JP4058486B2

JP4058486B2 - 偏光装置およびそれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP4058486B2
Application number: JP2002298082A
Authority: JP
Inventors: 俊彦鈴木; 正雄尾関
Original assignee: Kyocera Display Corp
Current assignee: Kyocera Display Corp
Priority date: 2002-10-10
Filing date: 2002-10-10
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2022-10-10
Also published as: JP2004133220A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非偏光光を偏光光に変換する機能を備えた偏光装置に関する。さらに詳しくは、本発明は非偏光光を二つの偏光成分に分離した場合に、一方の偏光成分を他方の偏光成分に変換する変換機能を実現する偏光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液晶表示素子は低消費電力化とバッテリーによる長時間駆動とが要請されており、これを実現するために外光を利用する反射型液晶表示や半透過半反射型表示の要求が高まってきている。
【０００３】
また、情報インフラの整備などに伴い、情報機器のあり方が大きく変化してきている。すなわち、情報の高度化に伴い表示内容が高密度化し、多色カラーといった高い表示性能が求められている。そして、これらの要求を満たすために反射型カラー液晶表示や半透過半反射型カラー液晶表示が盛んに開発されてきている。
【０００４】
液晶表示素子は、通常、透明基板間に捻じれた液晶を封入した液晶セル、色補償フィルム、角度補償フィルムおよび偏光板等によって構成されている。このとき、従来の偏光板は一方向の直線偏光成分を選択的に吸収し、それと直交方向の直線偏光成分を透過することで、非偏光光を一方向に偏光した偏光光に変換する機能を果たしている。従って、利用効率は理論的に５０％以下となり光の利用効率が低く、暗い表示しか得られないことになる。
【０００５】
また、５１２色、フルカラーと言った多色化を実現するためには、カラーフィルターを用いることが有効であるが、発色が吸光方式によるため、光の利用効率はさらに低下する。
【０００６】
このような事情のため現状の外光を利用する反射型液晶表示や半透過半反射型表示では、色純度は高いが暗い表示しか得られていない。そこで、より明るい反射型または半透過半反射型の液晶表示装置が強く求められている。
【０００７】
この一つの手段として、従来利用されていなかった残りの５０％の偏光成分を有効利用することが考えられる。
【０００８】
その例として、屈折率大小２種のプリズムと１／２波長位相差板とを使用して、反射偏光成分(Ｓ波成分)をＰ波成分に変換する技術（例えば特許文献１参照。）、反射偏光板にて分離された反射偏光成分(Ｐ波成分)を空気界面方向に反射し、空気界面と物質間との全反射条件を用いて偏光成分の振動軸を変換する技術（例えば特許文献２参照。）が知られているが、いまだ産業的に十分受け入れられる技術とはなっていない。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−９６８１５号公報（段落番号００１１〜００２２）
【００１０】
【特許文献２】
特開２００２−６１３４号公報（段落番号００１３，００５５〜００５９）
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、入射光を偏光する場合における利用効率を向上させ、従来利用されていなかった残りの５０％の偏光成分を有効利用する新規な技術を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の態様１は、入射した非偏光光を二つの互いに直交する直線偏光成分に分離し、その一つの直線偏光成分を透過し、それとは直交する直線偏光成分を反射する性質を有する偏光子または入射した非偏光光を二つの互いに回転方向が異なる円偏光成分に分離し、その一つの円偏光成分を透過し、それとは逆の円偏光成分を反射する性質を有する偏光子からなる反射偏光層と、偏光方向変換層とを含んでなる偏光装置において、反射偏光層の横断面が、繰り返し波形であって、波形の一つの頂点とその両側にある二つの最低点とから構成される三角形の二つの底角がともに７０゜〜９０゜の間にある繰り返し波形を有し、偏光方向変換層が、それぞれの波形の間に設けられており、反射偏光層と偏光方向変換層とが、反射偏光層および偏光方向変換層のいずれよりも屈折率の低い透明物質中に埋設されている偏光装置を提供する。
【００１３】
本発明の態様２は、波形が三角波形である上記態様１に記載の偏光装置を提供する。
【００１４】
本発明の態様３は、偏光方向変換層が、１／４波長位相差板、１／２波長位相差板、４５゜回転する旋光板および９０゜回転する旋光板からなる群の内のいずれかよりなる上記態様１または２に記載の偏光装置を提供する。
【００１６】
本発明の態様４は、反射偏光層として、入射した非偏光光を二つの互いに直交する直線偏光成分に分離し、その一つの直線偏光成分を透過し、それとは直交する直線偏光成分を反射する性質を有する偏光子を使用してなる上記態様１，２または３に記載の偏光装置と、偏光装置を通過した後の直線偏光の振動軸と一致する偏光軸を有する偏光板とを配置する、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置を提供する。
【００１７】
本発明の態様５は、反射偏光層として、入射した非偏光光を二つの互いに回転方向が異なる円偏光成分に分離し、その一つの円偏光成分を透過し、それとは逆の円偏光成分を反射する性質を有する偏光子からなる反射偏光層を使用してなる上記態様１，２または３に記載の偏光装置と、１／４波長位相差板と、偏光装置と１／４波長位相差板とを通過した後の直線偏光の振動軸と一致する偏光軸を有する偏光板とを配置する、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図、グラフ、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、グラフ、実施例等及び説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。なお、これらの図において、同一の要素については同一の符号を付すものとする。
【００１９】
本明細書では、偏光方向を回転せしめる機能を有する層を偏光方向変換層という。たとえば、旋光板または位相差板を用いることができる。本発明では、反射偏光層と偏光方向変換層とを含んでなる偏光装置において、反射偏光層の横断面が繰り返し三角波形を有し、偏光方向変換層が、それぞれの波形の間に設けられていることによって、入射光を偏光する場合における利用効率を向上させることが可能となる。
【００２０】
反射偏光層の横断面が繰り返し三角波形を有しているのは、一旦反射偏光層で反射された反射偏光成分が再び反射偏光層の存在する方向に進むことができるためであり、偏光方向変換層が、それぞれの三角波形の間に設けられているのは、この反射偏光成分が再び反射偏光層に至る前に、偏光方向変換層で反射偏光層を透過できる偏光成分に変換するためである。
【００２１】
ここで反射偏光層とは、入射した非偏光光を二つの偏光成分に分離し、その一つの偏光成分を透過し、他の偏光成分を反射する性質を有する偏光子からなる偏光層を意味する。反射偏光層としては、入射した非偏光光を二つの互いに直交する直線偏光成分に分離し、その一つの直線偏光成分を透過し、それとは直交する直線偏光成分を反射する性質を有する偏光子からなる反射偏光層（本明細書ではこのような反射偏光層を反射直線偏光層と略称する）または入射した非偏光光を二つの互いに回転方向が異なる円偏光成分に分離し、その一つの円偏光成分を透過し、それとは逆の円偏光成分を反射する性質を有する偏光子からなる反射偏光層（本明細書ではこのような反射偏光層を反射円偏光層と略称する）を使用できる。
【００２２】
三角波形は、たとえば、この反射偏光層と偏光方向変換層とを積層させて積層体となし、この積層体に、プレス成形により三角波形の繰り返し形状の横断面を付与した偏光装置により実現できる。
【００２３】
この様子を図１，２に例示する。図１は、本発明に係る偏光装置１の所定の断面において、反射偏光層と偏光方向変換層とから形成された積層体２の横断面が三角波形の繰り返し形状を有している様子を示している。この三角波形の繰り返し形状の内の丸で囲んだ三角波形部分を拡大したのが図２である。図２において、積層体２は、反射偏光層４と、偏光方向変換層３とから形成されており、反射偏光層の三角波形の頂点とその両側の最低点とを結んで形成される三角形の頂角θ₁により三角波形の鋭さが規定される。積層体の上下には透明物質５，６があり、反射偏光層４と偏光方向変換層３とがその中に埋設されている。これにより偏光装置１は板状の形状を有するようにすることができる。透明な物質５，６は、反射偏光層および偏光方向変換層のいずれよりも屈折率の低いものが好ましい。反射偏光層や偏光方向変換層を透過する際全反射を起こしにくく、入射光を偏光する場合における利用効率の低下を抑制できるからである。
【００２４】
なお、頂角θ₁と、その三角波形の頂点とその両側の最低点とを結んで形成される三角形の二つの底角θ₂とθ₃との和が１８０゜であるため、底角θ₂と底角θ₃とを規定することにより頂角θ₁を定めることが可能である。底角θ₂と底角θ₃とは互いに同一であっても、異なっていてもよい。底角θ₂と底角θ₃とはともに７０〜９０゜の間にある。底角θ₂と底角θ₃との和としては、１５０〜１６０゜の間にあることが好ましい。この両者の条件を同時に満足することがより好ましい。頂角θ₁が大きいと、図３に示すように、後で透過した偏光成分３１についてはその進行方向が大幅に変更されてしまう問題があるからである。頂角θ₁は三角波形毎に異なっていてもよく、モアレの減少が期待される。なお、底角θ₂と底角θ₃とは三角形に関する値であることから、ともに９０゜である場合はない。
【００２５】
上記では、板状の偏光装置に対し光が板面に直交する方向から入射する場合について説明したが、それ以外の方向から入射する場合についても本発明を適用できることは言うまでもない。この場合は、頂角θ₁が大きいと、入射光の入射角によっては、図３の反射偏光成分３２に示すように反射した偏光成分が次の反射偏光層に至ることがなく、偏光装置の透過光として利用できないという問題も生じる。
【００２６】
なお、板状の偏光装置に対し光が板面に直交する方向以外の方向から入射する場合には、頂角θ₁が小さいときにも、図４の透過偏光成分４１，４２に示すように、最初の透過偏光成分の方向が大幅に変更され、偏光成分の利用効率を低下させる場合がある。偏光成分が透過されるか反射されるかの要件については後ほど説明する。
【００２７】
底角θ₂と底角θ₃との数値の選択により、三角波形の形状は二等辺三角形の他に図５の不等辺三角形（２Ａの形状）や図３３の直角三角形（２Ｂの形状）にすることができる。
【００２８】
このような構造の偏光装置を使用して入射光を偏光する場合における透過効率の向上すなわち利用効率の向上を図る様子を図６により例示する。図６において、紙面上方から光が入射する。すなわち、偏光方向変換層３と反射偏光層４との関係では、偏光方向変換層３側から入射光７が来る。
【００２９】
入射光７は透明物質５と偏光方向変換層３−１とを透過して反射偏光層４−１に至る。この際自然光等の非偏光光を使用すると、偏光方向変換層３−１を通過した光は反射偏光層４−１において、入射光７は通常のように偏光された透過偏光成分８と反射偏光成分９とに分かれる。この透過偏光成分８は従来と同様、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置への入射光として使用することができる。
【００３０】
一方、反射偏光成分９は図６の反射経路から理解できるように、次の反射偏光層４−２に至る前に、偏光方向変換層３−１と偏光方向変換層３−２とその間にある透明物質５とを通過する。このとき、偏光方向変換層が１／４波長位相差板または４５゜回転する旋光板であると、透過偏光成分８と同じ偏光方向を獲得するため、反射偏光層４−２で反射されず透過できることになる。このようにして、本発明に係る偏光装置では、入射光の利用効率を大きく改良することが可能となる。なお、１／４波長位相差板とは、波長をλとした場合、常光と異常光との屈折率差Δｎと厚みｄとの積Δｎｄがλ／４となる位相差板を意味し、後述する１／２波長位相差板とは、常光と異常光との屈折率差Δｎと厚みｄとの積Δｎｄがλ／２となる位相差板を意味する。
【００３１】
反射偏光層としては、反射直線偏光層または反射円偏光層のいずれでも使用することができる。反射偏光層として反射直線偏光層を使用した場合の様子を具体的に説明すると次のようになる。すなわち、図７に示すように、偏光装置１に入射した非偏光光は、最初に透明物質に入射し、次に、たとえば１／４波長位相差板または４５゜旋光板に入射する。その後反射偏光層に入射する。
【００３２】
反射偏光層においては、互いに直交する２振動成分Ｐ波およびＳ波に分離されＰ波は透過しＳ波は反射される。Ｐ波成分は透明物質を通過後、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置への入射光としての利用に供することができる。
【００３３】
一方Ｓ波成分は１／４波長位相差板を用いた場合、１／４波長位相差板を２回通過することで、円偏光を経てＰ波成分に変換され、４５゜旋光板を用いた場合には旋光板を２回通過することで、直線偏光を維持したまま、Ｐ波成分に変換される。変換されたＰ波成分は、再び反射偏光層に入射し、この反射偏光層を透過して液晶層へと向かうのである。
【００３４】
一方、反射円偏光層を用いた場合、入射した非偏光光７は二つの互いに回転方向が異なる円偏光成分に分離され、一つの円偏光成分は透過し、それとは逆の円偏光成分は反射される。透過した円偏光成分は、さらに１／４波長位相差板を通過させれば直線偏光へと変換でき、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置への入射光としての利用に供することができる。
【００３５】
一方、反射された円偏光は、１／４波長位相差板または４５゜旋光板を２回通過することで反射円偏光層を透過可能な円偏光に変換され、次の反射円偏光層を透過する。その後、さらに１／４波長位相差板を通過することで直線偏光へと変換でき、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置への入射光としての利用に供することができる。
【００３６】
このようにして、反射直線偏光層または反射円偏光層を使用して入射光の利用効率を向上させることが可能である。
【００３７】
上記において、１／４波長位相差板または４５゜旋光板の設置方法としては、反射した偏光成分が次の反射偏光層に至る前に、二度１／４波長位相差板または４５゜旋光板を通過するようにすることが必要である。二度１／４波長位相差板または４５゜旋光板を通過することにより、次の反射偏光層を透過できるように変換できるからである。このことが実現できればどのような設置方法を採用してもよいが、もっとも容易なのは、上記したように反射偏光層との積層体を作ることである。
【００３８】
本発明においては、１／４波長位相差板または４５゜旋光板に代えて、１／２波長位相差板または９０゜回転する旋光板を使用することもできる。同様の効果が得られるからである。ただしこの場合は、反射した偏光成分が次の反射偏光層に至る前に、一度１／２波長位相差板または９０゜旋光板を通過するようにする。たとえば図８，９のように、偏光方向変換層３を反射偏光層４で挟むように配置することができる。
【００３９】
本発明に係る、反射直線偏光層、反射円偏光層、１／４波長位相差板、１／２波長位相差板、４５゜回転する旋光板、９０゜回転する旋光板を構成する材料や透明物質としては公知のどのようなものを使用することも可能である。反射直線偏光層を構成する材料としてはポリエチレンナフタレートまたはポリエチレンナフタレート共重合体を、反射円偏光層を構成する材料としてはコレステリック液晶を、１／４波長位相差板や１／２波長位相差板を構成する材料としては、ポリカーボネート、耐熱性樹脂アートン（商品名，ＪＳＲ社製）、ポリスルホン、ポリアリレート等を、４５゜回転する旋光板や９０゜回転する旋光板を構成する材料としては、コレステリック液晶や水晶を例示することができる。また、透明物質としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
【００４０】
なお、上記は、反射偏光層の横断面が三角波形の繰り返し形状を有する場合について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、反射偏光層の横断面が一般的な繰り返し波形を有する場合についても本発明の趣旨に合致する限り適用できる。
【００４１】
一般的な波形としては、図１０分図（１）に示すように、曲線状のものや三角波形であっても三角形の各頂点またはいずれかの頂点が丸みを帯びたものを使用することができる。波形の一つの頂点とその両側にある二つの最低点とから構成される三角形の二つの底角がともに７０゜〜９０゜の間にあるという態様について、一般的な波形、頂点が丸みを帯びた三角形波形、三角形の辺が曲線状である三角形波形のいずれにも適用できることは言うまでもない。
【００４２】
ただし波形であっても、入射光の方向から見た場合にアンダーカットを生じていることは好ましくない場合が多い。反射偏光成分が再び反射偏光層のある方向に進みにくくなることが多いからである。三角波形の場合で言えばθ₂やθ₃が９０゜を超える場合がこれに該当する。
【００４３】
なお、それぞれの波形は、かならずしも互いに連結している必要はなく、図１０分図（２），分図（３）のように独立していてもよい。その場合は、平坦な底面に当たる部分にも反射偏光層と偏光方向変換層との組み合わせを設けておくべきである。このようにすれば、平坦な底面に当たる部分を利用して、反射偏光成分が、二度１／４波長位相差板または４５゜旋光板を通過するようにすることができ、図１１のように反射偏光成分が進行する場合に偏光の利用効率を向上できるからである。
【００４４】
本発明に係る偏光装置は偏光光を利用する用途に一般的に利用し得るが、特に、任意の方向から入射してくる外光のような光源を利用する反射型または半透過半反射型液晶表示素子に対して観察者側に配置すると効果が大きい。
【００４５】
具体的には、本発明に係る偏光装置と反射型または半透過半反射型液晶表示素子とを組み合わせればよい。ただし、偏光度を向上させる意味からは、本発明に係る偏光装置と偏光板とを配置する反射型または半透過半反射型の液晶表示装置であることが好ましい。
【００４６】
具体的には、反射偏光層として、反射直線偏光層を使用する場合には、本発明に係る偏光装置の後に、偏光装置を通過した後の直線偏光の振動軸と一致する偏光軸を有する偏光板とを配置することが好ましい。
【００４７】
一方、反射偏光層として、反射円偏光層を使用する場合には、さらに円偏光を直線偏光へと変換するために１／４波長位相差板を組み合わせることが必要である。すなわち、本発明に係る偏光装置の後に、１／４波長位相差板と、この１／４波長位相差板を通過した後の直線偏光の振動軸と一致する偏光軸を有する偏光板とを配置するようにする。
【００４８】
なお、上記の偏光板については、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置に既設の場合はそれを流用すればよいが、１／４波長位相差板を必要とする場合は、通常新たに設ける必要がある。この場合、本発明に係る偏光装置と一体化したものとすることが可能である。
【００４９】
【実施例】
次に本発明の実施例を詳述する。
【００５０】
［例１］
本発明に係る偏光装置においては、液晶装置とともに使用する場合、波形の波長が２０〜３０μｍ程度の大きさであり、画素当たり数個の波形が存在することになるが、モデル的にはより大きなサイズであっても同様の効果を発揮することが考えられる。そこで、図１と図２とに示される、大きなサイズの偏光装置を作製した。ガラス板をアクリル系接着剤で接着して、縦１７ｍｍ、横７０ｍｍ、幅４０ｍｍの上部が開放した箱を作製した。次いで反射偏光層と偏光方向変換層とを積層して、頂角が２０゜の二等辺三角波形を作製し、図３１に示すような偏光装置を作製した。この箱には水を張って透明物質として使用した。
【００５１】
偏光方向変換層３としては、８０μｍ厚のポリカーボネートの位相差フィルムよりなる１／４波長位相差板、反射偏光層４として、薄膜多層構造を有し、直線偏光状態での偏光分離を実現できる３Ｍ社製ＤＢＥＦを反射直線偏光層として用いた。１／４波長位相差板としては、前述の耐熱性樹脂アートンを用いた位相差フィルムや液晶位相差フィルムを用いても同様な特性が得られる。
【００５２】
図１２に本発明に係る偏光装置を、上方すなわち光の入射方向から見た状態を示す。図１２中では、図２の三角波形の頂点１０よりなる、複数の平行する稜線１１で示されている。反射偏光層の透過軸の軸方向は面内で一方向に揃えられており図１２の矢印のように、稜線１１からθ₄の方向に軸設定した。またこの時反射偏光層の反射軸はθ₄＋９０゜方向になるようにした。このθ₄の設定は、本発明に係る偏光装置を反射型または半透過半反射型液晶表示素子と組み合わせて使用するに際し、間に設置された偏光板の透過軸の傾きθ₅と合わせるためである。
【００５３】
図１３には、本発明に係る偏光装置１と、その下方に隣接する偏光板を配した反射型または半透過半反射型液晶表示素子１３１とよりなる液晶表示装置１３０の側面模式図を示す。
【００５４】
図１４には、このうち、偏光板を配した反射型液晶表示素子１３９を使用する場合を示している。図１４では、反射型液晶表示素子１３９は、上から偏光板１３２／光学補償層１３３／液晶セル１３4により構成される。反射層は液晶セル内部に作りこんだ構成であり、図示されていない。なお、反射層を液晶セル外部に有する場合は、図３４に示すように、上から偏光板１３２／光学補償層１３３／液晶セル１３４／光学補償層１３５／偏光板１３６／反射層１３７より構成されることになる。
【００５５】
このような構成に代えて、偏光板を配した半透過半反射型液晶表示素子１４０を使用する場合は、図１５に示すように、半透過半反射型液晶表示素子１４０は、上から偏光板１３２／光学補償層１３３／液晶セル１３４／光学補償層１３５／偏光板１３６により構成される。半透過反射層は液晶セル内部に作りこんだ構成であり、図示されていない。なお、半透過反射層を液晶セル外部に有する場合は、図３５に示すように、上から偏光板１３２／光学補償層１３３／液晶セル１３４／光学補償層１３５／偏光板１３６／半透過反射層１３８より構成されることになる。
【００５６】
図１６には、上記偏光板１３２を上方から見た状態を示す。偏光板の透過軸は上記のように、図１２の稜線１１に関しθ₅＝θ₄となる。
【００５７】
このように構成した反射型液晶表示装置を使用して、図１７および図１８のようにして本装置の光学特性を評価した。図１７は液晶表示装置１３０に対しその法線方向にある光源１７１から光を入射させた際のその法線方向からθ₆の方向における反射強度を測定装置１７２で評価する系であり、液晶表示装置１３０と光源１７１との位置関係が固定された据え置き機器利用時の光学特性を反映している。
【００５８】
図１８は、液晶表示装置１３０に対しその法線方向から入射角θ₇の方向にある光源１８１から光を入射させた際の、その法線方向での反射強度を測定装置１８２で評価する系であり、携帯電話等のモバイル機器利用時の光学特性を反映している。
【００５９】
図１７および図１８の評価系における評価結果をそれぞれ図１９および図２０に示す。図３２は、理論的計算値である。本結果は、本発明に係る液晶表示装置の代わりに白色校正板を使用した場合（●）、本発明に係る液晶表示装置における明表示（液晶表示装置が白色を示した状態）時（□）、本発明に係る液晶表示装置から本発明に係る偏光装置部分を除外した液晶表示装置における明表示時（○）について評価した結果である。上記の本発明に係る液晶表示装置から本発明に係る偏光装置部分を除外した液晶表示装置は、従来の液晶表示装置に該当する。
【００６０】
この結果より、図１９，２０のいずれにおいても、射出角θ₆，入射角θ₇が１５゜近辺より小さいと、本発明に係る偏光装置を備えた液晶表示装置では、反射強度が従来の液晶表示装置より劣り、理論値と大きく外れる。しかし、それを超えると、理論値との整合性もよく、かなりの改良を示すことが示された。なお、図１９等のグラフにおいて、横軸は射出角θ₆または入射角θ₇を表し、縦軸は、白色校正板に４５゜方向より光を入射した際の正面輝度を１００％としたときの相対的反射強度を表す。
【００６１】
［例２］
透明物質５，６として空気を使用した以外は、例１と同様にして液晶表示装置を作製し評価した。
【００６２】
評価結果を図２１と図２２とに示す。本結果においても、本発明に係る偏光装置を備えた液晶表示装置が優れた反射強度をあたえることが理解される。
【００６３】
［例３］
反射偏光層４として反射円偏光層を使用した。この場合には、さらに円偏光を直線偏光へと変換するために１／４波長位相差板を組み合わせることが必要である。そこで、図２３，２４に示すように、図１，２の構造に１／４波長位相差板２３１を加えた構造とし、反射偏光層４として、コレステリック液晶の薄膜多層構造を有する反射円偏光層を用いた以外は例１と同様にして液晶装置を作製し、評価した。図２５，２６に示すように、図１９，２０とほぼ同様の結果が得られた。
【００６４】
［例４］
透明物質５，６として空気を使用した以外は、例３と同様にして液晶表示装置を作製し評価した。
【００６５】
評価結果を図２７と図２８とに示す。本結果においても、本発明に係る偏光装置を備えた液晶表示装置が優れた反射強度をあたえることが理解される。
【００６６】
［例５］
本発明に係る偏光装置にはフロントライト機能を付与することもできる。図２９にフロントライト機能を付与した偏光装置を側面から見た状態を示す。
【００６７】
また、図３０に図２９中の多数ある三角波形の１つとフロントライト機能を発揮するためのプリズム形状部２９１と光源２９２とを拡大した様子を示す。
【００６８】
図３０における偏光装置１は、屈折率が１．６５程度のアクリル材料よりなるプリズム形状部２９１、屈折率が１．５程度のアクリル材料よりなる透明物質５，６、ポリカーボネート製の１／４波長の位相差フィルムよりなる偏光方向変換層３、薄膜多層構造を有する反射偏光層４とより構成することができる。反射偏光層４としては、直線偏光状態での偏光分離を実現できる反射直線偏光層を用いることができる。１／４波長位相差板としては、前述のアートンの位相差フィルムや液晶位相差フィルムを用いても同様な特性が得られる。
【００６９】
たとえば、図３０におけるプリズム形状部２９１の角θ₈を４０±３゜とし、フロントライト機能部のプリズム稜線の方向θ₉は２２．５゜と設定することができる。図３６に本発明に係るフロントライト機能部を上方すなわち光の入射する方向から見た状態を示し、図３０におけるプリズム部頂点１２よりなる複数の平行する稜線３１１が、示されている。この稜線は面内で一方向に揃えられており、θ₉は２２．５°と設定されている。
【００７０】
このようにして、本発明に係る偏光装置を備えた、フロントライト機能のある液晶装置を実現することができる。
【００７１】
【発明の効果】
本発明により、入射光を偏光する場合における利用効率を向上させることが可能となる。本発明に係る偏光装置は、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置と組み合わせた場合、明るい表示を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光装置の側断面模式図。
【図２】偏光装置の波形の部分の拡大模式図。
【図３】頂角が大きい場合の反射偏光成分の挙動の例を示す模式図。
【図４】頂角が小さい場合の反射偏光成分の挙動の例を示す模式図。
【図５】偏光装置の三角波形の模式図。
【図６】透過偏光成分と反射偏光成分との挙動の例を示す模式図。
【図７】透過偏光成分と反射偏光成分との挙動の他の例を示す模式図。
【図８】１／２波長位相差板や９０゜回転する旋光板の設置位置の例を示す模式図。
【図９】１／２波長位相差板や９０゜回転する旋光板の設置位置の他の例を示す模式図。
【図１０】反射偏光層の波形の模式図。
【図１１】それぞれの波形が互いに連結していない場合における、偏光成分の反射および透過の様子を示す模式図。
【図１２】三角波形の頂点よりなる、複数の平行する稜線と反射偏光層の透過軸方向との関係を示す模式図。
【図１３】本発明に係る偏光装置と液晶表示素子とよりなる液晶表示装置の側断面模式図。
【図１４】図１３における液晶表示素子の側断面模式図。
【図１５】図１３における液晶表示素子の他の側断面模式図。
【図１６】図１３に係る偏光板を上方から見た状態を示す模式図。
【図１７】液晶表示装置に対しその法線方向にある光源から光を入射させた際のその法線方向から所定角度方向における射出光の反射強度を測定装置で評価する様子を示す模式図。
【図１８】液晶表示装置に対しその法線方向から所定の入射角の方向にある光源から光を入射させた際の、その法線方向での反射強度を測定装置で評価する様子を示す模式図。
【図１９】図１７の評価における光学特性評価結果を表すグラフ。
【図２０】図１８の評価における光学特性評価結果を表すグラフ。
【図２１】図１７の評価における他の光学特性評価結果を表すグラフ。
【図２２】図１８の評価における他の光学特性評価結果を表すグラフ。
【図２３】図１の偏光装置にさらに１／４波長位相差板を加えた場合の側断面模式図。
【図２４】図２の偏光装置にさらに１／４波長位相差板を加えた場合の拡大模式図。
【図２５】図１７の評価における他の光学特性評価結果を表すグラフ。
【図２６】図１８の評価における他の光学特性評価結果を表すグラフ。
【図２７】図１７の評価における他の光学特性評価結果を表すグラフ。
【図２８】図１８の評価における他の光学特性評価結果を表すグラフ。
【図２９】フロントライト機能を付与した偏光装置の側断面模式図。
【図３０】フロントライト機能を付与した偏光装置の波形の部分の拡大模式図。
【図３１】例１に係る偏光装置の模式的斜視図。
【図３２】図１８の評価における理論的光学特性を表すグラフ。
【図３３】偏光装置の三角波形の他の模式図。
【図３４】図１３における液晶表示素子の他の側断面模式図。
【図３５】図１３における液晶表示素子の他の側断面模式図。
【図３６】図３０のフロントライト機能部を上方すなわち光の入射する方向から見た模式図。
【符号の説明】
１偏光装置
２積層体
３偏光方向変換層
４反射偏光層
５，６透明物質
７入射光
８透過偏光成分
９反射偏光成分
１０三角波形の頂点
１１稜線
１２プリズム部頂点
１３０液晶表示装置
１３１液晶表示素子
１３２偏光板
２３１１／４波長位相差板
２９１プリズム形状部
２９２光源

Claims

入射した非偏光光を二つの互いに直交する直線偏光成分に分離し、その一つの直線偏光成分を透過し、それとは直交する直線偏光成分を反射する性質を有する偏光子または入射した非偏光光を二つの互いに回転方向が異なる円偏光成分に分離し、その一つの円偏光成分を透過し、それとは逆の円偏光成分を反射する性質を有する偏光子からなる反射偏光層と、偏光方向変換層とを含んでなる偏光装置において、
反射偏光層の横断面が、繰り返し波形であって、波形の一つの頂点とその両側にある二つの最低点とから構成される三角形の二つの底角がともに７０゜〜９０゜の間にある繰り返し波形を有し、
偏光方向変換層が、それぞれの波形の間に設けられており、
反射偏光層と偏光方向変換層とが、反射偏光層および偏光方向変換層のいずれよりも屈折率の低い透明物質中に埋設されている
偏光装置。
波形が三角波形である請求項１に記載の偏光装置。
偏光方向変換層が、１／４波長位相差板、１／２波長位相差板、４５゜回転する旋光板および９０゜回転する旋光板からなる群の内のいずれかよりなる請求項１または２に記載の偏光装置。
反射偏光層として、入射した非偏光光を二つの互いに直交する直線偏光成分に分離し、その一つの直線偏光成分を透過し、それとは直交する直線偏光成分を反射する性質を有する偏光子を使用してなる請求項１，２または３に記載の偏光装置と、偏光装置を通過した後の直線偏光の振動軸と一致する偏光軸を有する偏光板とを配置する、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置。
反射偏光層として、入射した非偏光光を二つの互いに回転方向が異なる円偏光成分に分離し、その一つの円偏光成分を透過し、それとは逆の円偏光成分を反射する性質を有する偏光子からなる反射偏光層を使用してなる請求項１，２または３に記載の偏光装置と、１／４波長位相差板と、偏光装置と１／４波長位相差板とを通過した後の直線偏光の振動軸と一致する偏光軸を有する偏光板とを配置する、反射型または半透過半反射型の液晶表示装置。