JP4103112B2 - Condensing system and transmissive liquid crystal display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集光システムおよび透過型液晶表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
ブリュースター角を利用した蒸着型バンドパスフィルター(たとえば、特許文献1参照。)や、ブラッグ反射を利用したコレステリック液晶の選択反射特性のような、透過率と反射率に関して角度依存性のある光学フィルム(たとえば、特許文献2、特許文献3、特許文献4等参照。)を用いて、拡散光源を正面方向へ集光する技術が知られている。これらの光学フィルムを用いることにより、入射角度によって反射率が変化し、適切な光学設計により正面にのみ光を透過するフィルターを作製できる。透過できない光線は吸収されることなく反射されて光源側に戻り、リサイクルされ、効率の高い集光特性を得ることができる。
【0003】
また、これら方式の平行光化は平行度を高く設計でき、正面方向から±20°以下の狭い範囲に集光・平行光化することが可能である。これは従来のプリズムシートやマイクロドットアレイを用いたバックライトシステム単体では困難なレベルである。
【0004】
しかし、これらの集光フィルムの遮蔽率は完全ではなく、斜め方向への残存透過光線が認められた。遮蔽する波長帯域幅が狭いと斜め方向で副次透過が現れ、これが斜め方向への抜けとなって無駄になるほか、波長ごとに透過率が異なるために着色が生じるなどの問題が生じることがあった。
【0005】
例えばバンドパスフィルターと輝線型光源を組み合わせによる輝線型集光素子の場合には、正面のみ必要な輝線を透過し斜め方向は遮蔽するが透過する波長が3波長あるため、入射角度が大きくなると正面では緑色光線を透過する領域が青の輝線領域までシフトして青色を透過する問題がある。また赤色光線を透過する領域が緑の輝線領域までシフトして緑色を透過する等の問題が生じる。
【0006】
また輝線光源と干渉膜バンドパスフィルター等による集光・平行光化が提案されている(たとえば、特許文献5、特許文献6、特許文献7等参照。)。しかし、これら特許文献は、いずれも正面近傍の効果についてのみの言及に止まり、大入射角での副次透過問題に対する解決は成されていなかった。
【0007】
反射偏光子と位相差板の組み合わせによる全反射型集光素子では輝線による影響はない。しかし、入射角度が大きくなると反射特性のブルーシフトが発生する点については、輝線型集光素子と同様の問題があり、十分な遮蔽性を維持するには正面入射時に赤外領域での反射特性を有する性能を必要とした。さらに、反射偏光子は、その間に挟まれる位相差板の特性もカバーできるような、波長帯域全体で機能する必要があった。
【0008】
これらの問題から上記2種の集光素子は、単独では大角度からの入射光線を十分にカットできなかった。そのため、透過成分の波長特性が不揃いであることから不愉快な着色が見られた。
【0009】
集光フィルムの設計で副次透過を遮蔽することは可能ではある。しかし、屈折率・位相差の異なる物質の多層積層構造で実現する場合には積層数が増大しコストアップの要因となった。また、コレステリック液晶で実現する場合には液晶層の厚みが増大しコストアップの要因となった。これらのコストアップの他に光学機能層の厚みが増すことによる内部残存応力からもたらされる信頼性や外観への悪影響なども懸念された。
【0010】
【特許文献1】
独国特許出願公開3836955号明細書
【特許文献2】
特開平2−158289号公報
【特許文献3】
特開平6−235900号公報
【特許文献4】
特開平10−321025号公報
【特許文献5】
米国特許第4984872号明細書
【特許文献6】
米国特許出願公開第2002/36735号明細書
【特許文献7】
米国特許第6307604号明細書
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斜め方向への抜けを効果的に遮蔽し、不愉快な着色を押さえることができ、良好な表示を有し、かつコスト低減が可能な、集光システムを提供することを目的とする。
【0012】
さらには、前記集光システムを用いた透過型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、下記透過型液晶表示装置を見出し本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、下記の通りである。
【0015】
本発明は、光源および光源からの出射光を、正面方向に対して、±60°以内に集光することができる一次集光部(X)を有するバックライトシステム、
ならびに、パターン構造を有さない集光フィルムを二次集光素子(Y)として含有する集光システムであって、
二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムが、偏光の選択反射の波長帯域が互いに重なっている少なくとも2層の反射偏光子(a)の間に、位相差層(b)が配置されている偏光素子(A)であり、
反射偏光子(a)が、直交する直線偏光の内の一方を透過し、他方を選択的に反射する直線偏光型反射偏光子(a2)であり、かつ、
位相差層(b)が、正面位相差(法線方向)が略ゼロで、法線方向に対し30°以上傾けて入射した入射光に対してλ/4以上の位相差層(b1)を有し、
位相差層(b1)の両側には、直線偏光型反射偏光子(a2)との間に、正面位相差が略λ/4である層(b2)を有し、
入射側の層(b2)は、入射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、45°(−45°)±5°の角度で、
出射側の層(b2)は、出射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、−45°(+45°)±5°の角度で、
入射側の層(b2)と出射側の層(b2)は、相互の遅相軸の成す角度が任意の角度で、
配置していることを特徴とする集光システム、に関する。
【0016】
本発明は、光源および光源からの出射光を、正面方向に対して、±60°以内に集光することができる一次集光部(X)を有するバックライトシステム、
ならびに、パターン構造を有さない集光フィルムを二次集光素子(Y)として含有する集光システムであって、
二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムが、偏光の選択反射の波長帯域が互いに重なっている少なくとも2層の反射偏光子(a)の間に、位相差層(b)が配置されている偏光素子(A)であり、
反射偏光子(a)が、直交する直線偏光の内の一方を透過し、他方を選択的に反射する直線偏光型反射偏光子(a2)であり、かつ、
位相差層(b)は、正面位相差が略λ/4であり、Nz係数が2以上である2軸性位相差層(b3)を2層有し、
入射側の層(b3)は、遅層軸方向が、入射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、45°(−45°)±5°の角度で、
出射側の層(b3)は、遅層軸方向が、出射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、−45°(+45°)±5°の角度で、
入射側の層(b3)と出射側の層(b3)は、相互の遅相軸の成す角度が任意の角度で、
配置していることを特徴とする集光システム、に関する。
【0017】
本発明は、光源および光源からの出射光を、正面方向に対して、±60°以内に集光することができる一次集光部(X)を有するバックライトシステム、
ならびに、パターン構造を有さない集光フィルムを二次集光素子(Y)として含有する集光システムであって、
二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムが、偏光の選択反射の波長帯域が互いに重なっている少なくとも2層の反射偏光子(a)の間に、位相差層(b)が配置されている偏光素子(A)であり、
反射偏光子(a)が、直交する直線偏光の内の一方を透過し、他方を選択的に反射する直線偏光型反射偏光子(a2)であり、かつ、
位相差層(b)は、正面位相差が略λ/2であり、Nz係数が1.5以上である2軸性位相差層(b4)を1層有し、
入射側の層の遅層軸方向が、入射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、45°(−45°)±5°の角度で、
出射側の層の遅層軸方向が、出射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、−45°(+45°)±5°の角度で、
前記2つの直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸は略直交で、
配置していることを特徴とする集光システム、に関する。
【0018】
上記集光システムにおいて、一次集光部(X)を有するバックライトシステムとしては、光源および光源上に配置されたマイクロプリズムシートアレイがあげられる。
【0019】
上記集光システムにおいて、一次集光部(X)を有するバックライトシステムとしては、光源と組み合わされたマイクロプリズム加工導光体があげられる。
【0020】
上記集光システムにおいて、一次集光部(X)を有するバックライトシステムとしては、光源と組み合わされたマイクロドット加工導光体があげられる。
【0021】
上記集光システムにおいて、二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムとしては、パターン構造を有さないために、当該集光フィルムを液晶セルに適用して、表面側(視認側)から光学観察した場合に、他の光学部材の規則性パターンとモアレや干渉縞を発生しないことが好ましい。
【0029】
本発明は、上記記載の集光システムと、
平行光化された光線が透過する液晶セルと、
液晶セルの両側に配置された偏光板と、
を少なくとも含有していることを特徴とする透過型液晶表示装置、に関する。
【0030】
(作用)
上記集光システムは、光源からの出射光を、正面方向に対して、±60°以内に一次集光部(X)を有するバックライトシステムと、一次集光部(X)よりも集光の絞り込みが強い二次集光素子(Y)を組み合わせることで、大角度での透過成分が劇的に減少し、不愉快な着色を除去することができる。
【0031】
一般に、輝線型光源と干渉フィルターを組み合わせた二次集光素子(Y)や反射偏光子(a)と位相差層(b)を組み合わせた偏光素子(A)を用いた二次集光素子(Y)の副次透過は、法線方向から見て大角度で発生する。そこで、本発明では、図11、図12に示すように、一次集光部(X)を有するバックライトシステム(BLS)と二次集光素子(Y)を組み合わせた集光システムとしている。図11では、一次集光部(X)は光源(L)とは別に設けられている。図11に示す一次集光部(X)としてはプリズムシートなどがあげられる。図12では、一次集光部(X)は光源(L)に組み込まれてバックライト(BLS)を形成している。かかる一次集光部(X)によって、光源からの出射光の一次集光を行い、斜め方向の大角度からの入射光線を減じておく。これにより、二次集光素子(Y)は、遮蔽能力の不足する領域での漏れ光線の影響を受けにくくなり、不愉快な斜め方向での着色を低減せしめることを可能としている。また、二次集光素子(Y)による二次集光によって、正面近傍の平行度の高い領域では一次集光された光線からさらに絞り込み、高純度の平行光を得ることができる。図13、図14は、上記図11、図12の集光システムを用いた透過型液晶表示装置である。液晶セル(LC)の両側には偏光板(PL)が配置されている。上記集光システムは、二次集光素子(Y)が液晶セル(LC)側になるように配置される。なお、図13、図14では、二次集光素子(Y)が液晶セル(LC)に貼り合わされている。
【0032】
なお、一般に従来の一次集光手段はパターン構造を有しており、集光できる範囲は±50°程度までの集光であり、それ以上は鋭く絞りにくかった。一方、二次集光手段は鋭く絞れるが副次ピークの漏れがみられた。
【0033】
本発明の集光システムでは、一次集光部(X)に求められる一次集光は±60°以内、より望ましくは±50°以内である。これは図21に示すように、二次集光素子(Y)として用いられる、集光フィルムの副次透過が、一般的に、60〜70°に出現するためである。この副次透過成分が発生する角度での出射光線を実質的に発生させない光源を組み合わせることで効果的に副次透過を遮蔽し、本来は副次透過するために求められる表示視野角範囲外に放出される光を効率よく再利用することができる。なお、図21に示すグラフは、図15の構造にて、二次集光素子(Y)として、実施例2に記載のコレステリック液晶バンドパスフィルター用いた場合の、集光特性を測定したものである。また、液晶セル(LC)、光源(L)、偏光板(PL)も実施例2と同様のものを用いた。なお、集光特性の測定は、ELDIM社製Ez−Contrastにより、出射光特性を測定したものである。図21の縦軸は輝度(カンデラ)を表し、横軸は光源からの出射光の正面方向に対する角度を表す。本発明における集光特性の測定はいずれも、かかる測定方法により測定したものである。
【0034】
【発明の実施の形態】
本発明の集光システムは、光源(L)および一次集光部(X)を有するバックライトシステムを有する。光源(L)は、直下型バックライト、サイド型バックライトのいずれも採用することができる。サイド型バックライトは、導光板を有する。一次集光部(X)は光源(L)上に配置されていてもよく、光源(L)に組み込まれていてもよい。
【0035】
一次集光部(X)としては、たとえば、マイクロプリズムシートアレイがあげられる。また、光源と組み合わされたマイクロプリズム加工導光体、光源と組み合わされたマイクロドット加工導光体、等があげられる。またこれらを組み合わせることができる。具体的には、一次集光部(X)を有するバックライトシステムとしては、たとえば、くさび形導光体表面にマイクロプリズムアレイ・マイクロドットアレイを刻み込み、出射光線の範囲を正面近傍に絞り込んだ指向性の高い導光板や、マイクロプリズムシートによって正面方向へ出射光線を絞り込んだバックライトシステムが好適に用いられる。
【0036】
前記一次集光部(X)を有するバックライトシステムは、光源からの出射光を、正面方向に対して、±60°以内に集光する特性を有するものであれば特に制限されない。したがって、一次集光部(X)を有するバックライトシステムは、上記集光特性を有するものであれば、光源の種類、導光板の種類、一次集光部(X)となるプリズム集光シート等の材質等は特に制限されず、またその配置等を適宜に設定できる。
【0037】
一次集光部(X)を有するバックライトシステムが、光源からの出射光を、正面方向に対して、±60°以内に集光する特性を有するか否かは以下のようにして判断される。すなわち、一次集光部(X)を有するバックライトシステムについて、集光特性の測定を上記と同様の方法(ただし、二次集光素子(Y)の代わりに一次集光部(X)を用いている)により行なう。そして、出射光の正面方向に対する角度を変えたときの輝度値について、正面方向の最大輝度値を基準とし、その半分の値に低下する角度が、±60°以内の範囲内にある場合を、±60°以内に集光する特性とした。
【0038】
一方、二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムは、パターン構造を有さないものが用いられる。当該集光フィルムは、パターン構造を有さないために、当該集光フィルムを液晶セルに適用して、表面側(視認側)から光学観察した場合に、他の光学部材の規則性パターンとモアレや干渉縞を発生しない。
【0039】
二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムが、表面側(視認側)から光学観察した場合に、他の光学部材の規則性パターンとモアレや干渉縞を発生するか否かの判断は、たとえば、液晶セル(TFT−液晶表示セル)の両側に偏光板を貼り合わせ、さらに当該集光フィルムをバックライト側に貼り合わせた部材について、当該部材を回転させ、目視観察することにより判断することができる。
【0040】
かかる二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムは、材質・方式は特に制限されない。光源種に制限がない場合には、前記集光フィルムとしては、偏光の選択反射の波長帯域が互いに重なっている少なくとも2層の反射偏光子(a)の間に、位相差層(b)が配置されている偏光素子(A)を用いる。なお、これは両者とも60〜70°近傍にて副次透過が発生する光学系であるが本発明の構造により副次透過を阻止することができる。なお、たとえば、輝線スペクトルを有する光源と組み合わせる場合には、前記集光フィルムとしては、バンドパス型フィルターが用いられる。
【0041】
バンドパス型フィルターとしては、蒸着多層膜バンドパスフィルター、コレステリック液晶バンドパスフィルター、屈折率の異なる樹脂材料の多層積層押し出し基材の延伸フィルムからなるバンドパスフィルター、屈折率の異なる樹脂材料の多層薄膜精密塗工フィルムからなるバンドパスフィルター等が好適に用いられる。
【0042】
以下に、偏光素子(A)について説明する。偏光素子(A)を用いた場合の、集光性と輝度向上の同時発現のメカニズムについて、本発明を、以下理想的なモデルで説明すると以下のようになる。
【0043】
図1は本願の参考例にかかる、反射偏光子(a)として円偏光型反射偏光子(a1)を用いた場合の原理を示す説明図である。図1では、偏光素子(A)として、バックライト側(下側)から、円偏光型反射偏光子(a1)、位相差層(b1)、円偏光型反射偏光子(a1)がこの順に配置されている。
【0044】
作動原理は、1)〜3)の通りである。
1)偏光を反射で分離する円偏光型反射偏光子(a1)により、入射光線を偏光の向きによって透過光と反射光に分ける。したがって、吸収損失は無い。
2)正面位相差が略ゼロ、斜め方向は位相差を持つ特殊な位相差板(b1)を用い、正面の入射光線は素通りさせる。
3)斜め方向の入射光線は吸収させず、反射光として戻す。反射光は、透過光線になるまで繰り返し反射される。
【0045】
ここで用いる位相差板(b1)は、ネガティブCプレート(負の位相差板)またはポジティブCプレート(正の位相差板)と一般的に呼ばれる。これら位相差板(b1)は垂直方向(法線方向)は位相差が0に近く、傾けると位相差が生じる性質を持つ。代表的なネガティブCプレートとしては、具体的には2軸延伸したポリカーボネートフィルムやポリエチレンテレフィタレートフィルム、またはコレステリック液晶を選択反射波長帯域を可視光より短く設定した膜やディスコチック液晶を面に平行配向させた膜、または負の位相差を有する無機結晶化合物を面内配向させることで得られるものなどがあげられる。代表的なポジティブCプレートとして具体的にはホメオトロピック配向した液晶膜があげられる。
【0046】
円偏光型反射偏光子(a1)は主にコレステリック液晶を配向させ、選択反射波長帯域が可視光域/光源発光波長帯域をカバーするように捻れピッチを調整したもの(たとえば、選択反射中心波長の異なる複数の膜の積層物、または単層でピッチが厚み方向で変化した膜)を固定したもの等が用いられる。図1の位相差板(b1)の両側に配置される円偏光型反射偏光子(a1)は、透過する円偏光の方向が同一方向のものが好適に用いられる。
【0047】
円偏光型反射偏光子(a1)と位相差層(b1)はそれぞれ面内方向には軸は殆ど存在しないので貼り合わせ方向を指定することなく用いることができる。このため平行光化の絞り込みの角度範囲は等方的/対称的な特性を有する。
【0048】
なお、以降、図面により説明するが、各図における、符合(r)は図2に示す通り、(i)は自然光、(ii)は円偏光、(iii )は直線偏光を示す。(ii)円偏光は、(ii)−1と−2では矢印が逆である。これは回転方向が逆であることを意味する。(iii )−1と−2はそれぞれ偏光軸が直交していることを意味する。
【0049】
図1に示した、反射偏光子(a)として円偏光型反射偏光子(a1)を用いた場合の平行光化の各光線の変化を追って説明する。
1)バックライトから供給された自然光(r1)のなかで、円偏光型反射偏光子(a1)に垂直入射したものは、透過光(r3)と反射光(r2)に偏光分離される。透過光と反射光は、それぞれの円偏光の回転方向は反対である。
2)透過光(r3)は位相差層(b1)を素通りする。
3)さらに透過光(r4)は円偏光型反射偏光子(a1)を素通りする。
4)透過光(r5)はこの上に配置される液晶表示装置に用いられる。
5)一方、バックライトから供給される自然光(r6)のなかで、円偏光型反射偏光子(a1)に斜め入射したものは、透過光(r8)と反射光(r7)にそれぞれ偏光分離される。透過光と反射光は、それぞれの円偏光の回転方向は反対である。
6)透過光(r8)は位相差層(b1)を通過する際に位相差の影響を受ける。位相差値が1/2波長与えられると、円偏光は向きが反対に回って逆方向になる。このため透過光(r8)は位相差層(b1)を透過後、回転が反転する。
7)透過光(r9)は位相差の影響で回転が反転して出射される。
8)逆回転した透過光(r9)は円偏光型反射偏光子(a1)で反射される。円偏光は一般的には反射する際に回転方向が逆転することが知られている。(「偏光とその応用」W. A. シャークリフ著 WA Shurcliff, Polarized Light:Production and Use, (Harvard University Press, Cambridge,Mass., 1966) )。ただし、例外としてコレステリック液晶層での反射の場合には回転方向が変わらないことが知られている。ここでは反射がコレステリック液晶面で行われるために、透過光(r9)と反射光(r10)の円偏光の回転方向は変化しない。
9)反射光(r10)は位相差層(b1)を通過する際に位相差の影響を受ける。
10)透過光(r11)は位相差の影響で回転が反転している。
11)逆回転し、透過光(r8)と同じ方向に戻った透過光(r11)は円偏光型反射偏光子(a1)を素通りする。
12)反射光(r2、r7、r12)はバックライト側に戻り、リサイクルされる。これらの戻り光線はバックライトに配置された拡散板などで進行方向や偏光の向きをランダムに変えながら再び、偏光素子(A)の法線方向近傍を透過できる光線となるまで反射を繰り返し、輝度向上に貢献する。
13)透過した円偏光(r5)はλ/4板を配置することで直線偏光に変換できるので液晶表示装置に吸収損失を生じることなく利用できる。
【0050】
コレステリック液晶を用いた円偏光型反射偏光子(a1)の透過率と反射率は、斜め方向の入射光線に対して透過光線の波長特性が短波長側にシフトする。従って、深い角度で入射する光線に対して十分機能させるためには可視光域外長波長側に十分な偏光特性/位相差特性を有する必要がある。本システムで理想的・理論的には用いる位相差層(b1)は斜め方向で正確に1/2波長の位相差を有していれば良いはずであるが、現実に用いる円偏光型反射偏光子(a1:コレステリック液晶層)は負の位相差板としての性質をある程度持っている。このため本発明の機能を得るには位相差層(b1)は、斜め方向で1/8波長程度以上の位相差を有しておれば光学機能を発現することができる。
【0051】
反射偏光子(a)が直線偏光型反射偏光子(a2)である場合、位相差層(b)として、例えばCプレート(位相差層(b1))を単独で用いた場合には、Cプレートに斜め方向から入射する光線に対する光軸は常に光線方向と直交する。そのため位相差が発現せず偏光変換されない。そこで直線偏光型反射偏光子(a2)を用いる場合には、Cプレートの両側に直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、45°または−45°の角度に遅相軸方向を有するλ/4板(b2)を配置する。これにより、直線偏光を、λ/4板(b2)で円偏光に変換した後、Cプレートの位相差で逆円偏光に変換し、再び円偏光をλ/4板(b2)で直線偏光に変換することができるようになる。
【0052】
図3は、自然光が直線偏光型反射偏光子(a2)によって、直線偏光に偏光分離され、さらにλ/4板(b2)により円偏光に変換される概念図である。
【0053】
図4は、反射偏光子(a)として直線偏光型反射偏光子(a2)を用いた場合の概念図である。図4では、偏光素子(A)として、バックライト側(下側)から、直線偏光型反射偏光子(a2)、λ/4板(b2)、位相差層(b1)、λ/4板(b2)、直線偏光型反射偏光子(a2)がこの順に配置されている。
【0054】
図5は、図4に示す平行光化システムにおける各フィルムの貼り合わせ角度の一例である。直線偏光型反射偏光子(a2)に示す両矢印は偏光軸、λ/4板(b2)に示す両矢印は遅相軸である。Cプレート:位相差層(b1)の両側で、直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸とλ/4板(b2)の遅相軸とは、角度45°(−45°)±5°で配置される。これらの組み合わせを、それぞれset1、set2として示す。なお、入射側と出射側のλ/4板(b2)の軸が成す角度は任意である。
【0055】
直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸とλ/4板(b2)の遅相軸が成す角度45°(−45°)を維持していれば、set1、set2を回転させても良い。Cプレート:位相差層(b1)は面内に軸方向が無いので角度指定なく配置することができる。
【0056】
図4、図5に示す、平行光化の各光線の変化を追って説明する。
1)バックライトから供給された自然光(r14)の一部は、直線偏光型反射偏光子(a2)に垂直入射する。
2)直線偏光型反射偏光子(a2)は、直線偏光(r15 )を透過し、その直交方向の直線偏光(r16)は反射する。
3)直線偏光(r15)は、λ/4板(b2)を透過し、円偏光(r17)に変換される。
4)円偏光(r17)は位相差層(b1)を素通りする。
5)円偏光(r18)はλ/4板(b2)を透過し、直線偏光(r19)に変換される。
6)直線偏光(r19)は直線偏光型反射偏光子(a2)を素通りする。
7)直線偏光(r20)はこの上に配置される液晶表示装置に入射し、損失無く伝送される。
8)一方、バックライトから供給された自然光(r21)の一部は、直線偏光型反射偏光子(a2)に斜め入射する。
9)直線偏光型反射偏光子(a2)は、直線偏光(r22)を透過し、その直交方向の直線偏光(r23)は反射する。
10)直線偏光(r22)はλ/4板(b2)を透過し、円偏光(r24)に変換される。
11)位相差層(b1)を通過時に円偏光(r24)は1/2波長の位相差を受け、回転が逆転する。
12)逆転した円偏光(r25)はλ/4板(b2)を透過し、直線偏光(r26)に変換される。
13)直線偏光(r26)は直線偏光型反射偏光子(a2)で、反射され、直線偏光(r27)となる。
14)直線偏光(r27)はλ/4板(b2)を透過し、円偏光(r28)に変換される。
15)位相差層(b1)を通過時に円偏光(r28)は1/2波長の位相差を受け、回転が逆転する。
16)逆転した円偏光(r29)はλ/4板(b2)を透過し、直線偏光(r30)に変換される。
17)直線偏光(r30)は直線偏光型反射偏光子(a2)を素通りする。
18)反射光(r16、r23、r31)はバックライト側に戻されリサイクルされる。
【0057】
理想的な系での理論上では本来、ここの記載にあるλ/4板(b2)の遅相軸と直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸のなす角は45°であるが、現実の直線偏光型反射偏光子(a2)やλ/4板(b2)の特性は可視光域で完全ではなく、波長ごとに微妙な変化がある。これを無視して45°で積層すると着色が見られる場合がある。
【0058】
そこで若干角度を振って色調を補償すると合理的に系全体の最適化が可能である。一方、大きく角度が外れると透過率の低下等の他の問題が生じてしまう。そこで現実には±5度程度の範囲での調整に止めることが望ましい。
【0059】
直線偏光型反射偏光子(a2)の透過率と反射率は、斜め方向の入射光線に対して透過光線の波長特性が短波長側にシフトする点はコレステリック液晶を用いた円偏光型反射偏光子(a1)と同じである。従って、深い角度で入射する光線に対して十分機能させる為には可視光域外長波長側に十分な偏光特性/位相差特性を有する必要がある。
【0060】
直線偏光型反射偏光子(a2)はコレステリック液晶と比べて、自身が有する負の位相差特性が小さい。従って、直線偏光型反射偏光子(a2)の間に挟んで用いる位相差層(b1)の斜め方向(30°傾斜)の位相差はコレステリック液晶を用いた円偏光型反射偏光子(a1)の場合より若干大きく、1/4波長以上が好ましい。
【0061】
上記の他に、反射偏光子(a)が直線偏光型反射偏光子(a2)である場合には、2枚のλ/4板(b2)でCプレート:位相差層(b1)を挟み込んだ構造物を用いる代わりに、正面位相差が略λ/4であり、厚み方向位相差が略λ/2以上であるような2軸性位相差層(b3)を2枚配置することでも同様な効果を得ることができる。このような2軸性位相差層(b3)は、Nz係数が2以上であれば上記要件を満たす。
【0062】
図6は、反射偏光子(a)として直線偏光型反射偏光子(a2)を用い、2軸性位相差層(b3)を用いた場合の概念図である。図6では、偏光素子(A)として、バックライト側(下側)から、直線偏光型反射偏光子(a2)、2軸性位相差層(b3)、2軸性位相差層(b3)、直線偏光型反射偏光子(a2)が順に配置されている。
【0063】
図7は、図6に示す平行光化システムにおける各フィルムの貼り合わせ角度の一例である。直線偏光型反射偏光子(a2)に示す両矢印は偏光軸、位相差層(b1)に示す両矢印は遅相軸である。直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸と2軸性位相差層(b3)の遅相軸とは、角度45°(−45°)±5°で配置される。これらの組み合わせを、それぞれset1、set2として示す。
【0064】
光路の説明が容易のため、上下の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸は平行、2軸性位相差層(b3)の遅相軸は直交させた場合を例にして示す。なお、上下の2軸性位相差層(b3)の遅相軸の成す角度は任意である。直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸と2軸性位相差層(b3)の遅相軸が成す角度45°(−45°)を維持していれば、set1、set2を回転させても良い。
【0065】
図6、図7に示す、上記例の平行光化の各光線の変化を追って説明する。
1)バックライトから供給された自然光(r32)の一部は、直線偏光型反射偏光子(a2)に垂直入射する。
2)直線偏光型反射偏光子(a2)は、直線偏光(r33)を透過し、その直交方向の直線偏光(r34)は反射する。
3)直線偏光(r33)は、正面位相差が略1/4波長の二軸性位相差層(b3)を2層を透過する。ここで、上下2層の二軸性位相差層(b3)は各々の遅相軸は90°直交しているので正面位相差は0である。従って、直線偏光(r35)が素通りする。
4)直線偏光(r35)は直線偏光型反射偏光子(a2)を素通りする。
5)直線偏光(r36)は液晶表示装置に入射し、損失無く伝送される。
6)一方、バックライトから供給された自然光(r37)の一部は、直線偏光型反射偏光子(a2)へ斜め入射する。
7)直線偏光型反射偏光子(a2)は、直線偏光(r38)を透過し、その直交方向の直線偏光(r39)は反射する。
8)直線偏光(r38)は2層の二軸性位相差層(b3)に斜め入射する。二軸性位相差層(b3)は、正面位相差1/4波長、Nz係数2以上であるため、厚み方向の位相差変化により、2層の二軸性位相差層(b3)を透過した直線偏光(r40)は偏光軸方向が90°変化する。
9)直線偏光(r40)は、直線偏光型反射偏光子(a2)に入射する。
10)上下の直線偏光型反射偏光子(a2)は偏光軸の方向が同じなので直線偏光(r40)は反射光(r41)となる。
11)反射光(r41)は2層の二軸性位相差層(b3)を通過する際に、8)と同様に位相差の影響を受け、偏光軸方向が90°回転した直線偏光(r42)となる。
12)直線偏光(r42)は直線偏光型反射偏光子(a2)を素通りする。
13)反射光(r34、r39、r43)はバックライト側に戻されリサイクルされる。
図6、図7で示した偏光素子(A)は、正面位相差が略1/4波長の位相差を有し、Nz係数2以上の二軸性位相差層(b3)を2枚積層したものであり、図4、図5に示すような、2枚のλ/4板(b2)でCプレート:位相差層(b1)を挟み込んだ構造の3層の積層物を用いる場合とほとんど同じ特性を発生できる。したがって、前述の偏光素子(A)に比べて積層数が少なく、生産性が若干優れる。
【0066】
理想的な系での理論上では本来、ここの記載にある位相差層(b3)の遅相軸と直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸のなす角は45°であるが、現実の直線偏光型反射偏光子(a2)や位相差層(b3)の特性は可視光域で完全ではなく、波長ごとに微妙な変化がある。これを無視して45°で積層すると着色が見られる場合がある。
【0067】
そこで若干角度を振って色調を補償すると合理的に系全体の最適化が可能である。一方、大きく角度が外れると透過率の低下等の他の問題が生じてしまう。そこで現実には±5°程度の範囲での調整に止めることが望ましい。
【0068】
直線偏光型反射偏光子(a2)の透過率と反射率は、斜め方向の入射光線に対して透過光線の波長特性が短波長側にシフトする点はコレステリック液晶を用いた円偏光型反射偏光子(a1)と同じである。従って、深い角度で入射する光線に対して十分機能させる為には可視光域外長波長側に十分な偏光特性/位相差特性を有する必要がある。
【0069】
また、反射偏光子(a)が直線偏光型反射偏光子(a2)である場合には、位相差層(b)として、正面位相差が略λ/2であり、厚み方向位相差が3λ/4以上であるような2軸性位相差層(b4)を配置することでも同様な効果を得ることができる。このような2軸性位相差層(b4)は、Nz係数が1.5以上であれば上記要件を満たす。
【0070】
図8は、反射偏光子(a)として直線偏光型反射偏光子(a2)を用い、2軸性位相差層(b4)を用いた場合の概念図である。図8では、偏光素子(A)として、バックライト側(下側)から、直線偏光型反射偏光子(a2)、二軸性位相差層(b4)、直線偏光型反射偏光子(a2)がこの順に配置されている。
【0071】
図9は、図8に示す平行光化システムにおける各フィルムの貼り合わせ角度の一例である。直線偏光型反射偏光子(a2)に示す両矢印は偏光軸、位相差層(b4)に示す両矢印は遅相軸である。上下の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸は略直交させて配置する。二軸性位相差層(b4)の遅相軸と、直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸とは、角度45°(−45°)±5°で配置される。
【0072】
図8、図9に示す、上記例の平行光化の各光線の変化を追って説明する。
1)バックライトから供給された自然光(r47)の一部は、直線偏光型反射偏光子(a2)に垂直入射する。
2)直線偏光型反射偏光子(a2)は、直線偏光(r48)を透過し、その直交方向の直線偏光(r49)は反射する。
3)直線偏光(r48)は正面位相差が略1/2波長の二軸性位相差層(b4)を透過し、直線偏光(r50)に変換され偏光軸の方向が90°回転する。
4)直線偏光(r50)は直線偏光型反射偏光子(a2)を素通りする。
5)透過した直線偏光(r51)は液晶表示装置に入射し、損失無く伝送される。
6)一方、バックライトから供給された自然光(r52)の一部は、直線偏光型反射偏光子(a2)へ斜め入射する。
7)直線偏光型反射偏光子(a2)は、直線偏光(r53)を透過し、その直交方向の直線偏光(r54)は反射する。
8)直線偏光(r53)は二軸性位相差層(b4)に斜め入射する。二軸性位相差層(b4)は、正面位相差が略1/2波長、Nz係数1.5以上であるため、厚み方向の位相差の影響で、偏光軸の方向が直線偏光(r53)と同じ状態の直線偏光(r55)で透過する。
9)透過した直線偏光(r55)は直線偏光型反射偏光子(a2)で反射され、反射光(r56)となる。
10)反射光(r56)は位相差層(b4)に入射する。これも軸方向は変わらないまま透過する。
11)透過した直線偏光(r57)は直線偏光型反射偏光子(a2)を素通りして直線偏光(r58)となる。
12)反射光(r49、r54、r58)はバックライト側に戻されリサイクルされる。
【0073】
図8、図9で示した偏光素子(A)は、正面位相差が略1/4波長の位相差を有し、Nz係数1.5以上の二軸性位相差層(b4)を1枚配置したものであり、図4、図5に示すような、2枚のλ/4板(b2)でCプレート:位相差層(b1)を挟み込んだ構造の3層の積層物を用いる場合とほとんど同じ特性を発生できる。したがって、前述の偏光素子(A)に比べて積層数が少なく、生産性が若干優れる。さらには、図6、図7に示すような、2層の積層物を用いる場合よりも生産性に優れる。
【0074】
理想的な系での理論上では本来、ここの記載にある位相差層(b4)の遅相軸と直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸のなす角は45°であるが、現実の直線偏光型反射偏光子(a2)や位相差層(b4)の特性は可視光域で完全ではなく、波長ごとに微妙な変化がある。これを無視して45°で積層すると着色が見られる場合がある。
【0075】
そこで若干角度を振って色調を補償すると合理的に系全体の最適化が可能である。一方、大きく角度が外れると透過率の低下等の他の問題が生じてしまう。そこで現実には±5°程度の範囲での調整に止めることが望ましい。
【0076】
直線偏光型反射偏光子(a2)の透過率と反射率は、斜め方向の入射光線に対して透過光線の波長特性が短波長側にシフトする点はコレステリック液晶を用いた円偏光型反射偏光子(a1)と同じである。従って、深い角度で入射する光線に対して十分機能させる為には可視光域外長波長側に十分な偏光特性/ 位相差特性を有する必要がある。
【0077】
上記の図1〜図9に示すように偏光素子(A)は、法線方向から30°の入射角で入射した光線を、2枚の反射偏光子(a)で反射される軸方向の偏光に変換する位相差層(b)を有しており、当該偏光素子(A)は入射角30°で全反射機能を有し入射角30°近傍では光線は透過しない。実質的には当該偏光素子(A)は、法線方向から±15〜20°程度の範囲に高い透過率を有し、それ以上の入射角の光線は反射し再利用に回る。このため光源からの透過光線は、上記範囲内に集中し、集光と平行光化がなされる。
【0078】
このようにして得られた平行光化バックライトは従来技術に比べ薄型であり平行度の高い光源を容易に得られる特徴を有する。しかも本質的に吸収損失を有さない偏光反射による平行光化であるので、反射された非平行光成分はバックライト側に戻り、散乱反射し、その中の平行光成分だけが取り出されるリサイクルが繰り返され、実質的に高い透過率と高い光利用効率を得ることができる。
【0079】
本発明に用いられる位相差異方性制御型平行光化手段は光学観察で面方向から見て面内微細構造が視認されることはなく、液晶画素やブラックマトリクス、平行光化手段に用いられる微細構造を有するフィルム、液晶表示装置の最外面のグレア処理面などとの干渉が一切無く、モアレの要因にならない特徴を有する。
【0080】
モアレは図10に示すように、異なる層に形成された格子が角度を持って重ね合わされたときに視認される格子より低い周波数を有する濃淡模様のことである。
【0081】
モアレ縞のピッチは、下記式1
【数1】
で表される。数1中、S1:第一格子ピッチ、S2:第二格子ピッチ、S3:モアレ縞ピッチ、α:第一格子と第二格子のなす角度、である。
【0082】
このように異なる格子を重ね合わせて得られるモアレ縞の強度Iの最大値をImax、最小値をIminとして、モアレ縞の可視度(V:visibility)を計算すると、数式:V=(Imax−Imin)/(Imax+Imin)、で表される。このコントラストを低減するには格子同士が成す角度が十分に大きく、直交に近いことが望まれる。しかし、格子を有する層が3層以上では要件を満たすことが困難になる。従って、モアレ現象を抑制するには格子構造を有する層の削減が効果的であることが分かる。
【0083】
(反射偏光子(a))
輝度向上の観点よりは視感度の高い550nm付近の波長の光に対して、その全反射が達成されることが望ましく、少なくとも550nm±10nmの波長領域で反射偏光子(a)の選択反射波長が重なっていることが望ましい。
【0084】
例えば液晶表示装置に多く用いられているウエッジ型導光板を用いたバックライトでは導光板からの出射光の角度は法線方向から60°前後の角度である。この角度でのブルーシフト量は約100nmにも及ぶ。従ってバックライトに3波長冷陰極管が用いられている場合には赤の輝線スペクトルが610nmであるので選択反射波長は少なくとも710nmより長波長側に達する必要があると分かる。この長波長側に必要な選択反射波長帯域幅は上記のように光源からの入射光線の角度と波長に大きく依存するので要求仕様に応じて任意に長波長端を設定する。
【0085】
バックライト光源が特定の波長しか発光しない場合、例えば色付き冷陰極管のような場合には得られる輝線のみ遮蔽できればよい。
【0086】
また、バックライトからの出射光線が動向体表面に加工されたマイクロレンズやドット、プリズムなどの設計で正面方向に最初からある程度絞られている場合には大きな入射角での透過光は無視できるので選択反射波長を大きく長波長側に延ばさなくても良い。組み合わせ部材・光源種に合わせて適宜設計できる。
【0087】
かかる観点より反射偏光子(a)は全く同一の組合せでも良いし、一方が可視光全波長で反射を有するもので、他方が部分的に反射するものでも良い。
【0088】
(円偏光型反射偏光子(a1))
円偏光型反射偏光子(a1)としては、たとえば、コレステリック液晶材料が用いられる。円偏光型反射偏光子(a1)においては選択反射の中心波長はλ=npで決定される(nはコレステリック材料の屈折率、pはカイラルピッチ)。斜め入射光に対しては、選択反射波長がブルーシフトするため、前記重なっている波長領域はより広い方が好ましい。
【0089】
円偏光型反射偏光子(a1)がコレステリック材料の場合、異なるタイプ(右ねじれと左ねじれ)の組み合わせでも同様の考え方で正面位相差がλ/2で傾けると位相差がゼロまたはλであれば同様の偏光子が得られるが、傾斜する軸の方位角による異方性や色付きの問題が発生するため好ましくない。かかる観点より同じタイプ同士の組み合わせ(右ねじれ同士、左ねじれ同士)が好ましいが、上下のコレステリック液晶分子、あるいはCプレートの波長分散特性が異なる物の組み合わせで相殺することで色づきを押さえることもできる。
【0090】
円偏光型反射偏光子(a1)を構成するコレステリック液晶には、適宜なものを用いてよく、特に限定はない。例えば、高温でコレステリック液晶性を示す液晶ポリマー、または液晶モノマーと必要に応じてのカイラル剤および配向助剤を電子線や紫外線などの電離放射線照射や熱により重合せしめた重合性液晶、またはそれらの混合物などがあげられる。液晶性はリオトロピックでもサーモトロピック性のどちらでもよいが、制御の簡便性およびモノドメインの形成しやすさの観点よりサーモトロピック性の液晶であることが望ましい。
【0091】
コレステリック液晶層の形成は、従来の配向処理に準じた方法で行うことができる。例えば、トリアセチルセルロースやアモルファスポリオレフィンなどの複屈折位相差が可及的に小さな支持基材上に、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル、ポリアリレート、ポリアミドイミド、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、またはSiO2 の斜方蒸着層、またはポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートなどの延伸基材表面性状を配向膜として利用した基材、または上記基材表面をラビング布やベンガラに代表される微細な研磨剤で処理し、表面に微細な配向規制力を有する微細凹凸を形成した基材、または上記基材フィルム上にアゾベンゼン化合物など光照射により液晶規制力を発生する配向膜を形成した基材、等からなる適当な配向膜上に、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プラナー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。
【0092】
また配向状態が形成された段階で紫外線やイオンビーム等のエネルギー照射で構造を固定してもよい。上記基材で複屈折が小さなものは液晶層支持体としてそのまま用いてもよい。複屈折が大きなもの、または偏光素子(A)の厚みに対する要求が厳しい場合には配向基材より液晶層を剥離して適宜に用いることもできる。
【0093】
液晶ポリマーの製膜は、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、ロールコート法、フローコート法、プリント法、ディップコート法、流延成膜法、バーコート法、グラビア印刷法等で薄層展開し、さらに、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、トリクロロエチレン、テトラクロロエタンのような塩素系溶媒;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノンのようなケトン系溶媒;トルエンのような芳香族溶媒;シクロヘプタンのような環状アルカン;またはN−メチルピロリドンやテトラヒドロフラン等を適宜に用いることができる。
【0094】
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を採用することができる。当該方法は、溶媒を使用しない方法であり、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。なお、液晶ポリマーの展開に際しては、薄型化等を目的に必要に応じて配向膜を介したコレステリック液晶層の重畳方式なども採ることができる。
【0095】
さらに必要に応じ、これらの光学層を成膜時に用いる支持基材/配向基材から剥離し、他の光学材料に転写して用いることもできる。
【0096】
(直線偏光型反射偏光子(a2))
直線偏光型反射偏光子(a2)としては、グリッド型偏光子、屈折率差を有する2種以上の材料による2層以上の多層薄膜積層体、ビームスプリッターなどに用いられる屈折率の異なる蒸着多層薄膜、複屈折を有する2種以上の材料による2層以上の複屈折層多層薄膜積層体、複屈折を有する2種以上の樹脂を用いた2層以上の樹脂積層体を延伸したもの、直線偏光を直交する軸方向で反射/透過することで分離するものなどがあげられる。
【0097】
例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートに代表される延伸により位相差を発生する材料やポリメチルメタクリレートに代表されるアクリル系樹脂、JSR社製のアートンに代表されるノルボルネン系樹脂等の位相差発現量の少ない樹脂を交互に多層積層体として一軸延伸して得られるものを用いることができる。
【0098】
(位相差層(b))
円偏光型反射偏光子(a1)または直線偏光型反射偏光子(a2)の間に配置する位相差層(b1)は、正面方向の位相差が略ゼロであり、法線方向から30°の角度の入射光に対してλ/8以上の位相差を有するものである。正面位相差は垂直入射された偏光が保持される目的であるので、λ/10以下であることが望ましい。
【0099】
斜め方向からの入射光に対しては効率的に偏光変換されるべく全反射させる角度などによって適宜決定される。例えば、法線からのなす角60°程度で完全に全反射させるには60°で測定したときの位相差がλ/2程度になるように決定すればよい。ただし、円偏光型反射偏光子(a1)による透過光は、円偏光型反射偏光子(a1)自身のCプレート的な複屈折性によっても偏光状態が変化しているため、通常挿入されるCプレートのその角度で測定したときの位相差はλ/2よりも小さな値でよい。Cプレートの位相差は入射光が傾くほど単調に増加するため、効果的な全反射を30°以上のある角度傾斜した時に起こさせる目安として30°の角度の入射光に対してλ/8以上有すればよい。
【0100】
本発明の偏光素子(A)にて正面より30°の入射角を有する光線に対して有効な遮蔽を行い得る設計の場合、実質的には入射角20°前後の領域で十分に透過光線が低下している。この領域の光線に限定される場合、一般的なTN液晶表示装置の良好な表示を示す領域の光線のみが透過する。用いるTN液晶表示装置のセル内液晶種や配向状態、プレティルト角などの条件により変動があるが階調反転やコントラストの急激な劣化は生じないため、本発明における視野角拡大のためには用いられる水準となる。より正面光のみに絞り込むために位相差層の位相差値をより大きく取ったり、TN液晶に補償位相差板を組み合わせることを前提に位相差値を小さくして絞り込みを穏やかにして用いても良い。
【0101】
位相差層(b1)の材質は上記のような光学特性を有するものであれば、特に制限はない。例えば、可視光領域(380nm〜780nm) 以外に選択反射波長を有するコレステリック液晶のプラナー配向状態を固定したものや、棒状液晶のホメオトロピック配向状態を固定したもの、ディスコチック液晶のカラムナー配向やネマチック配向を利用したもの、負の1軸性結晶を面内に配向させたもの、2軸性配向したポリマーフィルムなどがあげられる。
【0102】
Cプレートとしては、たとえば、可視光領域(380nm〜780nm)以外に選択反射波長を有するコレステリック液晶のプラナー配向状態を固定したCプレートは、コレステリック液晶の選択反射波長としては、可視光領域に色付きなどがないことが望ましい。そのため、選択反射光が可視領域にない必要がある。選択反射はコレステリックのカイラルピッチと液晶の屈折率によって一義的に決定される。選択反射の中心波長の値は近赤外領域にあっても良いが、旋光の影響などを受けるため、やや複雑な現象が発生するため、350nm以下の紫外部にあることがより望ましい。コレステリック液晶層の形成については、前記した反射偏光子におけるコレステリック層形成と同様に行われる。
【0103】
ホメオトロピック配向状態を固定したCプレートは、高温でネマチック液晶性を示す液晶性熱可塑樹脂または液晶モノマーと必要に応じての配向助剤を電子線や紫外線などの電離放射線照射や熱により重合せしめた重合性液晶、またはそれらの混合物が用いられる。液晶性はリオトロピックでもサーモトロピック性のいずれでもよいが、制御の簡便性やモノドメインの形成しやすさの観点より、サーモトロピック性の液晶であることが望ましい。ホメオトロピック配向は、例えば、垂直配向膜(長鎖アルキルシランなど)を形成した膜上に前記複屈折材料を塗設し、液晶状態を発現させ固定することによって得られる。
【0104】
ディスコティック液晶を用いたCプレートとしては、液晶材料として面内に分子の広がりを有したフタロシアニン類やトリフェニレン類化合物のごとく負の1軸性を有するディスコティック液晶材料を、ネマチック相やカラムナー相を発現させて固定したものである。負の1軸性無機層状化合物としては、たとえば、特開平6−82777号公報などに詳しい。
【0105】
ポリマーフィルムの2軸性配向を利用したCプレートは、正の屈折率異方性を有する高分子フィルムをバランス良く2軸延伸する方法、熱可塑樹脂をプレスする方法、平行配向した結晶体から切り出す方法などにより得られる。
【0106】
直線偏光型反射偏光子(a2)を用いる場合には、位相差層(b1)として、正面方向の位相差が略ゼロであり、法線方向から30°の角度の入射光に対してλ/4以上の位相差を有するものが用いられる。前記位相差層(b1)の両側に、正面位相差が略λ/4であるλ/4板(b2)を用いて直線偏光を一度円偏光に変換した後に前述の円偏光板と同様な方法で平行光化することができる。この場合の構成断面と各層の配置は図3、図4、図5に示した通りである。この場合、λ/4板(b2)の遅相軸と直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸の成す角度は前述の通りであり、λ/4板(b2)同士の軸角度は任意に設定できる。
【0107】
前記位相差層(b2)としては、具体的には、λ/4板が用いられる。λ/4板は、使用目的に応じた適宜な位相差板が用いられる。λ/4板は、2種以上の位相差板を積層して位相差等の光学特性を制御することができる。位相差板としては、ポリカーボネート、ノルボルネン系樹脂、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、ポリアリレート、ポリアミドの如き適宜なポリマーからなるフィルムを延伸処理してなる複屈折性フィルムや液晶ポリマーなどの液晶材料からなる配向フィルム、液晶材料の配向層をフィルムにて支持したものなどがあげられる。
【0108】
可視光域等の広い波長範囲でλ/4板として機能する位相差板は、例えば波長550nmの淡色光に対してλ/4板として機能する位相差層と他の位相差特性を示す位相差層、例えば1/2波長板として機能する位相差層とを重畳する方式などにより得ることができる。従って、偏光板と輝度向上フィルムの間に配置する位相差板は、1層又は2層以上の位相差層からなるものであってよい。
【0109】
また、正面位相差が略λ/4であり、厚み方向位相差がλ/2以上であるような2軸性位相差層(b3)を2枚配置することでも同様な効果を得ることができる。2軸性位相差層(b3)は、Nz係数が略2以上であれば上記要件を満たす。この場合の構成断面と各層の配置は図6、図7に示した通りである。この場合、2軸性位相差層(b3)との遅相軸と直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸は前述の通りであり、2軸性位相差層(b3)同士の軸角度は任意に設定できる。
【0110】
なお、正面位相差が略λ/4であることは、550nm波長の光に対してλ/4±40nm程度、さらには±15nmの範囲に入るものであることが好ましい。
【0111】
また、正面位相差が略λ/2であり、厚み方向位相差がλ/2以上であるような2軸性位相差層(b4)を1枚用いることでも同様な効果を得ることができる。2軸性位相差層(b4)は、Nz係数が略1. 5以上であれば上記要件を満たす。この場合の構成断面と各層の配置は図8、図9に示した通りである。この場合、上下の直線偏光型反射偏光子(a2)と中央の2軸性位相差層(b4)の軸角度の関係は指定したとおりの角度となり一義的に決定される。
【0112】
なお、正面位相差が略λ/2であることは、550nm波長の光に対してλ/2±40nm程度、さらには±15nmの範囲に入るものが好ましい。
【0113】
具体的に前記2軸性位相差層(b3)、(b4)としては、ポリカーボネートやポリエチレンテレフタレート等の複屈折性を有するプラスチック材料を2軸延伸したもの、または液晶材料を平面方向では一軸配向させ、厚み方向にさらに配向させたハイブリッド配向したものが用いられる。液晶材料を1軸性にホメオトロピック配向させたものも可能であり、前記コレステリック液晶を製膜した方法と同様に行われる。ただし、コレステリック液晶ではなくネマチック液晶材料を用いる必要がある。
【0114】
(拡散反射板の配置)
光源たる導光板の下側(液晶セルの配置面とは反対側)には拡散反射板の配置が望ましい。平行光化フィルムにて反射される光線の主成分は斜め入射成分であり、平行光化フィルムにて正反射されてバックライト方向へ戻される。ここで背面側の反射板が正反射性が高い場合には反射角度が保存され、正面方向に出射できずに損失光となる。従って反射戻り光線の反射角度を保存せず、正面方向へ散乱反射成分を増大させるため拡散反射板の配置が望ましい。
【0115】
(拡散板の配置)
平行光化フィルムとバックライト光源の間には適当な拡散板を設置することも望ましい。斜め入射し、反射された光線をバックライト導光体近傍にて散乱させ、その一部を垂直入射方向へ散乱せしめることで光の再利用効率が高まるためである。
【0116】
用いられる拡散板は表面凹凸形状による物の他、屈折率が異なる微粒子を樹脂中に包埋する等の方法で得られる。この拡散板は平行光化フィルムとバックライト間に挟み込んでも良いし、平行光化フィルムに貼り合わせてもよい。
【0117】
平行光化フィルムを貼り合わせた液晶セルをバックライトと近接して配置する場合、フィルム表面とバックライトの隙間でニュートンリングが生じる恐れがあるが、本発明における平行光化フィルムの導光板側表面に表面凹凸を有する拡散板を配置することによってニュートンリングの発生を抑制することができる。また、本発明における平行光化フィルムの表面そのものに凹凸構造と光拡散構造を兼ねた層を形成しても良い。
【0118】
(視野角拡大層の配置)
本発明の液晶表示装置における視野角拡大は、平行光化されたバックライトと組み合わされた、液晶表示装置から得られる正面近傍の良好な表示特性の光線を拡散し、全視野角内で均一で良好な表示特性を得ることによって得られる。
【0119】
ここで用いられる視野角拡大層は実質的に後方散乱を有さない拡散板が用いられる。拡散板は、拡散粘着材により設けることができる。配置場所は液晶表示装置の視認側であるが偏光板の上下いずれでも使用可能である。ただし画素のにじみ等の影響やわずかに残る後方散乱によるコントラスト低下を防止するために偏光板〜液晶セル間など、可能な限りセルに近い層に設けることが望ましい。またこの場合には実質的に偏光を解消しないフィルムが望ましい。例えば特開2000−347006号公報、特開2000−347007号公報に開示されているような微粒子分散型拡散板が好適に用いられる。
【0120】
液晶セルの視認側の偏光板より外側に視野角拡大層を位置する場合には液晶セル−偏光板まで平行光化された光線が透過するので、TN液晶セルの場合は特に視野角補償位相差板を用いなくともよい。STN液晶セルの場合には正面特性のみ良好に補償した位相差フィルムを用いるだけでよい。この場合には視野角拡大層が空気表面を有するので表面形状による屈折効果によるタイプの採用も可能である。
【0121】
一方で、偏光板と液晶セルの間に視野角拡大層を挿入する場合には偏光板を透過する段階では拡散光線となっている。TN液晶の場合、偏光子そのものの視野角特性は補償する必要がある。この場合には偏光板の視野角特性を補償する位相差板を偏光板と視野角拡大層の間に挿入するのが好ましい。STN液晶の場合にはSTN液晶の正面位相差補償に加えて偏光板の視野角特性を補償する位相差板を挿入するのが好ましい。
【0122】
従来から存在するマイクロレンズアレイフィルムやホログラムフィルムのように、内部に規則性構造体を有する視野角拡大フィルムの場合、液晶表示装置のブラックマトリクスや従来のバックライトの平行光化システムが有するマイクロレンズアレイ/プリズムアレイ/ルーバー/マイクロミラーアレイ等の微細構造と干渉しモアレを生じやすかった。しかし本発明における平行光化フィルムは面内に規則性構造が視認されず、出射光線に規則性変調が無いので視野角拡大層との相性や配置順序を考慮する必要はない。従って、視野角拡大層は液晶表示装置の画素ブラックマトリクスと干渉/モアレを発生しなければ特に制限はなく選択肢は広い。
【0123】
本発明においては視野角拡大層として実質的に後方散乱を有さない、偏光を解消しない、特開2000−347006号公報、特開2000−347007号公報に記載されているような光散乱板で、ヘイズ80%〜90%のものが好適に用いられる。その他、ホログラムシート、マイクロプリズムアレイ、マイクロレンズアレイ等、内部に規則性構造を有していても液晶表示装置の画素ブラックマトリクスと干渉/モアレを形成しなければ使用可能である。
【0124】
(各層の積層)
前記各層の積層は、重ね置いただけでも良いが、作業性や、光の利用効率の観点より各層を接着剤や粘着剤を用いて積層することが望ましい。その場合、接着剤または粘着剤は透明で、可視光域に吸収を有さず、屈折率は、各層の屈折率と可及的に近いことが表面反射の抑制の観点より望ましい。かかる観点より、例えば、アクリル系粘着剤などが好ましく用いうる。各層は、それぞれ別途配向膜状などでモノドメインを形成し、透光性基材へ転写などの方法によって順次積層していく方法や、接着層などを設けず、配向のために、配向膜などを適宜形成し、各層を順次直接形成して行くことも可能である。
【0125】
各層および(粘)接着層には、必要に応じて拡散度合い調整用に更に粒子を添加して等方的な散乱性を付与することや、紫外線吸収剤、酸化防止剤、製膜時のレベリング性付与の目的で界面活性剤などを適宜に添加することができる。
【0126】
(その他の材料)
なお、液晶表示装置には、常法に従って、各種の光学層等が適宜に用いられて作製される。
【0127】
偏光板(PL)は、液晶セルの両側に配置される。液晶セルの両側に配置された偏光板(PL)は、偏光軸が互いに略直交するように配置される。また入射側の偏光板(PL)はその偏光軸方向と、光源側からの透過で得られる直線偏光の軸方向とが揃うように配置される。
【0128】
偏光板は、通常、偏光子の片側または両側に保護フィルムを有するものが一般に用いられる。
【0129】
偏光子は、特に制限されず、各種のものを使用できる。偏光子としては、たとえば、ポリビニルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルム等の親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて一軸延伸したもの、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等ポリエン系配向フィルム等があげられる。これらのなかでもポリビニルアルコール系フィルムとヨウ素などの二色性物質からなる偏光子が好適である。これら偏光子の厚さは特に制限されないが、一般的に、5〜80μm程度である。
【0130】
ポリビニルアルコール系フィルムをヨウ素で染色し一軸延伸した偏光子は、たとえば、ポリビニルアルコールをヨウ素の水溶液に浸漬することによって染色し、元長の3〜7倍に延伸することで作製することができる。必要に応じてホウ酸や硫酸亜鉛、塩化亜鉛等を含んでいてもよいヨウ化カリウムなどの水溶液に浸漬することもできる。さらに必要に応じて染色の前にポリビニルアルコール系フィルムを水に浸漬して水洗してもよい。ポリビニルアルコール系フィルムを水洗することでポリビニルアルコール系フィルム表面の汚れやブロッキング防止剤を洗浄することができるほかに、ポリビニルアルコール系フィルムを膨潤させることで染色のムラなどの不均一を防止する効果もある。延伸はヨウ素で染色した後に行っても良いし、染色しながら延伸してもよいし、また延伸してからヨウ素で染色してもよい。ホウ酸やヨウ化カリウムなどの水溶液中や水浴中でも延伸することができる。
【0131】
前記偏光子の片面または両面に設けられる透明保護フィルムを形成する材料としては、透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮蔽性、等方性などに優れるものが好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル系ポリマー、ジアセチルセルロースやトリアセチルセルロース等のセルロース系ポリマー、ポリメチルメタクリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体(AS樹脂)等のスチレン系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマーなどがあげられる。また、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロ系ないしはノルボルネン構造を有するポリオレフィン、エチレン・プロピレン共重合体の如きポリオレフィン系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、エポキシ系ポリマー、または前記ポリマーのブレンド物なども前記透明保護フィルムを形成するポリマーの例としてあげられる。透明保護フィルムは、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン系等の熱硬化型、紫外線硬化型の樹脂の硬化層として形成することもできる。
【0132】
また、特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマーフィルム、たとえば、(A)側鎖に置換および/または非置換イミド基を有する熱可塑性樹脂と、(B)側鎖に置換および/非置換フェニルならびにニトリル基を有する熱可塑性樹脂を含有する樹脂組成物があげられる。具体例としてはイソブチレンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体とアクリロニトリル・スチレン共重合体とを含有する樹脂組成物のフィルムがあげられる。フィルムは樹脂組成物の混合押出品などからなるフィルムを用いることができる。
【0133】
保護フィルムの厚さは、適宜に決定しうるが、一般には強度や取扱性等の作業性、薄層性などの点より1〜500μm程度である。特に1〜300μmが好ましく、5〜200μmがより好ましい。
【0134】
また、保護フィルムは、できるだけ色付きがないことが好ましい。したがって、Rth=[(nx+ny)/2−nz]・d(ただし、nx、nyはフィルム平面内の主屈折率、nzはフィルム厚方向の屈折率、dはフィルム厚みである)で表されるフィルム厚み方向の位相差値が−90nm〜+75nmである保護フィルムが好ましく用いられる。かかる厚み方向の位相差値(Rth)が−90nm〜+75nmのものを使用することにより、保護フィルムに起因する偏光板の着色(光学的な着色)をほぼ解消することができる。厚み方向位相差値(Rth)は、さらに好ましくは−80nm〜+60nm、特に−70nm〜+45nmが好ましい。
【0135】
保護フィルムとしては、偏光特性や耐久性などの点より、トリアセチルセルロース等のセルロース系ポリマーが好ましい。特にトリアセチルセルロースフィルムが好適である。なお、偏光子の両側に保護フィルムを設ける場合、その表裏で同じポリマー材料からなる保護フィルムを用いてもよく、異なるポリマー材料等からなる保護フィルムを用いてもよい。前記偏光子と保護フィルムとは通常、水系粘着剤等を介して密着している。水系接着剤としては、イソシアネート系接着剤、ポリビニルアルコール系接着剤、ゼラチン系接着剤、ビニル系ラテックス系、水系ポリウレタン、水系ポリエステル等を例示できる。
【0136】
前記透明保護フィルムの偏光子を接着させない面には、ハードコート層や反射防止処理、スティッキング防止や、拡散ないしアンチグレアを目的とした処理を施したものであってもよい。
【0137】
ハードコート処理は偏光板表面の傷付き防止などを目的に施されるものであり、例えばアクリル系、シリコーン系などの適宜な紫外線硬化型樹脂による硬度や滑り特性等に優れる硬化皮膜を透明保護フィルムの表面に付加する方式などにて形成することができる。反射防止処理は偏光板表面での外光の反射防止を目的に施されるものであり、従来に準じた反射防止膜などの形成により達成することができる。また、スティッキング防止処理は隣接層との密着防止を目的に施される。
【0138】
またアンチグレア処理は偏光板の表面で外光が反射して偏光板透過光の視認を阻害することの防止等を目的に施されるものであり、例えばサンドブラスト方式やエンボス加工方式による粗面化方式や透明微粒子の配合方式などの適宜な方式にて透明保護フィルムの表面に微細凹凸構造を付与することにより形成することができる。前記表面微細凹凸構造の形成に含有させる微粒子としては、例えば平均粒径が0.5〜50μmのシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化錫、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化アンチモン等からなる導電性のこともある無機系微粒子、架橋又は未架橋のポリマー等からなる有機系微粒子などの透明微粒子が用いられる。表面微細凹凸構造を形成する場合、微粒子の使用量は、表面微細凹凸構造を形成する透明樹脂100重量部に対して一般的に2〜50重量部程度であり、5〜25重量部が好ましい。アンチグレア層は、偏光板透過光を拡散して視角などを拡大するための拡散層(視角拡大機能など)を兼ねるものであってもよい。
【0139】
なお、前記反射防止層、スティッキング防止層、拡散層やアンチグレア層等は、透明保護フィルムそのものに設けることができるほか、別途光学層として透明保護フィルムとは別体のものとして設けることもできる。
【0140】
また位相差板は、視角補償フィルムとして偏光板に積層して広視野角偏光板として用いられる。視角補償フィルムは、液晶表示装置の画面を、画面に垂直でなくやや斜めの方向から見た場合でも、画像が比較的鮮明にみえるように視野角を広げるためのフィルムである。
【0141】
このような視角補償位相差板としては、他に二軸延伸処理や直交する二方向に延伸処理等された複屈折を有するフィルム、傾斜配向フィルムのような二方向延伸フィルムなどが用いられる。傾斜配向フィルムとしては、例えばポリマーフィルムに熱収縮フィルムを接着して加熱によるその収縮力の作用下にポリマーフィルムを延伸処理又は/及び収縮処理したものや、液晶ポリマーを斜め配向させたものなどが挙げられる。視角補償フィルムは、液晶セルによる位相差に基づく視認角の変化による着色等の防止や良視認の視野角の拡大などを目的として適宜に組み合わせることができる。
【0142】
また良視認の広い視野角を達成する点などより、液晶ポリマーの配向層、特にディスコティック液晶ポリマーの傾斜配向層からなる光学的異方性層をトリアセチルセルロースフィルムにて支持した光学補償位相差板が好ましく用いうる。
【0143】
前記のほか実用に際して積層される光学層については特に限定はないが、例えば反射板や半透過板などの液晶表示装置等の形成に用いられることのある光学層を1層または2層以上用いることができる。特に、楕円偏光板または円偏光板に、更に反射板または半透過反射板が積層されてなる反射型偏光板または半透過型偏光板があげられる。
【0144】
反射型偏光板は、偏光板に反射層を設けたもので、視認側(表示側)からの入射光を反射させて表示するタイプの液晶表示装置などを形成するためのものであり、バックライト等の光源の内蔵を省略できて液晶表示装置の薄型化を図りやすいなどの利点を有する。反射型偏光板の形成は、必要に応じ透明保護層等を介して偏光板の片面に金属等からなる反射層を付設する方式などの適宜な方式にて行うことができる。
【0145】
反射型偏光板の具体例としては、必要に応じマット処理した保護フィルムの片面に、アルミニウム等の反射性金属からなる箔や蒸着膜を付設して反射層を形成したものなどがあげられる。また前記保護フィルムに微粒子を含有させて表面微細凹凸構造とし、その上に微細凹凸構造の反射層を有するものなどもあげられる。前記した微細凹凸構造の反射層は、入射光を乱反射により拡散させて指向性やギラギラした見栄えを防止し、明暗のムラを抑制しうる利点などを有する。また微粒子含有の保護フィルムは、入射光及びその反射光がそれを透過する際に拡散されて明暗ムラをより抑制しうる利点なども有している。保護フィルムの表面微細凹凸構造を反映させた微細凹凸構造の反射層の形成は、例えば真空蒸着方式、イオンプレーティング方式、スパッタリング方式等の蒸着方式やメッキ方式などの適宜な方式で金属を透明保護層の表面に直接付設する方法などにより行うことができる。
【0146】
反射板は前記の偏光板の保護フィルムに直接付与する方式に代えて、その透明フィルムに準じた適宜なフィルムに反射層を設けてなる反射シートなどとして用いることもできる。なお反射層は、通常、金属からなるので、その反射面が保護フィルムや偏光板等で被覆された状態の使用形態が、酸化による反射率の低下防止、ひいては初期反射率の長期持続の点や、保護層の別途付設の回避の点などより好ましい。
【0147】
なお、半透過型偏光板は、上記において反射層で光を反射し、かつ透過するハーフミラー等の半透過型の反射層とすることにより得ることができる。半透過型偏光板は、通常液晶セルの裏側に設けられ、液晶表示装置などを比較的明るい雰囲気で使用する場合には、視認側(表示側)からの入射光を反射させて画像を表示し、比較的暗い雰囲気においては、半透過型偏光板のバックサイドに内蔵されているバックライト等の内蔵光源を使用して画像を表示するタイプの液晶表示装置などを形成できる。すなわち、半透過型偏光板は、明るい雰囲気下では、バックライト等の光源使用のエネルギーを節約でき、比較的暗い雰囲気下においても内蔵光源を用いて使用できるタイプの液晶表示装置などの形成に有用である。
【0148】
また、偏光板は、上記の偏光分離型偏光板の如く、偏光板と2層又は3層以上の光学層とを積層したものからなっていてもよい。従って、上記の反射型偏光板や半透過型偏光板と位相差板を組み合わせた反射型楕円偏光板や半透過型楕円偏光板などであってもよい。
【0149】
前記偏光板と位相差板等は、液晶表示装置の製造過程で順次別個に積層することよって形成することができるが、予め積層して楕円偏光板等の光学フィルムとしたのものは、品質の安定性や積層作業性等に優れて液晶表示装置などの製造効率を向上させうる利点がある。
【0150】
本発明の光学素子には、粘着層または接着層を設けることもできる。粘着層は、液晶セルへの貼着に用いることができる他、光学層の積層に用いられる。前記光学フィルムの接着に際し、それらの光学軸は目的とする位相差特性などに応じて適宜な配置角度とすることができる。
【0151】
接着剤や粘着剤としては特に制限されない。例えばアクリル系重合体、シリコーン系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビニルエーテル、酢酸ビニル/塩化ビニルコポリマー、変性ポリオレフィン、エポキシ系、フッ素系、天然ゴム、合成ゴム等のゴム系などのポリマーをベースポリマーとするものを適宜に選択して用いることができる。特に、光学的透明性に優れ、適度な濡れ性と凝集性と接着性の粘着特性を示して、耐候性や耐熱性などに優れるものが好ましく用いうる。
【0152】
前記接着剤や粘着剤にはベースポリマーに応じた架橋剤を含有させることができる。また接着剤には、例えば天然物や合成物の樹脂類、特に、粘着性付与樹脂や、ガラス繊維、ガラスビーズ、金属粉、その他の無機粉末等からなる充填剤や顔料、着色剤、酸化防止剤などの添加剤を含有していてもよい。また微粒子を含有して光拡散性を示す接着剤層などであってもよい。
【0153】
接着剤や粘着剤は、通常、ベースポリマーまたはその組成物を溶剤に溶解又は分散させた固形分濃度が10〜50重量%程度の接着剤溶液として用いられる。溶剤としては、トルエンや酢酸エチル等の有機溶剤や水等の接着剤の種類に応じたものを適宜に選択して用いることができる。
【0154】
粘着層や接着層は、異なる組成又は種類等のものの重畳層として偏光板や光学フィルムの片面又は両面に設けることもできる。粘着層の厚さは、使用目的や接着力などに応じて適宜に決定でき、一般には1〜500μmであり、5〜200μmが好ましく、特に10〜100μmが好ましい。
【0155】
粘着層等の露出面に対しては、実用に供するまでの間、その汚染防止等を目的にセパレータが仮着されてカバーされる。これにより、通例の取扱状態で粘着層に接触することを防止できる。セパレータとしては、上記厚さ条件を除き、例えばプラスチックフィルム、ゴムシート、紙、布、不織布、ネット、発泡シートや金属箔、それらのラミネート体等の適宜な薄葉体を、必要に応じシリコーン系や長鏡アルキル系、フッ素系や硫化モリブデン等の適宜な剥離剤でコート処理したものなどの、従来に準じた適宜なものを用いうる。
【0156】
なお本発明において、上記光学素子等、また粘着層などの各層には、例えばサリチル酸エステル系化合物やべンゾフェノール系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物やシアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線吸収剤で処理する方式などの方式により紫外線吸収能をもたせたものなどであってもよい。
【0157】
【実施例】
以下に、本発明を実施例をあげて説明するが、本発明は以下に示し実施例に制限されるものではない。
【0158】
なお、正面位相差は、面内屈折率が最大となる方向をX軸、X軸に垂直な方向をY軸、フィルムの厚さ方向をZ軸とし、それぞれの軸方向の屈折率をnx、ny、nzとして、550nmにおける屈折率nx、ny、nzを自動複屈折測定装置(王子計測機器株式会社製,自動複屈折計KOBRA21ADH)により計測した値と、位相差層の厚さd(nm)から、正面位相差:(nx−ny)×d、厚み方向の位相差:(nx−nz)×d、を算出した。傾斜させて測定したときの位相差は、上記自動複屈折測定装置により測定できる。傾斜位相差は:傾斜時の(nx−ny)×dである。
【0159】
Nz係数は、式:Nz=(nx−nz)/(nx−ny)で定義される。
【0160】
なお、反射波長帯域は、反射スペクトルを分光光度計(大塚電子株式会社製、瞬間マルチ測光システム MCPD−2000)にて測定し、最大反射率の半分の反射率を有する反射波長帯域とした。
【0161】
参考例1
(二次集光素子(Y)の作製)
二次集光素子(Y)として、TiO2/SiO2積層枚数15層の蒸着多層膜バンドパスフィルターを用いた。基材は50μm厚のポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、全体厚みは約53μmであった。蒸着薄膜の積層厚みの設計図を下記表1に示す。
【0162】
【表1】
【0163】
(光源)
輝線光源(L)としてはサイドライト型導光体(導光体は断面がウエッジ型で裏面側にドット印刷が行われた物)を用いたバックライト(スタンレー電気製)10. 4インチ型を用いた。光源には3波長型冷陰極管を用いた。
【0164】
(波長特性)
光源である前記冷陰極管と、二次集光素子(Y)である蒸着多層膜バンドパスフィルターの波長特性は図22に示す通りである。波長特性の測定は、日立製作所製の分光光度計U4100により行なったものである。
【0165】
(二次集光素子(Y)の集光特性)
図23に示すグラフは、図15の構造にて、二次集光素子(Y)である蒸着多層膜バンドパスフィルターを単独で用いて集光特性を測定したものである。
【0166】
図23に示すグラフには70°近傍で副次ピークが見られる。これは蒸着多層膜バンドパスフィルター(Y)が斜め入射によりブルーシフトし、緑色光線に対する透過領域が青色光線に対して透過を示し、赤色光線に対する透過領域が緑色光線に対する透過を示すためである。このため斜めからの出射光が強い着色が認められた。さらに用いたバックライトシステムの出射光分布が正面より±60°以上離れた角度で強い光束を出射しているため着色が目立った。
【0167】
(一次集光部(X)を有するバックライトシステム)
一次集光部(X)として、プリズムシートを用いた。プリズムシートは3M製のBEFフィルム(厚み約180μm,ポリエチレンテレフタレートフィルム製,頂角約90°,プリズムピッチ50μm)を2枚用いた。
【0168】
プリズムシートのプリズム稜線が直交配置となるように、前述の輝線光源(L)の導光体上に2枚積層した。かかる一次集光部(X)として、プリズムシートを有するバックライトシステム(BLS)は、正面方向に対して、±50°以内に集光する特性を有していた。
【0169】
(集光システム)
前記一次集光部(X)を有するバックライトシステム(BLS)と、二次集光素子(Y)を、図16の構造にて配置した。図24は、図16の構造にて集光特性を計測したものである。液晶セル(LC)としては、シャープ社製の10.4インチTFTセルを用いた。また偏光板(PL)としては日東電工社製のSEG1465DUを用い、液晶セル(LC)の両側に直交になるように貼りあわせた。二次集光素子(Y)は、偏光板(PL)に貼り合わせた。なお、以降の各例において液晶セル(LC)、偏光板(PL)としては同じものを用いた。
【0170】
図24から、一次集光により平行化フィルムの大角度での透過成分が劇的に減少し、不愉快な着色を除去することができていることが認められる。一次集光部(X)の効果により、±50°程度までバックライトからの出射光が絞り込まれているので70°近傍の副次透過はカットされて発生しないことが分かる。
【0171】
参考例2
(二次集光素子(Y)の作製)
二次集光素子(Y)として、コレステリック液晶ポリマーの薄膜塗工によって作製した、コレステリック液晶バンドパスフィルターを用いた。これは、右円偏光反射の3波長対応バンドパスフィルターと左円偏光反射の3波長対応バンドパスフィルターの組み合わせであり、目的とする3波長のみ垂直方向近傍に対し、光を透過し、斜め入射光線は反射するものである。
【0172】
前記コレステリック液晶バンドパスフィルターは、正面透過光線が非偏光である。これは液晶層をバンドパスフィルターとして用いており、コレステリック反射による偏光分離を行わない領域からの透過光線が正面方向へ透過しているためである。したがって、集光特性の測定にあたり、上記二次集光素子(Y)と偏光板(PL)の間には位相差層は設けずに積層した。
【0173】
詳しくは、3波長冷陰極管の発光スペクトル435nm、545nm、610nmに対して、選択反射波長域が440nm〜490nm、550〜600nm、615〜700nmとなる、右円偏光を反射する選択反射円偏光バンドパスフィルターを作製した。用いた液晶材料は、欧州特許出願公開第0834754号明細書に基づき、選択反射中心波長が480nm、570nm、655nmとなる3種のコレステリック液晶ポリマーを作製した。
【0174】
コレステリック液晶ポリマーは、下記化1:
【化1】
で表される重合性ネマチック液晶モノマーAと、下記化2:
【化2】
で表される重合性カイラル剤Bを、下記表2に示す割合(重量比)で配合した液晶混合物を重合することにより作製した。前記液晶混合物は、それぞれはテトラヒドロフランに溶解した33重量%溶液にした後、60℃環境下にて窒素パージし、反応開始剤(アゾビスイソブチロニトリル,前記混合物に対して0.5重量%)を添加して重合処理を行った。得られた重合物はジエチルエーテルにて再沈分離し精製した。選択反射波長帯域を表2に示す。
【0175】
【表2】
【0176】
上記コレステリック液晶ポリマーを塩化メチレンに溶解して10重量%溶液を調製した。当該溶液を、配向基材に、乾燥時の厚みが約1μmになるようワイヤーバーで塗工した。配向基材として、75μm厚のポリエチレンテレフタレートフィルムを用い、その表面にポリビニルアルコール層を約0. 1μm塗工し、レーヨン製ラビング布でラビングしたものを用いた。塗工後、140℃で15分間乾燥した。この加熱処理終了後、液晶を室温にて冷却固定し薄膜を得た。
【0177】
上記各コレステリック液晶ポリマーを用いて、上記同様の工程を経て各色の液晶薄膜を作製したのち、イソシアネート系接着剤にて貼り合わせた。その後、ポリエチレンテレフタレート基材を除去し、各液晶層を短波長側から順に3層を積層して約5μm厚の液晶複合層を得た。
【0178】
一方、重合性カイラル剤Bとして、化2とは鏡像異性体となるものを用いたこと以外は上記と全く同様にして、液晶層の3層を積層して、左円偏光を反射する選択反射円偏光バンドパスフィルターを作製した。
【0179】
この両者の液晶面同士を、透光性アクリル系粘着材(日東電工製NO.7,25μm厚)にて貼り合わせた後、支持基材のポリエチレンテレフタレートフィルムを剥離してコレステリック液晶バンドパスフィルター(約35μm厚)を得た。
【0180】
(波長特性)
二次集光素子(Y)であるコレステリック液晶バンドパスフィルターの波長特性は図25に示す通りである。なお、図21に示すグラフは、図15の構造にて、前記二次集光素子(Y)であるコレステリック液晶バンドパスフィルターを単独で用いて集光特性を測定したものである。
【0181】
(一次集光部(X)を有するバックライトシステム)
参考例1と同様の、一次集光部(X)として、プリズムシートを2枚積層したバックライトシステム(BLS)を用いた。
【0182】
(集光システム)
前記一次集光部(X)を有するバックライトシステム(BLS)と、二次集光素子(Y)を、図16の構造にて配置した。図26は、図16の構造にて集光特性を計測したものである。
【0183】
図26から、一次集光により平行化フィルムの大角度での透過成分が劇的に減少し、不愉快な着色を除去することができていることが認められる。一次集光部(X)の効果により、±50°程度までバックライトからの出射光が絞り込まれているので70°近傍の副次透過はカットされて発生しないことが分かる。
【0184】
参考例3
(二次集光素子(Y)の作製)
二次集光素子(Y)として、偏光の選択反射の波長帯域が互いに重なる2枚の円偏光型反射偏光子(a1)の間に位相差板(b1)を設けた偏光素子を用いた。
【0185】
円偏光型反射偏光子(a1)としては、日東電工社製のNIPOCSフィルム(PCF400)のコレステリック液晶層を用いた。
【0186】
次いで、下記方法にて、正面位相差が略0、斜め方向で位相差を発生する位相差層(b1:ネガティブCプレート)を重合性液晶にて作製した。重合性メソゲン化合物として、BASF社製のLC242、重合性カイラル剤として、BASF社製のLC756を用いた。重合性メソゲン化合物と重合性カイラル剤は、得られるコレステリック液晶の選択反射中心波長が約350nmとなるように、重合性メソゲン化合物/重合性カイラル剤の混合比(重量比)=11/88、とした。得られたコレステリック液晶の選択反射中心波長は350nmであった。
【0187】
具体的な製法は、以下の通りである。重合性カイラル剤と重合性メソゲン化合物をシクロペンタンにて溶解(30重量%)し、反応開始剤(チバスペシャルティケミカルズ社製のイルガキュア907,前記混合物に対して1重量%)を添加した溶液を調製した。溶液には、界面活性剤BYK- 361(ビッグケミジャパン製)を前記混合物に対して0. 01重量%添加した。配向基板は、東レ製のポリエチレンテレフタレートフィルム:ルミラー(厚さ75μm)をラビング布にて配向処理したものを用いた。
【0188】
前記溶液をワイヤーバーにて乾燥時塗布厚みが7μm厚にて塗布し、90℃で2分間乾燥した後、等方性転移温度130℃まで一旦加熱した後、徐冷した。均一な配向状態を保持し、80℃の環境にて紫外線照射(10mW/平方cm×1分間)にて硬化してネガティブCプレート(b1)を得た。このネガティブCプレート(b1)の位相差を測定したところ、550nmの波長の光に対して正面方向では2nm、30°傾斜させた時の位相差は約190nm(>λ/8)であった。
【0189】
上記で得られた円偏光型反射偏光子(a1)の上部に透光性アクリル系粘着剤(日東電工社製,NO.7,25μm厚)を用いて、ネガティブCプレート(b1)を接着した後、基材を剥離除去した。この上に、さらに円偏光型反射偏光子(a1)を積層転写し、偏光素子を得た。当該偏光素子を、二次集光素子(Y)とした。
【0190】
参考例3の二次集光素子(Y)は、可視光帯域全域で偏光分離機能を有しているので正面透過光線はコレステリック液晶の偏光分離機能により円偏光化している。したがって、液晶セル(LC)のバックライト側の偏光板(PL)と二次集光素子(Y)の間には1/4波長板(B)を偏光板(PL)の偏光軸に対して45°の傾斜で挿入し、透光性アクリル系粘着材(日東電工製NO.7,25μm)にて貼り合わせた。円偏光を直線偏光化し、偏光板への透過特性を高めるためである。
【0191】
(一次集光部(X)を有するバックライトシステム)
一次集光部(X)として、プリズムシートを用いた。プリズムシートは3M製のBEFフィルム(厚み約180μm,ポリエチレンテレフタレートフィルム製,頂角約90°,プリズムピッチ50μm)を2枚用いた。
【0192】
プリズムシートのプリズム稜線が直交配置となるように、ドット印刷されたアクリル製の導光板(茶谷産業製のサイドライト型バックライト)上に2枚積層した。かかる一次集光部(X)として、プリズムシートを有するバックライトシステムは、±55°以内に集光する特性を有していた。
【0193】
(二次集光素子(Y)の集光特性)
図27は、図17の構造にて二次集光素子(Y)である偏光素子(A)を単独で用いて集光特性を測定したものである。図27では50°以上の外側で漏れ光線が認められる。
【0194】
(集光システム)
前記一次集光部(X)を有するバックライトシステム(BLS)と、二次集光素子(Y)を、図18の構造にて配置した。図28は、図18の構造にて集光特性を計測したものである。なお、図27、図28の集光特性の測定はELDIM社製Ez−Contrastにより行なったものである。
【0195】
図28より、一次集光により平行化フィルムの大角度での透過成分が劇的に減少し、不愉快な着色を除去することができていることが認められる。一次集光部(X)により光源からの50°以上の角度での出射光線が減少し、二次集光素子(Y)を通過する光線が無くなり、中央の二次集光部分のみ残る。すなわち正面のみ明るく見えて斜め方向は漆黒で着色は見えない。
【0196】
実施例1
(二次集光素子(Y)の作製)
二次集光素子(Y)として、偏光の選択反射の波長帯域が互いに重なる2枚の直線偏光型反射偏光子(a2)の間に、位相差板(b1)を有し、位相差板(b1)の両側には、正面位相差が略λ/4である層(b2)を有する偏光素子を用いた。
【0197】
直線偏光型反射偏光子(a2)としては、3M製のDBEFを用いた。位相差板(b1)は、参考例3におけるネガティブCプレートの作製法に準じて作製した。得られたネガティブCプレート(b1)は厚み8μm、位相差を測定したところ、550nmの波長の光に対して正面方向では0nm、30°傾斜させた時の位相差は約220nm(>λ/4)であった。このネガティブCプレートをサンドイッチする位相差板(b2)として日東電工製NRFフィルム(正面位相差140nm)を用い、上下の直線偏光型反射偏光子(a2)に対して、各々の軸と45°(−45°)の角度で貼り合わせ、5枚を積層した。積層は透光性アクリル系粘着材(日東電工製NO.7,25μm厚)にて貼り合わせた。
【0198】
(一次集光部(X)を有するバックライトシステム)
一次集光部(X)を有するバックライトシステム(BLS)として、表面にマイクロプリズムアレイを作製した断面ウエッジ型アクリル導光体・サイドライト型バックライト(IBM製ノートPC ThinkPadより取り出し)を用いた。一次集光部(X)を有するバックライトシステム(BLS)は、光源からの出射光を、正面方向に対して、±50°以内に1次集光していた。
【0199】
(二次集光素子(Y)の集光特性)
図29に示すグラフは、図19の構造にて二次集光素子(Y)である偏光素子(A)単独による集光特性を測定したものである。図29に示すグラフには正面方向に対して、±50°以上の外側で漏れ光線が認められる。なお、図19の構造において、光源(L)は、ハクバ製ライトボックス(直下型バックライト,拡散光源)を用いた。
【0200】
(集光システム)
前記一次集光部(X)を有するバックライトシステム(BLS)と、二次集光素子(Y)を、図20の構造にて配置した。図30は、図20の構造にて集光特性を計測したものである。
【0201】
図30から、一次集光により平行化フィルムの大角度での透過成分が劇的に減少し、不愉快な着色を除去することができていることが認められる。
【0202】
比較例
集光フィルムとして、参考例2のコレステリック液晶バンドパスフィルターを用いた。ドット印刷された導光板上に配置した。集光特性は図2に示す通りであり、副次透過の強いピークが見られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 偏光素子(A)の平行光化の基本原理の一例を示す概念図である。
【図2】 図1、3、4、6、8に示す、各光線の状態を説明するものである。
【図3】 直線偏光の円偏光化を示す概念図である。
【図4】 偏光素子(A)の平行光化の基本原理の一例を示す概念図である。
【図5】 直線偏光型反射偏光素子(a2)を用いた平行光化の各層の配置角度を示す一例である。
【図6】 偏光素子(A)の平行光化の基本原理の一例を示す概念図である。
【図7】 直線偏光型反射偏光素子(a2)を用いた平行光化の各層の配置角度を示す一例である。
【図8】 偏光素子(A)の平行光化の基本原理の一例を示す概念図である。
【図9】 直線偏光型反射偏光素子(a2)を用いた平行光化の各層の配置角度を示す一例である。
【図10】 モアレの直接解を示す概念図である。
【図11】 本発明の集光システムの概略図の一例である。
【図12】 本発明の集光システムの概略図の一例である。
【図13】 本発明の透過型液晶表示装置の概略図の一例である。
【図14】 本発明の透過型液晶表示装置の概略図の一例である。
【図15】 参考例1、2において、二次集光素子(Y)単独による集光特性を測定したときの透過型液晶表示装置の概略図である。
【図16】 参考例1、2の透過型液晶表示装置の概略図である。
【図17】 参考例3において、二次集光素子(Y)単独による集光特性を測定したときの透過型液晶表示装置の概略図である。
【図18】 参考例3の透過型液晶表示装置の概略図である。
【図19】 実施例1において、二次集光素子(Y)単独による集光特性を測定したときの透過型液晶表示装置の概略図である。
【図20】 実施例1の透過型液晶表示装置の概略図である。
【図21】 参考例2の二次集光素子(Y)単独による集光特性を示すグラフである。
【図22】 参考例1の二次集光素子(Y)の波長特性を示すグラフである。
【図23】 参考例1の二次集光素子(Y)単独による集光特性を示すグラフである。
【図24】 参考例1の、一次集光部(X)を有するバックライトシステムと、二次集光素子(Y)を組み合わせた場合の集光特性を示すグラフである。
【図25】 参考例2の二次集光素子(Y)の波長特性を示すグラフである。
【図26】 参考例2の、一次集光部(X)を有するバックライトシステムと、二次集光素子(Y)を組み合わせた場合の集光特性を示すグラフである。
【図27】 参考例3の二次集光素子(Y)の集光特性を示す図である。
【図28】 参考例3の、一次集光部(X)を有するバックライトシステムと、二次集光素子(Y)を組み合わせた場合の集光特性を示す図である。
【図29】 実施例1の二次集光素子(Y)の集光特性を示すグラフである。
【図30】 実施例1の、一次集光部(X)を有するバックライトシステムと、二次集光素子(Y)を組み合わせた場合の集光特性を示すグラフである。
【符号の説明】
X 一次集光部
Y 二次集光素子
L 光源
BLS バックライトシステム
a1 円偏光型反射偏光子
a2 直線偏光型反射偏光子
b 位相差層
A 偏光素子
B λ/4板
LC 液晶セル
PL 偏光板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light collection system and a transmissive liquid crystal display device.
[0002]
[Prior art]
An optical film having an angle dependency with respect to transmittance and reflectance, such as a vapor deposition type bandpass filter using Brewster angle (for example, see Patent Document 1) and selective reflection characteristics of cholesteric liquid crystal utilizing Bragg reflection. (For example, refer
[0003]
In addition, parallelism of these methods can be designed with high parallelism, and it is possible to collect and collimate light in a narrow range of ± 20 ° or less from the front direction. This is a difficult level with a single backlight system using a conventional prism sheet or microdot array.
[0004]
However, the shielding rate of these light-collecting films was not perfect, and residual transmitted light in an oblique direction was observed. If the wavelength band to be shielded is narrow, secondary transmission appears in an oblique direction, which is lost due to the oblique direction being lost, and problems such as coloring may occur due to different transmittance for each wavelength. there were.
[0005]
For example, in the case of a bright line type condensing element using a combination of a band pass filter and a bright line type light source, only the front side transmits the necessary bright line and shields in an oblique direction, but there are three wavelengths to be transmitted. However, there is a problem in that the region that transmits green light shifts to the blue bright line region and transmits blue light. In addition, there is a problem that a region that transmits red light shifts to a green bright line region and transmits green.
[0006]
In addition, condensing and collimating light using a bright line light source and an interference film bandpass filter has been proposed (see, for example,
[0007]
The total reflection type condensing element by the combination of the reflective polarizer and the retardation plate is not affected by the bright line. However, there is the same problem as the bright line type condensing element in that the blue shift of the reflection characteristic occurs when the incident angle becomes large. In order to maintain sufficient shielding, the reflection characteristic in the infrared region at the time of front incidence Needed performance with Furthermore, the reflective polarizer needs to function over the entire wavelength band so as to cover the characteristics of the retardation plate sandwiched therebetween.
[0008]
Due to these problems, the above-mentioned two kinds of light condensing elements alone could not sufficiently cut incident light from a large angle. Therefore, unpleasant coloring was seen because the wavelength characteristics of the transmissive components were uneven.
[0009]
It is possible to shield the side transmission with the design of the light collecting film. However, when it is realized with a multilayer laminated structure of materials having different refractive indexes and phase differences, the number of laminated layers increases, resulting in a cost increase. Further, when realized with cholesteric liquid crystal, the thickness of the liquid crystal layer is increased, which increases the cost. In addition to these cost increases, there was a concern about reliability caused by internal residual stress due to an increase in the thickness of the optical functional layer and an adverse effect on the appearance.
[0010]
[Patent Document 1]
German Patent Application Publication No. 3836955
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-158289
[Patent Document 3]
JP-A-6-235900
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-321025
[Patent Document 5]
US Pat. No. 4,984,872
[Patent Document 6]
US Patent Application Publication No. 2002/36735
[Patent Document 7]
US Pat. No. 6,307,604
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to provide a light collecting system that can effectively shield the omission in an oblique direction, suppress unpleasant coloring, have a good display, and can reduce the cost. .
[0012]
Furthermore, it aims at providing the transmissive | pervious liquid crystal display device using the said condensing system.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found the following transmissive liquid crystal display device and have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
[0015]
The present invention includes a light source and a backlight system having a primary condensing unit (X) that can condense emitted light from the light source within ± 60 ° with respect to the front direction.
And a light collection system containing a light collection film having no pattern structure as a secondary light collection element (Y),
A condensing film used as a secondary condensing element (Y) has a retardation layer (b) disposed between at least two reflective polarizers (a) in which the wavelength bands of selective reflection of polarized light overlap each other. A polarizing element (A),
The reflective polarizer (a) is a linearly polarized reflective polarizer (a2) that transmits one of orthogonal linearly polarized light and selectively reflects the other, and
The retardation layer (b) has a retardation layer (b1) having a front phase difference (normal direction) of substantially zero and λ / 4 or more with respect to incident light incident with an inclination of 30 ° or more with respect to the normal direction. Have
On both sides of the retardation layer (b1), there is a layer (b2) having a front phase difference of approximately λ / 4 between the linearly polarized reflective polarizer (a2) and
The incident-side layer (b2) is at an angle of 45 ° (−45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the incident-side linearly polarized reflective polarizer (a2).
The exit side layer (b2) is at an angle of −45 ° (+ 45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the output side linearly polarized reflective polarizer (a2).
The incident-side layer (b2) and the emission-side layer (b2) have an arbitrary angle between the slow axes of each other.
It is related with the condensing system characterized by arranging.
[0016]
The present invention includes a light source and a backlight system having a primary condensing unit (X) that can condense emitted light from the light source within ± 60 ° with respect to the front direction.
And a light collection system containing a light collection film having no pattern structure as a secondary light collection element (Y),
A condensing film used as a secondary condensing element (Y) has a retardation layer (b) disposed between at least two reflective polarizers (a) in which the wavelength bands of selective reflection of polarized light overlap each other. A polarizing element (A),
The reflective polarizer (a) is a linearly polarized reflective polarizer (a2) that transmits one of orthogonal linearly polarized light and selectively reflects the other, and
The retardation layer (b) has two biaxial retardation layers (b3) having a front retardation of approximately λ / 4 and an Nz coefficient of 2 or more,
In the incident side layer (b3), the slow layer axis direction is at an angle of 45 ° (−45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) on the incident side.
The outgoing layer (b3) has a slow layer axis direction of −45 ° (+ 45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) on the outgoing side,
The incident-side layer (b3) and the emission-side layer (b3) have an arbitrary angle formed by their slow axes,
It is related with the condensing system characterized by arranging.
[0017]
The present invention includes a light source and a backlight system having a primary condensing unit (X) that can condense emitted light from the light source within ± 60 ° with respect to the front direction.
And a light collection system containing a light collection film having no pattern structure as a secondary light collection element (Y),
A condensing film used as a secondary condensing element (Y) has a retardation layer (b) disposed between at least two reflective polarizers (a) in which the wavelength bands of selective reflection of polarized light overlap each other. A polarizing element (A),
The reflective polarizer (a) is a linearly polarized reflective polarizer (a2) that transmits one of orthogonal linearly polarized light and selectively reflects the other, and
The retardation layer (b) has a biaxial retardation layer (b4) having a front retardation of approximately λ / 2 and an Nz coefficient of 1.5 or more,
The slow axis direction of the incident side layer is at an angle of 45 ° (−45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) on the incident side,
The slow axis direction of the outgoing layer is at an angle of −45 ° (+ 45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) on the outgoing side,
The polarization axes of the two linearly polarized reflective polarizers (a2) are substantially orthogonal,
It is related with the condensing system characterized by arranging.
[0018]
In the light collecting system, examples of the backlight system having the primary light collecting part (X) include a light source and a microprism sheet array disposed on the light source.
[0019]
In the light collecting system, the backlight system having the primary light collecting portion (X) includes a microprism processing light guide combined with a light source.
[0020]
In the light condensing system, the backlight system having the primary light condensing part (X) includes a microdot processed light guide combined with a light source.
[0021]
In the said condensing system, since it does not have a pattern structure as a condensing film used as a secondary condensing element (Y), the said condensing film is applied to a liquid crystal cell, and it is from the surface side (viewing side). When optically observed, it is preferable that regular patterns of other optical members, moire and interference fringes do not occur.
[0029]
The present invention provides the aboveThe light collection system described,
A liquid crystal cell through which the collimated light beam is transmitted;
A polarizing plate disposed on both sides of the liquid crystal cell;
A transmissive liquid crystal display device containing at leastAbout.
[0030]
(Function)
The condensing system collects the light emitted from the light source more than the primary condensing unit (X) and the backlight system having the primary condensing unit (X) within ± 60 ° with respect to the front direction. By combining the secondary condensing element (Y) with strong narrowing down, the transmission component at a large angle is dramatically reduced, and unpleasant coloring can be removed.
[0031]
Generally, a secondary condensing element using a secondary condensing element (Y) combining a bright line type light source and an interference filter, or a polarizing element (A) combining a reflective polarizer (a) and a retardation layer (b) ( The secondary transmission of Y) occurs at a large angle when viewed from the normal direction. Therefore, in the present invention, as shown in FIGS. 11 and 12, a light condensing system in which a backlight system (BLS) having a primary light condensing part (X) and a secondary light condensing element (Y) are combined. In FIG. 11, the primary condensing part (X) is provided separately from the light source (L). A prism sheet etc. are mention | raise | lifted as a primary condensing part (X) shown in FIG. In FIG. 12, the primary condensing part (X) is incorporated in the light source (L) to form a backlight (BLS). With this primary condensing part (X), the primary condensing of the emitted light from a light source is performed, and the incident light ray from the diagonal large angle is reduced. Thereby, the secondary condensing element (Y) becomes difficult to be affected by the leaked light in the region where the shielding ability is insufficient, and it is possible to reduce unpleasant coloring in an oblique direction. Moreover, by the secondary condensing by the secondary condensing element (Y), in the region of high parallelism near the front, it is further narrowed down from the primary condensed light, and high purity parallel light can be obtained. 13 and 14 show a transmissive liquid crystal display device using the condensing system shown in FIGS. Polarizing plates (PL) are disposed on both sides of the liquid crystal cell (LC). The said condensing system is arrange | positioned so that a secondary condensing element (Y) may become a liquid crystal cell (LC) side. In FIGS. 13 and 14, the secondary condensing element (Y) is bonded to the liquid crystal cell (LC).
[0032]
In general, the conventional primary condensing means has a pattern structure, and the condensing range is condensing up to about ± 50 °, and beyond that, it is difficult to stop sharply. On the other hand, the secondary condensing means was sharply squeezed, but secondary peak leakage was observed.
[0033]
In the condensing system of the present invention, the primary condensing required for the primary condensing part (X) is within ± 60 °, more desirably within ± 50 °. This is because, as shown in FIG. 21, the secondary transmission of the condensing film used as the secondary condensing element (Y) generally appears at 60 to 70 °. By combining a light source that does not substantially generate outgoing light at an angle at which this secondary transmission component is generated, the secondary transmission is effectively shielded and is outside the display viewing angle range originally required for secondary transmission. The emitted light can be reused efficiently. In addition, the graph shown in FIG. 21 measured the condensing characteristic at the time of using the cholesteric liquid crystal band pass filter as described in Example 2 as a secondary condensing element (Y) in the structure of FIG. is there. The same liquid crystal cell (LC), light source (L), and polarizing plate (PL) as those in Example 2 were used. In addition, the measurement of a condensing characteristic measures an emitted light characteristic by Ez-Contrast made from ELDIM. The vertical axis in FIG. 21 represents luminance (candela), and the horizontal axis represents the angle of light emitted from the light source with respect to the front direction. All the measurement of the condensing characteristic in this invention is measured by this measuring method.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The condensing system of this invention has a backlight system which has a light source (L) and a primary condensing part (X). As the light source (L), either a direct type backlight or a side type backlight can be adopted. The side type backlight has a light guide plate. The primary condensing part (X) may be arrange | positioned on the light source (L) and may be integrated in the light source (L).
[0035]
Examples of the primary condensing unit (X) include a microprism sheet array. Further, a microprism processed light guide combined with a light source, a microdot processed light guide combined with a light source, and the like can be given. Moreover, these can be combined. Specifically, as a backlight system having a primary condensing unit (X), for example, a micro prism array / micro dot array is engraved on the surface of a wedge-shaped light guide, and the range of emitted light is narrowed to the vicinity of the front. A backlight system in which the outgoing light beam is narrowed in the front direction by a highly directional light guide plate or a microprism sheet is preferably used.
[0036]
The backlight system having the primary condensing part (X) is not particularly limited as long as it has a characteristic of condensing emitted light from the light source within ± 60 ° with respect to the front direction. Therefore, if the backlight system having the primary condensing part (X) has the above condensing characteristics, the type of the light source, the kind of the light guide plate, the prism condensing sheet serving as the primary condensing part (X), etc. There is no particular limitation on the material and the like, and the arrangement and the like can be appropriately set.
[0037]
Whether or not the backlight system having the primary condensing part (X) has the characteristic of condensing the emitted light from the light source within ± 60 ° with respect to the front direction is determined as follows. . That is, for a backlight system having a primary condensing part (X), the condensing characteristics are measured in the same manner as described above (however, the primary condensing part (X) is used instead of the secondary condensing element (Y)). Do). And about the luminance value when the angle with respect to the front direction of the emitted light is changed, the maximum luminance value in the front direction is used as a reference, and the angle that decreases to half of the value is within a range of ± 60 °, The light is condensed within ± 60 °.
[0038]
On the other hand, as the condensing film used as the secondary condensing element (Y), a film having no pattern structure is used. Since the condensing film does not have a pattern structure, when the condensing film is applied to a liquid crystal cell and optically observed from the surface side (viewing side), the regular pattern and moire of other optical members are observed. And no interference fringes.
[0039]
When the condensing film used as the secondary condensing element (Y) is optically observed from the surface side (viewing side), it is determined whether or not the regular pattern of other optical members and moire or interference fringes are generated. For example, with respect to a member in which a polarizing plate is bonded to both sides of a liquid crystal cell (TFT-liquid crystal display cell) and the condensing film is further bonded to the backlight side, the member is rotated and determined by visual observation. be able to.
[0040]
The light collecting film used as the secondary light collecting element (Y) is not particularly limited in material and method..When the type of light source is not limited, the light condensing film includes a retardation layer (b) between at least two reflective polarizers (a) in which the wavelength bands of selective reflection of polarized light overlap each other. Using the arranged polarizing element (A)TheIn addition,this isBoth are optical systems in which secondary transmission occurs in the vicinity of 60 to 70 °, but secondary transmission can be prevented by the structure of the present invention.For example, when combined with a light source having an emission line spectrum, a bandpass filter is used as the condensing film..
[0041]
Bandpass filters include vapor-deposited multilayer film bandpass filters, cholesteric liquid crystal bandpass filters, bandpass filters made of stretched films of multilayer laminated extruded substrates of resin materials with different refractive indexes, and multilayer thin films of resin materials with different refractive indexes. A bandpass filter made of a precision coated film is preferably used.
[0042]
Below, a polarizing element (A) is demonstrated. When the polarizing element (A) is used, the mechanism of simultaneous expression of the light condensing property and the luminance improvement will be described below with the ideal model as follows.
[0043]
Figure 1 shows the applicationTake a reference example,It is explanatory drawing which shows the principle at the time of using a circularly polarized light type | mold reflective polarizer (a1) as a reflective polarizer (a). In FIG. 1, as the polarizing element (A), the circularly polarized reflective polarizer (a1), the retardation layer (b1), and the circularly polarized reflective polarizer (a1) are arranged in this order from the backlight side (lower side). Has been.
[0044]
The operation principle is as 1) to 3).
1) A circularly polarized reflective polarizer (a1) that separates polarized light by reflection separates incident light into transmitted light and reflected light according to the direction of polarization. Therefore, there is no absorption loss.
2) A special retardation plate (b1) having a front phase difference of substantially zero and a phase difference in the oblique direction is used, and incident light rays on the front side are allowed to pass through.
3) The incident light in the oblique direction is not absorbed but returned as reflected light. The reflected light is repeatedly reflected until it becomes a transmitted light beam.
[0045]
The retardation plate (b1) used here is generally called a negative C plate (negative retardation plate) or a positive C plate (positive retardation plate). These retardation plates (b1) have a property that the phase difference is close to 0 in the vertical direction (normal direction), and a phase difference is generated when tilted. As a typical negative C plate, specifically, a biaxially stretched polycarbonate film, a polyethylene terephthalate film, or a film having a selective reflection wavelength band shorter than visible light or a discotic liquid crystal is parallel to the surface. Examples thereof include an oriented film or a film obtained by in-plane orientation of an inorganic crystal compound having a negative retardation. A typical positive C plate is specifically a liquid crystal film having homeotropic alignment.
[0046]
The circularly polarized reflective polarizer (a1) has a cholesteric liquid crystal mainly oriented and a twist pitch adjusted so that the selective reflection wavelength band covers the visible light source / light source emission wavelength band (for example, the selective reflection center wavelength). A laminate of a plurality of different films, or a single layer fixed with a film whose pitch is changed in the thickness direction is used. As the circularly polarizing reflective polarizer (a1) disposed on both sides of the phase difference plate (b1) in FIG. 1, those having the same direction of transmitted circularly polarized light are preferably used.
[0047]
Since the circularly polarizing reflective polarizer (a1) and the retardation layer (b1) have almost no axis in the in-plane direction, they can be used without specifying the bonding direction. For this reason, the angle range for narrowing the collimated light has an isotropic / symmetric characteristic.
[0048]
In addition, although it demonstrates with drawing hereafter, in each figure, as shown in FIG. 2, (i) shows natural light, (ii) shows circularly polarized light, and (iii) shows linearly polarized light. (Ii) Circularly polarized light has opposite arrows in (ii) -1 and -2. This means that the direction of rotation is reversed. (Iii) -1 and -2 mean that the polarization axes are orthogonal to each other.
[0049]
The change of each light beam for collimation when the circularly polarized reflective polarizer (a1) is used as the reflective polarizer (a) shown in FIG. 1 will be described later.
1) Of the natural light (r1) supplied from the backlight, one that is perpendicularly incident on the circularly polarized reflective polarizer (a1) is polarized and separated into transmitted light (r3) and reflected light (r2). The transmitted light and the reflected light have opposite rotation directions of the circularly polarized light.
2) The transmitted light (r3) passes through the retardation layer (b1).
3) Further, the transmitted light (r4) passes through the circularly polarized reflective polarizer (a1).
4) The transmitted light (r5) is used for a liquid crystal display device disposed thereon.
5) On the other hand, among the natural light (r6) supplied from the backlight, the light incident obliquely on the circularly polarized reflective polarizer (a1) is polarized and separated into transmitted light (r8) and reflected light (r7). The The transmitted light and the reflected light have opposite rotation directions of the circularly polarized light.
6) The transmitted light (r8) is affected by the retardation when passing through the retardation layer (b1). When the phase difference value is given by ½ wavelength, the circularly polarized light turns in the opposite direction and becomes the opposite direction. Therefore, the rotation of the transmitted light (r8) is reversed after passing through the retardation layer (b1).
7) The transmitted light (r9) is emitted with its rotation reversed due to the influence of the phase difference.
8) The reversely transmitted light (r9) is reflected by the circularly polarized reflective polarizer (a1). It is known that the direction of rotation of circularly polarized light is generally reversed when reflected. ("Polarized light and its applications" by WA Shurcliff, Polarized Light: Production and Use, (Harvard University Press, Cambridge, Mass., 1966)). However, as an exception, it is known that the direction of rotation does not change in the case of reflection on a cholesteric liquid crystal layer. Here, since the reflection is performed on the cholesteric liquid crystal surface, the rotation direction of the circularly polarized light of the transmitted light (r9) and the reflected light (r10) does not change.
9) The reflected light (r10) is affected by the phase difference when passing through the phase difference layer (b1).
10) The rotation of the transmitted light (r11) is reversed due to the influence of the phase difference.
11) The transmitted light (r11) rotated in the reverse direction and returned in the same direction as the transmitted light (r8) passes through the circularly polarized reflective polarizer (a1).
12) The reflected light (r2, r7, r12) returns to the backlight side and is recycled. These return rays are reflected repeatedly until they become rays that can be transmitted in the vicinity of the normal direction of the polarizing element (A) while changing the direction of travel and the direction of polarization at random with a diffuser arranged in the backlight. Contribute to improvement.
13) Since the transmitted circularly polarized light (r5) can be converted into linearly polarized light by arranging a λ / 4 plate, it can be used without causing absorption loss in the liquid crystal display device.
[0050]
Regarding the transmittance and reflectance of the circularly polarizing reflective polarizer (a1) using cholesteric liquid crystal, the wavelength characteristic of the transmitted light is shifted to the short wavelength side with respect to the incident light in the oblique direction. Therefore, in order to sufficiently function for light incident at a deep angle, it is necessary to have sufficient polarization characteristics / phase difference characteristics on the long wavelength side outside the visible light region. Ideally and theoretically, the retardation layer (b1) used in this system should have a phase difference of exactly ½ wavelength in an oblique direction. The element (a1: cholesteric liquid crystal layer) has some properties as a negative retardation plate. Therefore, in order to obtain the function of the present invention, the retardation layer (b1) can exhibit an optical function if it has a phase difference of about 1/8 wavelength or more in an oblique direction.
[0051]
When the reflective polarizer (a) is a linearly polarized reflective polarizer (a2), for example, when a C plate (retardation layer (b1)) is used alone as the retardation layer (b), the C plate The optical axis for a light beam incident on the lens from an oblique direction is always orthogonal to the light beam direction. Therefore, no phase difference is manifested and polarization conversion is not performed. Therefore, when the linearly polarized reflective polarizer (a2) is used, the slow axis direction is at an angle of 45 ° or −45 ° with respect to the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) on both sides of the C plate. A λ / 4 plate (b2) having As a result, the linearly polarized light is converted into circularly polarized light by the λ / 4 plate (b2), then converted to reverse circularly polarized light by the phase difference of the C plate, and the circularly polarized light is again converted to linearly polarized light by the λ / 4 plate (b2). Can be converted.
[0052]
FIG. 3 is a conceptual diagram in which natural light is polarized and separated into linearly polarized light by the linearly polarized reflective polarizer (a2) and further converted to circularly polarized light by the λ / 4 plate (b2).
[0053]
FIG. 4 is a conceptual diagram in the case where a linearly polarized reflective polarizer (a2) is used as the reflective polarizer (a). In FIG. 4, as the polarizing element (A), from the backlight side (lower side), the linearly polarized reflective polarizer (a2), the λ / 4 plate (b2), the retardation layer (b1), the λ / 4 plate ( b2), linearly polarized reflective polarizers (a2) are arranged in this order.
[0054]
FIG. 5 is an example of the bonding angle of each film in the parallel light system shown in FIG. The double-headed arrow shown in the linearly polarized reflective polarizer (a2) is the polarization axis, and the double-headed arrow shown in the λ / 4 plate (b2) is the slow axis. C plate: on both sides of the retardation layer (b1), the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) and the slow axis of the λ / 4 plate (b2) are at an angle of 45 ° (−45 °) ± 5 Arranged at °. These combinations are shown as set1 and set2, respectively. The angle formed by the axes of the λ / 4 plate (b2) on the incident side and the emission side is arbitrary.
[0055]
If the
[0056]
The change of each light beam for collimation shown in FIGS. 4 and 5 will be described later.
1) Part of the natural light (r14) supplied from the backlight is perpendicularly incident on the linearly polarized reflective polarizer (a2).
2) The linearly polarized reflective polarizer (a2) transmits linearly polarized light (r15) and reflects linearly polarized light (r16) in the orthogonal direction.
3) The linearly polarized light (r15) is transmitted through the λ / 4 plate (b2) and converted to circularly polarized light (r17).
4) Circularly polarized light (r17) passes through the retardation layer (b1).
5) Circularly polarized light (r18) is transmitted through the λ / 4 plate (b2) and converted to linearly polarized light (r19).
6) The linearly polarized light (r19) passes through the linearly polarized reflective polarizer (a2).
7) The linearly polarized light (r20) is incident on the liquid crystal display device disposed thereon and transmitted without loss.
8) On the other hand, part of the natural light (r21) supplied from the backlight is obliquely incident on the linearly polarized reflective polarizer (a2).
9) The linearly polarized reflective polarizer (a2) transmits linearly polarized light (r22) and reflects linearly polarized light (r23) in the orthogonal direction.
10) The linearly polarized light (r22) passes through the λ / 4 plate (b2) and is converted to circularly polarized light (r24).
11) When passing through the retardation layer (b1), the circularly polarized light (r24) receives a half-wave phase difference, and its rotation is reversed.
12) The reversed circularly polarized light (r25) is transmitted through the λ / 4 plate (b2) and converted into linearly polarized light (r26).
13) The linearly polarized light (r26) is reflected by the linearly polarized reflective polarizer (a2) and becomes linearly polarized light (r27).
14) The linearly polarized light (r27) passes through the λ / 4 plate (b2) and is converted into circularly polarized light (r28).
15) When passing through the retardation layer (b1), the circularly polarized light (r28) receives a phase difference of ½ wavelength, and its rotation is reversed.
16) The reversed circularly polarized light (r29) is transmitted through the λ / 4 plate (b2) and converted to linearly polarized light (r30).
17) The linearly polarized light (r30) passes through the linearly polarized reflective polarizer (a2).
18) The reflected light (r16, r23, r31) is returned to the backlight side and recycled.
[0057]
Theoretically in an ideal system, the angle formed by the slow axis of the λ / 4 plate (b2) described here and the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) is 45 °. The characteristics of the actual linearly polarized reflective polarizer (a2) and the λ / 4 plate (b2) are not perfect in the visible light range, and there are subtle changes depending on the wavelength. If this is ignored and lamination is performed at 45 °, coloring may be observed.
[0058]
Therefore, if the color tone is compensated by slightly changing the angle, the entire system can be rationally optimized. On the other hand, when the angle is greatly deviated, other problems such as a decrease in transmittance occur. Therefore, in reality, it is desirable to stop the adjustment within a range of about ± 5 degrees.
[0059]
The transmittance and reflectance of the linearly polarized reflective polarizer (a2) is that the wavelength characteristic of the transmitted light shifts to the short wavelength side with respect to the incident light in the oblique direction. The circularly polarized reflective polarizer using cholesteric liquid crystal Same as (a1). Therefore, in order to function sufficiently for light rays incident at a deep angle, it is necessary to have sufficient polarization characteristics / phase difference characteristics on the long wavelength side outside the visible light region.
[0060]
The linearly polarized reflective polarizer (a2) has a smaller negative phase difference characteristic than the cholesteric liquid crystal. Therefore, the phase difference in the oblique direction (30 ° inclination) of the retardation layer (b1) sandwiched between the linearly polarized reflective polarizers (a2) is the same as that of the circularly polarized reflective polarizer (a1) using cholesteric liquid crystal. It is slightly larger than the case, and a quarter wavelength or more is preferable.
[0061]
In addition to the above, when the reflective polarizer (a) is a linearly polarized reflective polarizer (a2), the C plate: retardation layer (b1) is sandwiched between two λ / 4 plates (b2). Instead of using a structure, it is also possible to arrange two biaxial retardation layers (b3) having a front phase difference of about λ / 4 and a thickness direction retardation of about λ / 2 or more. An effect can be obtained. Such a biaxial retardation layer (b3) satisfies the above requirements if the Nz coefficient is 2 or more.
[0062]
FIG. 6 is a conceptual diagram in the case where the linearly polarized reflective polarizer (a2) is used as the reflective polarizer (a) and the biaxial retardation layer (b3) is used. In FIG. 6, as the polarizing element (A), from the backlight side (lower side), the linearly polarized reflective polarizer (a2), the biaxial retardation layer (b3), the biaxial retardation layer (b3), Linearly polarized reflective polarizers (a2) are arranged in order.
[0063]
FIG. 7 is an example of the bonding angle of each film in the parallel light system shown in FIG. The double-headed arrow shown in the linearly polarized reflective polarizer (a2) is the polarization axis, and the double-headed arrow shown in the retardation layer (b1) is the slow axis. The polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) and the slow axis of the biaxial retardation layer (b3) are arranged at an angle of 45 ° (−45 °) ± 5 °. These combinations are shown as set1 and set2, respectively.
[0064]
For easy explanation of the optical path, an example is shown in which the polarization axes of the upper and lower linearly polarizing reflective polarizers (a2) are parallel and the slow axes of the biaxial retardation layer (b3) are orthogonal. The angle formed by the slow axes of the upper and lower biaxial retardation layers (b3) is arbitrary. If the
[0065]
The change of each light beam in the above example shown in FIGS. 6 and 7 will be described.
1) Part of natural light (r32) supplied from the backlight is perpendicularly incident on the linearly polarized reflective polarizer (a2).
2) The linearly polarized reflective polarizer (a2) transmits linearly polarized light (r33) and reflects linearly polarized light (r34) in the orthogonal direction.
3) The linearly polarized light (r33) is transmitted through two layers through the biaxial retardation layer (b3) having a front phase difference of approximately ¼ wavelength. Here, in the two upper and lower biaxial retardation layers (b3), since the slow axes of each are 90 ° orthogonal, the front phase difference is zero. Therefore, linearly polarized light (r35) passes through.
4) The linearly polarized light (r35) passes through the linearly polarized reflective polarizer (a2).
5) The linearly polarized light (r36) enters the liquid crystal display device and is transmitted without loss.
6) On the other hand, part of the natural light (r37) supplied from the backlight is obliquely incident on the linearly polarized reflective polarizer (a2).
7) The linearly polarized reflective polarizer (a2) transmits linearly polarized light (r38) and reflects linearly polarized light (r39) in the orthogonal direction.
8) The linearly polarized light (r38) is obliquely incident on the two biaxial retardation layers (b3). Since the biaxial retardation layer (b3) has a front retardation ¼ wavelength and an Nz coefficient of 2 or more, the biaxial retardation layer (b3) is transmitted through the two biaxial retardation layers (b3) due to a change in retardation in the thickness direction. In the linearly polarized light (r40), the polarization axis direction changes by 90 °.
9) The linearly polarized light (r40) is incident on the linearly polarized reflective polarizer (a2).
10) Since the directions of the polarization axes of the upper and lower linearly polarized reflective polarizers (a2) are the same, the linearly polarized light (r40) becomes reflected light (r41).
11) When the reflected light (r41) passes through the two biaxial retardation layers (b3), similarly to 8), it is affected by the phase difference and linearly polarized light (r42) whose polarization axis direction is rotated by 90 °. )
12) The linearly polarized light (r42) passes through the linearly polarized reflective polarizer (a2).
13) The reflected light (r34, r39, r43) is returned to the backlight side and recycled.
The polarizing element (A) shown in FIGS. 6 and 7 has a biaxial retardation layer (b3) having a front phase difference of approximately ¼ wavelength and an Nz coefficient of 2 or more. 4 and 5, almost the same as the case of using a three-layer laminate in which a C plate: retardation layer (b1) is sandwiched between two λ / 4 plates (b2). Can generate characteristics. Therefore, the number of stacked layers is small compared to the polarizing element (A) described above, and the productivity is slightly superior.
[0066]
Theoretically in an ideal system, the angle formed by the slow axis of the retardation layer (b3) described here and the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) is 45 °. The characteristics of the linearly polarized reflective polarizer (a2) and the retardation layer (b3) are not perfect in the visible light region, and have subtle changes depending on the wavelength. If this is ignored and lamination is performed at 45 °, coloring may be observed.
[0067]
Therefore, if the color tone is compensated by slightly changing the angle, the entire system can be rationally optimized. On the other hand, when the angle is greatly deviated, other problems such as a decrease in transmittance occur. Therefore, in reality, it is desirable to stop the adjustment within a range of about ± 5 °.
[0068]
The transmittance and reflectance of the linearly polarized reflective polarizer (a2) is that the wavelength characteristic of the transmitted light shifts to the short wavelength side with respect to the incident light in the oblique direction. The circularly polarized reflective polarizer using cholesteric liquid crystal Same as (a1). Therefore, in order to function sufficiently for light rays incident at a deep angle, it is necessary to have sufficient polarization characteristics / phase difference characteristics on the long wavelength side outside the visible light region.
[0069]
When the reflective polarizer (a) is a linearly polarized reflective polarizer (a2), the retardation layer (b) has a front phase difference of approximately λ / 2 and a thickness direction retardation of3λ / 4The same effect can be obtained by arranging the biaxial retardation layer (b4) as described above. Such a biaxial retardation layer (b4) has an Nz coefficient.ButIf it is 1.5 or more, the above requirement is satisfied.
[0070]
FIG. 8 is a conceptual diagram in the case where a linearly polarized reflective polarizer (a2) is used as the reflective polarizer (a) and a biaxial retardation layer (b4) is used. In FIG. 8, as the polarizing element (A), the linearly polarized reflective polarizer (a2), the biaxial retardation layer (b4), and the linearly polarized reflective polarizer (a2) are arranged from the backlight side (lower side). Arranged in this order.
[0071]
FIG. 9 is an example of the bonding angle of each film in the parallel light system shown in FIG. The double-headed arrow shown in the linearly polarized reflective polarizer (a2) is the polarization axis, and the double-headed arrow shown in the retardation layer (b4) is the slow axis. The upper and lower linearly polarized reflective polarizers (a2) are arranged so that their polarization axes are substantially orthogonal. The slow axis of the biaxial retardation layer (b4) and the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) are arranged at an angle of 45 ° (−45 °) ± 5 °.
[0072]
The change of each light beam in the above example shown in FIGS. 8 and 9 will be described.
1) Part of the natural light (r47) supplied from the backlight is perpendicularly incident on the linearly polarized reflective polarizer (a2).
2) The linearly polarized reflective polarizer (a2) transmits linearly polarized light (r48) and reflects linearly polarized light (r49) in the orthogonal direction.
3) The linearly polarized light (r48) passes through the biaxial retardation layer (b4) having a front phase difference of approximately ½ wavelength, is converted into linearly polarized light (r50), and the direction of the polarization axis is rotated by 90 °.
4) The linearly polarized light (r50) passes through the linearly polarized reflective polarizer (a2).
5) The transmitted linearly polarized light (r51) enters the liquid crystal display device and is transmitted without loss.
6) On the other hand, part of the natural light (r52) supplied from the backlight is obliquely incident on the linearly polarized reflective polarizer (a2).
7) The linearly polarized reflective polarizer (a2) transmits linearly polarized light (r53) and reflects linearly polarized light (r54) in the orthogonal direction.
8) The linearly polarized light (r53) is obliquely incident on the biaxial retardation layer (b4). The biaxial retardation layer (b4) has a front phase difference of approximately ½ wavelength and an Nz coefficient.1.5Because of the above, due to the influence of the retardation in the thickness direction, the direction of the polarization axis is transmitted by the linearly polarized light (r55) in the same state as the linearly polarized light (r53).
9) The transmitted linearly polarized light (r55) is reflected by the linearly polarized reflective polarizer (a2) and becomes reflected light (r56).
10) The reflected light (r56) is incident on the retardation layer (b4). This also passes through without changing the axial direction.
11) The transmitted linearly polarized light (r57) passes through the linearly polarized reflective polarizer (a2) and becomes linearly polarized light (r58).
12) The reflected light (r49, r54, r58) is returned to the backlight side and recycled.
[0073]
The polarizing element (A) shown in FIGS. 8 and 9 has a single biaxial retardation layer (b4) having a front phase difference of approximately ¼ wavelength and an Nz coefficient of 1.5 or more. When using a three-layer laminate having a structure in which a C plate: retardation layer (b1) is sandwiched between two λ / 4 plates (b2) as shown in FIGS. Can generate almost the same characteristics. Therefore, the number of stacked layers is small compared to the polarizing element (A) described above, and the productivity is slightly superior. Furthermore, the productivity is superior to the case of using a two-layer laminate as shown in FIGS.
[0074]
Theoretically in an ideal system, the angle formed by the slow axis of the retardation layer (b4) described here and the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) is 45 °. The characteristics of the linearly polarized reflective polarizer (a2) and the retardation layer (b4) are not perfect in the visible light region, and have subtle changes depending on the wavelength. If this is ignored and lamination is performed at 45 °, coloring may be observed.
[0075]
Therefore, if the color tone is compensated by slightly changing the angle, the entire system can be rationally optimized. On the other hand, when the angle is greatly deviated, other problems such as a decrease in transmittance occur. Therefore, in reality, it is desirable to stop the adjustment within a range of about ± 5 °.
[0076]
The transmittance and reflectance of the linearly polarized reflective polarizer (a2) is that the wavelength characteristic of the transmitted light shifts to the short wavelength side with respect to the incident light in the oblique direction. The circularly polarized reflective polarizer using cholesteric liquid crystal Same as (a1). Therefore, in order to sufficiently function for light incident at a deep angle, it is necessary to have sufficient polarization characteristics / phase difference characteristics on the long wavelength side outside the visible light region.
[0077]
As shown in FIGS. 1 to 9, the polarizing element (A) is an axially polarized light that is reflected by the two reflective polarizers (a) and is incident on the incident light at an incident angle of 30 ° from the normal direction. The polarizing element (A) has a total reflection function at an incident angle of 30 °, and does not transmit light rays near the incident angle of 30 °. Essentially, the polarizing element (A) has a high transmittance in a range of about ± 15 to 20 ° from the normal direction, and rays having an incident angle higher than that are reflected and reused. For this reason, the transmitted light from the light source concentrates within the above range, and is condensed and converted into parallel light.
[0078]
The collimated backlight obtained in this manner has a feature that it is thinner than the prior art and a light source with high parallelism can be easily obtained. In addition, since it is parallelized by polarized light reflection that has essentially no absorption loss, the reflected non-parallel light component returns to the backlight side, is scattered and reflected, and only the parallel light component in the recycled light is extracted. Repeatedly, substantially high transmittance and high light utilization efficiency can be obtained.
[0079]
The phase difference anisotropy control type collimating means used in the present invention does not visually recognize the in-plane fine structure when viewed from the surface direction by optical observation, and is used for a liquid crystal pixel, a black matrix, and a collimating means used for the collimating means. There is no interference with a film having a structure, an outermost glare-treated surface of a liquid crystal display device, and the like, and it does not cause moire.
[0080]
As shown in FIG. 10, the moire is a shading pattern having a lower frequency than the grating that is visually recognized when the gratings formed in different layers are superimposed at an angle.
[0081]
The pitch of moire fringes is given by the following
[Expression 1]
It is represented by In
[0082]
When the visibility of the moire fringes (V: visibility) is calculated with the maximum value Imax and the minimum value of the moire fringes intensity I obtained by superimposing different gratings in this way, the formula: V = (Imax−Imin) ) / (Imax + Imin). In order to reduce this contrast, it is desirable that the angle formed by the lattices is sufficiently large and close to orthogonal. However, it is difficult to satisfy the requirements when the number of layers having a lattice is three or more. Therefore, it can be seen that the reduction of the layer having the lattice structure is effective in suppressing the moire phenomenon.
[0083]
(Reflective polarizer (a))
It is desirable that total reflection is achieved with respect to light having a wavelength near 550 nm, which has high visibility from the viewpoint of improving luminance, and the selective reflection wavelength of the reflective polarizer (a) is at least in the wavelength region of 550 nm ± 10 nm. It is desirable that they overlap.
[0084]
For example, in a backlight using a wedge-type light guide plate often used in a liquid crystal display device, the angle of light emitted from the light guide plate is an angle of about 60 ° from the normal direction. The blue shift amount at this angle reaches about 100 nm. Therefore, when a three-wavelength cold-cathode tube is used for the backlight, the red emission line spectrum is 610 nm, so that the selective reflection wavelength needs to reach at least a longer wavelength than 710 nm. Since the selective reflection wavelength bandwidth necessary on the long wavelength side greatly depends on the angle and wavelength of the incident light from the light source as described above, the long wavelength end is arbitrarily set according to the required specifications.
[0085]
When the backlight light source emits only a specific wavelength, for example, in the case of a colored cold cathode tube, it is only necessary to shield only the bright line obtained.
[0086]
In addition, if the light emitted from the backlight is narrowed to the front direction to some extent by the design of microlenses, dots, prisms, etc. processed on the trending body surface, the transmitted light at a large incident angle can be ignored. The selective reflection wavelength does not have to be greatly extended to the long wavelength side. It can design suitably according to a combination member and a light source kind.
[0087]
From this point of view, the reflective polarizers (a) may be the same combination, or one may have reflection at all visible light wavelengths and the other may partially reflect.
[0088]
(Circularly polarized reflective polarizer (a1))
As the circularly polarized reflective polarizer (a1), for example, a cholesteric liquid crystal material is used. In the circularly polarized reflective polarizer (a1), the center wavelength of selective reflection is determined by λ = np (n is the refractive index of the cholesteric material, and p is the chiral pitch). For obliquely incident light, the selective reflection wavelength is blue-shifted, so that the overlapping wavelength region is preferably wider.
[0089]
In the case where the circularly polarized reflective polarizer (a1) is a cholesteric material, if the phase difference is zero or λ when the front phase difference is tilted by λ / 2 with the same concept even in a combination of different types (right twist and left twist) A similar polarizer can be obtained, but this is not preferable because problems such as anisotropy and coloring due to the azimuth angle of the inclined axis occur. From this point of view, combinations of the same type (right-twisted, left-twisted) are preferable, but coloring can be suppressed by canceling with a combination of upper and lower cholesteric liquid crystal molecules or C-plates having different wavelength dispersion characteristics. .
[0090]
Any suitable cholesteric liquid crystal may be used for the circularly polarizing reflective polarizer (a1), and there is no particular limitation. For example, a liquid crystal polymer exhibiting cholesteric liquid crystallinity at high temperature, a polymerizable liquid crystal obtained by polymerizing a liquid crystal monomer and, if necessary, a chiral agent and an alignment aid by irradiation with ionizing radiation such as an electron beam or ultraviolet light or heat, or a liquid crystal polymer thereof A mixture etc. are mention | raise | lifted. The liquid crystallinity may be either lyotropic or thermotropic, but is preferably a thermotropic liquid crystal from the viewpoint of ease of control and ease of formation of a monodomain.
[0091]
The cholesteric liquid crystal layer can be formed by a method according to a conventional alignment process. For example, rayon is formed by forming a film of polyimide, polyvinyl alcohol, polyester, polyarylate, polyamide imide, polyether imide, etc. on a support substrate having a birefringence retardation as small as possible such as triacetyl cellulose or amorphous polyolefin. Alignment film rubbed with cloth or SiO2 A substrate using an oblique deposition layer, a stretched substrate surface property such as polyethylene terephthalate or polyethylene naphthalate as an alignment film, or the substrate surface is treated with a fine abrasive such as rubbing cloth or bengara. A substrate having a fine irregularity having a fine alignment regulating force on the surface, or a substrate having an alignment film that generates a liquid crystal regulating force by light irradiation such as an azobenzene compound on the substrate film, etc. On the alignment film, the liquid crystal polymer is developed and heated to a temperature equal to or higher than the glass transition temperature and lower than the isotropic phase transition temperature, and the liquid crystal polymer molecules are cooled to a glass transition temperature below the glass transition temperature in a planar orientation state. Examples thereof include a method for forming a fixed solidified layer.
[0092]
Further, the structure may be fixed by irradiation of energy such as ultraviolet rays or ion beams at the stage where the alignment state is formed. The base material having a small birefringence may be used as it is as a liquid crystal layer support. In the case where the birefringence is large or the demand for the thickness of the polarizing element (A) is severe, the liquid crystal layer can be peeled off from the alignment substrate and used appropriately.
[0093]
The liquid crystal polymer film is formed by, for example, thinning a solution of a liquid crystal polymer in a solvent by spin coating, roll coating, flow coating, printing, dip coating, casting film formation, bar coating, or gravure printing. It can be carried out by a method of developing a layer and drying it as necessary. Examples of the solvent include chlorinated solvents such as methylene chloride, trichloroethylene, and tetrachloroethane; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone; aromatic solvents such as toluene; cyclic alkanes such as cycloheptane; or N -Methyl pyrrolidone, tetrahydrofuran, etc. can be used suitably.
[0094]
In addition, a heating melt of a liquid crystal polymer, preferably a heating melt exhibiting an isotropic phase, is developed according to the above, and a thin layer is further developed and solidified while maintaining the melting temperature as necessary. can do. This method is a method that does not use a solvent. Therefore, the liquid crystal polymer can be developed even by a method that provides good hygiene in the working environment. In developing the liquid crystal polymer, a superposition method of a cholesteric liquid crystal layer through an alignment film can be adopted as necessary for the purpose of thinning.
[0095]
Furthermore, if necessary, these optical layers can be peeled off from the supporting substrate / orienting substrate used at the time of film formation and transferred to other optical materials for use.
[0096]
(Linear polarization type reflective polarizer (a2))
As the linearly polarized reflective polarizer (a2), a grid-type polarizer, a multilayer thin film laminate of two or more layers made of two or more materials having a difference in refractive index, and a vapor deposited multilayer thin film having different refractive indexes used for a beam splitter, etc. , Two or more birefringent layer multilayer thin film laminates made of two or more materials having birefringence, two or more resin laminates using two or more resins having birefringence, stretched linearly polarized light For example, it may be separated by reflecting / transmitting in an orthogonal axial direction.
[0097]
For example, phase difference expression such as polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, materials that generate phase difference by stretching such as polycarbonate, acrylic resin typified by polymethyl methacrylate, norbornene resin typified by JSR Arton, etc. A resin obtained by uniaxially stretching a small amount of resin alternately as a multilayer laminate can be used.
[0098]
(Phase difference layer (b))
The retardation layer (b1) disposed between the circularly polarized reflective polarizer (a1) or the linearly polarized reflective polarizer (a2) has a substantially zero phase difference in the front direction and is 30 ° from the normal direction. It has a phase difference of λ / 8 or more with respect to incident light at an angle. Since the front phase difference is intended to maintain vertically incident polarized light, it is desirable that the front phase difference be λ / 10 or less.
[0099]
For incident light from an oblique direction, it is determined as appropriate depending on the angle at which it is totally reflected so as to be efficiently polarized and converted. For example, in order to achieve total reflection at an angle of about 60 ° from the normal line, the phase difference when measured at 60 ° may be determined to be about λ / 2. However, the transmitted light from the circularly polarized reflective polarizer (a1) changes its polarization state due to the C-plate-like birefringence of the circularly polarized reflective polarizer (a1) itself. The phase difference measured at that angle of the plate may be a value smaller than λ / 2. Since the phase difference of the C plate increases monotonously as the incident light is tilted, λ / 8 or more with respect to incident light at an angle of 30 ° as a guide for causing effective total reflection when tilted at an angle of 30 ° or more. Just have it.
[0100]
In the case where the polarizing element (A) of the present invention is designed to be able to effectively shield light having an incident angle of 30 ° from the front, the transmitted light is sufficiently transmitted in a region where the incident angle is approximately 20 °. It is falling. When limited to the light rays in this region, only the light rays in the region showing good display of a general TN liquid crystal display device are transmitted. It is used for enlarging the viewing angle in the present invention because it varies depending on conditions such as the type of liquid crystal in the cell, orientation state, pretilt angle, etc. of the TN liquid crystal display device used, but gradation inversion and rapid contrast deterioration do not occur. It becomes a standard. In order to narrow down to only the front light, the phase difference value of the phase difference layer may be set larger, or the phase difference value may be reduced and the narrowing down may be performed on the premise that the compensation phase difference plate is combined with the TN liquid crystal. .
[0101]
The material of the retardation layer (b1) is not particularly limited as long as it has the above optical characteristics. For example, a planar alignment state of a cholesteric liquid crystal having a selective reflection wavelength other than a visible light region (380 nm to 780 nm), a homeotropic alignment state of a rod-like liquid crystal, a columnar alignment or a nematic alignment of a discotic liquid crystal , A negative uniaxial crystal oriented in the plane, a biaxially oriented polymer film, and the like.
[0102]
As the C plate, for example, the C plate in which the planar alignment state of the cholesteric liquid crystal having a selective reflection wavelength other than the visible light region (380 nm to 780 nm) is fixed, the selective reflection wavelength of the cholesteric liquid crystal is colored in the visible light region, etc. It is desirable that there is no. Therefore, it is necessary that the selectively reflected light is not in the visible region. The selective reflection is uniquely determined by the cholesteric chiral pitch and the refractive index of the liquid crystal. Although the value of the center wavelength of selective reflection may be in the near-infrared region, it is more desirable to be in the ultraviolet region of 350 nm or less because it is affected by the optical rotation and a slightly complicated phenomenon occurs. The formation of the cholesteric liquid crystal layer is performed in the same manner as the formation of the cholesteric layer in the above-described reflective polarizer.
[0103]
The C plate with a fixed homeotropic alignment state is obtained by polymerizing a liquid crystalline thermoplastic resin or liquid crystal monomer exhibiting nematic liquid crystal properties at high temperature and, if necessary, an alignment aid by irradiation with ionizing radiation such as electron beams or ultraviolet rays or heat. A polymerizable liquid crystal or a mixture thereof is used. The liquid crystallinity may be either lyotropic or thermotropic, but is preferably a thermotropic liquid crystal from the viewpoint of ease of control and ease of formation of a monodomain. Homeotropic alignment is obtained, for example, by coating the birefringent material on a film on which a vertical alignment film (long-chain alkylsilane or the like) is formed, and expressing and fixing a liquid crystal state.
[0104]
As a C plate using discotic liquid crystal, a discotic liquid crystal material having a negative uniaxial property such as a phthalocyanine or triphenylene compound having an in-plane molecular spread as a liquid crystal material, a nematic phase or a columnar phase is used. It is expressed and fixed. Examples of the negative uniaxial inorganic layered compound are detailed in JP-A-6-82777.
[0105]
C plate using biaxial orientation of polymer film is a method of biaxially stretching a polymer film having positive refractive index anisotropy in a balanced manner, a method of pressing a thermoplastic resin, and cutting out from a parallel oriented crystal. It is obtained by a method.
[0106]
When the linearly polarized reflective polarizer (a2) is used, as the retardation layer (b1), the phase difference in the front direction is substantially zero, and the incident light at an angle of 30 ° from the normal direction is λ / Those having a phase difference of 4 or more are used. A method similar to that of the above-described circularly polarizing plate after linearly polarized light is once converted into circularly polarized light using a λ / 4 plate (b2) having a front phase difference of approximately λ / 4 on both sides of the retardation layer (b1). Can be collimated. In this case, the configuration cross section and the arrangement of each layer are as shown in FIG. 3, FIG. 4, and FIG. In this case, the angle formed between the slow axis of the λ / 4 plate (b2) and the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) is as described above, and the axial angle between the λ / 4 plates (b2) is arbitrary. Can be set.
[0107]
Specifically, a λ / 4 plate is used as the retardation layer (b2). As the λ / 4 plate, an appropriate retardation plate is used according to the purpose of use. The λ / 4 plate can control two or more kinds of retardation plates to control optical characteristics such as retardation. As the retardation plate, a birefringent film formed by stretching a film made of an appropriate polymer such as polycarbonate, norbornene resin, polyvinyl alcohol, polystyrene, polymethyl methacrylate, polypropylene, other polyolefins, polyarylate, polyamide, Examples thereof include an alignment film made of a liquid crystal material such as a liquid crystal polymer, and an alignment layer of the liquid crystal material supported by the film.
[0108]
A retardation plate that functions as a λ / 4 plate in a wide wavelength range such as a visible light region is, for example, a retardation layer that functions as a λ / 4 plate for light-colored light having a wavelength of 550 nm and a retardation that exhibits other retardation characteristics. It can be obtained by a method of superimposing a layer, for example, a retardation layer functioning as a half-wave plate. Therefore, the retardation plate disposed between the polarizing plate and the brightness enhancement film may be composed of one or more retardation layers.
[0109]
Further, the same effect can be obtained by arranging two biaxial retardation layers (b3) having a front phase difference of approximately λ / 4 and a thickness direction retardation of λ / 2 or more. . The biaxial retardation layer (b3) satisfies the above requirements if the Nz coefficient is approximately 2 or more. In this case, the configuration cross section and the arrangement of each layer are as shown in FIGS. In this case, the slow axis with respect to the biaxial retardation layer (b3) and the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) are as described above, and the axial angle between the biaxial retardation layers (b3). Can be set arbitrarily.
[0110]
The front phase difference of about λ / 4 is preferably within the range of about λ / 4 ± 40 nm, more preferably ± 15 nm, for light having a wavelength of 550 nm.
[0111]
The same effect can also be obtained by using one biaxial retardation layer (b4) having a front phase difference of approximately λ / 2 and a thickness direction retardation of λ / 2 or more. The biaxial retardation layer (b4) satisfies the above requirements if the Nz coefficient is approximately 1.5 or more. In this case, the configuration cross section and the arrangement of each layer are as shown in FIGS. In this case, the relationship between the axial angles of the upper and lower linearly polarizing reflective polarizers (a2) and the central biaxial retardation layer (b4) is an angle as specified and is uniquely determined.
[0112]
The front phase difference of approximately λ / 2 is preferably within the range of λ / 2 ± 40 nm, more preferably ± 15 nm, for light having a wavelength of 550 nm.
[0113]
Specifically, as the biaxial retardation layers (b3) and (b4), a biaxially stretched plastic material such as polycarbonate or polyethylene terephthalate, or a liquid crystal material is uniaxially oriented in the plane direction. A hybrid-oriented material further oriented in the thickness direction is used. A liquid crystal material in which the liquid crystal material is uniaxially homeotropically aligned is also possible, and is performed in the same manner as the method of forming the cholesteric liquid crystal. However, it is necessary to use a nematic liquid crystal material instead of a cholesteric liquid crystal.
[0114]
(Arrangement of diffuse reflector)
It is desirable to dispose a diffuse reflector on the lower side of the light guide plate as the light source (on the side opposite to the liquid crystal cell arrangement surface). The main component of the light beam reflected by the collimating film is an oblique incident component, and is regularly reflected by the collimating film and returned to the backlight direction. Here, when the reflector on the back side has high regular reflectivity, the reflection angle is preserved, and the light cannot be emitted in the front direction and becomes lost light. Accordingly, it is desirable to dispose a diffuse reflector in order to increase the scattering reflection component in the front direction without preserving the reflection angle of the reflected return beam.
[0115]
(Distribution plate arrangement)
It is also desirable to install an appropriate diffusion plate between the collimating film and the backlight source. This is because the light reuse efficiency is increased by scattering the incident and reflected light rays in the vicinity of the backlight light guide and scattering a part thereof in the vertical incident direction.
[0116]
The diffusion plate used can be obtained by a method of embedding fine particles having different refractive indexes in a resin, in addition to a surface irregularity shape. This diffusion plate may be sandwiched between the collimating film and the backlight, or may be bonded to the collimating film.
[0117]
When the liquid crystal cell having the collimated film attached thereto is disposed close to the backlight, there is a risk that Newton's ring may occur in the gap between the film surface and the backlight, but the light guide plate side surface of the collimated film in the present invention The occurrence of Newton rings can be suppressed by disposing a diffuser plate having surface irregularities on the surface. Moreover, you may form the layer which served as the uneven | corrugated structure and the light-diffusion structure in the surface itself of the collimating film in this invention.
[0118]
(Arrangement of viewing angle expansion layer)
The viewing angle expansion in the liquid crystal display device of the present invention diffuses a light beam with good display characteristics near the front surface obtained from the liquid crystal display device combined with a parallel light backlight, and is uniform within the entire viewing angle. It is obtained by obtaining good display characteristics.
[0119]
The viewing angle widening layer used here is a diffusion plate that does not substantially have backscattering. The diffusion plate can be provided by a diffusion adhesive material. The location is on the viewing side of the liquid crystal display device, but it can be used either above or below the polarizing plate. However, it is desirable to provide a layer as close to the cell as possible, such as between the polarizing plate and the liquid crystal cell, in order to prevent the deterioration of the contrast due to the influence of the blur of the pixel or the like or the slight remaining backscattering. In this case, a film that does not substantially eliminate polarized light is desirable. For example, a fine particle dispersion type diffusion plate as disclosed in JP-A Nos. 2000-347006 and 2000-347007 is preferably used.
[0120]
When the viewing angle widening layer is located outside the polarizing plate on the viewing side of the liquid crystal cell, the collimated light beam is transmitted from the liquid crystal cell to the polarizing plate. It is not necessary to use a board. In the case of an STN liquid crystal cell, it is only necessary to use a retardation film in which only the front characteristics are well compensated. In this case, since the viewing angle expansion layer has the air surface, it is possible to adopt a type based on the refraction effect due to the surface shape.
[0121]
On the other hand, in the case where a viewing angle widening layer is inserted between the polarizing plate and the liquid crystal cell, the light beam is diffused at the stage where it passes through the polarizing plate. In the case of a TN liquid crystal, it is necessary to compensate for the viewing angle characteristics of the polarizer itself. In this case, it is preferable to insert a retardation plate for compensating the viewing angle characteristics of the polarizing plate between the polarizing plate and the viewing angle widening layer. In the case of STN liquid crystal, it is preferable to insert a retardation plate that compensates for the viewing angle characteristics of the polarizing plate in addition to the front phase difference compensation of STN liquid crystal.
[0122]
In the case of a viewing angle widening film having a regular structure inside, such as a conventional microlens array film or hologram film, a microlens included in a black matrix of a liquid crystal display device or a conventional parallel light conversion system of a backlight Moire was likely to occur due to interference with a fine structure such as an array / prism array / louver / micromirror array. However, the collimated film in the present invention does not have a regular structure in the plane, and there is no regular modulation of the emitted light, so there is no need to consider compatibility with the viewing angle widening layer and the arrangement order. Accordingly, the viewing angle widening layer is not particularly limited and has a wide range of options as long as it does not cause interference / moire with the pixel black matrix of the liquid crystal display device.
[0123]
In the present invention, a light scattering plate as described in JP-A-2000-347006 and JP-A-2000-347007 has substantially no backscattering as a viewing angle expansion layer and does not cancel polarization. Those having a haze of 80% to 90% are preferably used. In addition, a hologram sheet, a microprism array, a microlens array, or the like can be used as long as it does not form interference / moire with the pixel black matrix of the liquid crystal display device even if it has a regular structure inside.
[0124]
(Lamination of each layer)
The layers may be stacked, but it is desirable to stack the layers using an adhesive or a pressure-sensitive adhesive from the viewpoints of workability and light utilization efficiency. In that case, the adhesive or pressure-sensitive adhesive is transparent, has no absorption in the visible light region, and the refractive index is preferably as close as possible to the refractive index of each layer from the viewpoint of suppressing surface reflection. From this viewpoint, for example, an acrylic pressure-sensitive adhesive can be preferably used. Each layer is separately formed into a monodomain in the form of an alignment film, etc., and sequentially laminated by a method such as transfer to a translucent substrate, an alignment film or the like for alignment without providing an adhesive layer, etc. It is also possible to form each layer as appropriate and form each layer directly in sequence.
[0125]
In each layer and (viscous) adhesive layer, particles are added to adjust the degree of diffusion as necessary to give isotropic scattering, UV absorbers, antioxidants, leveling during film formation A surfactant or the like can be appropriately added for the purpose of imparting property.
[0126]
(Other materials)
Note that the liquid crystal display device is manufactured by appropriately using various optical layers and the like according to a conventional method.
[0127]
Polarizing plates (PL) are arranged on both sides of the liquid crystal cell. The polarizing plates (PL) arranged on both sides of the liquid crystal cell are arranged so that the polarization axes are substantially orthogonal to each other. Further, the polarizing plate (PL) on the incident side is arranged so that the polarization axis direction thereof is aligned with the axial direction of linearly polarized light obtained by transmission from the light source side.
[0128]
In general, a polarizing plate having a protective film on one side or both sides of a polarizer is generally used.
[0129]
The polarizer is not particularly limited, and various types can be used. Examples of the polarizer include hydrophilic polymer films such as polyvinyl alcohol film, partially formalized polyvinyl alcohol film, and ethylene / vinyl acetate copolymer partially saponified film, and two colors such as iodine and dichroic dye. Examples thereof include polyene-based oriented films such as those obtained by adsorbing volatile substances and uniaxially stretched, polyvinyl alcohol dehydrated products and polyvinyl chloride dehydrochlorinated products. Among these, a polarizer composed of a polyvinyl alcohol film and a dichroic material such as iodine is preferable. The thickness of these polarizers is not particularly limited, but is generally about 5 to 80 μm.
[0130]
A polarizer obtained by dyeing a polyvinyl alcohol film with iodine and uniaxially stretching it can be produced by, for example, dying polyvinyl alcohol in an aqueous solution of iodine and stretching it 3 to 7 times the original length. If necessary, it can be immersed in an aqueous solution such as potassium iodide which may contain boric acid, zinc sulfate, zinc chloride and the like. Further, if necessary, the polyvinyl alcohol film may be immersed in water and washed before dyeing. In addition to washing the polyvinyl alcohol film surface with dirt and anti-blocking agents by washing the polyvinyl alcohol film with water, it also has the effect of preventing unevenness such as uneven coloring by swelling the polyvinyl alcohol film. is there. Stretching may be performed after dyeing with iodine, or may be performed while dyeing, or may be performed with dyeing after iodine. The film can be stretched in an aqueous solution of boric acid or potassium iodide or in a water bath.
[0131]
As a material for forming the transparent protective film provided on one or both sides of the polarizer, a material excellent in transparency, mechanical strength, thermal stability, moisture shielding property, isotropy and the like is preferable. For example, polyester polymers such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, cellulose polymers such as diacetyl cellulose and triacetyl cellulose, acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, styrene such as polystyrene and acrylonitrile / styrene copolymer (AS resin) -Based polymer, polycarbonate-based polymer and the like. Polyethylene, polypropylene, polyolefins having a cyclo or norbornene structure, polyolefin polymers such as ethylene / propylene copolymers, vinyl chloride polymers, amide polymers such as nylon and aromatic polyamide, imide polymers, sulfone polymers , Polyether sulfone polymer, polyether ether ketone polymer, polyphenylene sulfide polymer, vinyl alcohol polymer, vinylidene chloride polymer, vinyl butyral polymer, arylate polymer, polyoxymethylene polymer, epoxy polymer, or the above Polymer blends and the like are also examples of polymers that form the transparent protective film. The transparent protective film can also be formed as a cured layer of thermosetting or ultraviolet curable resin such as acrylic, urethane, acrylurethane, epoxy, or silicone.
[0132]
Moreover, the polymer film described in JP-A-2001-343529 (WO01 / 37007), for example, (A) a thermoplastic resin having a substituted and / or unsubstituted imide group in the side chain, and (B) a substitution in the side chain And / or a resin composition containing an unsubstituted phenyl and a thermoplastic resin having a nitrile group. A specific example is a film of a resin composition containing an alternating copolymer composed of isobutylene and N-methylmaleimide and an acrylonitrile / styrene copolymer. As the film, a film made of a mixed extruded product of the resin composition or the like can be used.
[0133]
Although the thickness of a protective film can be determined suitably, generally it is about 1-500 micrometers from points, such as workability | operativity, such as intensity | strength and handleability, and thin layer property. 1-300 micrometers is especially preferable, and 5-200 micrometers is more preferable.
[0134]
Moreover, it is preferable that a protective film has as little color as possible. Therefore, Rth = [(nx + ny) / 2−nz] · d (where nx and ny are the main refractive index in the plane of the film, nz is the refractive index in the film thickness direction, and d is the film thickness). A protective film having a retardation value in the film thickness direction of −90 nm to +75 nm is preferably used. By using a film having a thickness direction retardation value (Rth) of −90 nm to +75 nm, the coloring (optical coloring) of the polarizing plate caused by the protective film can be almost eliminated. The thickness direction retardation value (Rth) is more preferably −80 nm to +60 nm, and particularly preferably −70 nm to +45 nm.
[0135]
As the protective film, a cellulose polymer such as triacetyl cellulose is preferable from the viewpoints of polarization characteristics and durability. A triacetyl cellulose film is particularly preferable. In addition, when providing a protective film in the both sides of a polarizer, the protective film which consists of the same polymer material may be used by the front and back, and the protective film which consists of a different polymer material etc. may be used. The polarizer and the protective film are usually in close contact with each other through an aqueous adhesive or the like. Examples of the water-based adhesive include an isocyanate-based adhesive, a polyvinyl alcohol-based adhesive, a gelatin-based adhesive, a vinyl-based latex, a water-based polyurethane, and a water-based polyester.
[0136]
The surface of the transparent protective film to which the polarizer is not adhered may be subjected to a hard coat layer, an antireflection treatment, an antisticking treatment, or a treatment for diffusion or antiglare.
[0137]
The hard coat treatment is applied for the purpose of preventing scratches on the surface of the polarizing plate. For example, a transparent protective film with a cured film excellent in hardness, sliding properties, etc. by an appropriate ultraviolet curable resin such as acrylic or silicone is used. It can be formed by a method of adding to the surface of the film. The antireflection treatment is performed for the purpose of preventing reflection of external light on the surface of the polarizing plate, and can be achieved by forming an antireflection film or the like according to the conventional art. Further, the anti-sticking treatment is performed for the purpose of preventing adhesion with an adjacent layer.
[0138]
The anti-glare treatment is applied for the purpose of preventing the outside light from being reflected on the surface of the polarizing plate and obstructing the visibility of the light transmitted through the polarizing plate. For example, the surface is roughened by a sandblasting method or an embossing method. It can be formed by imparting a fine concavo-convex structure to the surface of the transparent protective film by an appropriate method such as a blending method of transparent fine particles. The fine particles to be included in the formation of the surface fine concavo-convex structure are, for example, conductive materials made of silica, alumina, titania, zirconia, tin oxide, indium oxide, cadmium oxide, antimony oxide or the like having an average particle size of 0.5 to 50 μm. In some cases, transparent fine particles such as inorganic fine particles, organic fine particles composed of a crosslinked or uncrosslinked polymer, and the like are used. When forming a surface fine uneven structure, the amount of fine particles used is generally about 2 to 50 parts by weight, preferably 5 to 25 parts by weight, based on 100 parts by weight of the transparent resin forming the surface fine uneven structure. The antiglare layer may also serve as a diffusion layer (viewing angle expanding function or the like) for diffusing the light transmitted through the polarizing plate to expand the viewing angle.
[0139]
The antireflection layer, antisticking layer, diffusion layer, antiglare layer, and the like can be provided on the transparent protective film itself, or can be provided separately from the transparent protective film as an optical layer.
[0140]
The retardation plate is laminated on a polarizing plate as a viewing angle compensation film and used as a wide viewing angle polarizing plate. The viewing angle compensation film is a film for widening the viewing angle so that an image can be seen relatively clearly even when the screen of the liquid crystal display device is viewed from a slightly oblique direction rather than perpendicular to the screen.
[0141]
As such a viewing angle compensation retardation plate, a birefringent film that has been biaxially stretched or stretched in two orthogonal directions, a bidirectionally stretched film such as a tilted orientation film, and the like are used. Examples of the inclined alignment film include a film obtained by bonding a heat shrink film to a polymer film and stretching or / and shrinking the polymer film under the action of the contraction force by heating, and a film obtained by obliquely aligning a liquid crystal polymer. Can be mentioned. The viewing angle compensation film can be appropriately combined for the purpose of preventing coloring or the like due to a change in viewing angle based on a phase difference caused by a liquid crystal cell or increasing the viewing angle for good viewing.
[0142]
Also, from the viewpoint of achieving a wide viewing angle with good visibility, an optically compensated phase difference in which a liquid crystal polymer alignment layer, in particular an optically anisotropic layer composed of a discotic liquid crystal polymer gradient alignment layer, is supported by a triacetylcellulose film. A plate can be preferably used.
[0143]
In addition to the above, the optical layer laminated in practical use is not particularly limited. For example, one or more optical layers that may be used for forming a liquid crystal display device such as a reflective plate or a transflective plate are used. Can do. In particular, a reflective polarizing plate or a semi-transmissive polarizing plate in which a reflecting plate or a semi-transmissive reflecting plate is further laminated on an elliptical polarizing plate or a circular polarizing plate can be given.
[0144]
A reflective polarizing plate is a polarizing plate provided with a reflective layer, and is used to form a liquid crystal display device or the like that reflects incident light from the viewing side (display side). Such a light source can be omitted, and the liquid crystal display device can be easily thinned. The reflective polarizing plate can be formed by an appropriate method such as a method in which a reflective layer made of metal or the like is attached to one surface of the polarizing plate via a transparent protective layer or the like as necessary.
[0145]
Specific examples of the reflective polarizing plate include those in which a reflective layer is formed by attaching a foil or vapor-deposited film made of a reflective metal such as aluminum on one surface of a protective film matted as necessary. In addition, the protective film may contain fine particles to form a surface fine concavo-convex structure and a reflective layer having a fine concavo-convex structure thereon. The reflective layer having the fine concavo-convex structure has an advantage that incident light is diffused by irregular reflection to prevent directivity and glaring appearance and to suppress unevenness in brightness and darkness. Moreover, the protective film containing fine particles also has an advantage that incident light and its reflected light are diffused when passing through it and light and dark unevenness can be further suppressed. The reflective layer with a fine concavo-convex structure reflecting the surface fine concavo-convex structure of the protective film is transparently protected by an appropriate method such as a vapor deposition method such as a vacuum deposition method, an ion plating method, a sputtering method, or a plating method. It can be performed by a method of attaching directly to the surface of the layer.
[0146]
The reflective plate can be used as a reflective sheet in which a reflective layer is provided on an appropriate film according to the transparent film, instead of the method of directly imparting to the protective film of the polarizing plate. Since the reflective layer is usually made of metal, the usage form in which the reflective surface is covered with a protective film, a polarizing plate or the like is used to prevent a decrease in reflectance due to oxidation, and thus the long-term sustainability of the initial reflectance. More preferable is the point of avoiding the additional attachment of the protective layer.
[0147]
The semi-transmissive polarizing plate can be obtained by using a semi-transmissive reflective layer such as a half mirror that reflects and transmits light with the reflective layer. A transflective polarizing plate is usually provided on the back side of a liquid crystal cell, and displays an image by reflecting incident light from the viewing side (display side) when a liquid crystal display device is used in a relatively bright atmosphere. In a relatively dark atmosphere, a liquid crystal display device or the like that displays an image using a built-in light source such as a backlight built in the back side of the transflective polarizing plate can be formed. In other words, the transflective polarizing plate is useful for forming a liquid crystal display device of a type that can save energy of using a light source such as a backlight in a bright atmosphere and can be used with a built-in light source even in a relatively dark atmosphere. It is.
[0148]
Further, the polarizing plate may be formed by laminating a polarizing plate and two or three or more optical layers like the above-described polarization separation type polarizing plate. Therefore, a reflective elliptical polarizing plate or a semi-transmissive elliptical polarizing plate in which the above-mentioned reflective polarizing plate or semi-transmissive polarizing plate and a retardation plate are combined may be used.
[0149]
The polarizing plate and the retardation plate can be formed by sequentially laminating them separately in the manufacturing process of the liquid crystal display device. There is an advantage that the manufacturing efficiency of a liquid crystal display device and the like can be improved with excellent stability and lamination workability.
[0150]
The optical element of the present invention can be provided with an adhesive layer or an adhesive layer. The pressure-sensitive adhesive layer can be used for adhering to a liquid crystal cell and also used for laminating optical layers. When adhering the optical films, their optical axes can be set at an appropriate arrangement angle in accordance with the target retardation characteristics.
[0151]
It does not restrict | limit especially as an adhesive agent or an adhesive. For example, acrylic polymer, silicone polymer, polyester, polyurethane, polyamide, polyvinyl ether, vinyl acetate / vinyl chloride copolymer, modified polyolefin, epoxy-based, fluorine-based, natural rubber, synthetic rubber and other rubber-based polymers Can be appropriately selected and used. In particular, those excellent in optical transparency, exhibiting appropriate wettability, cohesiveness, and adhesive pressure-sensitive adhesive properties and excellent in weather resistance, heat resistance and the like can be preferably used.
[0152]
The adhesive or pressure-sensitive adhesive can contain a crosslinking agent according to the base polymer. Examples of adhesives include natural and synthetic resins, in particular, tackifier resins, glass fibers, glass beads, metal powders, other inorganic powders, fillers, pigments, colorants, and antioxidants. An additive such as an agent may be contained. Further, it may be an adhesive layer containing fine particles and exhibiting light diffusibility.
[0153]
The adhesive or pressure-sensitive adhesive is usually used as an adhesive solution having a solid content concentration of about 10 to 50% by weight in which a base polymer or a composition thereof is dissolved or dispersed in a solvent. As the solvent, an organic solvent such as toluene or ethyl acetate, or a solvent such as water can be appropriately selected and used.
[0154]
The pressure-sensitive adhesive layer and the adhesive layer can be provided on one side or both sides of a polarizing plate or an optical film as an overlapping layer of different compositions or types. The thickness of the pressure-sensitive adhesive layer can be appropriately determined according to the purpose of use and adhesive force, and is generally 1 to 500 μm, preferably 5 to 200 μm, particularly preferably 10 to 100 μm.
[0155]
For the exposed surface such as the adhesive layer, a separator is temporarily attached and covered for the purpose of preventing contamination until it is put to practical use. Thereby, it can prevent contacting an adhesion layer in the usual handling state. As the separator, except for the above thickness conditions, for example, a suitable thin leaf body such as a plastic film, rubber sheet, paper, cloth, non-woven fabric, net, foamed sheet or metal foil, laminate thereof, and the like, silicone type or Appropriate ones according to the prior art, such as those coated with an appropriate release agent such as a long mirror alkyl type, fluorine type or molybdenum sulfide, can be used.
[0156]
In the present invention, each layer such as the optical element and the adhesive layer is made of an ultraviolet absorber such as a salicylic acid ester compound, a benzophenol compound, a benzotriazole compound, a cyanoacrylate compound, or a nickel complex compound. What gave the ultraviolet absorptivity by systems, such as a processing system, may be used.
[0157]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is shown below and is not limited to the examples.
[0158]
Note that the front phase difference is defined by the direction in which the in-plane refractive index is maximized as the X axis, the direction perpendicular to the X axis as the Y axis, and the thickness direction of the film as the Z axis, and the refractive index in each axial direction as nx, As ny and nz, the refractive index nx, ny and nz at 550 nm were measured by an automatic birefringence measuring device (manufactured by Oji Scientific Instruments, automatic birefringence meter KOBRA21ADH), and the thickness d (nm) of the retardation layer. From the above, the front phase difference: (nx−ny) × d and the thickness direction phase difference: (nx−nz) × d were calculated. The phase difference when measured by tilting can be measured by the automatic birefringence measuring apparatus. The tilt phase difference is: (nx−ny) × d at the time of tilt.
[0159]
The Nz coefficient is defined by the formula: Nz = (nx−nz) / (nx−ny).
[0160]
In addition, the reflection wavelength band measured the reflection spectrum with the spectrophotometer (The Otsuka Electronics Co., Ltd. make, instantaneous multiphotometry system MCPD-2000), and was taken as the reflection wavelength band which has a reflectance of half of the maximum reflectance.
[0161]
Reference example 1
(Production of secondary condensing element (Y))
TiO as secondary condensing element (Y)2/ SiO2A vapor deposition multilayer bandpass filter having 15 layers was used. The base material used was a polyethylene terephthalate film having a thickness of 50 μm, and the total thickness was about 53 μm. Table 1 below shows a design diagram of the thickness of the deposited thin film.
[0162]
[Table 1]
[0163]
(light source)
As the bright line light source (L), a backlight (manufactured by Stanley Electric Co., Ltd.) 10.4-inch type using a sidelight type light guide (the light guide is wedge-shaped in cross section and dot-printed on the back side) is used. Using. A three-wavelength cold cathode tube was used as the light source.
[0164]
(Wavelength characteristics)
The wavelength characteristics of the cold cathode tube as the light source and the deposited multilayer film bandpass filter as the secondary condensing element (Y) are as shown in FIG. The measurement of the wavelength characteristic was performed with a spectrophotometer U4100 manufactured by Hitachi, Ltd.
[0165]
(Condensing characteristics of secondary condensing element (Y))
The graph shown in FIG. 23 is obtained by measuring the condensing characteristics using the vapor deposition multilayer bandpass filter as the secondary condensing element (Y) alone in the structure of FIG.
[0166]
In the graph shown in FIG. 23, a secondary peak is seen at around 70 °. This is because the vapor deposition multilayer bandpass filter (Y) is blue-shifted by oblique incidence, the transmission region for green light shows transmission for blue light, and the transmission region for red light shows transmission for green light. For this reason, the intense | strong coloring by the emitted light from diagonally was recognized. Further, since the emitted light distribution of the backlight system used emitted a strong light beam at an angle of ± 60 ° or more from the front, coloring was conspicuous.
[0167]
(Backlight system having primary condensing part (X))
A prism sheet was used as the primary condensing part (X). As the prism sheet, two 3M BEF films (thickness: about 180 μm, polyethylene terephthalate film, apex angle: about 90 °, prism pitch: 50 μm) were used.
[0168]
Two sheets were laminated on the light guide of the bright line light source (L) so that the prism ridges of the prism sheet were arranged orthogonally. The backlight system (BLS) having a prism sheet as the primary condensing part (X) has a characteristic of condensing within ± 50 ° with respect to the front direction.
[0169]
(Condensing system)
The backlight system (BLS) having the primary condensing part (X) and the secondary condensing element (Y) are arranged in the structure of FIG. FIG. 24 shows the measurement of the condensing characteristic with the structure of FIG. As the liquid crystal cell (LC), a 10.4 inch TFT cell manufactured by Sharp Corporation was used. Further, SEG1465DU manufactured by Nitto Denko Corporation was used as the polarizing plate (PL), and the polarizing plates (PL) were bonded so as to be orthogonal to both sides of the liquid crystal cell (LC). The secondary condensing element (Y) was bonded to the polarizing plate (PL). The followingExamplesThe same liquid crystal cell (LC) and polarizing plate (PL) were used.
[0170]
From FIG. 24, it is recognized that the transmission component at a large angle of the collimating film is drastically reduced by the primary light collection, and unpleasant coloring can be removed. It can be seen that, due to the effect of the primary condensing part (X), the light emitted from the backlight is narrowed to about ± 50 °, so that the secondary transmission near 70 ° is cut and does not occur.
[0171]
Reference example 2
(Production of secondary condensing element (Y))
A cholesteric liquid crystal bandpass filter produced by thin film coating of a cholesteric liquid crystal polymer was used as the secondary condensing element (Y). This is a combination of a three-wavelength bandpass filter for right-circular polarization reflection and a three-wavelength bandpass filter for left-circular polarization reflection. Only the desired three wavelengths pass through the light in the vertical direction, and are incident obliquely. Light rays are reflected.
[0172]
In the cholesteric liquid crystal bandpass filter, the front transmitted light is unpolarized. This is because the liquid crystal layer is used as a band-pass filter, and transmitted light from a region where polarization separation by cholesteric reflection is not performed is transmitted in the front direction. Therefore, in measuring the condensing characteristic, the retardation layer was not provided between the secondary condensing element (Y) and the polarizing plate (PL).
[0173]
Specifically, a selective reflection circularly polarized light band that reflects right circularly polarized light with a selective reflection wavelength range of 440 nm to 490 nm, 550 to 600 nm, and 615 to 700 nm with respect to an emission spectrum of 435 nm, 545 nm, and 610 nm of a three-wavelength cold cathode tube. A pass filter was prepared. As the liquid crystal material used, three kinds of cholesteric liquid crystal polymers having selective reflection center wavelengths of 480 nm, 570 nm, and 655 nm were prepared based on the specification of European Patent Application No. 083754.
[0174]
The cholesteric liquid crystal polymer is represented by the following chemical formula 1:
[Chemical 1]
And a polymerizable nematic liquid crystal monomer A represented by the following formula 2:
[Chemical 2]
It produced by polymerizing the liquid-crystal mixture which mix | blended polymeric chiral agent B represented by these by the ratio (weight ratio) shown in following Table 2. FIG. Each of the liquid crystal mixtures was made into a 33 wt% solution dissolved in tetrahydrofuran, and then purged with nitrogen in an environment of 60 ° C. to obtain a reaction initiator (azobisisobutyronitrile, 0.5 wt% based on the mixture). ) Was added for polymerization treatment. The resulting polymer was purified by reprecipitation separation with diethyl ether. Table 2 shows the selective reflection wavelength band.
[0175]
[Table 2]
[0176]
The cholesteric liquid crystal polymer was dissolved in methylene chloride to prepare a 10% by weight solution. The solution was applied to the alignment substrate with a wire bar so that the thickness when dried was about 1 μm. A 75 μm-thick polyethylene terephthalate film was used as the alignment substrate, and about 0.1 μm of a polyvinyl alcohol layer was coated on the surface and rubbed with a rayon rubbing cloth. After coating, it was dried at 140 ° C. for 15 minutes. After this heat treatment, the liquid crystal was cooled and fixed at room temperature to obtain a thin film.
[0177]
Using each of the cholesteric liquid crystal polymers, a liquid crystal thin film of each color was produced through the same steps as described above, and then bonded with an isocyanate adhesive. Thereafter, the polyethylene terephthalate substrate was removed, and each liquid crystal layer was laminated in order from the short wavelength side to obtain a liquid crystal composite layer having a thickness of about 5 μm.
[0178]
On the other hand, selective reflection that reflects left-handed circularly polarized light by laminating three liquid crystal layers in the same manner as described above except that the polymerizable chiral agent B is a compound that becomes an enantiomer. A circularly polarized bandpass filter was produced.
[0179]
The two liquid crystal surfaces were bonded to each other with a translucent acrylic adhesive (Nitto Denko NO.7, 25 μm thick), and then the polyethylene terephthalate film of the support substrate was peeled off to remove a cholesteric liquid crystal bandpass filter ( About 35 μm thick).
[0180]
(Wavelength characteristics)
The wavelength characteristics of the cholesteric liquid crystal bandpass filter which is the secondary condensing element (Y) are as shown in FIG. The graph shown in FIG. 21 is obtained by measuring the condensing characteristics using the cholesteric liquid crystal bandpass filter as the secondary condensing element (Y) alone in the structure of FIG.
[0181]
(Backlight system having primary condensing part (X))
Reference example 1As the primary condensing part (X), a backlight system (BLS) in which two prism sheets are stacked is used.
[0182]
(Condensing system)
The backlight system (BLS) having the primary condensing part (X) and the secondary condensing element (Y) are arranged in the structure of FIG. FIG. 26 shows the measurement of the condensing characteristic with the structure of FIG.
[0183]
From FIG. 26, it is recognized that the transmission component at a large angle of the collimating film is drastically reduced by the primary light collection, and unpleasant coloring can be removed. It can be seen that, due to the effect of the primary condensing part (X), the light emitted from the backlight is narrowed to about ± 50 °, so that the secondary transmission near 70 ° is cut and does not occur.
[0184]
Reference example 3
(Production of secondary condensing element (Y))
As the secondary condensing element (Y), a polarizing element provided with a retardation plate (b1) between two circularly polarizing reflective polarizers (a1) in which the wavelength bands of selective reflection of polarized light overlap each other was used.
[0185]
As the circularly polarized reflective polarizer (a1), a cholesteric liquid crystal layer of a NIPOCS film (PCF400) manufactured by Nitto Denko Corporation was used.
[0186]
Next, a retardation layer (b1: negative C plate) having a front phase difference of approximately 0 and generating a phase difference in an oblique direction was prepared from polymerizable liquid crystal by the following method. As the polymerizable mesogenic compound, LC242 manufactured by BASF was used, and as the polymerizable chiral agent, LC756 manufactured by BASF was used. The polymerizable mesogenic compound and the polymerizable chiral agent have a mixing ratio (weight ratio) = 11/88 of the polymerizable mesogenic compound / polymerizable chiral agent so that the selective reflection center wavelength of the obtained cholesteric liquid crystal is about 350 nm. did. The selective reflection center wavelength of the obtained cholesteric liquid crystal was 350 nm.
[0187]
The specific production method is as follows. A polymerizable chiral agent and a polymerizable mesogenic compound are dissolved in cyclopentane (30% by weight), and a solution in which a reaction initiator (Irgacure 907 manufactured by Ciba Specialty Chemicals, 1% by weight with respect to the mixture) is added is prepared. did. Surfactant BYK-361 (manufactured by Big Chemi Japan) was added to the solution in an amount of 0.01% by weight based on the mixture. As the alignment substrate, a Toray-made polyethylene terephthalate film: Lumirror (
[0188]
The solution was applied with a wire bar to a coating thickness of 7 μm when dried, dried at 90 ° C. for 2 minutes, heated once to an isotropic transition temperature of 130 ° C., and then slowly cooled. The uniform orientation state was maintained and cured by ultraviolet irradiation (10 mW / square cm × 1 minute) in an environment of 80 ° C. to obtain a negative C plate (b1). When the phase difference of the negative C plate (b1) was measured, it was 2 nm in the front direction with respect to light having a wavelength of 550 nm, and the phase difference when tilted by 30 ° was about 190 nm (> λ / 8).
[0189]
A negative C plate (b1) was adhered to the upper part of the circularly polarizing reflective polarizer (a1) obtained above using a light-transmitting acrylic pressure-sensitive adhesive (Nitto Denko Corporation, No. 7, 25 μm thickness). Thereafter, the substrate was peeled off. A circularly polarizing reflective polarizer (a1) was further laminated and transferred thereon to obtain a polarizing element. The said polarizing element was used as the secondary condensing element (Y).
[0190]
Reference example 3Since the secondary condensing element (Y) has a polarization separation function in the entire visible light band, the front transmitted light is circularly polarized by the polarization separation function of the cholesteric liquid crystal. Therefore, between the polarizing plate (PL) on the backlight side of the liquid crystal cell (LC) and the secondary condensing element (Y), the ¼ wavelength plate (B) is placed with respect to the polarizing axis of the polarizing plate (PL). The film was inserted at an inclination of 45 ° and bonded with a translucent acrylic adhesive (Nitto Denko No. 7, 25 μm). This is because the circularly polarized light is converted into linearly polarized light to enhance the transmission characteristics to the polarizing plate.
[0191]
(Backlight system having primary condensing part (X))
A prism sheet was used as the primary condensing part (X). As the prism sheet, two 3M BEF films (thickness: about 180 μm, polyethylene terephthalate film, apex angle: about 90 °, prism pitch: 50 μm) were used.
[0192]
Two sheets were laminated on a dot-printed acrylic light guide plate (side light type backlight manufactured by Chatani Sangyo) so that the prism ridges of the prism sheet were arranged orthogonally. The backlight system having a prism sheet as the primary condensing part (X) had a characteristic of condensing within ± 55 °.
[0193]
(Condensing characteristics of secondary condensing element (Y))
FIG.IsFIG. 17 is a graph showing measurement of light condensing characteristics using a polarizing element (A) as a secondary condensing element (Y) alone in the structure of FIG. FIG.ThenLeakage rays are observed on the outside of 50 ° or more.
[0194]
(Condensing system)
The backlight system (BLS) having the primary condensing part (X) and the secondary condensing element (Y) are arranged in the structure of FIG. FIG. 28 shows the measurement of the condensing characteristic with the structure of FIG. 27 and 28 were measured by Ez-Contrast manufactured by ELDIM.
[0195]
From FIG. 28, it is recognized that the transmission component at a large angle of the collimating film is drastically reduced by the primary light collection, and unpleasant coloring can be removed. The light beam emitted from the light source at an angle of 50 ° or more from the light source is reduced by the primary light collecting unit (X), and the light beam passing through the secondary light collecting element (Y) is lost, and only the central secondary light collecting portion remains. That is, only the front appears bright, and the diagonal direction is jet black and no coloring is visible.
[0196]
Example 1
(Production of secondary condensing element (Y))
As the secondary condensing element (Y), a retardation plate (b1) is provided between two linearly polarized reflective polarizers (a2) in which the wavelength bands of selective reflection of polarized light overlap each other. A polarizing element having a layer (b2) having a front phase difference of approximately λ / 4 was used on both sides of b1).
[0197]
As the linearly polarized reflective polarizer (a2), 3M DBEF was used. The phase difference plate (b1)Reference example 3The negative C plate was prepared according to the method described above. The obtained negative C plate (b1) was measured to have a thickness of 8 μm and a phase difference of 0 nm in the front direction with respect to light having a wavelength of 550 nm, and the phase difference when tilted by 30 ° was about 220 nm (> λ / 4). )Met. Nitto Denko NRF film (front retardation 140 nm) is used as a retardation plate (b2) sandwiching the negative C plate, and each axis is 45 ° (up to 45 °) with respect to the upper and lower linearly polarized reflective polarizers (a2). Bonding was performed at an angle of −45 °, and five sheets were laminated. The lamination was bonded with a translucent acrylic adhesive (Nitto Denko NO. 7, 25 μm thickness).
[0198]
(Backlight system having primary condensing part (X))
As a backlight system (BLS) having a primary condensing part (X), a cross-sectional wedge-type acrylic light guide / side-light type backlight (taken out from an IBM notebook PC ThinkPad) having a microprism array formed on the surface thereof was used. . The backlight system (BLS) having the primary condensing part (X) primarily condenses the emitted light from the light source within ± 50 ° with respect to the front direction.
[0199]
(Condensing characteristics of secondary condensing element (Y))
The graph shown in FIG. 29 is obtained by measuring the condensing characteristics of the polarizing element (A) alone, which is the secondary condensing element (Y), in the structure of FIG. In the graph shown in FIG. 29, leakage light rays are recognized outside ± 50 ° or more with respect to the front direction. In the structure of FIG. 19, a Hakuba light box (direct backlight, diffuse light source) was used as the light source (L).
[0200]
(Condensing system)
The backlight system (BLS) having the primary condensing part (X) and the secondary condensing element (Y) are arranged in the structure of FIG. FIG. 30 shows the condensing characteristic measured with the structure of FIG.
[0201]
From FIG. 30, it can be seen that the transmission component at a large angle of the collimating film is drastically reduced by the primary focusing, and unpleasant coloring can be removed.
[0202]
Comparative example
As a light collecting film,Reference example 2A cholesteric liquid crystal bandpass filter was used. It was arranged on a light guide plate printed with dots. The condensing characteristics are as shown in FIG. 2, and a strong peak of secondary transmission is observed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a basic principle of parallelizing a polarizing element (A).
FIG. 2 is a diagram for explaining the state of each light beam shown in FIGS. 1, 3, 4, 6, and 8;
FIG. 3 is a conceptual diagram showing circular polarization of linearly polarized light.
FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of a basic principle of parallelization of a polarizing element (A).
FIG. 5 is an example showing an arrangement angle of each layer of parallel light using a linearly polarized reflective polarizing element (a2).
FIG. 6 is a conceptual diagram showing an example of the basic principle of parallelization of the polarizing element (A).
FIG. 7 is an example showing an arrangement angle of each layer of parallel light using a linearly polarized reflective polarizing element (a2).
FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of the basic principle of parallelizing the polarizing element (A).
FIG. 9 is an example showing an arrangement angle of each layer of parallel light using the linearly polarized reflective polarizing element (a2).
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a direct moire solution.
FIG. 11 is an example of a schematic diagram of a light collection system of the present invention.
FIG. 12 is an example of a schematic diagram of a light collection system of the present invention.
FIG. 13 is an example of a schematic view of a transmissive liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 14 is an example of a schematic view of a transmissive liquid crystal display device of the present invention.
FIG. 15Reference examples 1 and 2FIG. 2 is a schematic view of a transmissive liquid crystal display device when the light condensing characteristic by the secondary light condensing element (Y) alone is measured.
FIG. 16Reference examples 1 and 2It is the schematic of a transmissive liquid crystal display device.
FIG. 17Reference example 3FIG. 2 is a schematic view of a transmissive liquid crystal display device when the light condensing characteristic by the secondary light condensing element (Y) alone is measured.
FIG. 18Reference example 3It is the schematic of a transmissive liquid crystal display device.
FIG. 19Example 1FIG. 2 is a schematic view of a transmissive liquid crystal display device when the light condensing characteristic by the secondary light condensing element (Y) alone is measured.
FIG. 20Example 1It is the schematic of a transmissive liquid crystal display device.
FIG. 21Reference example 2It is a graph which shows the condensing characteristic by the secondary condensing element (Y) of this.
FIG. 22Reference example 1It is a graph which shows the wavelength characteristic of the secondary condensing element (Y).
FIG. 23Reference example 1It is a graph which shows the condensing characteristic by the secondary condensing element (Y) of this.
FIG. 24Reference example 1It is a graph which shows the condensing characteristic at the time of combining the backlight system which has a primary condensing part (X), and a secondary condensing element (Y).
FIG. 25Reference example 2It is a graph which shows the wavelength characteristic of the secondary condensing element (Y).
FIG. 26Reference example 2It is a graph which shows the condensing characteristic at the time of combining the backlight system which has a primary condensing part (X), and a secondary condensing element (Y).
FIG. 27Reference example 3Of secondary condensing element (Y)Diagram showing light collection characteristicsIt is.
FIG. 28Reference example 3The light-collecting characteristic at the time of combining the backlight system which has a primary condensing part (X), and a secondary condensing element (Y) is shown.FigureIt is.
FIG. 29Example 1Of secondary condensing element (Y)Condensing characteristicsIt is a graph which shows.
FIG. 30Example 1It is a graph which shows the condensing characteristic at the time of combining the backlight system which has a primary condensing part (X), and a secondary condensing element (Y).
[Explanation of symbols]
X Primary condensing part
Y Secondary condensing element
L light source
BLS backlight system
a1 Circularly polarized reflective polarizer
a2 Linearly polarized reflective polarizer
b Retardation layer
A Polarizing element
B λ / 4 plate
LC liquid crystal cell
PL polarizing plate
Claims (8)
ならびに、パターン構造を有さない集光フィルムを二次集光素子(Y)として含有する集光システムであって、
二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムが、偏光の選択反射の波長帯域が互いに重なっている少なくとも2層の反射偏光子(a)の間に、位相差層(b)が配置されている偏光素子(A)であり、
反射偏光子(a)が、直交する直線偏光の内の一方を透過し、他方を選択的に反射する直線偏光型反射偏光子(a2)であり、かつ、
位相差層(b)が、正面位相差(法線方向)が略ゼロで、法線方向に対し30°以上傾けて入射した入射光に対してλ/4以上の位相差層(b1)を有し、
位相差層(b1)の両側には、直線偏光型反射偏光子(a2)との間に、正面位相差が略λ/4である層(b2)を有し、
入射側の層(b2)は、入射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、45°(−45°)±5°の角度で、
出射側の層(b2)は、出射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、−45°(+45°)±5°の角度で、
入射側の層(b2)と出射側の層(b2)は、相互の遅相軸の成す角度が任意の角度で、
配置していることを特徴とする集光システム。A backlight system having a primary condensing part (X) capable of condensing the light source and the light emitted from the light source within ± 60 ° with respect to the front direction;
And a light collection system containing a light collection film having no pattern structure as a secondary light collection element (Y),
A condensing film used as a secondary condensing element (Y) has a retardation layer (b) disposed between at least two reflective polarizers (a) in which the wavelength bands of selective reflection of polarized light overlap each other. A polarizing element (A),
The reflective polarizer (a) is a linearly polarized reflective polarizer (a2) that transmits one of orthogonal linearly polarized light and selectively reflects the other, and
The retardation layer (b) has a retardation layer (b1) having a front phase difference (normal direction) of substantially zero and λ / 4 or more with respect to incident light incident with an inclination of 30 ° or more with respect to the normal direction. Have
On both sides of the retardation layer (b1), there is a layer (b2) having a front phase difference of approximately λ / 4 between the linearly polarized reflective polarizer (a2) and
The incident-side layer (b2) is at an angle of 45 ° (−45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the incident-side linearly polarized reflective polarizer (a2).
The exit side layer (b2) is at an angle of −45 ° (+ 45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the output side linearly polarized reflective polarizer (a2).
The incident-side layer (b2) and the emission-side layer (b2) have an arbitrary angle between the slow axes of each other.
A light collection system characterized by being arranged.
ならびに、パターン構造を有さない集光フィルムを二次集光素子(Y)として含有する集光システムであって、
二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムが、偏光の選択反射の波長帯域が互いに重なっている少なくとも2層の反射偏光子(a)の間に、位相差層(b)が配置されている偏光素子(A)であり、
反射偏光子(a)が、直交する直線偏光の内の一方を透過し、他方を選択的に反射する直線偏光型反射偏光子(a2)であり、かつ、
位相差層(b)は、正面位相差が略λ/4であり、Nz係数が2以上である2軸性位相差層(b3)を2層有し、
入射側の層(b3)は、遅層軸方向が、入射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、45°(−45°)±5°の角度で、
出射側の層(b3)は、遅層軸方向が、出射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、−45°(+45°)±5°の角度で、
入射側の層(b3)と出射側の層(b3)は、相互の遅相軸の成す角度が任意の角度で、
配置していることを特徴とする集光システム。A backlight system having a primary condensing part (X) capable of condensing the light source and the light emitted from the light source within ± 60 ° with respect to the front direction;
And a light collection system containing a light collection film having no pattern structure as a secondary light collection element (Y),
A condensing film used as a secondary condensing element (Y) has a retardation layer (b) disposed between at least two reflective polarizers (a) in which the wavelength bands of selective reflection of polarized light overlap each other. A polarizing element (A),
The reflective polarizer (a) is a linearly polarized reflective polarizer (a2) that transmits one of orthogonal linearly polarized light and selectively reflects the other, and
The retardation layer (b) has two biaxial retardation layers (b3) having a front retardation of approximately λ / 4 and an Nz coefficient of 2 or more,
In the incident side layer (b3), the slow layer axis direction is at an angle of 45 ° (−45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) on the incident side.
The outgoing layer (b3) has a slow layer axis direction of −45 ° (+ 45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) on the outgoing side,
The incident-side layer (b3) and the emission-side layer (b3) have an arbitrary angle formed by their slow axes,
A light collection system characterized by being arranged.
ならびに、パターン構造を有さない集光フィルムを二次集光素子(Y)として含有する集光システムであって、
二次集光素子(Y)として用いる集光フィルムが、偏光の選択反射の波長帯域が互いに重なっている少なくとも2層の反射偏光子(a)の間に、位相差層(b)が配置されている偏光素子(A)であり、
反射偏光子(a)が、直交する直線偏光の内の一方を透過し、他方を選択的に反射する直線偏光型反射偏光子(a2)であり、かつ、
位相差層(b)は、正面位相差が略λ/2であり、Nz係数が1.5以上である2軸性位相差層(b4)を1層有し、
入射側の層の遅層軸方向が、入射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、45°(−45°)±5°の角度で、
出射側の層の遅層軸方向が、出射側の直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸に対して、−45°(+45°)±5°の角度で、
前記2つの直線偏光型反射偏光子(a2)の偏光軸は略直交で、
配置していることを特徴とする集光システム。A backlight system having a primary condensing part (X) capable of condensing the light source and the light emitted from the light source within ± 60 ° with respect to the front direction;
And a light collection system containing a light collection film having no pattern structure as a secondary light collection element (Y),
A condensing film used as a secondary condensing element (Y) has a retardation layer (b) disposed between at least two reflective polarizers (a) in which the wavelength bands of selective reflection of polarized light overlap each other. A polarizing element (A),
The reflective polarizer (a) is a linearly polarized reflective polarizer (a2) that transmits one of orthogonal linearly polarized light and selectively reflects the other, and
The retardation layer (b) has a biaxial retardation layer (b4) having a front retardation of approximately λ / 2 and an Nz coefficient of 1.5 or more,
The slow axis direction of the incident side layer is at an angle of 45 ° (−45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) on the incident side,
The slow axis direction of the outgoing layer is at an angle of −45 ° (+ 45 °) ± 5 ° with respect to the polarization axis of the linearly polarized reflective polarizer (a2) on the outgoing side,
The polarization axes of the two linearly polarized reflective polarizers (a2) are substantially orthogonal,
A light collection system characterized by being arranged.
平行光化された光線が透過する液晶セルと、
液晶セルの両側に配置された偏光板と、
を少なくとも含有していることを特徴とする透過型液晶表示装置。The light collection system according to any one of claims 1 to 7 ,
A liquid crystal cell through which the collimated light beam is transmitted;
A polarizing plate disposed on both sides of the liquid crystal cell;
A transmissive liquid crystal display device comprising:
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