JP3552084B2

JP3552084B2 - 円偏光分離板、その製造方法、光学素子、偏光光源装置及び液晶表示装置

Info

Publication number: JP3552084B2
Application number: JP09276698A
Authority: JP
Inventors: 弘則本村; 忠幸亀山; 直樹高橋
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1998-03-20
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2018-03-20
Also published as: US6016177A; EP0881510A2; KR100494001B1; DE69829332T2; KR19980087393A; JPH1144816A; TW494258B; EP0881510B1; EP0881510A3; DE69829332D1

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、コレステリック液晶ポリマー層同士が密着重畳して、光利用効率に優れる偏光光源装置や明るさに優れて良視認性の液晶表示装置等を形成しうる円偏光分離板及び光学素子に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来、反射光の波長領域の異なる複数のコレステリック液晶ポリマー層を接着層を介し接着してなる円偏光分離板が知られていた（特開平１−１３３００３号公報）。コレステリック液晶層の重畳化は、反射光の波長領域の拡大を目的とする。すなわちコレステリック液晶層による反射光の波長（λ）は、入射角をθとしたとき、コレステリック液晶ポリマー層の複屈折による常光と異常光の屈折率（ｎ_ｏ、ｎ_ｅ）及び螺旋ピッチ（ｐ）に基づき、式：ｎ_ｏｐｃｏｓθ＜λ＜ｎ_ｅｐｃｏｓθで表される。
【０００３】
しかし前記のｎ_ｏ、ｎ_ｅは大きい値でないことから通例、反射光の波長領域は可視光領域よりも狭く、単層のコレステリック液晶ポリマー層を介した透過光及び反射光が色付いて見え、選択反射性や円偏光二色性と称されている。そのため異種のコレステリック液晶ポリマー層を重畳して、反射光の波長領域を拡大し中間色を呈する円偏光分離板とされている。
【０００４】
しかしながら、接着層を介したコレステリック液晶ポリマー層の重畳では、厚さが大きくなり、接着界面での屈折率の相違による反射損も大きい問題点があった。また単なるコレステリック液晶ポリマー層の重畳では、反射光の波長領域が加算されるだけであり、そのため例えば可視光域の全域にわたり反射特性を示す円偏光分離板の形成には、反射光の波長領域が可視光域の全域に及ぶように通例３種以上のコレステリック液晶ポリマー層の組合せとする必要があった。
【０００５】
【発明の技術的課題】
本発明は、複数のコレステリック液晶ポリマー層を接着層の介在なく重畳してなる円偏光分離板、及びコレステリック液晶ポリマー層の少ない重畳数で広い帯域の反射波長域を示す円偏光分離板、並びにそれを用いた光利用効率に優れる光学素子や偏光光源装置、及び明るさに優れて良視認性の液晶表示装置の開発を課題とする。
【０００６】
【課題の解決手段】
本発明は、配向処理したコレステリック液晶ポリマー層の上に、別種のコレステリック液晶ポリマーを塗工し、それを加熱配向処理する操作を介して、上下の層で螺旋ピッチが異なる２層以上のコレステリック液晶ポリマー層の密着重畳体を形成するものであり、その場合に前記別種のコレステリック液晶ポリマーとして、先に配向処理した層のコレステリック液晶ポリマーと光学活性な炭素の比率のみが相違するものを用いてそれを１０〜５０％濃度の溶液として塗工すると共に、その塗工層を３０℃以下の送風を介し乾燥させて残存溶剤量を２０％以下とした後にそれを加熱配向処理に供することを特徴とする円偏光分離板の製造方法を提供するものである。
【０００７】
また本発明は、上下の層で螺旋ピッチが異なり反射光の波長域に不連続域を形成する２層以上のコレステリック液晶ポリマー層の密着重畳体をガラス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱して、その密着界面に上下の層を形成するコレステリック液晶ポリマーが混合した層を形成し、その混合層と当該上下の層に基づいて連続した反射波長域を示すものとすることを特徴とする円偏光分離板の製造方法を提供するものである。
【０００８】
さらに本発明は、前記の円偏光分離板に１／４波長板及び偏光板の少なくとも一方を設けたことを特徴とする光学素子、及び前記の円偏光分離板又は光学素子を導光板の光出射側に有することを特徴とする偏光光源装置、並びに前記の円偏光分離板、光学素子又は偏光光源装置を液晶セルの視認背面側に有することを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の製造方法によれば、上下の層で螺旋ピッチが異なる２層以上のコレステリック液晶ポリマー層が密着した配向度の高い重畳体を配向処理効率よく製造することができる。従ってコレステリック液晶ポリマー層間に接着層が介在することによる反射損や嵩高化を回避することができる。
【００１０】
また上記した密着界面に上下の層を形成するコレステリック液晶ポリマーの混合層を有する円偏光分離板では、その混合層の螺旋ピッチが上下の層の螺旋ピッチの中間値を示して、厚さ方向に螺旋ピッチが多段階に変化したコレステリック液晶ポリマー層の重畳層を形成でき、密着重畳体時に上下の層で反射波長域に不連続域がある場合にその不連続域を埋める反射特性を示して反射波長域を連続化することができる。
【００１１】
従って例えば反射波長域が５００ｎｍ以下のコレステリック液晶ポリマー層と、反射波長域が６００ｎｍ以上の２種のコレステリック液晶ポリマー層を用いて、反射波長域の不連続域である５００〜６００ｎｍの波長域の光についても反射する円偏光分離板を得ることができ、コレステリック液晶ポリマー層の少ない重畳数で広い帯域の連続した反射波長域を示す円偏光分離板を得ることができる。
【００１２】
さらに前記の円偏光分離板を用いて光学特性に優れる光学素子や、光利用効率に優れる偏光光源装置を形成でき、明るさに優れて良視認性の液晶表示装置を形成することができる。
【００１３】
【発明の実施形態】
本発明による円偏光分離板は、上下の層で螺旋ピッチが異なる２層以上のコレステリック液晶ポリマー層が直接密着した重畳体からなる。その例を図１、図２に示した。１が円偏光分離板であり、１１，１２，１３がコレステリック液晶ポリマー層である。
【００１４】
２層のコレステリック液晶ポリマー層が直接密着した重畳体の製造は、例えば配向処理したコレステリック液晶ポリマー層の上に、別のコレステリック液晶ポリマーを塗工し、それを加熱配向処理することにより行うことができる。３層以上のコレステリック液晶ポリマー層の密着重畳体は、前記のコレステリック液晶ポリマーを塗工しそれを加熱配向処理する操作を繰り返して３層以上の重畳体を形成することにより製造することができる。
【００１５】
前記において、選択反射性等の光学特性や光の利用効率に優れる円偏光分離板を得る点などよりは、別のコレステリック液晶ポリマーを重畳塗工する対象である先に配向処理したコレステリック液晶ポリマー層が、６０％以上、就中６５％以上、特に７０％以上の鏡面反射分率を示すものであることが好ましい。なお鏡面反射分率は、選択反射された全反射光に占める鏡面反射成分（正反射方向の成分）の割合を意味し、鏡面反射率／全反射率×１００にて算出される。
【００１６】
また重畳による配向処理効率などの点より、別種のコレステリック液晶ポリマーとして、先に配向処理した層のコレステリック液晶ポリマーと、不斉炭素基やメソゲン基、カイラル剤やキラル成分等の光学活性な炭素の比率のみが相違するコレステリック液晶ポリマーを用いて、それを１０〜５０％濃度の溶液として塗工する。
【００１７】
さらに配向度の高い重畳層を形成する点などより、重畳塗工した別種のコレステリック液晶ポリマーの塗工層を３０℃以下の送風を介し乾燥させて残存溶剤量を２０％以下とし、かかる乾燥状態としたコレステリック液晶ポリマーの塗工層を加熱配向処理に供する。
【００１８】
一方、２層又は３層以上のコレステリック液晶ポリマー層が直接密着した重畳体の他の製造方法としては、配向処理したコレステリック液晶ポリマー層同士の２枚又は３枚以上の所定数を熱圧着により接着する操作や、配向処理したコレステリック液晶ポリマー層同士の２枚又は３枚以上の所定数を揮発性液体又は液晶ポリマー溶解の揮発性液体を介在させて接着する操作もあげることができる。
【００１９】
前記において熱圧着処理は、ロールラミネータ等の適宜な加熱押圧手段を介してコレステリック液晶ポリマーをガラス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱して圧着処理する方式などの適宜な方式で行うことができる。密着力や配向度などの点よりは、コレステリック液晶ポリマーのガラス転移温度以上にて圧着することが好ましい。
【００２０】
一方、コレステリック液晶ポリマー層間に介在させる揮発性液体としては、コレステリック液晶ポリマーを膨潤ないし溶解させうるアルコール類や炭化水素類、エーテル類やケトン類等の、コレステリック液晶ポリマーの溶媒などとして使用される適宜なものを用いうる。就中、配向状態の温存性などの点よりコレステリック液晶ポリマーの溶解度が２０重量％以下の低溶解性の揮発性液体を用いることが好ましい。
【００２１】
また、揮発性液体に溶解させる液晶ポリマーとしても、適宜なものを用いてよく、就中、コレステリック液晶ポリマー層間の密着力などの点より、上下の層を形成するコレステリック液晶ポリマーの一方又は両方が好ましく用いられる。なお揮発性液体の介在には、塗布方式や噴霧方式等の適宜な方式を採ることができる。
【００２２】
円偏光分離板は、上下の層で螺旋ピッチが異なるコレステリック液晶ポリマー層の組合せとして形成される。従って同じ螺旋ピッチのコレステリック液晶ポリマー層を２層以上含む重畳体として円偏光分離板を形成しうるが、その場合には同じ螺旋ピッチのコレステリック液晶ポリマー層間に螺旋ピッチが異なるコレステリック液晶ポリマー層が１層又は２層以上介在した形態とされる。
【００２３】
前記の円偏光分離板の形成は、光学特性が安定したものの製造効率などの点より、上記した製造方法によることが有利である。なお視角変化による出射光の色変化が小さい円偏光分離板を得る点よりは、反射光の中心波長に基づいて長短の順序通りにコレステリック液晶ポリマー層を重畳することが好ましい。
【００２４】
コレステリック液晶ポリマー層としては、グランジャン配向により自然光を透過光と反射光として左右の円偏光に分離する適宜なものを用いうる。コレステリック液晶ポリマー層は、フィルム等の単層物やそれをプラスチックフィルム等で支持した複層物などとして得ることができる。
【００２５】
好ましいコレステリック液晶ポリマー層は、可及的に均一に配向したものである。均一配向のコレステリック液晶ポリマー層は、散乱のない反射光を提供して、液晶表示装置等の視野角の拡大に有利であり、特に斜め方向からも直接観察される直視型液晶表示装置等の形成に適している。
【００２６】
本発明による円偏光分離板は、上下の層で螺旋ピッチが異なるコレステリック液晶ポリマー層を２層又は３層以上重畳したものであるが、これは分離機能の広波長域化を目的とする。すなわち単層のコレステリック液晶ポリマー層では通例、選択反射性（円偏光二色性）を示す波長域に限界があり、その限界は約１００ｎｍの波長域に及ぶ広い範囲の場合もあるが、その波長範囲でも液晶表示装置等に適用する場合に望まれる可視光の全域には及ばないから、そのような場合に螺旋ピッチが異なる、従って選択反射性（反射波長）の異なるものを重畳させて円偏光二色性を示す波長域を拡大させることを目的とする。
【００２７】
ちなみに選択反射の中心波長が３００〜９００ｎｍの範囲にあるコレステリック液晶ポリマー層を同じ方向の円偏光を反射する組合せで、かつ螺旋ピッチの異なる組合せで用いて、その数種を重畳することで可視光域等の広い波長域をカバーできる円偏光分離板を効率的に形成することができる。その場合、同じ偏光方向の円偏光を反射するもの同士の組合せで重畳する点は、各層で反射される円偏光の位相状態を揃えて各波長域で異なる偏光状態となることを防止し、利用できる状態の偏光の増量を目的とする。
【００２８】
円偏光分離板を形成するコレステリック液晶ポリマーには、適宜なものを用いてよく、特に限定はない。従って、液晶配向性を付与する共役性の直線状原子団（メソゲン）がポリマーの主鎖や側鎖に導入された主鎖型や側鎖型などの種々のものを用いうる。複屈折率差（△ｎ）の大きいコレステリック液晶ポリマーほど選択反射の波長域が広くなり、層数の軽減や大視野角時の波長シフトに対する余裕などの点より好ましく用いうる。なお液晶ポリマーとしては、取扱い性や実用温度での配向の安定性などの点より、ガラス転移温度が３０〜１５０℃のものが好ましく用いうる。
【００２９】
ちなみに、前記した主鎖型の液晶ポリマーの例としては、屈曲性を付与するスペーサ部を必要に応じ介してパラ置換環状化合物等からなるメソゲン基を結合した構造を有する、例えばポリエステル系やポリアミド系、ポリカーボネート系やポリエステルイミド系などのポリマーがあげられる。
【００３０】
また側鎖型の液晶ポリマーの例としては、ポリアクリレートやポリメタクリレート、ポリシロキサンやポリマロネート等を主鎖骨格とし、側鎖として共役性の原子団からなるスペーサ部を必要に応じ介してパラ置換環状化合物等からなる低分子液晶化合物（メソゲン部）を有するもの、低分子カイラル剤含有のネマチック系液晶ポリマー、キラル成分導入の液晶ポリマー、ネマチック系とコレステリック系の混合液晶ポリマーなどがあげられる。
【００３１】
前記の如く、例えばアゾメチン形やアゾ形、アゾキシ形やエステル形、ビフェニル形やフェニルシクロヘキサン形、ビシクロヘキサン形の如きパラ置換芳香族単位やパラ置換シクロヘキシル環単位などからなるネマチック配向性を付与するパラ置換環状化合物を有するものにても、不斉炭素を有する化合物等からなる適宜なキラル成分や低分子カイラル剤等を導入する方式などによりコレステリック配向性のものとすることができる（特開昭５５−２１４７９号公報、米国特許明細書第５３３２５２２号等）。なおパラ置換環状化合物におけるパラ位における末端置換基は、例えばシアノ基やアルキル基、アルコキシ基などの適宜なものであってよい。
【００３２】
またスペーサ部としては、屈曲性を示す例えばポリメチレン鎖−（ＣＨ_２）_ｎ−やポリオキシメチレン鎖−（ＣＨ_２ＣＨ_２Ｏ）_ｍ−などがあげられる。スペーサ部を形成する構造単位の繰返し数は、メソゲン部の化学構造等により適宜に決定され、一般にはポリメチレン鎖の場合にはｎが０〜２０、就中２〜１２、ポリオキシメチレン鎖の場合にはｍが０〜１０、就中１〜３である。
【００３３】
なお上記した主鎖型液晶ポリマーの調製は例えば、成分モノマーをラジカル重合方式やカチオン重合方式やアニオン重合方式等により共重合させる、通例のポリマー合成に準じた適宜な方式で行うことができる。また側鎖型液晶ポリマーの調製も例えば、アクリル酸やメタクリル酸のエステルの如きビニル系主鎖形成用モノマーに必要に応じスペーサ基を介してメソゲン基を導入したモノマーをラジカル重合法等によりポリマー化するモノマー付加重合方式や、ポリオキシメチルシリレンのＳｉ−Ｈ結合を介し白金系触媒の存在下にビニル置換メソゲンモノマーを付加反応させる方式、主鎖ポリマーに付与した官能基を介し相関移動触媒を用いたエステル化反応によりメソゲン基を導入する方式や、マロン酸の一部に必要に応じスペーサ基を介してメソゲン基を導入したモノマーとジオールとを重縮合反応させる方式などの適宜な方式で行うことができる。
【００３４】
上記において、成膜性や良好なモノドメイン状態のグランジャン配向性、配向処理の短時間性やガラス状態への安定した固定性、コレステリック相の螺旋ピッチの制御性、薄くて軽くピッチ等の配向状態が実用温度で変化しにくく、耐久性や保存安定性に優れる円偏光分離板の形成性などの点より好ましく用いうる液晶ポリマーは、下記の一般式（ａ）で表わされるモノマー単位と、一般式（ｂ）で表わされるモノマー単位を成分とする共重合体、就中、一般式（ａ）のモノマー単位６０〜９５重量％と、一般式（ｂ）のモノマー単位４０〜５重量％からなる共重合体を成分とするものである（特願平７−２５１８１８号）。
【００３５】
一般式（ａ）：

（ただし、Ｒ^１は水素又はメチル基、ｍは１〜６の整数、Ｘ^１はＣＯ_２基又はＯＣＯ基であり、ｐ及びｑは１又は２で、かつｐ＋ｑ＝３を満足する。）
一般式（ｂ）：

（ただし、Ｒ^２は水素又はメチル基、ｎは１〜６の整数、Ｘ^２はＣＯ_２基又はＯＣＯ基、Ｘ^３は−ＣＯ−Ｒ^３又は−Ｒ^４であり、そのＲ^３は

Ｒ^４は

であり、Ｒ^５は下記のものである。）

【００３６】
前記の一般式（ａ）、（ｂ）で表わされるモノマー単位を形成しうるアクリル系モノマーは、適宜な方法で合成しうる。その例としては、先ずエチレンクロロヒドリンと４−ヒドロキシ安息香酸を、ヨウ化カリウムを触媒としてアルカリ水溶液中で加熱還流させてヒドロキシカルボン酸を得た後、それをアクリル酸又はメタクリル酸と脱水反応させて（メタ）アクリレートとし、その（メタ）アクリレートを４−シアノ−４’−ヒドロキシビフェニルでＤＣＣ（ジシクロヘキシルカルボジイミド）とＤＭＡＰ（ジメチルアミノピリジン）の存在下にエステル化することにより一般式（ａ）に属するモノマーを得る方法があげれる。
【００３７】
また、一般式（ｂ）に属するアクリル系モノマーの合成例としては、先ずヒドロキシアルキルハライドと４−ヒドロキシ安息香酸を、ヨウ化カリウムを触媒としてアルカリ水溶液中で加熱還流させてヒドロキシカルボン酸を得た後、それをアクリル酸又はメタクリル酸と脱水反応させて（メタ）アクリレートとしその（メタ）アクリレートを、４位にＲ^３基含有のＣＯ基を有するフェノールでＤＣＣとＤＭＡＰの存在下にエステル化する方法や、前記の脱水反応後その（メタ）アクリレートを４位に不斉炭素基を有するフェノールでＤＣＣとＤＭＡＰの存在下にエステル化する方法などがあげられる。
【００３８】
従って、前記の一般式（ａ）や一般式（ｂ）に属する他のモノマーも、目的の導入基を有する適宜な原料を用いて上記に準じて合成することができる。なお前記の４位にＲ^３基含有のＣＯ基を有するフェノールは、例えば先ずクロロ蟻酸メチルと４−ヒドロキシ安息香酸をアルカリ水溶液中で反応させてカルボン酸とし、それをオキサリルクロリドで酸クロライドとした後、ピリジン／テトラヒドロフラン中でＨ−Ｒ^３と反応させてＲ^３基を導入し、ついでそれをアンモニア水で処理して保護基を除去する方法などにより、また４位に不斉炭素基を有するフェノールは、例えば４−ヒドロキシベンズアルデヒドと（Ｓ）−（−）−１−フェニルエチルアミンをトルエン中で共沸脱水する方法などにより得ることができる。
【００３９】
上記した共重合体は、その一般式（ｂ）で表わされるモノマー単位の含有率を変えることでコレステリック液晶の螺旋ピッチを変化させることができる。従って、一般式（ｂ）で表わされるモノマー単位の含有率の制御で円偏光二色性を示す波長を調節でき、可視光域の光に対して円偏光二色性を示す光学素子も容易に得ることができる。
【００４０】
コレステリック液晶ポリマー層の形成は、従来の配向処理に準じた方法で行うことができる。ちなみにその例としては、支持基材上にポリイミドやポリビニルアルコール、ポリエステルやポリアリレート、ポリアミドイミドやポリエーテルイミド等の膜を形成してレーヨン布等でラビング処理した配向膜、又はＳｉＯの斜方蒸着層、又は延伸処理による配向膜等からなる適宜な配向膜の上に液晶ポリマーを展開してガラス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱し、液晶ポリマー分子がグランジャン配向した状態でガラス転移温度未満に冷却してガラス状態とし、当該配向が固定化された固化層を形成する方法などがあげられる。
【００４１】
前記の支持基材としては、例えばトリアセチルセルロースやポリビニルアルコール、ポリイミドやポリアリレート、ポリエステルやポリカーボネート、ポリスルホンやポリエーテルスルホン、アモルファスポリオレフィンや変性アクリル系ポリマー、エポキシ系樹脂の如きプラスチックからなる単層又は積層フイルム、あるいはガラス板などの適宜なものを用いうる。薄型化等の点よりは、プラスチックフィルムが好ましく、また偏光状態の変化の防止による光の利用効率の向上などの点よりは複屈折による位相差が可及的に小さいものが好ましい。
【００４２】
液晶ポリマーの展開は、例えば液晶ポリマーの溶媒による溶液をスピンコート法やロールコート法、フローコート法やプリント法、ディップコート法や流延成膜法、バーコート法やグラビア印刷法等の適宜な方法で薄層展開し、それを必要に応じ乾燥処理する方法などにより行うことができる。前記の溶媒としては、例えば塩化メチレンやシクロヘキサノン、トリクロロエチレンやテトラクロロエタン、Ｎ−メチルピロリドンやテトラヒドロフランなどの適宜なものを用いうる。
【００４３】
また液晶ポリマーの加熱溶融物、好ましくは等方相を呈する状態の加熱溶融物を前記に準じ展開し、必要に応じその溶融温度を維持しつつ更に薄層に展開して固化させる方法などの、溶媒を使用しない方法、従って作業環境の衛生性等が良好な方法によっても液晶ポリマーを展開させることができる。
【００４４】
液晶ポリマーの展開層を配向させるための加熱処理は、上記した如く液晶ポリマーのガラス転移温度から等方相転移温度までの温度範囲、すなわち液晶ポリマーが液晶相を呈する温度範囲に加熱することにより行うことができる。また配向状態の固定化は、ガラス転移温度未満に冷却することで行うことができ、その冷却条件については特に限定はない。通例、前記の加熱処理を３００℃以下の温度で行いうることから、自然冷却方式が一般に採られる。
【００４５】
支持基材上に形成した液晶ポリマーの固化層は、支持基材との一体物として用いうるし、支持基材より剥離してフィルム等として用いることもできる。支持基材との一体物からなる場合、液晶ポリマーの固化層同士が密接するように重畳することにより本発明の円偏光分離板が得られる。なお前記の支持基材との一体物として形成する場合には、偏光の状態変化の防止性などの点より、位相差が可及的に小さい支持基材を用いることが好ましい。
【００４６】
コレステリック液晶ポリマー層の厚さは、配向の乱れや透過率低下の防止、選択反射の波長域の広さなどの点より、０．５〜５０μｍ、就中１〜３０μｍ、特に２〜１０μｍが好ましい。また支持基材を有する場合には、その基材を含めた合計厚が２０〜２００μｍ、就中２５〜１５０μｍ、特に３０〜１００μｍであることが好ましい。円偏光分離板の形成に際しては、コレステリック液晶ポリマー層に安定剤や可塑剤、あるいは金属類などからなる種々の添加剤を必要に応じて配合することができる。
【００４７】
本発明による好ましい円偏光分離板は、上下の層で螺旋ピッチが異なり反射光の波長域に不連続域を形成する２層以上のコレステリック液晶ポリマー層の密着重畳体が、その密着界面に上下の層を形成するコレステリック液晶ポリマーが混合してなる、上下の層とは螺旋ピッチが異なるコレステリック液晶ポリマー層を有して、厚さ方向に螺旋ピッチが多段階に変化し、当該混合層とその上下の層とが連続した反射波長域を示すものである。
【００４８】
前記した円偏光分離板の製造は、例えば上記した重畳塗工操作や熱圧着操作、揮発性液体介在操作等で形成した、上下の層で螺旋ピッチが異なり反射光の波長域に不連続域を形成する２層以上のコレステリック液晶ポリマー層の密着重畳体（円偏光分離板）をガラス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱して、その密着界面に上下の層を形成するコレステリック液晶ポリマーが混合した層を形成し、その混合層と当該上下の層に基づいて連続した反射波長域を示すものとすることにより行うことができる。
【００４９】
前記において、上下の層のコレステリック液晶ポリマーが混合して形成されたコレステリック液晶ポリマー層は、螺旋ピッチが上下の層とも異なって厚さ方向に螺旋ピッチが多段階に変化した円偏光分離板を形成し、通例その螺旋ピッチは上下の層を形成するコレステリック液晶ポリマー層の中間値をとる。
【００５０】
従って上下の層で反射光の波長域が重複しないコレステリック液晶ポリマー層の組合せ、すなわち反射光の波長域に不連続による欠落域が存在する組合せで用いた場合に、上下の層の混合により形成されたコレステリック液晶ポリマー層が前記欠落域を埋めて反射光の波長域を連続化することができ、これは少ないコレステリック液晶ポリマー層の重畳で、広い反射光の波長域を示す円偏光分離板を形成しうることを意味する。
【００５１】
本発明による円偏光分離板の実用に際しては、図３に例示の如く、１／４波長板や偏光板や拡散層等の適宜な光学層の１種又は２種以上を配置した光学素子として用いることができる。図例では１／４波長板２を配置したものを示している。目視用の光学素子の形成に好ましく用いうる円偏光分離板は、反射光の波長域が可視光域の１５０ｎｍ以上、就中１８０ｎｍ以上、特に２２０ｎｍ〜全可視光域の帯域に及ぶものである。
【００５２】
前記において、コレステリック液晶ポリマー層が反射光の波長順に重畳している場合、１／４波長板や偏光板は、光の出射側として利用する反射光の中心波長が最長のコレステリック液晶ポリマー層側に配置することが上記した色変化の抑制などの点より好ましい。
【００５３】
１／４波長板の配置は、円偏光分離板より出射した円偏光の位相を変化させて直線偏光成分の多い状態に変換し、偏光板を透過しやすい光を得ることなどを目的とする。すなわち上記において、偏光板を用いずに、円偏光分離板よりの出射偏光をそのまま液晶セルに入射させて表示を達成することは可能であるが、偏光板を介することで表示品位等を向上できるために必要に応じて偏光板が用いられる。その場合に、偏光板に対する透過率の高い光ほど明るい表示に有利であり、その透過率は偏光板の偏光軸（透過軸）と一致する偏光方向の直線偏光成分を多く含むほど高くなるので、それを目的に１／４波長板を介して円偏光分離板よりの出射偏光を直線偏光化するものである。
【００５４】
従って１／４波長板としては、円偏光分離板より出射した円偏光を、１／４波長の位相差に相当して直線偏光を多く形成しうると共に、他の波長の光を前記直線偏光と可及的にパラレルな方向に長径方向を有し、かつ可及的に直線偏光に近い扁平な楕円偏光に変換しうるものが好ましく用いうる。
【００５５】
１／４波長板は、適宜な材質で形成でき、透明で均一な位相差を与えるものが好ましく、一般には位相差板が用いられる。１／４波長板にて付与する位相差は、円偏光分離板より出射される円偏光の波長域などに応じて適宜に決定しうる。ちなみに可視光域では波長範囲や変換効率等の点より、その位相差が小さいもの、就中１００〜１８０ｎｍ、特に１１０〜１５０ｎｍ以下の位相差を与える１／４波長板が好ましく用いうる。
【００５６】
また位相差層は、視角によって着色する場合があり、その着色を防止する点よりは、式：Ｎ_ｚ＝（ｎ_ｘ−ｎ_ｚ）／（ｎ_ｘ−ｎ_ｙ）で定義されるＮ_ｚが、Ｎ_ｚ≦１．１を満足する屈折率楕円体からなる１／４波長板が好ましく用いうる。なお前記の式において、ｎ_ｘは位相差層の面内における最大屈折率、ｎ_ｙはｎ_ｘ方向に直交する方向の屈折率、ｎ_ｚは厚さ方向の屈折率を意味する。
【００５７】
１／４波長板は、１層の位相差板又は２層以上の位相差板の重畳層として形成することができる。１層からなる場合には、複屈折の波長分散が小さいものほど波長毎の偏光状態の均一化をはかることができて好ましい。一方、位相差板の重畳化は、１／４波長板として機能しうる波長範囲の拡大などに有効であり、その組合せは波長域などに応じて適宜に決定してよい。
【００５８】
なお可視光域を対象に２層以上の位相差板とする場合、上記の如く１００〜１８０ｎｍの位相差を与える層を１層以上の奇数層として含ませることが直線偏光成分の多い光を得る点より好ましい。１００〜１８０ｎｍの位相差を与える層以外の層は、例えば通例２００ｎｍ以上の位相差を与える層で形成することが波長特性の改良等の点より好ましいが、これに限定するものではない。なお前記した視角による着色を防止した重畳型の１／４波長板を得る点よりは、当該Ｎ_ｚ≦１．１を満足する１／４波長の位相差を与える位相差板と、１／２波長の位相差を与える位相差板の１層又は２層以上とを用いた重畳体とすることが好ましい。
【００５９】
上記の如く１／４波長板は、位相差板の単層物や重畳体として得られるが、その位相差板の形成には例えば位相差フィルムなどが用いられる。位相差フィルムは、高分子フィルムを一軸や二軸等で適宜に延伸処理してなるフィルムや、液晶ポリマーフィルムなどとして得ることができる。その高分子フィルムや液晶ポリマーフィルムとしては適宜なものを用いうる。
【００６０】
ちなみに前記の高分子フィルムの具体例としては、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリプロピレンやその他のポリオレフィン、酢酸セルロース系ポリマー、ポリ塩化ビニル、ポリアリレート、ポリアミドの如き適宜な透明プラスチックからなるフィルムなどがあげられる。
【００６１】
なお本発明にては、１／４波長板の上にさらに偏光板を配置した光学素子とすることもできる。その場合、偏光板はその偏光軸（透過軸）が、１／４波長板を介した直線偏光の偏光方向と可及的に一致するように配置することが吸収ロスの防止等の点より好ましい。
【００６２】
前記の偏光板としては、適宜なものを用いることができ、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物の如きポリエン配向フィルムなども用いうるが、偏光度等の光学性能などの点よりはポリビニルアルコール系や部分ホルマール化ポリビニルアルコール系、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化物の如き親水性高分子のフィルムにヨウ素及び／又は二色性染料を吸着させて延伸したものなどが好ましく用いうる。なお偏光板は、かかる偏光フィルムの片面又は両面を透明保護層等で被覆したものなどであってもよい。
【００６３】
円偏光分離板の片側又は両側に必要に応じて設ける拡散層は、光の進路方向の変換や出射光を平準化して明暗ムラを抑制し、液晶セルに適用した場合に画素との干渉でモアレによるギラギラした視認が生じることの防止などを目的とする。円偏光分離板より出射した光の偏光状態の維持性などの点より好ましく用いうる拡散層は、位相差が波長６３３ｎｍの垂直入射光、好ましくは入射角３０度以内の入射光に基づいて３０ｎｍ以下、就中０〜２０ｎｍのものである。
【００６４】
拡散層は、例えば粒子分散樹脂層の形成方式、サンドブラストや化学エッチング等の表面凹凸化処理による方式、機械的ストレスや溶剤処理等によるクレイズ発生方式、所定の拡散構造を設けた金型による転写形成方式などの任意な方式で、円偏光分離板や１／４波長板等への塗布層や拡散シートなどとして適宜に形成することができる。なお拡散層は、円偏光分離板の片面や両面、光学素子の１／４波長板や偏光板の間、それらの上面などの適宜な位置に１層又は２層以上を配置することができる。
【００６５】
本発明による円偏光分離板や光学素子は、偏光光源装置や液晶表示装置の形成などに好ましく用いることができる。その例を図４に例示した。図は液晶表示装置５を示しており、３が偏光光源装置である。かかる偏光光源装置によれば、側面からの入射光を上下面の一方より出射する導光板４の出射面側に配置した円偏光分離板１に導光板より出射した光が入射し、左右一方の円偏光が透過すると共に他方の円偏光が反射され、その反射光は、戻り光として導光板に再入射する。導光板に再入射した光は、下面の反射層４１等からなる反射機能部分で反射されて再び円偏光分離板１に入射し、透過光と反射光（再々入射光）に再度分離される。
【００６６】
従って前記反射光としての再入射光は、円偏光分離板を透過しうる所定の円偏光となるまで円偏光分離板と導光板との間に閉じ込められて反射を繰返すこととなるが、本発明においては再入射光の利用効率等の点より、可及的に少ない繰返し数で、就中、初回の再入射光が反射の繰返しなく出射するようにしたものが好ましい。
【００６７】
前記の導光板としては、側面からの入射光を上下面の一方より出射する適宜なものを用いうる。かかる導光板は、例えば透明又は半透明の樹脂板の光出射面又はその裏面にドット状やストライプ状に拡散体を設けたものや、樹脂板の裏面に凹凸構造、就中、微細プリズムアレイからなる凹凸構造を付与したものなどとして得ることができる。
【００６８】
従って導光板は通例、一方が出射面となる上下面、及び上下面間の少なくとも一側端面からなる入射面を有する板状物からなる。図４の如く（冷，熱）陰極管等の線状光源や発光ダイオード等の光源４２を側面に配して光源光を入射させた場合に、板内を伝送される光を拡散や反射、回折や干渉等により板の片面側に出射するようにした、液晶表示装置で公知のサイドライト型バックライトなどにおける導光板４はその例である。
【００６９】
円偏光分離板を介して再入射した円偏光を位相差の影響なくその円偏光状態を良好に維持したまま下面に導き、また下面で反射した帰路光をその円偏光状態を維持したまま出射させる点などより好ましく用いうる導光板は、厚さ方向における複屈折による位相差が上記した拡散層と同様に可及的に小さいものであり、就中３０ｎｍ以下、特に０〜２０ｎｍのものである。
【００７０】
前記した一方の面側に光を出射する導光板は、それ自体で円偏光分離板で反射された光を偏光変換する機能を有しうるが、導光板の裏面に反射層４１を設けることで反射ロスをほぼ完全に防止することができる。拡散反射層や鏡面反射層などの反射層は、円偏光分離板で反射された光を偏光変換する機能に優れ、本発明においては好ましい。ちなみに凹凸面等で代表される拡散反射層は、その拡散に基づいて偏光状態がランダムに混在し、実質的に偏光状態を解消する。またアルミニウムや銀等の蒸着層、それを設けた樹脂板、金属箔などからなる金属面で代表される鏡面反射層は、円偏光が反射されるとその偏光状態が反転する。
【００７１】
導光板の形成に際しては、光の出射方向を制御するためのプリズムシート、均一な発光を得るための拡散板、漏れ光を戻すための反射手段、線状光源からの出射光を導光板の側面に導くための光源ホルダ４３などの補助手段を必要に応じ所定位置に１層又は２層以上配置して適宜な組合せ体とされる。なお導光板の表面側（光出射側）に配置したプリズムシートや拡散板、あるいは導光板に付与したドットなどは拡散効果等で反射光の位相を変化させる偏光変換手段として機能しうる。
【００７２】
図４に例示の液晶表示装置５は、上記の偏光光源装置３をバックライトシステムに用いたものであり、５１が下側の偏光板、５２が液晶セル、５３が上側の偏光板、５４が拡散板である。下側の偏光板５１や拡散板５４は、必要に応じて設けられ、上記の如く円偏光分離板と積層した光学素子として適用することもできる。本発明による円偏光分離板又は光学素子を用いた偏光光源装置は、光の利用効率に優れて明るい光を提供し、大面積化等も容易であり、明るくて視認性に優れる液晶表示装置を形成する。
【００７３】
液晶表示装置は一般に、液晶シャッタとして機能する液晶セルとそれに付随の駆動装置、偏光板、バックライト、及び必要に応じての補償用位相差板等の構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。本発明においては、上記した円偏光分離板、光学素子又は偏光光源装置を用いる点を除いて特に限定はなく、従来に準じて形成することができる。特に、直視型の液晶表示装置を好ましく形成することができる。
【００７４】
従って用いる液晶セルについては特に限定はなく、適宜なものを用いうる。就中、偏光状態の光を液晶セルに入射させて表示を行うものに有利に用いられ、例えばツイストネマチック液晶やスーパーツイストネマチック液晶を用いた液晶セル等に好ましく用いうるが、非ツイスト系の液晶や二色性染料を液晶中に分散させたゲストホスト系の液晶、あるいは強誘電性液晶を用いた液晶セルなどにも用いうる。液晶の駆動方式についても特に限定はない。
【００７５】
液晶表示装置の形成に際しては、例えば視認側の偏光板の上に設ける拡散板やアンチグレア層、反射防止膜や保護層や保護板、あるいは液晶セルと偏光板の間に設ける補償用位相差板などの適宜な光学層を適宜に配置することができる。
【００７６】
前記の補償用位相差板は、複屈折の波長依存性などを補償して視認性の向上等をはかることを目的とするものである。本発明においては、視認側又は／及びバックライト側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応じて配置される。なお補償用位相差板としては、波長域などに応じて適宜なものを用いることができ、１層又は２層以上の重畳層として形成されていてよい。補償用位相差板は、上記した１／４波長板で例示の延伸フィルムなどとして得ることができる。
【００７７】
本発明において、上記した偏光光源装置や液晶表示装置を形成する光学素子ないし部品は、全体的又は部分的に積層一体化されて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置したものであってもよい。液晶表示装置等の形成に際しては、垂直性や平行光性に優れる出射光を供給し、円偏光分離層を介した再入射光も散乱等によるロスや角度変化の少ない状態で、かつ初期出射光との方向の一致性よく再出射して、視認性の向上に有効な方向の出射光を効率よく供給する偏光光源装置が好ましく用いうる。
【００７８】
【実施例】
実施例１
ガラス転移温度が８４℃、等方相転移温度が２１０℃であり、その間の温度でコレステリック構造を示すアクリル系のサーモトロピック側鎖型液晶ポリマーの２０重量％テトラヒドロフラン溶液を、厚さ８０μｍのトリアセチルセルロースフィルムのポリビニルアルコールラビング処理面（約０．１μｍ厚）にワイヤバーにて塗工し、１６０℃で５分間加熱配向処理したのち室温で放冷し、液晶ポリマーの配向がガラス状態に固定した、厚さ４μｍのコレステリック液晶ポリマー層を得た。この層は、鏡面的に波長４３０〜５００ｎｍの青系光の左円偏光を反射するものであり、その透過特性を図５に示した。
【００７９】
次に、ガラス転移温度が９０℃、等方相転移温度が２３５℃であり、その間の温度でコレステリック構造を示す、前記とは不斉炭素基の比率だけが異なるアクリル系のサーモトロピック側鎖型液晶ポリマーの２０重量％テトラヒドロフラン溶液を、前記のコレステリック液晶ポリマー層上にワイヤバーにて塗工し、冷風で風乾したのち１５０℃で２分間加熱配向処理して室温で放冷して、液晶ポリマーの配向がガラス状態に固定した、新たな厚さ４μｍのコレステリック液晶ポリマー層が前記のコレステリック液晶ポリマー層上に密着した重畳体からなる円偏光分離板を得た。この密着重畳体の透過特性は、図６に示したとおりで、鏡面的に波長４３０〜５２０ｎｍ付近及び波長５７０〜６７０ｎｍ付近の左円偏光を反射するものであった。
【００８０】
実施例２
実施例１で得た円偏光分離板を１３０℃で１５分間加熱したのち室温で放冷して円偏光分離板を得た。その透過特性は、図７に示したとおりで、鏡面的に波長４４０〜６６０ｎｍの左円偏光を反射するものであった。なお図８にその左右の円偏光の透過特性を示した。また加熱処理による、上下の層のコレステリック液晶ポリマーの密着界面での混合は、ＴＥＭ断面観察による螺旋ピッチの変化の連続化により判定した。
【００８１】
実施例３
アクリル系のサーモトロピックコレステリック液晶ポリマーの２０重量％テトラヒドロフラン溶液を、厚さ８０μｍのトリアセチルセルロースフィルムのポリビニルアルコールラビング処理面（約０．１μｍ厚）にワイヤバーにて塗工し、１６０℃で５分間加熱配向処理したのち室温で放冷し、液晶ポリマーの配向がガラス状態に固定した、厚さ５μｍのコレステリック液晶ポリマー層を得た。この層は、鏡面的に波長３８０〜４５０ｎｍの青系光の左円偏光を反射するものであった。
【００８２】
次に、前記とは不斉炭素基の比率だけが異なるコレステリック液晶ポリマーを用いて前記に準じコレステリック液晶ポリマー層を形成した。このコレステリック液晶ポリマー層は、鏡面的に波長６５０〜７５０ｎｍの赤系光の左円偏光を反射するものであった。
【００８３】
ついで、前記で得た２層のコレステリック液晶ポリマー層をその液晶ポリマー層同士を重ねあわせて１３０℃のラミネートロールに導入し、液晶ポリマー層が密着した重畳体からなる円偏光分離板を得た。この密着重畳体の反射特性は、実質的に用いた２層のコレステリック液晶ポリマー層の前記特性を加算したものであった。
【００８４】
実施例４
実施例３で得た円偏光分離板を１３０℃で１０分間加熱したのち室温で放冷して円偏光分離板を得た。これは、鏡面的に波長４００〜７００ｎｍの左円偏光を反射するものであった。なお加熱処理による、上下の層のコレステリック液晶ポリマーの密着界面での混合は、ＴＥＭ断面観察による螺旋ピッチの変化の連続化により判定した。
【００８５】
実施例５
実施例３に準じて得た２層のコレステリック液晶ポリマー層にエタノールを塗布し、その液晶ポリマー層同士を重ねあわせて室温下のラミネートロールに導入し、５０℃で３分間乾燥させて液晶ポリマー層が密着した重畳体を得た。この密着重畳体の反射特性は、実質的に用いた２層のコレステリック液晶ポリマー層の特性を加算したものであった。
【００８６】
前記で得た密着重畳体を１５０℃で３分間加熱したのち室温で放冷して円偏光分離板を得た。これは、鏡面的に波長４００〜７００ｎｍの左円偏光を反射するものであった。なお加熱処理による、上下の層のコレステリック液晶ポリマーの密着界面での混合は、ＴＥＭ断面観察による螺旋ピッチの変化の連続化により判定した。
【００８７】
実施例６
実施例３に準じたコレステリック液晶ポリマー層の２０重量％テトラヒドロフラン溶液にエタノールを加えて固形分濃度が１重量％の溶液を調製し、それを液晶ポリマー面に塗布したほかは実施例５に準じて、液晶ポリマー層が密着した重畳体を得た。この密着重畳体の反射特性は、実質的に用いた２層のコレステリック液晶ポリマー層の特性を加算したものであった。
【００８８】
前記で得た密着重畳体を用いたほかは実施例５に準じて円偏光分離板を得た。これは、鏡面的に波長４００〜７００ｎｍの左円偏光を反射するものであった。なお加熱処理による、上下の層のコレステリック液晶ポリマーの密着界面での混合は、ＴＥＭ断面観察による螺旋ピッチの変化の連続化により判定した。
【図面の簡単な説明】
【図１】円偏光分離板例の断面図
【図２】他の円偏光分離板例の断面図
【図３】光学素子例の断面図
【図４】液晶表示装置例の断面図
【図５】実施例１のコレステリック液晶ポリマー層の透過特性を示したグラフ
【図６】実施例１の他のコレステリック液晶ポリマー層の透過特性を示したグラフ
【図７】実施例２で得た円偏光分離板の透過特性を示したグラフ
【図８】実施例２で得た円偏光分離板の左右の円偏光の透過特性を示したグラフ
【符号の説明】
１：円偏光分離板
１１，１２，１３：コレステリック液晶ポリマー層
２：１／４波長板
３：偏光光源装置
４：導光板４１：反射層４２：光源
５：液晶表示装置
５１，５３：偏光板５２：液晶セル

Claims

配向処理したコレステリック液晶ポリマー層の上に、別種のコレステリック液晶ポリマーを塗工し、それを加熱配向処理する操作を介して上下の層で螺旋ピッチが異なる２層以上のコレステリック液晶ポリマー層の密着重畳体を形成するものであり、その場合に前記別種のコレステリック液晶ポリマーとして、先に配向処理した層のコレステリック液晶ポリマーと光学活性な炭素の比率のみが相違するものを用いてそれを１０〜５０％濃度の溶液として塗工すると共に、その塗工層を３０℃以下の送風を介し乾燥させて残存溶剤量を２０％以下とした後にそれを加熱配向処理に供することを特徴とする円偏光分離板の製造方法。
請求項１において、配向処理したコレステリック液晶ポリマー層として反射光における鏡面反射分率が６０％以上のものを用いる円偏光分離板の製造方法。
請求項１又は２において、上下の層で螺旋ピッチが異なる２層以上のコレステリック液晶ポリマー層が直接密着した重畳体からなる円偏光分離板の製造方法。
請求項１〜３において、螺旋ピッチの異なるコレステリック液晶ポリマー層が上下の層で反射光の波長域が重複しないものである円偏光分離板の製造方法。
上下の層で螺旋ピッチが異なり反射光の波長域に不連続域を形成する２層以上のコレステリック液晶ポリマー層の密着重畳体をガラス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱して、その密着界面に上下の層を形成するコレステリック液晶ポリマーが混合した層を形成し、その混合層と当該上下の層に基づいて連続した反射波長域を示すものとすることを特徴とする円偏光分離板の製造方法。
請求項５に記載の方法で製造したものであり、上下の層で螺旋ピッチが異なり反射光の波長域に不連続域を形成する２層以上のコレステリック液晶ポリマー層が密着した重畳体からなり、その密着界面に上下の層を形成するコレステリック液晶ポリマーが混合してなる、上下の層とは螺旋ピッチが異なるコレステリック液晶ポリマー層を有して、厚さ方向に螺旋ピッチが多段階に変化し、当該混合層とその上下の層とが連続した反射波長域を示すことを特徴とする円偏光分離板。
請求項６において、反射光の波長域が可視光域の１５０ｎｍ以上の帯域である円偏光分離板。
請求項６又は７に記載の円偏光分離板に１／４波長板及び偏光板の少なくとも一方を設けたことを特徴とする光学素子。
請求項６又は７に記載の円偏光分離板、又は請求項８に記載の光学素子を導光板の光出射側に有することを特徴とする偏光光源装置。
請求項６又は７に記載の円偏光分離板、請求項８に記載の光学素子又は請求項９に記載の偏光光源装置を液晶セルの視認背面側に有することを特徴とする液晶表示装置。