１７３１号公報
国際公開第９７／３２２２３号パンフレット
国際公開第９７／３２２２４号パンフレット
国際公開第９７／３２２２５号パンフレット
国際公開第９７／３２２２６号パンフレット
特開平９−２７４１０８号公報
特開平１１−１７４２３１号公報
特表平１０−５０５４３５号公報
特開２００４−７７８９９号公報
特開２００４−７７９００号公報
本発明は、従来における前記問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は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ィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いることにより光透過率を高めた偏光素子、並びに前記偏光変換フィルムを用いることにより輝度が向上した液晶表示装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段は以下の通りである。即ち、
＜１＞ 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、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向したディスコティック液晶性化合物を含むことを特徴とする偏光変換フィルムである。
＜２＞ 偏光分離層がプリズム構造を有し、かつ該プリズム構造の表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなる前記＜１＞に記載の偏光変換フィルムである。
＜３＞ 偏光分離層が、入射光を該偏光分離層のプリズム構造と複屈折性を有する材料と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、一方の直線偏光を直進させ、他方の直線偏光を屈折させ、かつ、偏光変換層が、該偏光変換層の表面に対して傾斜して入射する直線偏光の偏光状態のみを変換する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の偏光変換フィルムである。
＜４＞ 偏光分離層が複屈折回折格子からなる前記＜１＞に記載の偏光変換フィルムである。
＜５＞ 偏光分離層が、一方の直線偏光を直進させ、他方の直線偏光を回折させ、かつ、偏光変換層が、該偏光変換層の表面に対して傾斜して入射する直線偏光の偏光状態のみを変換する前記＜４＞に記載の偏光変換フィルムである。
＜６＞ ディスコティック液晶性化合物がハイブリッド配向している前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の偏光変換フィルムである。
＜７＞ ディスコティック液晶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及び垂直のいずれかで、該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及び垂直のいずれでもない前記＜６＞に記載の偏光変換フィルムである。
＜１＞ 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、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向したディスコティック液晶性化合物を含むことを特徴とする偏光変換フィルムである。
＜２＞ 偏光分離層がプリズム構造を有し、かつ該プリズム構造の表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなる前記＜１＞に記載の偏光変換フィルムである。
＜３＞ 偏光分離層が、入射光を該偏光分離層のプリズム構造と複屈折性を有する材料と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、一方の直線偏光を直進させ、他方の直線偏光を屈折させ、かつ、偏光変換層が、該偏光変換層の表面に対して傾斜して入射する直線偏光の偏光状態のみを変換する前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載の偏光変換フィルムである。
＜４＞ 偏光分離層が複屈折回折格子からなる前記＜１＞に記載の偏光変換フィルムである。
＜５＞ 偏光分離層が、一方の直線偏光を直進させ、他方の直線偏光を回折させ、かつ、偏光変換層が、該偏光変換層の表面に対して傾斜して入射する直線偏光の偏光状態のみを変換する前記＜４＞に記載の偏光変換フィルムである。
＜６＞ ディスコティック液晶性化合物がハイブリッド配向している前記＜１＞から＜５＞のいずれかに記載の偏光変換フィルムである。
＜７＞ ディスコティック液晶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及び垂直のいずれかで、該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及び垂直のいずれでもない前記＜６＞に記載の偏光変換フィルムである。
＜８＞ 前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の偏光変換フィルムにおける偏光分離層及び偏光変換層をロール状の形態で連続的に生産することを特徴とする偏光変換フィルムの製造方法である。
＜９＞ 前記＜１＞から＜７＞のいずれかに記載の偏光変換フィルムを備えてなることを特徴とする偏光素子である。
＜１０＞ 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、偏光変換フィルムとからなり、前記光吸収型偏光素子の偏光透過軸と前記偏光変換フィルムの偏光透過軸とが略平行に配置された前記＜９＞に記載の偏光素子である。
＜１０＞ 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、偏光変換フィルムとからなり、前記光吸収型偏光素子の偏光透過軸と前記偏光変換フィルムの偏光透過軸とが略平行に配置された前記＜９＞に記載の偏光素子である。
＜１１＞ 前記＜９＞から＜１０＞のいずれかに記載の偏光素子を備えてなることを特徴とする液晶表示装置である。
＜１２＞ 反射板、液晶セル、１／４波長板、及び偏光素子がこの順に積層されてなる反射型液晶表示装置である前記＜１１＞に記載の液晶表示装置である。
＜１３＞ バックライトを備え、該バックライト側に偏光素子を配置した前記＜１１＞から＜１２＞のいずれかに記載の液晶表示装置である。
＜１４＞ 円偏光板及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有してなる半透過型液晶表示装置である前記＜１３＞に記載の液晶表示装置である。
＜１２＞ 反射板、液晶セル、１／４波長板、及び偏光素子がこの順に積層されてなる反射型液晶表示装置である前記＜１１＞に記載の液晶表示装置である。
＜１３＞ バックライトを備え、該バックライト側に偏光素子を配置した前記＜１１＞から＜１２＞のいずれかに記載の液晶表示装置である。
＜１４＞ 円偏光板及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有してなる半透過型液晶表示装置である前記＜１３＞に記載の液晶表示装置である。
本発明の光学補償フィルムは、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、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向したディスコティック液晶性化合物を含むことにより、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（偏光変換フィルムの「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。
したがって、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を高めることができる。
したがって、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を高めることができる。
本発明の偏光変換フィルムの製造方法は、前記本発明における偏光分離層及び偏光変換層をロール状の形態で連続的に生産することにより、大面積の素子として高生産に製造できる。
本発明の偏光素子は、前記本発明の偏光変換フィルムを備えてなるので、光透過率を高めることができる。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光素子を備えてなるので、輝度を向上させることができる。
本発明によると、従来における前記問題を解決することができ、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ィルム及びその製造方法、該偏光変換フィルムを用いることにより光透過率を高めた偏光素子、並びに前記偏光変換フィルムを用いることにより輝度が向上した液晶表示装置を提供することができる。
（偏光変換フィルム）
本発明の偏光変換フィルムは、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、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向したディスコティック液晶性化合物を含む。
前記偏光変換フィルムは、第１の態様では、前記偏光分離層がプリズム構造（以下、単に「プリズム」と称する。）を有し、かつ該プリズムの表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなり、第２の態様では、前記偏光分離層が複屈折回折格子からなる。
本発明の偏光変換フィルムは、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、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向したディスコティック液晶性化合物を含む。
前記偏光変換フィルムは、第１の態様では、前記偏光分離層がプリズム構造（以下、単に「プリズム」と称する。）を有し、かつ該プリズムの表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなり、第２の態様では、前記偏光分離層が複屈折回折格子からなる。
図１に、本発明の偏光変換フィ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、第１の態様ではプリズムと複屈折性を有する材料との界面にて、第２の態様では複屈折回折格子（いずれも図示せず）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、第１の態様ではプリズムの屈折率と前記複屈折性を有する材料を含む複屈折層の屈折率とを調整することで、一方（偏光Ｌ１；偏光方向ａ）を直進させ、他方（偏光Ｌ２；偏光方向ｂ）を屈折させることができる。第２の態様では複屈折回折格子の屈折率や形状を調整することで、２つの直線偏光のうち、一方（偏光Ｌ１；偏光方向ａ）を直進させ、他方（偏光Ｌ２；偏光方向ｂ）を回折させることができる。
分離した２つの直線偏光Ｌ１、Ｌ２は、偏光変換層２に入射する。前記偏光変換層２は、フィルム面に対し傾斜配向（傾斜角φ）した複屈折性化合物ｍ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。負屈折化合物ｍ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。
非偏光の入射光Ｌが偏光変換層１に入射すると、第１の態様ではプリズムと複屈折性を有する材料との界面にて、第２の態様では複屈折回折格子（いずれも図示せず）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、第１の態様ではプリズムの屈折率と前記複屈折性を有する材料を含む複屈折層の屈折率とを調整することで、一方（偏光Ｌ１；偏光方向ａ）を直進させ、他方（偏光Ｌ２；偏光方向ｂ）を屈折させることができる。第２の態様では複屈折回折格子の屈折率や形状を調整することで、２つの直線偏光のうち、一方（偏光Ｌ１；偏光方向ａ）を直進させ、他方（偏光Ｌ２；偏光方向ｂ）を回折させることができる。
分離した２つの直線偏光Ｌ１、Ｌ２は、偏光変換層２に入射する。前記偏光変換層２は、フィルム面に対し傾斜配向（傾斜角φ）した複屈折性化合物ｍ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。負屈折化合物ｍ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。
以下、本発明の偏光変換フィルムの各層について、詳しく説明する。
＜第１の態様の偏光分離層＞
図２に、本発明の第１の態様の偏光変換フィルムにおける偏光分離層１の概略断面図を示す。
前記偏光分離層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。
前記プリズム１４は、光学的に等方的な材料（屈折率ｎｃ）からなり、前記複屈折層１１は、前記複屈折材料を含み、より具体的には固有複屈折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を示す方向とは直交し、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とは直接接触させ、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。
複屈折性を有する材料の配向方向としては、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。
偏光分離角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。前記固有複屈折Δｎは、０．０５以上が好ましく、０．１０以上がより好ましい。前記偏光分離角θは、３°以上が好ましく、５°以上がより好ましい。
＜第１の態様の偏光分離層＞
図２に、本発明の第１の態様の偏光変換フィルムにおける偏光分離層１の概略断面図を示す。
前記偏光分離層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。
前記プリズム１４は、光学的に等方的な材料（屈折率ｎｃ）からなり、前記複屈折層１１は、前記複屈折材料を含み、より具体的には固有複屈折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を示す方向とは直交し、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とは直接接触させ、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。
複屈折性を有する材料の配向方向としては、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。
偏光分離角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。前記固有複屈折Δｎは、０．０５以上が好ましく、０．１０以上がより好ましい。前記偏光分離角θは、３°以上が好ましく、５°以上がより好ましい。
−プリズム−
前記プリズムを構成する材料としては、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（例えば、ポリエチレン等）、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（例えば、セルロースアセテート等）が好ましい。これら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い。
前記ポリマー材料の具体的な市販品としては、ゼオネックス、ゼオノア（日本ゼオン（株）製）、ＡＲＴＯＮ（日本合成ゴム（株）製）、のフジタック（富士写真フイルム（株）製）が好適に挙げられる。これらの中でも、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。
前記プリズムを構成する材料としては、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（例えば、ポリエチレン等）、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（例えば、セルロースアセテート等）が好ましい。これら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い。
前記ポリマー材料の具体的な市販品としては、ゼオネックス、ゼオノア（日本ゼオン（株）製）、ＡＲＴＯＮ（日本合成ゴム（株）製）、のフジタック（富士写真フイルム（株）製）が好適に挙げられる。これらの中でも、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。
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及びフィルム作製法、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、及び延伸工程等の製造工程、表面処理、下塗り、バック素材、並びに機能層については、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。ただし、前記セルロースアセテートの溶剤については、更に炭素原子数１〜７のハロゲン化炭化水素、特にメチレンクロライドも好適に用いることができる。
前記プリズムの形状としては、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制限はないが、頂角α（図２参照）２０〜１５０°であることが好ましく、２５〜１２０°であることがより好ましい。また、高さｈ（図２参照）が０．１〜８０μｍであることが好ましく、０．５〜４０μｍであることがより好ましい。
前記プリズムの作製方法としては、断面が三角形状のプリズム列を形成したキャ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又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。
前記プリズムの作製方法としては、断面が三角形状のプリズム列を形成したキャ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又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。
−複屈折層−
前記複屈折層は、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１つの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。
前記複屈折層は、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１つの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。
前記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とが異なる、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。
前記屈折率異方性材料としては、液晶性化合物を用いることが好ましい。該液晶性化合物としては、常光屈折率（ｎｏ）と異常光屈折率（ｎｅ）との差の大きい、すなわち固有複屈折の大きい液晶性化合物が好ましい。前記固有複屈折は０．０５以上が好ましく、０．０８以上がより好ましい。
前記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、０．０３未満であることがより好ましい。また、前記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、０．０５以上であることがより好ましい。
前記屈折率異方性材料としては、液晶性化合物を用いることが好ましい。該液晶性化合物としては、常光屈折率（ｎｏ）と異常光屈折率（ｎｅ）との差の大きい、すなわち固有複屈折の大きい液晶性化合物が好ましい。前記固有複屈折は０．０５以上が好ましく、０．０８以上がより好ましい。
前記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、０．０３未満であることがより好ましい。また、前記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、０．０５以上であることがより好ましい。
前記複屈折層に使用できる液晶性化合物としては、室温又は加熱することによってネマチック相又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、及びこれらの混合物が挙げられる。
また、室温又は加熱状態でネマチック相又はスメクチック相を示す高分子液晶を使用することもできる。
また、室温又は加熱状態でネマチック相又はスメクチック相を示す高分子液晶を使用することもできる。
このような液晶性化合物としては、例えば、棒状の液晶性化合物が好適に挙げられる。前記棒状液晶性化合物及びその組成物としては、例えば、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、並びに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及び組成物が挙げられる。これらの中でも特に、ネマチック相を示す棒状の液晶性化合物が好ましい。
液晶性化合物の配向状態は、期間、温度、湿度、機械的変形などに対し、安定に維持するのが困難な場合が多い。したがって、配向状態を長期間にわたって維持するためには、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好ましい。
前記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適に用いられる。
前記重合性基としては、エチレン性不飽和基であることが好ましく、該エチレン性不飽和基は、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。
前記液晶性化合物としては、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、特に好適に用いられる。
前記液晶性化合物の好ましい具体例としては、特に制限はないが、例えば、以下に示す化合物（Ｎ１）〜（Ｎ４７）が挙げられる。
前記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適に用いられる。
前記重合性基としては、エチレン性不飽和基であることが好ましく、該エチレン性不飽和基は、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。
前記液晶性化合物としては、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、特に好適に用いられる。
前記液晶性化合物の好ましい具体例としては、特に制限はないが、例えば、以下に示す化合物（Ｎ１）〜（Ｎ４７）が挙げられる。
前記液晶性化合物の添加量は、プリズムを構成する高分子材料１ｇ当り０．００１〜２．０ｇが好ましく、０．０１〜１．５ｇがより好ましい。
前記液晶性化合物が、光を用いてラジカル重合される場合には、光重合開始剤が好適に用いられる。
前記光重合開始剤としては、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等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）フェニルメタノン等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などが挙げられる。
前記光重合開始剤の添加量は、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％以下が好ましく、０．５質量％以上１０質量％以下がより好ましい。
前記光重合開始剤としては、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等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）フェニルメタノン等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などが挙げられる。
前記光重合開始剤の添加量は、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％以下が好ましく、０．５質量％以上１０質量％以下がより好ましい。
また、前記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、ｐ−ジメチルアミノ安息香酸エチルエステル等の光重合促進剤を添加することも好ましい。
前記分光増感剤や光重合促進剤を添加する場合の添加量は、光重合開始剤の１０質量％以上３００質量％未満が好ましく、２０質量％以上２００質量％未満がより好ましい。
前記分光増感剤や光重合促進剤を添加する場合の添加量は、光重合開始剤の１０質量％以上３００質量％未満が好ましく、２０質量％以上２００質量％未満がより好ましい。
前記複屈折層は、例えば、前記液晶性化合物、光重合性開始剤等を添加した液をプリズム上に塗布後、乾燥し、更に配向させ、光照射により配向固定させて製造することが好ましい。
塗布方法としては、例えば、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、エクストルージョンコート法（米国特許２６８１２９４号明細書）などが好適に用いられる。
前記塗布方法としては、２層以上を同時に塗布する方法であってもよく、このような同時塗布の方法としては、例えば、米国特許２７６１７９１号、同２９４１８９８号、同３５０８９４７号、同３５２６５２８号の各明細書及び原崎勇次著、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。
前記塗布方法としては、２層以上を同時に塗布する方法であってもよく、このような同時塗布の方法としては、例えば、米国特許２７６１７９１号、同２９４１８９８号、同３５０８９４７号、同３５２６５２８号の各明細書及び原崎勇次著、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。
前記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１つの手段を用いて一軸配向させることが好ましい。
（１）配向膜
前記配向膜を用いて液晶性化合物を一軸配向させる場合は、例えば、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマーを配向膜として使用することが好ましい。
これらの配向膜は、塗設後、ラビング又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。前記配向膜の膜厚は、０．０１μｍ以上５μｍ以下が好ましい。
前記配向膜を用いて液晶性化合物を一軸配向させる場合は、例えば、ポリイミド、ポリビニルアルコール等のポリマーを配向膜として使用することが好ましい。
これらの配向膜は、塗設後、ラビング又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。前記配向膜の膜厚は、０．０１μｍ以上５μｍ以下が好ましい。
（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は、光化学反応性基を含有する化合物を、液晶性化合物及び光学等方性バインダーの少なくともいずれかに添加することが好ましい。
前記光化学反応性基は、光エネルギーを吸収して励起した状態を経由して、例えば、光分解、光架橋、光重合、光酸化還元、光転移、光異性化等を行う官能基を意味し、これらの中でも光架橋及び光異性化の少なくともいずれかを行う官能基を特に好適に用いることができる。
光照射で液晶性化合物を一軸配向させる場合は、光化学反応性基を含有する化合物を、液晶性化合物及び光学等方性バインダーの少なくともいずれかに添加することが好ましい。
前記光化学反応性基は、光エネルギーを吸収して励起した状態を経由して、例えば、光分解、光架橋、光重合、光酸化還元、光転移、光異性化等を行う官能基を意味し、これらの中でも光架橋及び光異性化の少なくともいずれかを行う官能基を特に好適に用いることができる。
前記光架橋を行なう官能基（以下、「光架橋性官能基」と称することもある。）は、光照射により分子内の結合が切断されたり、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）、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。
前記光架橋性官能基としては、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、これらの中でも、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。
前記光架橋性官能基としては、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、これらの中でも、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。
前記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））、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））などが挙げられる。これらの中でも、アゾベンゼン基、スチルベン基が好ましい。
前記光化学反応性基を含有する化合物（以下、「光化学反応性化合物」と称することもある。）の添加量は、液晶性化合物１ｇ当り０．００１〜１ｇが好ましく、０．０１〜０．１ｇがより好ましい。
前記光化学反応性化合物の好ましい具体例としては、特に制限はないが、例えば、以下に示す化合物（ＷＰ−１）〜（ＷＰ−４）が挙げられる。
光配向は、直線偏光照射又は斜め非偏光照射が好適に行われる。前記照射に用いる照射光の波長は、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適に用いることができるが、１９０ｎｍ以上５００ｎｍ未満であることが好ましく、２５０ｎｍ以上４５０ｎｍ未満であることがより好ましい。
前記照射に用いる光源としては、例えば、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などが好適に挙げられる。
直線偏光を用いて光配向させる場合は、前記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。
前記偏光素子としては、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、ブリュースター角を利用した反射型偏光素子などが好ましい。
前記照射光の量は、１〜２，０００ｍＪ／ｃｍ２であることが好ましく、５〜１，０００ｍＪ／ｃｍ２であることがより好ましい。
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好適に行われる。
前記直線偏光照射時の基板の温度範囲は、０℃以上２００℃未満が好ましく、１０℃以上１５０℃未満がより好ましい。
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適に用いることができる。
前記照射に用いる光源としては、例えば、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などが好適に挙げられる。
直線偏光を用いて光配向させる場合は、前記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。
前記偏光素子としては、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、ブリュースター角を利用した反射型偏光素子などが好ましい。
前記照射光の量は、１〜２，０００ｍＪ／ｃｍ２であることが好ましく、５〜１，０００ｍＪ／ｃｍ２であることがより好ましい。
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好適に行われる。
前記直線偏光照射時の基板の温度範囲は、０℃以上２００℃未満が好ましく、１０℃以上１５０℃未満がより好ましい。
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適に用いることができる。
（３）電場配向法
前記液晶性化合物を塗布したフィ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、電圧印加は前記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適に行われる。
前記液晶性化合物を塗布したフィ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、電圧印加は前記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適に行われる。
（４）磁場配向法
前記液晶性化合物を塗布したフィルムを、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適に行われる。
前記液晶性化合物を塗布したフィルムを、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適に行われる。
上述の（１）〜（４）のうち少なくとも１つの手段を用いて前記液晶性化合物を一軸配向させることが好ましい。
前記液晶性化合物を配向させた後は、紫外線を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様である。前記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とが異なっている方が好ましい。
前記液晶性化合物を配向させた後は、紫外線を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様である。前記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とが異なっている方が好ましい。
前記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。
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、さらに必要に応じて配向状態の液晶性分子を光重合することで、複屈折層を形成して偏光分離層を作製することができる。
前記複屈折層は、プリズムの頂点から０．１〜１００μｍの厚みを持たせるように形成するのが好ましく、前記厚みは０．２〜６０μｍがより好ましい。
前記複屈折層は、プリズムの頂点から０．１〜１００μｍの厚みを持たせるように形成するのが好ましく、前記厚みは０．２〜６０μｍがより好ましい。
＜第２の態様の偏光分離層＞
本発明の第２の態様の偏光変換フィルムにおける偏光分離層は複屈折回折格子からなる。
「複屈折回折格子」とは、図５に示すように、光学的に等方性を有する等方性媒体２１と光学的に異方性を有する異方性媒体２２とを格子状に配列させた回折格子で、前記異方性媒体２２が複屈折性を示すものである。
このように、前記異方性媒体２２が複屈折性を示すので、常光（例えば、図５において、Ｘ軸方向に振動する偏光成分）と、異常光（例えば、図５において、Ｙ軸方向に振動する偏光成分）とで屈折率が異なる。したがって、周期的な格子の作用により、発生する回折光の回折効率も常光と異常光とで異なることになり、屈折率や格子形状を調整することにより、偏光分離が可能となる。なお、前記異方性媒体２２は、異常光の屈折率ｎｅと常光の屈折率ｎｏに対して、通常ｎｅ＞ｎｏであり、この場合には、異常光の偏光方向が異方性媒体２２の遅相軸、常光の偏光方向が進相軸となる（すなわち、ｎｅ＜ｎｏの場合には、常光の偏光方向が遅相軸、異常光の偏光方法が進相軸となる。）。
本発明の第２の態様の偏光変換フィルムにおける偏光分離層は複屈折回折格子からなる。
「複屈折回折格子」とは、図５に示すように、光学的に等方性を有する等方性媒体２１と光学的に異方性を有する異方性媒体２２とを格子状に配列させた回折格子で、前記異方性媒体２２が複屈折性を示すものである。
このように、前記異方性媒体２２が複屈折性を示すので、常光（例えば、図５において、Ｘ軸方向に振動する偏光成分）と、異常光（例えば、図５において、Ｙ軸方向に振動する偏光成分）とで屈折率が異なる。したがって、周期的な格子の作用により、発生する回折光の回折効率も常光と異常光とで異なることになり、屈折率や格子形状を調整することにより、偏光分離が可能となる。なお、前記異方性媒体２２は、異常光の屈折率ｎｅと常光の屈折率ｎｏに対して、通常ｎｅ＞ｎｏであり、この場合には、異常光の偏光方向が異方性媒体２２の遅相軸、常光の偏光方向が進相軸となる（すなわち、ｎｅ＜ｎｏの場合には、常光の偏光方向が遅相軸、異常光の偏光方法が進相軸となる。）。
ここで、例えば、図６に示すように、格子の断面形状を矩形波とし、異方性媒体２２の常光の屈折率をｎｏ、異常光の屈折率をｎｅ（振動方向は図５と同一とする。）、等方性媒体２１の屈折率をｎｃ、格子の深さをｈ、入射光の波長をλとすると、常光の０次光の効率Ｅｏ０、常光の±１次回折光の効率Ｅｏ１、異常光の０次光の効率Ｅｅ０、異常光の±１次回折光の効率Ｅｅ１は、入射光量を１として、以下の式で表される。なお、下記の計算式は、「Ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｂｅａｍ ｇｒａｔｉｎｇ」Ｗａｉ−ＨｏｎＬｅｅ， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ Ｖｏｌ．１８， Ｎｏ．１３／１ Ｊｕｌｙ １９７９ Ｐ２１５３に詳細に記載されている。
〔式〕
Ｅｏ０＝ｃｏｓ（２φｏ）・・・（１）
Ｅｏ１＝（２／π）２ｓｉｎ（２φｏ）・・・（２）
Ｅｅ０＝ｃｏｓ（２φｅ）・・・（３）
Ｅｅ１＝（２／π）２ｓｉｎ（２φｅ）・・・（４）
ただし、前記式中、φｏ＝｛ｈ（ｎｏ−ｎｃ）／λ｝π、φｅ＝｛ｈ（ｎｅ−ｎｃ）／λ｝πを表す。
〔式〕
Ｅｏ０＝ｃｏｓ（２φｏ）・・・（１）
Ｅｏ１＝（２／π）２ｓｉｎ（２φｏ）・・・（２）
Ｅｅ０＝ｃｏｓ（２φｅ）・・・（３）
Ｅｅ１＝（２／π）２ｓｉｎ（２φｅ）・・・（４）
ただし、前記式中、φｏ＝｛ｈ（ｎｏ−ｎｃ）／λ｝π、φｅ＝｛ｈ（ｎｅ−ｎｃ）／λ｝πを表す。
前記入射光Ｌを電場ベクトル（偏光方向）が互いに直交する常光と異常光とに分離させるには、前記式から、Ｅｏ０＝１でＥｅ０＝０、又はＥｏ１＝０でＥｅ０＝１とすればよい。
具体的には、常光の位相項φｏと、異常光の位相項φｅとを、次式、φｅ−φｏ＝（ｌ＋１／２）（ｌは０又は自然数）、及びφｏ＝ｍπ／２（ｍは０又は自然数）、を満足させればよい。
ここで、前記ｌ及びｍは、多数の組み合わせが考えられる。例えば、ｎｏ＝ｎｃとすることによりφｏ＝０となり、常光は直進し、さらに、φｅ＝１／２πとなるように格子の高さｈを設定すれば、Ｅｏ０＝１，Ｅｏ１＝０，Ｅｅ０＝０，Ｅｅ１≒０．４１となり、これにより入射光Ｌを０次光Ｌ１と、±１次回折光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂとに、偏光成分が互いに直交する２つの直線偏光に分離することができる。
具体的には、常光の位相項φｏと、異常光の位相項φｅとを、次式、φｅ−φｏ＝（ｌ＋１／２）（ｌは０又は自然数）、及びφｏ＝ｍπ／２（ｍは０又は自然数）、を満足させればよい。
ここで、前記ｌ及びｍは、多数の組み合わせが考えられる。例えば、ｎｏ＝ｎｃとすることによりφｏ＝０となり、常光は直進し、さらに、φｅ＝１／２πとなるように格子の高さｈを設定すれば、Ｅｏ０＝１，Ｅｏ１＝０，Ｅｅ０＝０，Ｅｅ１≒０．４１となり、これにより入射光Ｌを０次光Ｌ１と、±１次回折光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂとに、偏光成分が互いに直交する２つの直線偏光に分離することができる。
前記偏光分離層としては、異方性媒体１２の進相軸（一般に常光の偏光方向）と等方性媒体２１との屈折率をほぼ一致させ（ｎｏ≒ｎｃ）、異方性媒体２２の遅相軸（一般に異常光の偏光方向）と等方性媒体２１との屈折率は大きく異なる（ｎｅ≠ｎｃ）ように構成することが好ましい。
このような構成にすることにより、上記したように異方性媒体２２の進相軸方向の偏光は直進させることができ（偏光Ｌ１）、異方性媒体２２の遅相軸方向の偏光は回折させる（偏光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）、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。
前記複屈折回折格子における回折効率、すなわち分離効率は、主に回折格子の高さｈと異方性媒体２２の固有複屈折Δｎ＝ｎｅ−ｎｏの大きさに依存し、Δｎが大きいほど一般にｈを小さくすることができる。すなわち、偏光分離層を薄くすることができる。
前記固有複屈折Δｎは、０．０５以上が好ましく、０．０８以上がより好ましい。前記偏光分離角θは、回折格子の周期Ｐ（図６参照）に依存する。
このような構成にすることにより、上記したように異方性媒体２２の進相軸方向の偏光は直進させることができ（偏光Ｌ１）、異方性媒体２２の遅相軸方向の偏光は回折させる（偏光Ｌ２ａ，Ｌ２ｂ）、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。
前記複屈折回折格子における回折効率、すなわち分離効率は、主に回折格子の高さｈと異方性媒体２２の固有複屈折Δｎ＝ｎｅ−ｎｏの大きさに依存し、Δｎが大きいほど一般にｈを小さくすることができる。すなわち、偏光分離層を薄くすることができる。
前記固有複屈折Δｎは、０．０５以上が好ましく、０．０８以上がより好ましい。前記偏光分離角θは、回折格子の周期Ｐ（図６参照）に依存する。
前記等方性媒体２１を構成する材料としては、前記プリズムを構成する材料と同様に、透明で光学的に等方的なポリマー材料が好ましい。該透明で光学的に等方的なポリマー材料については、既に述べた通りである。
前記複屈折回折格子の形状（高さｈ、周期Ｐ）は、上記のような所望の偏光分離が得られるように決定する。
前記複屈折回折格子の作製方法としては、断面が所望の回折格子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、等方性媒体２１としての透明樹脂材料を金型内に充填又は注入して成形して作製してもよいし、図７Ａに示すように、回折格子パターンが形成された成形型に等方性媒体２１である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た後に、格子の溝に異方性媒体２２を塗布するなどして充填し、配向させて作製してもよいし、図７Ｂに示すように、先に配向させた異方性媒体２２をフォトリソグラフィなどでパターニングした後に、等方性媒体２１をオーバーコートして作製してもよい。
前記複屈折回折格子の作製方法としては、断面が所望の回折格子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、等方性媒体２１としての透明樹脂材料を金型内に充填又は注入して成形して作製してもよいし、図７Ａに示すように、回折格子パターンが形成された成形型に等方性媒体２１である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た後に、格子の溝に異方性媒体２２を塗布するなどして充填し、配向させて作製してもよいし、図７Ｂに示すように、先に配向させた異方性媒体２２をフォトリソグラフィなどでパターニングした後に、等方性媒体２１をオーバーコートして作製してもよい。
前記異方性媒体２２としては、前記複屈折層と同様に、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い。前記屈折率異方性材料については既に述べた通りである。
前記複屈折回折格子は、前記複屈折層と同様に、例えば、前記液晶性化合物、光重合性開始剤等を添加した液を等方性媒体により形成した回折格子上に塗布後、乾燥し、更に配向させ、光照射により配向固定させて製造することが好ましい。塗布方法については既に述べた通りである。
前記第２の態様の偏光分離層の厚みは、０．１〜１００μｍが好ましく、１〜２０μｍがより好ましい。
以上、前記第２の態様の偏光分離層としては、複屈折回折格子として、光学的に等方性を持つ物質と光学的に異方性を持つ物質とを格子状に交互に配置し、前記光学的に異方性を持つ物質の光軸が、回折格子の列に垂直及び平行のいずれかに配置した例について説明したが、偏光による回折効率の違いを利用して光路を分離する例として、以下の例も挙げられ、これらも本発明の複屈折回折格子として用いることができる。
（１） ニオブ酸リチウム結晶板の主面に周期を有するＨ＋イオン交換領域における光学的回折格子を形成したもの（特開平５−２４９３０８号、特開平６−１８８１７号、特開平６−２７３２０号の各公報参照）。
（２） 光学的異方性を持つ結晶基板の主面に設けた周期的な溝の底面上に誘電体層を有するもの（特開平２−１５６２０５号参照）。
（３） コレステリック液晶の螺旋軸をセル板に対して平行に配置したもの（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． １９９７， ７１， １３５０−１３５２参照）。
（１） ニオブ酸リチウム結晶板の主面に周期を有するＨ＋イオン交換領域における光学的回折格子を形成したもの（特開平５−２４９３０８号、特開平６−１８８１７号、特開平６−２７３２０号の各公報参照）。
（２） 光学的異方性を持つ結晶基板の主面に設けた周期的な溝の底面上に誘電体層を有するもの（特開平２−１５６２０５号参照）。
（３） コレステリック液晶の螺旋軸をセル板に対して平行に配置したもの（Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． １９９７， ７１， １３５０−１３５２参照）。
＜偏光変換層＞
前記偏光変換層は、図１に示すように、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）、すなわち複屈折層の屈折率とプリズムの屈折率とが一致する方向（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）、すなわち複屈折層の屈折率とプリズムの屈折率とが不一致の方向（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。
前記偏光変換層は、図１に示すように、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）、すなわち複屈折層の屈折率とプリズムの屈折率とが一致する方向（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）、すなわち複屈折層の屈折率とプリズムの屈折率とが不一致の方向（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。
前記偏光変換層は、複屈折性化合物を主成分として含む。該複屈折性化合物としては、ディスコティック液晶性化合物を用いる。前記複屈折性化合物は、前記偏光Ｌ２の偏光状態を変換するために、フィルム面に対して傾斜配向していることが必要であるが、偏光分離層で屈折せずに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、前記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及び垂直のいずれかで、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。
前記複屈折性化合物としてのディスコティック液晶性化合物は、フィルム平面に対してほぼ一定角度で傾斜させることが好ましく、ハイブリッド配向して傾斜させることも好ましい。
前記ディスコティック液晶性化合物の固有複屈折、フィ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。前記傾斜角φは、例えば、３０〜８０°であることが好ましい。
また、前記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及び垂直のいずれかで、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。
前記複屈折性化合物としてのディスコティック液晶性化合物は、フィルム平面に対してほぼ一定角度で傾斜させることが好ましく、ハイブリッド配向して傾斜させることも好ましい。
前記ディスコティック液晶性化合物の固有複屈折、フィ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。前記傾斜角φは、例えば、３０〜８０°であることが好ましい。
ここで、前記ディスコティック液晶性化合物が、フィルム面に対して傾斜配向していることは、例えば、フィルムをμｍ単位で薄片に切断した断面を偏光顕微鏡で観察することにより測定することができる。
また、「ハイブリッド配向」とは、前記ディスコティック液晶性化合物における液晶分子長軸と前記フィルム面とのなす角度が、液晶層の厚み方向で連続的に変化している配向を意味し、前記傾斜配向と同様な方法により測定することができる。
また、「ハイブリッド配向」とは、前記ディスコティック液晶性化合物における液晶分子長軸と前記フィルム面とのなす角度が、液晶層の厚み方向で連続的に変化している配向を意味し、前記傾斜配向と同様な方法により測定することができる。
本発明で用いられるディスコティック液晶性化合物としては、様々な文献（Ｃ．Ｄｅｓｔｒａｄｅ ｅｔ．ａｌ．，Ｍｏｌ．Ｃｒｙｓｒ．Ｌｉｑ．Ｃｒｙｓｔ．，ｖｏｌ．７１，ｐａｇｅ １１１（１９８１）；日本化学会編、季刊化学総説、Ｎｏ．２２、液晶の化学、第５章、第１０章第２節（１９９４）；Ｂ．Ｋｏｈｎｅ ｅｔ．ａｌ．，Ａｎｇｅｗ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｃｈｅｍ．Ｃｏｍｍ．，ｐａｇｅ １７９４（１９８５）；Ｊ．Ｚｈａｎｇ ｅｔ．ａｌ．，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１１６，ｐａｇｅ ２６５５（１９９４））に記載されているものを用いることができる。また、前記ディスコティック液晶性化合物の重合については、特開平８−２７２８４号公報に記載されている。
前記ディスコティック液晶性化合物は、重合により固定可能なように、重合性基を有するのが好ましい。
前記重合性基としては、例えば、ディスコティック液晶性化合物の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させた構造が考えられるが、円盤状コアに前記重合性基を直結させると、重合反応において配向状態を保つことが困難になる。そこで、円盤状コアと重合性基との間に連結基を有する構造が好ましい。すなわち、前記重合性基を有するディスコティック液晶性化合物としては、下記式で表わされる化合物であることが好ましい。
〔式〕
Ｄ（−Ｌ−Ｐ）ｎ
ただし、前記式中、Ｄは円盤状コアを表し、Ｌは２価の連結基を表し、Ｐは重合性基を表し、ｎは４〜１２の整数を表す。
前記式中の円盤状コア（Ｄ）、２価の連結基（Ｌ）及び重合性基（Ｐ）の好ましい具体例としては、それぞれ、特開２００１−４８３７号公報に記載の（Ｄ１）〜（Ｄ１５）、（Ｌ１）〜（Ｌ２５）、（Ｐ１）〜（Ｐ１８）が挙げられ、同公報に記載の内容を好適に用いることができる。なお、前記ディスコティック液晶性化合物のディスコティックネマチック液晶相−固相転移温度は、７０〜３００℃が好ましく、７０〜１７０℃がより好ましい。
前記重合性基としては、例えば、ディスコティック液晶性化合物の円盤状コアに、置換基として重合性基を結合させた構造が考えられるが、円盤状コアに前記重合性基を直結させると、重合反応において配向状態を保つことが困難になる。そこで、円盤状コアと重合性基との間に連結基を有する構造が好ましい。すなわち、前記重合性基を有するディスコティック液晶性化合物としては、下記式で表わされる化合物であることが好ましい。
〔式〕
Ｄ（−Ｌ−Ｐ）ｎ
ただし、前記式中、Ｄは円盤状コアを表し、Ｌは２価の連結基を表し、Ｐは重合性基を表し、ｎは４〜１２の整数を表す。
前記式中の円盤状コア（Ｄ）、２価の連結基（Ｌ）及び重合性基（Ｐ）の好ましい具体例としては、それぞれ、特開２００１−４８３７号公報に記載の（Ｄ１）〜（Ｄ１５）、（Ｌ１）〜（Ｌ２５）、（Ｐ１）〜（Ｐ１８）が挙げられ、同公報に記載の内容を好適に用いることができる。なお、前記ディスコティック液晶性化合物のディスコティックネマチック液晶相−固相転移温度は、７０〜３００℃が好ましく、７０〜１７０℃がより好ましい。
前記ディスコティック液晶性化合物の傾斜配向手段としては、光配向、電場配向、磁場配向等が挙げられ、それぞれ光照射の方向、電極や磁極を傾斜させ、斜め方向に電場又は磁場を印加し、配向状態でＵＶ光照射、又は急冷などを行うことで配向状態を固定することが好適に行われる。なお、これらの具体的な内容については、既に偏光分離層の項で述べた通りである。前記傾斜配向において、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。
前記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。
前記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。
前記偏光変換層は、例えば、複屈折性化合物としてのディスコティック液晶性化合物、光重合性開始剤等を添加した液を偏光分離層（複屈折層）上に塗布後、乾燥し、更に配向させ、光照射により配向固定させて製造することができる。
以上説明してきた偏光分離層と偏光変換層とを、それぞれ長尺ロール形態として連続生産、又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ィルムは高生産に製造することができる。
（偏光素子）
本発明の偏光素子は、前記本発明の偏光変換フィルムを備えてなる。前記偏光変換フィルムは、光吸収型素子と組み合わせて用いることが好ましい。
この場合、前記偏光素子は、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、前記本発明の偏光変換フィルムとからなり、前記光吸収型偏光素子の偏光透過軸と前記偏光変換フィルムの偏光透過軸とが略平行に配置されていることが好ましい。
前記光吸収型偏光素子としては、例えば、５倍以上に延伸したポリビニルアルコールフィルム中にＩ３ −やＩ５ −及び有機二色性色素の少なくともいずれか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ィルムでサンドイッチしたものが一般に用いられる。
前記光吸収型偏光素子は、以下の式で表される偏光度が９９％以上であることが好ましい。前記光吸収型偏光素子の４００〜７００ｎｍにおける平均光線透過率は４０％以上であることが好ましい。
本発明の偏光素子は、前記本発明の偏光変換フィルムを備えてなる。前記偏光変換フィルムは、光吸収型素子と組み合わせて用いることが好ましい。
この場合、前記偏光素子は、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、前記本発明の偏光変換フィルムとからなり、前記光吸収型偏光素子の偏光透過軸と前記偏光変換フィルムの偏光透過軸とが略平行に配置されていることが好ましい。
前記光吸収型偏光素子としては、例えば、５倍以上に延伸したポリビニルアルコールフィルム中にＩ３ −やＩ５ −及び有機二色性色素の少なくともいずれか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ィルムでサンドイッチしたものが一般に用いられる。
前記光吸収型偏光素子は、以下の式で表される偏光度が９９％以上であることが好ましい。前記光吸収型偏光素子の４００〜７００ｎｍにおける平均光線透過率は４０％以上であることが好ましい。
本発明の偏光変換フィルムとの組み合わせとしては、前記偏光変換フィルムを光吸収型偏光素子と別々の偏光素子として用いてもよいし、光吸収型偏光素子の保護フィルムの一方を置換して光吸収型素子に一体化して用いてもよい。
前記本発明の偏光変換フィルム及び偏光素子は、液晶表示装置などのディスプレイ用として用いることができ、例えば、ＬＣＤ用偏光板（例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ Ｂｅｎｄ）、ＲＯＣＢ（Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒｙ Ｂｅｎｄ）、ＥＣＢ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）、ＣＰＡ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｉｎｗｈｅｅｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ａｌｉｇｎｅｄ）等の、透過型液晶モード、反射型液晶モード、半透過型液晶モード）などに好適に用いられる。また、例えば、１／４波長板、１／２波長板等の位相差フィルム、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の各種光学部材と組み合わせて用いる場合にも好適に用いられる。特に、反射型液晶表示素子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、好適に用いられる。
（液晶表示装置）
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光素子を備えてなる。前記液晶表示装置としては、特に制限はないが、例えば、バックライトを備え、該バックライト側に本発明の偏光素子を配置することが好ましい。
また、前記液晶表示装置は、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置のいずれかがが好ましい。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光素子を備えてなる。前記液晶表示装置としては、特に制限はないが、例えば、バックライトを備え、該バックライト側に本発明の偏光素子を配置することが好ましい。
また、前記液晶表示装置は、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置のいずれかがが好ましい。
前記反射型液晶表示装置は、反射板、液晶セル、１／４波長板、及び偏光素子がこの順に積層されてなる。
より具体的には、液晶セルの前面に偏光素子と１／４波長板とからなる円偏光板を有し、かつ、前記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て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％程度の偏光素子では、光の利用効率が低くなってしまうが、本発明の偏光素子を用いることで、光の利用効率を上げ、液晶表示装置としての輝度を向上させることができる。
液晶表示装置に取り込む光としては、特に制限はなく、外光でもよいが、円偏光板の更に前面に、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。
前記フロントライトとしては、例えば、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。
より具体的には、液晶セルの前面に偏光素子と１／４波長板とからなる円偏光板を有し、かつ、前記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て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％程度の偏光素子では、光の利用効率が低くなってしまうが、本発明の偏光素子を用いることで、光の利用効率を上げ、液晶表示装置としての輝度を向上させることができる。
液晶表示装置に取り込む光としては、特に制限はなく、外光でもよいが、円偏光板の更に前面に、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。
前記フロントライトとしては、例えば、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。
前記半透過型液晶表示装置は、円偏光板及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有してなる。
より具体的には、液晶セルの背面側にも円偏光板とバックライトとを設け、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半透過型液晶表示装置であることがより好ましい。
前記半透過型液晶表示装置も、上記反射型液晶表示装置と同じく、本発明の偏光素子を用いることで、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。
より具体的には、液晶セルの背面側にも円偏光板とバックライトとを設け、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半透過型液晶表示装置であることがより好ましい。
前記半透過型液晶表示装置も、上記反射型液晶表示装置と同じく、本発明の偏光素子を用いることで、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。
前記液晶表示装置において、円偏光板を構成するために偏光素子と組み合わされる１／４波長板としては、特開平５−２７１１８号及び同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ィルムと、レターデーションが小さい複屈折性フィルムとを、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１／４波長となっているポリマーフィルムと、それと同一材料からなり同じ波長において１／２波長となっているポリマーフィルムとを積層させて、広い波長領域で１／４波長が得られる位相差板、特開平１０−９０５２１号公報に記載された、二枚のポリマーフィルムを積層することにより広い波長領域で１／４波長を達成できる位相差板、国際公開第００／２６７０５号パンフレットに記載された変性ポリカーボネートフィルムを用いた広い波長領域で１／４波長を達成できる位相差板、国際公開第００／６５３８４号パンフレットに記載されたセルロースアセテートフィルムを用いた広い波長領域で１／４波長を達成できる位相差板等を使用することができる。
前記１／４波長板の遅相軸は、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（又は吸収軸）と４５°の角度で配置されることが好ましい。また、１／４波長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１／４波長板との間に１／２波長板を配置してもよい。
前記１／４波長板の遅相軸は、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（又は吸収軸）と４５°の角度で配置されることが好ましい。また、１／４波長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１／４波長板との間に１／２波長板を配置してもよい。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
（実施例１）
（１）偏光分離層の作製
ｉ）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１７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゜、底角６０°のプリズム形状を刻印したプリズム金型１６に注入後、概略同サイズの厚さ８０μｍのタックフィルム１３（富士写真フイルム（株）製）を重ね合わせた。次いで、該タックフィルム１３の上部３００ｍｍのところに設置した、ウエスタンクオーツ社製紫外線ランプにより、照射強度６．４ｋｗ、８０ｗ／ｃｍ２で、３０秒間紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、前記タックフィルム１３を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。
〔紫外線硬化型樹脂液組成〕
ビス（メタクリロイルチオフェニル）スルフォイド，２，４−ジブロモフェニル（メタ）アクリレート・・・６０質量部
トリメチロールプロパントリアクリレート・・・４０質量部
光硬化触媒（メルク社製、Ｄａｒｏｃｕｒ １１７３）・・・上記２成分の和（１００質量部）に対して１．５質量部
なお、前記樹脂組成物の重合後の屈折率は、ｎ＝１．６３であった。
（実施例１）
（１）偏光分離層の作製
ｉ）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１７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゜、底角６０°のプリズム形状を刻印したプリズム金型１６に注入後、概略同サイズの厚さ８０μｍのタックフィルム１３（富士写真フイルム（株）製）を重ね合わせた。次いで、該タックフィルム１３の上部３００ｍｍのところに設置した、ウエスタンクオーツ社製紫外線ランプにより、照射強度６．４ｋｗ、８０ｗ／ｃｍ２で、３０秒間紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、前記タックフィルム１３を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。
〔紫外線硬化型樹脂液組成〕
ビス（メタクリロイルチオフェニル）スルフォイド，２，４−ジブロモフェニル（メタ）アクリレート・・・６０質量部
トリメチロールプロパントリアクリレート・・・４０質量部
光硬化触媒（メルク社製、Ｄａｒｏｃｕｒ １１７３）・・・上記２成分の和（１００質量部）に対して１．５質量部
なお、前記樹脂組成物の重合後の屈折率は、ｎ＝１．６３であった。
ii)複屈折層の作製
ｉ）で作製したプリズムフィルムの表面に、下記の組成の複屈折層形成用塗布液をバーコーターにより連続的に塗布、乾燥、及び加熱（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１１を形成した。該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。なお、図４中、１２はタックフィルムを表す。
以上により得られた偏光分離層の５５０ｎｍにおける固有複屈折Δｎは０．１２であった。
［複屈折層形成用塗布液組成］
下記の棒状液晶性化合物（１）・・・１４．５質量部
下記の増感剤・・・１．０質量部
下記の光重合開始剤・・・３．０質量部
下記の水平配向促進剤・・・１．０質量部
メチルエチルケトン・・・８０．５質量部
ｉ）で作製したプリズムフィルムの表面に、下記の組成の複屈折層形成用塗布液をバーコーターにより連続的に塗布、乾燥、及び加熱（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１１を形成した。該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。なお、図４中、１２はタックフィルムを表す。
以上により得られた偏光分離層の５５０ｎｍにおける固有複屈折Δｎは０．１２であった。
［複屈折層形成用塗布液組成］
下記の棒状液晶性化合物（１）・・・１４．５質量部
下記の増感剤・・・１．０質量部
下記の光重合開始剤・・・３．０質量部
下記の水平配向促進剤・・・１．０質量部
メチルエチルケトン・・・８０．５質量部
（２）偏光変換層の作製
（１）で作製した偏光分離層（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、下記の組成の偏光変換層用塗布液を、バーコーターにより乾燥後の膜厚１５μｍとなるように連続的に塗布、乾燥した。この後、該乾燥したフィルムをプリズム表面に対して６０°傾斜した電極間に挿入し、１２０℃で５００Ｖの電圧印加を５分間行った。前記電圧印加を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６００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線をフィルムに照射して傾斜配向状態を保ったまま硬化させ、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、フィルムをμｍ単位で薄片に切断した断面を偏光顕微鏡で観察することにより測定したところ、偏光分離層のプリズムの稜線に平行で、フィルム面に対しては、約６０°傾斜した状態で配向していた。
[偏光変換層用塗布液組成]
下記のディスコティック液晶性化合物・・・９１．０質量部
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート（Ｖ＃３６０、大阪有機化学（株）製）・・・９．０質量部
上記の増感剤・・・１．０質量部
上記の光重合開始剤・・・３．０質量部
上記の水平配向促進剤・・・１．０質量部
メチルエチルケトン・・・１９５．０質量部
（１）で作製した偏光分離層（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、下記の組成の偏光変換層用塗布液を、バーコーターにより乾燥後の膜厚１５μｍとなるように連続的に塗布、乾燥した。この後、該乾燥したフィルムをプリズム表面に対して６０°傾斜した電極間に挿入し、１２０℃で５００Ｖの電圧印加を５分間行った。前記電圧印加を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６００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線をフィルムに照射して傾斜配向状態を保ったまま硬化させ、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、フィルムをμｍ単位で薄片に切断した断面を偏光顕微鏡で観察することにより測定したところ、偏光分離層のプリズムの稜線に平行で、フィルム面に対しては、約６０°傾斜した状態で配向していた。
[偏光変換層用塗布液組成]
下記のディスコティック液晶性化合物・・・９１．０質量部
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート（Ｖ＃３６０、大阪有機化学（株）製）・・・９．０質量部
上記の増感剤・・・１．０質量部
上記の光重合開始剤・・・３．０質量部
上記の水平配向促進剤・・・１．０質量部
メチルエチルケトン・・・１９５．０質量部
（３）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、作製した偏光変換フィルムを偏光板の透過軸と偏光変換フィルムの偏光透過軸とが平行となるように貼り付けた。なお、前記反射型液晶表示装置は、反射板、液晶セル、１／４波長板、及び偏光素子がこの順に積層されている。
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、及び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。なお、表１の結果は、後述する比較例の反射輝度を１．００としたときの相対値で示す。
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、作製した偏光変換フィルムを偏光板の透過軸と偏光変換フィルムの偏光透過軸とが平行となるように貼り付けた。なお、前記反射型液晶表示装置は、反射板、液晶セル、１／４波長板、及び偏光素子がこの順に積層されている。
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、及び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。なお、表１の結果は、後述する比較例の反射輝度を１．００としたときの相対値で示す。
（４）半透過型液晶表示装置の作製
図９に示される半透過型液晶表示装置１４１を作製し、作製した偏光変換フィルムを前面側偏光板１０８の上側及び背面側偏光板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。なお、図９中、１０３は前面側基板、１０４は背面側基板、１０５は液晶部、１０６は前面電極、１０７は背面電極、１１２はバックライト、１１３は二端子素子、１２２は信号電極、１２４は絶縁層、１２５は二端子素子内の上部電極、１４２はカラーフィルタをそれぞれ示す。
図９に示される半透過型液晶表示装置１４１を作製し、作製した偏光変換フィルムを前面側偏光板１０８の上側及び背面側偏光板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。なお、図９中、１０３は前面側基板、１０４は背面側基板、１０５は液晶部、１０６は前面電極、１０７は背面電極、１１２はバックライト、１１３は二端子素子、１２２は信号電極、１２４は絶縁層、１２５は二端子素子内の上部電極、１４２はカラーフィルタをそれぞれ示す。
（５）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に示す。
［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における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に示す。
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に示す。
［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における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に示す。
（実施例２）
実施例１の（１）で作製した偏光分離層（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、下記の組成の塗布液を、バーコーターにより乾燥後の膜厚１５μｍとなるように連続的に塗布、乾燥した。この後、１２０℃で５分間熟成を行い、更に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６００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線をフィルムに照射して傾斜配向状態を保ったまま硬化させ、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、実施例１と同様の方法により測定したところ、偏光分離層のプリズムの稜線に平行で、ディスコティック液晶性化合物はハイブリッド配向をしており、平均傾斜角約６０度傾斜した状態で配向していた。
[偏光変換層用塗布液組成]
上記のディスコティック液晶性化合物・・・９１．０質量部
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート（Ｖ＃３６０、大阪有機化学（株）製）・・・９．０質量部
上記の増感剤・・・１．０質量部
上記の光重合開始剤・・・３．０質量部
メチルエチルケトン・・・１９３．０質量部
実施例１の（１）で作製した偏光分離層（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、下記の組成の塗布液を、バーコーターにより乾燥後の膜厚１５μｍとなるように連続的に塗布、乾燥した。この後、１２０℃で５分間熟成を行い、更に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６００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線をフィルムに照射して傾斜配向状態を保ったまま硬化させ、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、実施例１と同様の方法により測定したところ、偏光分離層のプリズムの稜線に平行で、ディスコティック液晶性化合物はハイブリッド配向をしており、平均傾斜角約６０度傾斜した状態で配向していた。
[偏光変換層用塗布液組成]
上記のディスコティック液晶性化合物・・・９１．０質量部
エチレンオキサイド変性トリメチロールプロパントリアクリレート（Ｖ＃３６０、大阪有機化学（株）製）・・・９．０質量部
上記の増感剤・・・１．０質量部
上記の光重合開始剤・・・３．０質量部
メチルエチルケトン・・・１９３．０質量部
作製した偏光変換フィルムを用いて、実施例１と同様にして、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置を作製し評価を行なった。結果を表１及び表２に示す。
また、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、及び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。
また、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、及び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。
（実施例３）
（１）偏光分離層の作製
図６に示す高さｈ２．４μｍ、周期Ｐ３μｍの回折格子形状を刻印した金型を複数作成し、ロールに貼り付けて溶接により隙間を無くし、型ロールを得た。実施例１におけるのと同様の組成からなる紫外線硬化型樹脂液１７を型ロールに注入後、概略同サイズの厚さ８０μｍのタックフィルム１３（富士写真フイルム（株）製）を重ね合わせた。次いで、該タックフィルム１３の上部３００ｍｍのところに設置した、ウエスタンクオーツ社製紫外線ランプにより、照射強度６．４ｋｗ、８０ｗ／ｃｍ２で、３０秒間紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、前記タックフィルム１３を剥離して回折格子シートを得た。
（１）偏光分離層の作製
図６に示す高さｈ２．４μｍ、周期Ｐ３μｍの回折格子形状を刻印した金型を複数作成し、ロールに貼り付けて溶接により隙間を無くし、型ロールを得た。実施例１におけるのと同様の組成からなる紫外線硬化型樹脂液１７を型ロールに注入後、概略同サイズの厚さ８０μｍのタックフィルム１３（富士写真フイルム（株）製）を重ね合わせた。次いで、該タックフィルム１３の上部３００ｍｍのところに設置した、ウエスタンクオーツ社製紫外線ランプにより、照射強度６．４ｋｗ、８０ｗ／ｃｍ２で、３０秒間紫外線を照射して樹脂を硬化させた後、前記タックフィルム１３を剥離して回折格子シートを得た。
作製した回折格子シートの上に、実施例１におけるのと同様の組成の光学異方性Ａ塗布液をバーコーターにより連続的に塗布、乾燥、及び加熱（配向熟成）し、さらに紫外線照射して図５のような複屈折回折格子を形成した。得られた複屈折回折格子は溝方向に平行な方向に遅相軸を有していた。
以上により得られた偏光分離層の５５０ｎｍにおける固有複屈折Δｎは０．１２であった。
以上により得られた偏光分離層の５５０ｎｍにおける固有複屈折Δｎは０．１２であった。
（２）偏光変換層の作製
（１）で作製した偏光分離層（複屈折回折格子）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、回折格子の溝方向に平行にラビング処理を実施した。この後、実施例１におけるのと同様の組成の光学異方性Ｂ塗布液を、バーコーターにより乾燥後の膜厚１５μｍとなるように連続的に塗布、乾燥した。この後、該乾燥したフィルムを偏光分離層表面に対して実施例１と同様にして、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、実施例１と同様の方法により測定したところ、偏光分離層における複屈折回折格子の溝方向の稜線に平行で、フィルム面に対しては、約６０°傾斜した状態で配向していた。
（１）で作製した偏光分離層（複屈折回折格子）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、回折格子の溝方向に平行にラビング処理を実施した。この後、実施例１におけるのと同様の組成の光学異方性Ｂ塗布液を、バーコーターにより乾燥後の膜厚１５μｍとなるように連続的に塗布、乾燥した。この後、該乾燥したフィルムを偏光分離層表面に対して実施例１と同様にして、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、実施例１と同様の方法により測定したところ、偏光分離層における複屈折回折格子の溝方向の稜線に平行で、フィルム面に対しては、約６０°傾斜した状態で配向していた。
作製した偏光変換フィルムを用いて、実施例１と同様にして、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置を作製し評価を行なった。結果を表１及び表２に示す。
また、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、及び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。
また、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、及び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。
（実施例４）
実施例３の（１）で作製した偏光分離層（複屈折回折格子）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、複屈折回折格子の溝方向の稜線に平行にラビング処理を実施した。この後、実施例２と同様にして、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、実施例１と同様の方法により測定したところ、偏光分離層における複屈折回折格子の溝方向の稜線に平行で、ディスコティック液晶性化合物はハイブリッド配向をしており、平均傾斜角約６０度傾斜した状態で配向していた。
実施例３の（１）で作製した偏光分離層（複屈折回折格子）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、複屈折回折格子の溝方向の稜線に平行にラビング処理を実施した。この後、実施例２と同様にして、偏光変換フィルムを作製した。液晶分子は、実施例１と同様の方法により測定したところ、偏光分離層における複屈折回折格子の溝方向の稜線に平行で、ディスコティック液晶性化合物はハイブリッド配向をしており、平均傾斜角約６０度傾斜した状態で配向していた。
作製した偏光変換フィルムを用いて、実施例１と同様にして、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置を作製し評価を行なった。結果を表１及び表２に示す。
また、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、及び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。
また、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、及び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。
（比較例）
偏光変換フィルムを用いなかった以外は、実施例１と同様にして、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置により評価を行なった。結果を表１及び表２に示す。
偏光変換フィルムを用いなかった以外は、実施例１と同様にして、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置により評価を行なった。結果を表１及び表２に示す。
また、前記液晶表示装置の正面からのコントラスト比は、実施例１及び実施例３が２３で、実施例２及び実施例４が２２であり、コントラスト比３となる視野角は、実施例１〜４いずれも上下１２０゜以上、左右１２０゜以上であった。
表１及び表２の結果から、本発明の偏光変換フィルムによれば、簡単な構成で、反射モード時、透過モード時のいずれでも、輝度を向上させることができることが判った。
本発明の偏光変換フィルム及び偏光素子は、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、反射型液晶表示素子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、好適に用いられる。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光素子を備えてなるので、特に、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置として好適に用いられる。
光利用効率を高めることができ、特に、反射型液晶表示素子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、好適に用いられる。
本発明の液晶表示装置は、前記本発明の偏光素子を備えてなるので、特に、反射型液晶表示装置及び半透過型液晶表示装置として好適に用いられる。
１・・・偏光分離層
２・・・偏光変換層
１１・・・複屈折層
１２、１３・・・タックフィルム
１４・・・プリズム
１６・・・プリズム金型
１７・・・紫外線硬化液
２１・・・等方性媒体
２２・・・異方性媒体
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
ｈ・・・高さ
α・・・プリズムの頂角
Ｐ・・・複屈折回折格子の周期
２・・・偏光変換層
１１・・・複屈折層
１２、１３・・・タックフィルム
１４・・・プリズム
１６・・・プリズム金型
１７・・・紫外線硬化液
２１・・・等方性媒体
２２・・・異方性媒体
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
ｈ・・・高さ
α・・・プリズムの頂角
Ｐ・・・複屈折回折格子の周期
Claims (14)
- 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、該直線偏光の偏光状態を変換する偏光変換層とからなり、前記偏光変換層がフィルム面に対して傾斜配向したディスコティック液晶性化合物を含むことを特徴とする偏光変換フィルム。
- 偏光分離層がプリズム構造を有し、かつ該プリズム構造の表面が複屈折性を有する材料で被覆されてなる請求項１に記載の偏光変換フィルム。
- 偏光分離層が、入射光を該偏光分離層のプリズム構造と複屈折性を有する材料と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、一方の直線偏光を直進させ、他方の直線偏光を屈折させ、かつ、偏光変換層が、該偏光変換層の表面に対して傾斜して入射する直線偏光の偏光状態のみを変換する請求項２に記載の偏光変換フィルム。
- 偏光分離層が複屈折回折格子からなる請求項１に記載の偏光変換フィルム。
- 偏光分離層が、一方の直線偏光を直進させ、他方の直線偏光を回折させ、かつ、偏光変換層が、該偏光変換層の表面に対して傾斜して入射する直線偏光の偏光状態のみを変換する請求項４に記載の偏光変換フィルム。
- ディスコティック液晶性化合物がハイブリッド配向している請求項１から５のいずれかに記載の偏光変換フィルム。
- ディスコティック液晶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及び垂直のいずれかで、該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及び垂直のいずれでもない請求項６に記載の偏光変換フィルム。
- 請求項１から７のいずれかに記載の偏光変換フィルムにおける偏光分離層及び偏光変換層をロール状の形態で連続的に生産することを特徴とする偏光変換フィルムの製造方法。
- 請求項１から７のいずれかに記載の偏光変換フィルムを備えてなることを特徴とする偏光素子。
- 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、偏光変換フィルムとからなり、前記光吸収型偏光素子の偏光透過軸と前記偏光変換フィルムの偏光透過軸とが略平行に配置された請求項９に記載の偏光素子。
- 請求項９から１０のいずれかに記載の偏光素子を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
- 反射板、液晶セル、１／４波長板、及び偏光素子がこの順に積層されてなる反射型液晶表示装置である請求項１１に記載の液晶表示装置。
- バックライトを備え、該バックライト側に偏光素子を配置した請求項１１から１２のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 円偏光板及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有してなる半透過型液晶表示装置である請求項１３に記載の液晶表示装置。
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-
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