JP4623746B2 - 偏光干渉リサイクル型バックライトモジュール及びそれを組み込んだ液晶表示装置 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本願は、米国仮特許出願第６０／５５０６４４号（２００４年３月４日出願）の優先権を主張するものであり、その開示内容は、この引用により本明細書にそっくり記載されたものとする。

本発明は、総じて電気光学ディスプレイ装置のためのバックライトモジュールに関し、より具体的には単一の偏光状態を有する光を生成させるためのバックライトモジュールに関する。

薄く軽量で低電力消費を特徴とするフラットパネル表示装置は、携帯機器の表示装置として用途が拡大している。様々な種類のフラットパネル表示装置の中で、液晶表示ディスプレイ（ＬＣＤ）装置は、その卓越した解像度、色画像、及び表示品質のため、ラップトップコンピュータ及びデスクトップモニターに最も広く利用されている。

ＬＣＤ装置は、液晶分子の光学異方性及び偏光特性を利用して所定の画像を生成させる。液晶分子は、その特定の性質に依存する一定の配向を有する。この配向は、液晶分子の軸を横切って印加される電場により変えることができる。すなわち、前記分子を横切って印加される電場は、液晶分子の配向を変えることができる。光学異方性のため、入射光は液晶分子の配向に従って屈折される。

ＬＣＤ装置は、互いに離され対向する電極を有する上下の基板、及びそれらの基板間に閉じ込められた液晶物質の層を有する。各基板上に配置される電極を介して前記液晶層に電圧を印加すると、目的とする画像を表示するように、印加電圧に従って前記液晶分子の配向方向が変化する。印加電圧を制御することにより、前記ＬＣＤ装置において光線の透過を変えることができ、その結果、データ画像が表示される。

しかし、ＬＣＤ装置はそれ自体で光を発することはなく、入射光の透過を単に制御するだけである。従って、各ＬＣＤ装置はさらに光源を必要とする。特にＬＣＤ装置は、多くの場合、バックライトモジュールの形態の光源を利用する。バックライトモジュールは、単数又は複数のランプの配置により、「ダイレクトバックライト」（又は単に「ダイレクト」）型と「エッジバックライト」（又は単に「エッジ」）型に分類される。液晶ディスプレイ装置にダイレクト型のバックライトモジュールを用いる場合、ランプにより発せられる光線はＬＣＤパネルに直接入射する。エッジ型のバックライトモジュールを用いる場合、ランプにより発せられる光線は光導体又は反射体を介してＬＣＤパネルに入射する。光導体は、内部全反射によりその長さ方向に光を伝播させる光透過性材料から作成される。最終的に光線は、光導体の裏面からある角度で前面に向かって反射され、それにより、光導体の前端から光を出すことが可能になる。ガイドを出る光をパネル全体に均一に分配するため、反射ドット、チャネル、ファセットなど種々の反射機構が利用される。

コリメートされていない光源、例えば蛍光灯、を用いるバックライトモジュールは、典型的に少なくとも二つの反射体を組み込んでいる。光導体より遠ざかる方向から前記光導体に戻す方向に出射光を反射するため、ランプキャビティ反射体が用いられる。この反射体は、鏡面型又は拡散型とすることができるが、鏡面型反射体が最も多く利用される。

第二の反射体は、光導体の裏面の近くに設けられ、光導体の裏面からの光を反射し、光導体の前面の方向に光を誘導する。そこにおいて、視認者の方（ＬＣＤ装置の方）に光を伝播させることができる。

ランプキャビティ及び光導体裏面で使用される従来の反射体の大きな欠点は、入射光の光学的吸収及び透過が相対的に高いことである。典型的な反射体は、入射光の約４〜１５％を吸収又は透過する。この光の部分は、当然のことながら視認者にとって利用することができないものであり、従って、この吸収及び／又は透過は、バックライトモジュール性能の低下につながる。

情報技術時代の到来により、高品位ＬＣＤに対する要求は高まっている。高品質の画像形成には、光源により出射される光をより有効に利用することが必要になる。従来、ＬＣＤバックライトモジュールから一方向に偏光された光線出力を得るため、ＬＣＤ装置とバックライトモジュールの間に偏光板を配置し、不必要な偏光の光線が通過するのを抑制している。実際、得られる単一偏光状態の光線の強度は、照度で元の光線の半分未満である。

本開示の発明は、偏光干渉リサイクル型バックライトモジュールに相当する。このバックライトモジュールは、光源として機能する光共振器であって、その前面に入射する光を反射かつランダム化することができる光共振器と、前記光共振器の前面に配置される積層された複数の層を有するＩ−ポーラーとを有し、前記Ｉ−ポーラーは、光のスペクトルの少なくとも一つの領域において、所定の偏光状態の光の透過を確実にしかつ直交な偏光状態の光の反射を確実にするものである。

前記Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は、光学的に異方性であり、かつカスケード結晶化プロセスにより作製されている。この層は、光軸の一つの方向において分子間間隔が３．４±０．３Åである全体的に秩序のある二軸結晶構造を特徴とし、可視スペクトル領域において透明であり、かつ共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一つの多環式有機化合物に相当する棒状超分子によって形成されている。

本発明のもう一つの局面は、液晶セル及びバックライトモジュールを有する液晶表示装置である。前記バックライトモジュールは、光共振器を有し、前記光共振器は、光源として機能し、前記光共振器の前面に入射する光を反射しかつランダム化する。前記バックライトモジュールは、積層された複数の層を有するＩ−ポーラーをさらに有する。前記Ｉ−ポーラーは、前記光共振器の前面と前記液晶セルとの間に配置され、光のスペクトルの少なくとも一つの領域において、所定の偏光状態を有する光の透過をもたらしかつ直交な偏光状態を有する光の反射をもたらす。前記Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は、光学的に異方性であり、かつカスケード結晶化プロセスにより作製されており、光軸の一つの方向において分子間間隔が３．４±０．３Åである全体的に秩序のある二軸結晶構造を特徴とし、可視スペクトル領域において透明であり、かつ共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一つの多環式有機化合物からなる棒状超分子によって形成されている。

本発明及びその多くの利点は、添付の図面と詳細な記述とともに考慮される以下の詳細な説明（それらのすべては本開示の一部を構成する）を参照することで、よりよく理解され、それと同様に、そのより十分な評価が容易に達成される。

本発明を包括的に記載してきたが、ここに記載する特定の好ましい実施態様を参照することにより、その理解をさらに確実なものとすることができる。なお、ここに記載する特定の好ましい実施態様は、単に例示を目的とするものであり、添付の請求の範囲を限定することを目的とするものではない。

図１は、本発明の一実施態様による偏光干渉リサイクル型バックライトモジュールの断面図を示す。この実施態様において、エッジバックライト型の光共振器（１２）は、ランプキャビティ反射体（３１）内にある光源（３０）を含む。光源（３０）は、任意の種類とすることができ、例えば、蛍光ランプ、白熱ランプ、固体光源、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子等とすることができる。以下に記載する実施態様は典型的にそのような光源を一つ含むが、本発明によるバックライトシステムは、同じ又は異なる位置に配置された二つ以上の光源を、必要な光量をもたらすよう組み合わせて含んでもよい。好ましい実施態様において、光源（３０）は、ランダム化された偏光状態の光を発する光源を有する。

光源（３０）からの光は、光導体（３２）に連結され、そこにおいて、スポット（３３）のような拡散−反射構造体に到達するまで伝播する。視認者（１７）の方向に光を取り出して誘導するよう、スポットの不連続なアレイが配置されている。光導体（３２）から光を取り出すために用いる機構は、裏面（４２）において拡散−反射スポットを用いることに限定されるものではなく、任意の他の適当な機構を用いることができる。取り出し機構の具体例には（限定されるものではないが）、裏面（４２）に複数のチャネルを形成すること、くさび状の光導体（３２）により不連続としそのくさび状光導体内で反射角度を大きくすること、並びに、反射体と前記光導体とを連結し前記光導体内での拡散光の散乱を確実なものにする棒状体がある。光共振器（１２）に入射する周囲光は、スポットに当たってもよいし、スポット間にある介在領域を通って光導体から逃げてもよい。それらの光線を遮断反射して戻すため、拡散−反射層（３４）が光導体（３２）の下に配置される。通常の場合、前記光共振器（１２）から出てくる光線のすべては矢印３５で示される。これらの光線は、干渉ポーラー（Ｉ−ポーラー）（１）に入射する。干渉ポーラーは、第一の偏光状態（ａ）を有する光を透過させ、かつ直交する偏光状態（ｂ）を有する光を効果的に反射する。その結果、矢印（３７）で示される所定量の光がＩ−ポーラー（１）によって透過させられ、一方、残りの光の相当量が、矢印（３６）で示されるように反射によって戻される。好ましいＩ−ポーラーの材料は効果が高いものであり、Ｉ−ポーラー（１）内での吸収による総損失は非常に低いものである（１％程度）。この損失は矢印（３８）で示される。Ｉ−ポーラー（１）によって反射される偏光状態（ｂ）の光は、光共振器（１２）に再度入射し、そこにおいて、スポット（３３）又は拡散−反射層（３４）のような拡散−反射構造体に当たる。その拡散−反射表面は、光共振器（１２）によって反射される光の偏光状態をランダム化する。この再循環及びランダム化の過程は、経路（３９）として示される。光共振器（１２）は完全な反射体ではない。散乱及び吸収による共振器内での光学損失（光損失）は、矢印（４０）で示される。これらの損失も低いものである。光共振器（１２）とＩ−ポーラー（１）の組合せによってもたらされる再循環の繰り返しは、視認者（１７）に最高の透過をもたらすために光を偏光状態（ｂ）から偏光状態（ａ）に変換する有用な機構を提供する。

このプロセスの効率は、ここに開示されるＩ−ポーラーの低い吸収に依存するとともに、多くの拡散−反射表面によって発揮される反射とランダム化の高い特性に依存している。

ここに記載するバックライトモジュールは、多層光学フィルムのユニークで有利な特性に依存する。多層光学フィルムは、例えば、高度に効果的な鏡（反射体）及び偏光子として用いることができる。本発明とともに用いる多層光学フィルムの特性及び性質の簡単な説明を以下に行う。そのような多層光学フィルムは、入射光に対して相対的に低い吸収を示すとともに、法線入射の光線及び斜めの光線の両方に対して高い反射率を示す。フィルムが、光の純粋な反射に利用されようが、光の反射偏光に利用されようが、これらの性質は一般に成立する。多層光学フィルムのユニークな特性と利点により、従来技術において知られるバックライトモジュールに比べて低い吸収損失を示す効果の高いバックライトモジュールを設計できる可能性がもたらされる。

図２ａは、Ｉ−ポーラー（１）の断面の模式図である。この図は、Ｉ−ポーラー（１）の説明において示されるＸ、Ｙ及びＺ方向を規定する座標系（８）を示している。図示するＩ−ポーラーの構造は、二つの異なる多環式有機材料（図面及び明細書を通じて層Ａ及び層Ｂと呼ぶ）の交互に配置される層（ＡＢＡＢＡ・・・）を有する。二種類の層は互いに重ねられ、その結果得られる多層構造体（ＡＢＡＢＡ・・・）がＩ−ポーラーである。異方性層Ａは、Optiva,Inc.により開発されたカスケード結晶化プロセスと呼ばれる方法によって得ることができる（P.Lazarev and M.Paukshto,Proceedings of the ７th International Workshop “Displays,Materials and Components” (Kobe,Japan,November 29-December 1,2000),pp.1159-1160）。この方法によれば、適当な溶媒に溶解される有機化合物がコロイド系（リオトロピック液晶溶液）を形成し、そこにおいて分子は前記系の動力学的単位を構成する超分子にまとめられている。この液晶相は、本質的に、前記系の秩序づけられた状態の前駆体であり、それから、固体の異方性結晶層（結晶薄膜、ＴＣＦとも呼ばれる）が、その後の超分子の配向および溶媒の除去の過程において形成される。

超分子を有するコロイド系から異方性ＴＣＦを合成するために設定される一つの方法は、以下の段階を含む。
（i）基材上（または装置もしくは多層構造における層上）に上述したコロイド系を塗布する段階。前記コロイド系は、チキソトロピー性を有する必要があり、それは、予め設定した温度および分散相の所定の濃度を維持することによりもたらされる。
（ii）前記溶液の粘度を低下させる任意の外部作用（加熱、剪断歪作用など）により、塗布されたコロイド系を高流動性の（粘度が減少した）状態に変換する段階。この作用は、前記系が、配向段階の間、粘度の増加した状態に戻らないように、後の配向段階全体の間あるいは最後の最小限必要な時間、付与することができる。
（iii）前記系への外部からの配向作用の段階。前記作用は、機械的因子を用いるか、またはそれ以外の手段により、発生させることができる。前記外部作用の程度は、前記コロイド系の動力学的単位が必要な配向を獲得しかつ異方性結晶薄膜の結晶格子の基礎として働く構造を形成するように、十分なものでなければならない。
（iv）前記層の配向された領域を、粘度が低下した状態（前記外部作用によってもたらされた）から初期の状態またはより高い粘度の状態に変換する段階。この変換は、前記異方性結晶薄膜の構造の劣化が起こらないよう、また、表面欠陥が生じないよう、行われる。
（v）溶媒除去（乾燥）の最終段階。この過程において、最終的な異方性結晶薄膜の構造が形成される。

得られる異方性層において、分子面は互いに平行であり、その分子は、前記層の少なくとも一部において、三次元的結晶構造を形成する。製造技術を最適化することにより、単結晶膜の形成が可能になり得る。

異方性層の厚みは、通常、１μｍを超えない。この層の厚みは、塗布する溶液中の固体物質の含有量を変えることにより、及び／又は、塗布する層の厚みを変えることにより、調節することができる。望ましい光学特性を有する層を得るため、混合したコロイド系を用いることができる（そのような混合物は、共同の超分子を形成することができる）。

前記有機化合物の溶液における混合によって、種々の組成の混合集合体が形成される。色素混合物についてのＸ線回折パターンを解析することで、３.１〜３.７Åの範囲の分子間距離に対応する特徴的な回折ピークの存在により、超分子における分子の充填状態について知ることができる。一般的な場合、この値は、結晶および集合体の形態にある芳香族化合物に共通している。ピークの強度および鋭さは、乾燥過程において高まるが、ピークの位置は変化せずそのままである。この回折ピークは、集合体（積層体）内の分子間間隔に対応するものであり、種々の材料のＸ線回折パターンで観測されている。分子（またはそのフラグメント）が平面構造を有すること、および、検討する複数の有機化合物においてある一つの分子サイズが一致することにより、混合は好都合なものとなる。塗布された水性の層において、有機分子は、一つの方向に長い距離にわたって秩序を有し、それは、基板表面における超分子の配向につながる。溶媒を蒸発させるとき、三次元的二軸結晶構造を形成することは、分子にとってエネルギー的に有利なことである。なお、この目的のため利用できる化合物は、上述したものに限定されない。

異方性層はさらに高度の光学異方性を有している。そのような層は、Ｅ型偏光子の特性（超分子複合体の光学吸収の特性に関連する）を示し、そして吸収がわずかであるスペクトル領域において位相差板（位相シフトフィルム）として機能する。これらの異方性層の位相差特性は、その複屈折性（複屈折）、すなわち、ＬＬＣ溶液を基材に塗布する方向において測定された屈折率とそれに直交な方向において測定された屈折率との差に関係するものである。強い（耐光性の）染料分子をベースとするＬＬＣ系から形成される層は、高い熱安定性と耐光性を特徴とする。それらは、約３５０〜７００℃の温度範囲において安定な状態を維持する。

かくして光学的に異方性であるＡ層は、カスケード結晶化プロセスにより得られる。そのような層は、光軸の一つの方向において分子間間隔が３．４±０．３Åである全体的に秩序のある二軸結晶構造を特徴とする。各Ａ層は、少なくとも二つの屈折率ｎ_x及びｎ_yを特徴とする。これらの層は、４００ｎｍ未満に基礎吸収端を有し、可視光の波長帯域において一様に透明であり、そして０．９８以上の透過係数を有する。各Ａ層は、共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一つの多環式有機化合物に相当する棒状の超分子によって形成される。

下記においてＸ軸は「配向」方向と呼ばれ、一方、Ｙ軸は「横」方向と呼ばれる。

層Ｂは、等方性であり、かつカスケード結晶化プロセスによって実質的に変わらない公称屈折率（例えばｎ＝１．６４）を有する。

カスケード結晶化プロセスは、層Ａに相当するＴＣＦの屈折率を変化させる。ＴＣＦは、配向方向に関してある一つの屈折率（例えばｎ＝１．６４）を有し、横方向に関して異なる屈折率（例えばｎ＝１．８８）を有する。定義により、面内軸（フィルムの表面に平行な一つの軸）に関する屈折率は、その軸に平行な偏光面を有する平面偏光された入射光について、「有効」屈折率と呼ばれる。

従って、多層積層体（ＴＣＦ‐Ｂ‐ＴＣＦ‐Ｂ‐ＴＣＦ・・・）は、横方向に関して層間で大きな屈折率差（Δｎ＝１．８８-１．６４＝０．２４）を有する。配向方向において、種々の層の屈折率は実質的に等しい（Δｎ＝１．６４−１．６４＝０）。このような光学的特性により、多層構造体は、図２ａに示す「透過」軸（９）に対して正確に配向される入射光の偏光成分を透過させることができる。概説された実施態様において、この透過軸は配向方向と一致する。Ｉ−ポーラー（１）から出てくる光は、第一の偏光方向（ａ）を有するものとして示される。

干渉ポーラー（Ｉ−ポーラー）（１）を通過しない光は、第一の方向（ａ）と異なる偏光方向（ｂ）を有する。偏光方向（ｂ）を有する光は、屈折率差に出会って、その結果、反射される。従って、横方向は、図２ａにおいて軸（１０）として示される、いわゆる「消光」軸を規定する。このようにしてＩ−ポーラー（１）は、選択された第一の偏光状態（ａ）を有する光を透過させ、そして第二の偏光状態（ｂ）を有する光を反射する。

一般的に望ましいことは、必要な波長帯域にわたって、そして必要な角度の範囲にわたって、透過軸の方向に偏光される光の最大透過をＩ−ポーラーが保証するということである。

可視スペクトル全体（４００〜７００ｎｍ、３００ｎｍの帯域幅）において透過軸にそって偏光される光に対し、法線入射におけるＩ−ポーラーの平均透過率は、少なくとも５０％が望ましく、少なくとも７０％が好ましく、少なくとも８５％がより好ましく、少なくとも９０％がさらにより好ましい。４００〜７００ｎｍの波長範囲内において、法線に対し６０度で入射するそのような光についての平均透過率（ｐ−偏光された光について透過軸に沿って測定）は、少なくとも５０％が望ましく、少なくとも７０％が好ましく、少なくとも８０％がより好ましく、少なくとも９０％がさらにより好ましい。

可視スペクトル（４００〜７００ｎｍ、３００ｎｍの帯域幅）にわたり消光軸の方向に偏光される光に対し、法線入射における多層Ｉ−ポーラーの平均透過率は、５０％未満が望ましく、３０％未満が好ましく、１５％未満がより好ましく、５％未満がさらにより好ましい。４００〜７００ｎｍの波長範囲内において、法線に対し６０度で入射するそのような光についての平均透過率（ｐ−偏光された光について透過軸に沿って測定）は、５０％未満が望ましく、３０％未満が好ましく、１５％未満がより好ましく、５％未満がさらにより好ましい。

二種類のみの交互に配置される層を含むＩ−ポーラーの典型的多層構造を用いて干渉ポーラー（１）を論じてきたが、当然のことながら、干渉偏光子は多数の形態をとることができる。例えば、他の種類のさらなる層を多層構造体に含めてもよい。本開示のバックライトモジュールの一実施態様において、Ｉ−ポーラーは、紫外線を可視光に変換する蛍光物質からなる層を少なくとも一つ含んでもよい。

再度図１を参照する。ランプキャビティ反射体（３１）は、光源（３０）を部分的に囲みかつ光導体（３２）にそれを連結するものとして示される。従来のランプキャビティ反射体は、可視スペクトル領域において約９６％の反射率を有する銀メッキされたフィルムを使用しており、一方、他の放射は前記反射体に実質的に吸収される。一方、本発明に従い反射多層フィルムを用いて構成されるランプキャビティ反射体（３１）は、さらにより高い反射率（典型的に約９８％以上）を示し、それは損失を顕著に減らすものである。さらに、下記に指摘するとおり、前記多層フィルムはまた、法線に対してある角度（例えば４５度より大きな角度）で入射する光に対し、高い反射率、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上、さらにより好ましくは９８％以上を有する。

銀メッキされた光学フィルムの代わりに本発明に従う反射多層フィルムを用いるとき（それ以外は同じ条件で）、反射多層フィルムをランプキャビティ反射体（３１）として組み込むバックライトモジュールは、典型的に約２０％以上の輝度の増加を示す。この増加の多くは、前記多層フィルムの非常に低い吸光率と高い反射率によるものであるといえる。

前記バックライトモジュールにおいて、ランプキャビティ反射体（３１）は、反射層（３４）と一体化することが好ましく、それら二つの要素を互いに積層するか、または結合することにより、あるいは、両方の機能をもたらすよう一つの連続したシートを用いることにより、一体化することが好ましい。その結果、二つの反射体（３１）及び（３４）の間の境界面に起因する損失が実質的になくなる。さらにそのようなデザインは、バックライトモジュールの製造を簡素化することができる。所定の用途において、反射層（３４）を光導体（３２）の背面に積層するか又は類似の態様で取り付けることも、好ましいということができる。このデザインにより、部品間のエアギャップが排除され、従って、表面反射が減り、そして系の総合効率が高くなる。

ある特定の場合、効果の低い反射多層フィルムを反射層（３４）として用いるならば、反射多層フィルム（３４）を介する損失を減らすよう薄い金属又は他の反射コーティングを用いて、光導体（３２）から離れて対向する表面に反射層（３４）を設けることが有利であるということができ、それにより、反射多層フィルム（３４）の反射率を向上させることができる。勿論、金属のコーティング又は他の反射コーティングはある程度の吸収損失を受け得るが、フィルム（３４）を通過する光の部分は、典型的に、フィルム（３４）に入射する光全体の５％未満（より好ましくは約１％未満）となる。

反射層（３４）での光学損失を減らすことは、光が反射層（３４）から繰り返し反射される偏光干渉リサイクル型バックライトモジュールの場合、特に重要な課題である。上述したとおり、従来の反射層は、入射光の約４〜１５％を吸収又は透過する。勿論、吸収損失は、従来の反射体の表面から光が反射するごとに増加する。従来の最良の反射体（入射光の４％を吸収する）を用いる場合でも、反射される光の強度レベルは、わずか６回の反射の後、約７８.３％となる。従来の反射体が入射光の約１５％を吸収する場合、反射される光の強度レベルは、わずか５回の反射の後、約４４.４％に下がる。

多層光学フィルムを典型例として本発明に従うバックライトモジュールのランプキャビティ反射体（３１）及び反射層（３４）の両方を説明したが、当然のことながら、反射体（３１）又は（３４）の一方だけをそのような多層光学フィルムで形成することができ、他方は従来の反射材料を用いることができる。しかし、そのようなデザインは、過度の吸収損失のため、所定の用途にとって好ましくない場合がある。

反射多層フィルムを得る一つの方法は、低屈折率／高屈折率の組合せにおいて複屈折材料を高屈折率層（Ｈ−層）として含む多層積層体を二軸延伸することである。反射多層フィルムを得るもう一つの方法は、カスケード結晶化プロセスにより多層積層体を作ることである。この場合、多層積層体は、交互に配置される層を有し、それらは、図２ｂに示すように互いに直交な配向方向を有する。図２ｂにおいて矢印（４４）及び（４６）は、反射多層フィルムの隣接する層における配向の方向を示している。反射多層フィルムは、いくつかの層を含んでもよく、そして各層は異なる材料から作成することができる。特定の多層フィルムに対する材料選択の決定基準は、反射多層フィルムの必要な光学特性によって変わってくる。前記多層フィルムは、フィルムに存在する層と同じ数の材料を含んでもよい。製造を簡単にするため、好ましい反射多層フィルムは、わずか２〜３種類の異なる材料を含むべきである。異なる物性を有する化学的に等しい材料又は同一材料からなる複数の層の間の境界は、シャープなもの又はスムースなものとすることができる。解析的解法の単純な場合を除いて、連続的に屈折率が変化する後者のタイプの層状媒体の解析は、通常、隣接する層間の特性がごくわずかに変化するシャープな境界を有するより多数のより薄い均質な層を考慮することにより、処理される。

効果の高い反射多層フィルムについて、可視スペクトル全体（４００〜７００ｎｍ）にわたる法線入射での各偏光方向に沿う平均透過率は、１０％未満（９０％を超える反射率）が望ましく、５％未満（９５％を超える反射率）が好ましく、２％未満（９８％を超える反射率）がより好ましく、１％未満（９９％を超える反射率）がさらにより好ましい。４００〜７００ｎｍの波長範囲内で法線に対して６０度で入射する光に対し、平均透過率は、２０％未満（８０％を超える反射率）が望ましく、１０％未満（９０％を超える反射率）が好ましく、５％未満（９５％を超える反射率）がより好ましく、２％未満（９８％を超える反射率）がさらにより好ましく、１％未満（９９％を超える反射率）がさらにより好ましい。

図３は、Ｉ−ポーラーを有する場合と有さない場合のシステムの性能を比較するため、Ｉ−ポーラー（１）のない光学ディスプレイ（１１）の一部を模式的に示している。一般的な場合、太い矢印（１３）で示される光共振器（１２）の単位領域から出てくる光線は、存在する偏光状態（ａ）及び（ｂ）の両方にランダムに偏光される。この光の約半分、すなわち偏光状態（ｂ）を有する光は、ディスプレイセル（１５）の一部を形成する二色性吸収偏光子（１４）によって吸収される。偏光状態（ａ）を有する残りの光は、二色性吸収偏光子（１４）を透過する。従って、ディスプレイセル（１５）から出てくる矢印（１６）で示される光線は、偏光状態（ａ）に相当する。従って、状態（ａ）の光のみが視認者（１７）の方向に誘導される。偏光状態（ｂ）を有する残りの光は、二色性吸収偏光子（１４）によって吸収されることになる。従って、光共振器（１２）により与えられる光強度の約半分だけが、視認者（１７）によって視認されるディスプレイの輝度に実質的に寄与する。

同じディスプレイにおいて、Ｉ−ポーラーは、光共振器（１２）から得られる光をより効果的に利用するよう機能する。矢印（１８）で示される同じ単位量の光がＩ−ポーラー（１）に導かれる場合、光の約半分、すなわち偏光状態（ａ）を有する光が、最初の通過に際してＩ−ポーラー（１）を通過する。この光は、二色性吸収偏光子（１４）の透過軸に合致する適正な偏光状態を有しており、矢印（１９）で示される。一方、偏光状態（ｂ）を有する残りの光は、矢印（２０）で示されるように、Ｉ−ポーラー（１）によって反射され光共振器に戻される。この光のある部分は、光共振器（１２）によって方向及び偏光状態についてランダム化され、状態（ａ）となる。次いで、この光は、矢印（２１）で示されるように、状態（ａ）及び（ｂ）で光共振器から出てくる。次いで、偏光状態（ａ）を有する再循環された光は、矢印（２２）で示されるように、最初の透過光（一次透過光）に加えられる。従って、「再循環」のため、矢印（２２）及び（１９）で示される光の総量は増加する。二色性吸収偏光子（１４）の透過軸に合致する適正な偏光状態（ａ）を有する光のみがＩ−ポーラー（１）を通過するため、矢印（２３）によって示されるとおり、ディスプレイから出射されるより多くの光が、視認者（１７）の方向に導かれる。さらに、偏光状態（ｂ）を有する光がＩ−ポーラー（１）によって反射されるため、二色性吸収偏光子（１４）によって吸収される光は非常にわずかである。この結果、ディスプレイにおいて、視認者に向かって出てくる矢印（２３）で示される光は、矢印（１６）で示される光より７０％明るいものとなり得る。

図４ａは、本発明の一実施態様に従う偏光干渉リサイクル型バックライトモジュールの断面を示す。バックライトモジュールは、光共振器（１２）及びＩ−ポーラー（１）を有する積層構造体である。光共振器は、下部プレート（４）、両面エレクトロルミネッセンスパネル（３）、及び透明基板（２）を含む。下部プレート（４）は、反射型位相差フィルム（５）で覆われた山切り型（リッジの形成された）の裏面を有する。反射型位相差フィルム（５）は、そこに入射する光線を偏光状態について変換し、そして変換された光線をＩ−ポーラー（１）の方向に反射する。この実施態様において、下部プレート（４）の山切り型裏面にある任意の二つの隣り合う山（リッジ）の間にある溝の角度は９０°である。しかし、そこに対する光線を反射させるため適当な任意の他の溝角度を用いることができる。Ｉ−ポーラー（１）により、所定の偏光状態を有する光線は透過させられ、そして他の偏光状態を有する光線は反射される。例えば、重ねられた層からなる構造体を本発明に従うＩ−ポーラーとして利用することができ、それにより、所定の一つの偏光状態を有する偏光された光線は、重ねられた層からなる前記構造体を通過し、そして所定のもう一つの偏光状態を有する偏光された光線は、反射される。Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの異方性層は、上記により詳しく記載されたカスケード結晶化プロセスによって形成される。製造技術を考慮して、基板（２）は、例えばプラスチック又は任意の種類のガラスのような任意の適当な光学材料から形成することができる。

注目すべきことに、実際の製造の一態様において、反射型位相差フィルム（５）は、そこに入射する光線を反射して基板に戻すように下部プレートの山切り型裏面に蒸着させられた又は光学的精密塗布法によって形成された固体のフィルムである。下部プレートの裏面にある山切り角度（リッジ角度）が９０°であり、そして入射光線の波長が４００〜７００ｎｍの範囲にあるという条件において１.５３の屈折率を有する材料から基板を形成する場合、多層反射フィルムの典型的な組成は、ＭｇＦ_２、ＺｎＳ、ＣｅＦ_３、ＭｇＦ_２、ＺｎＳ、ＣｅＦ_３、及びＭｇＦ_２であり、それぞれの層の厚みは、例えば１１０．８２、２０．１３、８４．８８、１４１．９３、１１１．４７、８４．８８、及び２５．３８ｎｍである。

反射型位相差フィルム（５）のもう一つの態様を図４ｂに示す。この反射型位相差フィルムは、透明基板（４８）、第一のＩ−ポーラー（５０）、一つ（又は複数）の位相調整層（５２）、及び第二のＩ−ポーラー（５４）を有する多層積層体である。第一のＩ−ポーラーは、偏光状態（ｂ）を有する光を反射し、そして偏光状態（ａ）を有する光を透過させる。第二のＩ−ポーラーは、偏光状態（ａ）を有する光を反射し、そして偏光状態（ｂ）を有する光を透過させる。第一のＩ−ポーラー及び第二のＩ−ポーラーは、上述したように形成される。第一のＩ−ポーラーは、複数の層の積層体からなり、また第二のＩ−ポーラーも多層フィルムとすることができる（簡単にするため図４ｂでは３つの層だけが示されている）。位相調整層（５２）は、単層として示されているが、複数の層の系からなるものであってもよい。

偏光されていない入射光（５６）は、第一のＩ−ポーラー（５０）によって部分的に反射されかつ部分的に透過される。前記Ｉ−ポーラー（５０）は、偏光状態（ｂ）を有する光（５８）の成分を反射する。偏光状態（ｂ）に直交する偏光状態（ａ）を有する偏光成分は、第一のＩ−ポーラー（５０）を通過する。第二のＩ−ポーラー（５４）は、偏光状態（ａ）を有する光波を反射するよう設計されている。

偏光状態（ａ）を有する光波は、第一のＩ−ポーラー（５０）及び位相調整層（５２）を通過し、次いで第二のＩ−ポーラー（５４）で反射され、再度、位相調整層（５２）及び第一のＩ−ポーラー（５０）を通過する。反射波（５８）と反射波（６０）との間でそれらが基板（４８）に入射するとき所定の位相差がもたらされるよう、ａ−偏光状態を有する反射波（６０）の位相は、ｂ−偏光状態を有する反射波（５８）に対して遅延させられる。この一時的な位相差は１８０度が好ましく、それにより、入射直線偏光と出射直線偏光とが直交するよう偏光面が回転される。反射波（５８）及び（６０）も所定の角度で回転される限り、好ましくは、入射光（５６）中のそれらの対応する成分についてそれぞれ０度と１８０度で回転される限り、基板（４８）内の光は、入射波と反射波が直交する方向に偏光されるように、直線偏光されることとなる。

図４ｂを検討することによって、位相変化すなわち位相差φ_Rが以下の式｛［２φ_1T+φ_2R＋２δ］-φ_1R｝＝φ_Rによって定義されることがわかる。式中、φ_1Tは、ａ−偏光状態を有する光波について第一のＩ−ポーラー（５０）を通過するときの位相変化であり、φ_2Rは、ａ−偏光状態を有する光波について第二のＩ−ポーラー（５４）から反射されるときの位相変化であり、φ_1Rは、第一のＩ−ポーラー（５０）から反射されるときの位相変化であり、かつδは位相調整層の光学的厚みである。δ＝２π／λｎｄであり、ここでｎnは屈折率であり、かつｄは物理的厚みである。

位相変化φ_Rは、第一のＩ−ポーラー、第二のＩ−ポーラー及び位相調整層において使用される薄層の屈折率及び厚みに依存する。これらの位相変化は、当該技術において知られる方法により計算することができる。

図５は、本発明のもう一つ実施態様に従う偏光干渉リサイクル型バックライトモジュールの断面を示している。バックライトモジュールは、光共振器（１２）及びＩ−ポーラー（１）を有する積層構造体である。光共振器は、下部プレート（４）及び両面エレクトロルミネッセンスパネル（３）を有する。下部プレート（４）は、反射型位相差フィルム（５）で覆われた山切り型の（リッジが形成された）下部表面を有する。反射型位相差フィルム（５）は、そこに入射する光線を偏光状態について変換し、そして変換された光線をＩ−ポーラー（１）の方向に反射する。この実施態様において、下部プレート（４）の山切り型下部表面にある任意の二つの隣り合う山（リッジ）の間にある溝の角度は９０°である。しかし、そこに対する光線を反射させるため適当な任意の他の溝角度を用いることができる。Ｉ−ポーラー（１）により、所定の偏光状態を有する光線は透過させられ、そして他の所定の偏光状態を有する光線は反射される。

図６は、本発明のもう一つの実施態様に従うバックライトモジュールを示し、それは、両面エレクトロルミネッセンスパネル（３）及び光散乱構造体（２４）を有する。高反射率の反射フィルム（２５）が、散乱構造体（２４）の裏面に設けられる。Ｉ−ポーラー（１）は、視認者（１７）と両面エレクトロルミネッセンスパネル（３）の間に位置する。従って、本発明の上述した実施態様による光線の偏光状態の変換は、散乱構造体（２４）による散乱効果に基づいて達成することができる。注目すべきことに、散乱構造体は、塗装工程によって形成することができ、あるいは異なる光学係数を有する材料から形成することができる。さらに、この構造体からの散乱の効果は、粗い表面によって達成することもできる。

図７は、本発明のさらにもう一つの可能な実施態様によるバックライトモジュールを示す。この場合、光散乱構造体（２４）は、片面エレクトロルミネッセンスパネル（２６）の前面と基板（２）との間に位置する。一方、下部プレートは省かれている。同様に、光線の偏光状態の変換は、構造体（２４）からの散乱によって達成することができる。Ｉ−ポーラー（１）は、視認者（１７）と基板（２）との間に位置する。可能な態様において、バックライトモジュールの組み立てをさらに単純にするため、基板（２）も省くことができる。

図８に示すバックライトモジュールは、光共振器（１２）、及び、視認者（１７）と光共振器（１２）との間に配置されるＩ−ポーラーを有する。光共振器は、光源（２７）、反射体（２８）、及び、前記光源と反射体の上方に配置される位相差板（２９）を有する。光源（２７）は、例えば、複数の放電灯又はＬＥＤマトリックスに相当する複数の光源の組立品である。バックライトシステムの後ろに配置される反射体（２８）は、光源の発光のより効果的な利用を可能にする。反射体は、任意の種類（鏡面型又は拡散型）とすることができる。

具体的な実施態様の説明

本開示の発明の一つの好ましい実施態様は、偏光干渉リサイクル型バックライトモジュールである。前記バックライトモジュールは、前記光共振器の前面に入射する光を反射しかつランダム化することができ、光源として機能する光共振器、及び、重ねられた層を有する、前記光共振器の前面に対向して配置されるＩ−ポーラーを有する。前記Ｉ−ポーラーは、光のスペクトルの少なくとも一つの領域において、所定の偏光状態を有する光の透過を確かなものにし、かつ直交する偏光状態を有する光の反射を確かなものにする。前記Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は、光学的に異方性であり、かつカスケード結晶化プロセスによって作製されている。この層は、光軸の一つ方向において分子間間隔が３．４±０．３Åである全体的に秩序のある二軸結晶構造を特徴とし、可視スペクトル領域において透明であり、かつ共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一つの多環式有機化合物に相当する棒状超分子によって形成されている。

本開示のバックライトモジュールの一実施態様において、Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は、紫外線を可視光に変換する蛍光物質から作成される。本開示のバックライトモジュールの一つの可能な態様において、Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は４００ｎｍ未満に基礎吸収端を有する。本開示のバックライトモジュールのもう一つの可能な態様において、Ｉ−ポーラーは０．９８以上の透過係数を有する。本開示のバックライトモジュールのさらにもう一つの可能な態様において、Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は可視スペクトル領域において一様に透明である。

もう一つの好ましい実施態様において、本発明はバックライトモジュールを提供し、そこにおいて少なくとも一つの光学異方性層は二価及び／又は三価の金属のイオンで処理されている。もう一つのバックライトモジュールにおいて、少なくとも一つの有機化合物材料の分子は複素環を有する。本開示の発明の一態様において、バックライトモジュールは少なくとも一つの二色性染料をベースとするリオトロピック液晶からなる少なくとも一つの光学異方性層を含む。

本開示のバックライトモジュールの一態様において、光共振器は、前記光共振器の前面に対向する山切り型の裏面を有する下部プレートと、前記下部プレートの山切り型裏面上に配置される反射型位相差フィルムと、前記下部プレートに対向して配置される両面エレクトロルミネッセンスパネル（これは光源として機能する）と、前記両面エレクトロルミネッセンスパネル上に配置されかつ側面を有する透明基板とを有する。一実施態様において、前記バックライトモジュールは、前記基板の前記側面上に配置される反射フィルムをさらに有する。

本開示のバックライトモジュールのもう一つの態様において、光共振器は、山切り型の裏面を有する下部プレートと、前記下部プレートの山切り型裏面上に配置される反射型位相差フィルムと、前記下部プレートの前面に対向して配置される両面エレクトロルミネッセンスパネル（これは光源として機能する）と、前記両面エレクトロルミネッセンスパネル上に配置される透明基板とを有する。一実施態様において、前記反射型位相差フィルムは、入射光と反射光とが直交する方向に偏光されるよう、反射される光の偏光面の回転をもたらす。前記反射型位相差フィルムは、第一のＩ−ポーラーと、第二のＩ−ポーラーと、それらのＩ−ポーラーの間に配置される位相調整層とを有する。前記第一のＩ−ポーラーは、所定の偏光状態（ｂ）を有する光を反射しかつ偏光状態（ｂ）に対して直交する偏光状態（ａ）を有する光を透過させる。そして、前記第二のＩ−ポーラーは、偏光状態（ａ）を有する光を反射しかつ偏光状態（ｂ）を有する光を透過させる。位相調整層の屈折率及び物理的厚みは、入射光に実質的に直交する方向に前記反射光を偏光するよう、選択される。

バックライトモジュールの一実施態様において、反射型位相差フィルムは、光学的精密塗布法によって形成された固体のフィルムである。本開示のバックライトモジュールのもう一つの態様において、光共振器は、前記共振器の前面に対向する前面と裏面とを有する散乱構造体、前記散乱構造体の裏面上に配置される反射フィルム、及び前記散乱構造体の前面に対向して配置される両面エレクトロルミネッセンスパネルを有する。

本開示のバックライトモジュールの可能な態様において、光共振器は、前記共振器の前面に対向する前面と裏面とを有する散乱構造体、前記散乱構造体の前面上に配置される基板、及び前記散乱構造体の裏面上に配置される片面エレクトロルミネッセンスパネルを有する。

さらにもう一つの態様において、バックライトモジュールは、照明層を有する両面エレクトロルミネッセンスパネル、絶縁層、及び二つの透明電極を有する。前記照明層と前記絶縁層は、隣接し、そして前記透明電極の間に配置される。本開示の発明の一態様において、バックライトモジュールは、前記基板の側面上に配置される反射フィルムをさらに有する。さらにもう一つの態様において、バックライトモジュールは、光線の出力角度と拡散角度を調節するためＩ−ポーラー上に配置される波形のフィルムを有する。

本開示のバックライトモジュールの一つの可能な態様において、光共振器は、（i）前記光共振器の前面に対向する前面、裏面及び端部を有する光導体、（ii）前記光導体の端部に光学的に接続されかつ前記光導体に光を出射する光源、（iii）前記光導体の前面の上方に位置する位相差フィルム、及び（iv）前記光導体の裏面に近接し、法線入射する光の少なくとも約８０％を反射しかつその法線に対して６０度の角度で入射する光の少なくとも約８０％を反射する反射フィルムからなる後部反射体を有する。一実施態様において、反射多層フィルムは、カスケード結晶化プロセスによって作製されかつ配向方向が互いに直交な交互に配置される層を有する。バックライトモジュールの一つの可能な態様において、後部反射体は、法線入射する光の少なくとも約９０％を反射する。バックライトモジュールのもう一つの態様において、後部反射体は、法線入射する光の少なくとも約９５％を反射する。さらにもう一つの態様において、後部反射体は、法線入射する光の少なくとも約９８％を反射し、さらなるもう一つの態様において、後部反射体は、法線入射する光の少なくとも約９９％を反射する。バックライトモジュールのもう一つの可能な態様において、後部反射体は、その法線に対して６０度の角度で入射する光の少なくとも約９０％を反射する。バックライトモジュールのもう一つの態様において、後部反射体は、上記光の少なくとも約９５％を反射する。さらにもう一つの態様において、それは、上記光の少なくとも約９８％を反射し、さらなるもう一つの態様において、後部反射体は、その法線に対して６０度の角度で入射する光の少なくとも約９９％を反射する。

本開示の発明の可能な一態様において、バックライトモジュールは、後部反射体から光導体の裏面方向への光の拡散反射を確実なものにする特定の手段をさらに有する。本開示のバックライトモジュールの一態様において、前記拡散反射は、反射フィルム内に分散された粒子によってもたらされる。本開示のバックライトモジュールのもう一つの態様において、前記拡散反射は、反射フィルムの表面上に存在する粒子によってもたらされる。本開示のバックライトモジュールのさらにもう一つの態様において、前記拡散反射は、後部反射体と光導体の裏面との間に配置されるフィルムによってもたらされる。

本開示のバックライトモジュールのさらにもう一つの態様において、光導体の裏面は後部反射体によって形成される。

本開示の発明の可能な一実施態様において、バックライトモジュールは、光源の部分の周りに配置されるランプキャビティ反射体をさらに有する。この反射体は、光源からの光を光導体の端部の方向に導くものであり、法線入射する光の少なくとも約８０％を反射しかつその法線に対して６０度の角度で入射する光の少なくとも約８０％を反射する反射フィルムをさらに有することができる。

このバックライトモジュールの可能な一態様において、ランプキャビティ反射体は、法線入射する光の少なくとも約９０％を反射する。バックライトモジュールの一態様において、ランプキャビティ反射体は、法線入射する光の少なくとも約９５％を反射する。もう一つの態様において、前記反射体は、法線入射する光の少なくとも約９８％を反射し、バックライトモジュールのさらにもう一つの態様において、前記反射体は、法線入射する光の少なくとも約９９％を反射する。

本開示のバックライトモジュールの一態様において、ランプキャビティ反射体は、その法線に対して６０度の角度で入射する光の少なくとも約９０％を反射する。本開示のバックライトモジュールのもう一つの態様において、前記反射体は、上記光の少なくとも約９５％を反射する。さらにもう一つの態様において、ランプキャビティ反射体は、その法線に対して６０度の角度で入射する光の少なくとも約９８％を反射し、さらなるもう一つの態様において、前記反射体は、上記光の少なくとも約９９％を反射する。

バックライトモジュールの一実施態様において、反射フィルムは、カスケード結晶化プロセスにより作製されかつ配向方向が互いに直交な交互に配置される層を有する反射多層フィルムである。前記層は、光学異方性であり、光軸の一つの方向において分子間間隔が３．４±０．３Åである全体的に秩序のある二軸結晶構造を特徴とし、可視光の波長帯域において透明であり、かつ共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一つの多環式有機化合物に相当する棒状超分子によって形成されている。

本開示の発明のもう一つの好ましい実施態様は、液晶セル及びバックライトモジュールを有する液晶表示装置である。前記バックライトモジュールは、光源として機能する光共振器を有する。前記バックライトモジュールは、前記光共振器の前面に入射する光を反射しかつランダム化することができる。前記バックライトモジュールは、重ねられた複数の層を有するＩ−ポーラーを有し、前記Ｉ−ポーラーは、前記光共振器の前面と前記液晶セルとの間に配置される。前記Ｉ−ポーラーは、可視スペクトルの少なくとも一つの領域において、所定の偏光状態を有する光源から出射される光線の透過をもたらし、かつ、直交する偏光状態の光の反射をもたらす。前記Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は、光学異方性でありかつカスケード結晶化プロセスによって作製されている。この層は、光軸の一つの方向において分子間間隔が３．４±０．３Åである全体的に秩序のある二軸結晶構造を特徴とする。前記層は、可視波長の帯域において透明であり、かつ共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一つの多環式有機化合物からなる棒状超分子によって形成されている。

本開示の液晶表示装置の一実施態様において、Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は、紫外線を可視光に変換する蛍光物質からなる。本開示の液晶表示装置の一つの可能な態様において、Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は４００ｎｍ未満に基礎吸収端を有する。本開示の液晶表示装置のもう一つの可能な態様において、Ｉ−ポーラーは０．９８以上の透過係数を有する。本開示の液晶表示装置のさらにもう一つの可能な態様において、Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は可視スペクトル領域において一様に透明である。さらなる液晶表示装置において、少なくとも一つの有機化合物材料の分子は複素環を含む。本発明の一実施態様において、液晶表示装置は、液晶セル上に配置される反射防止コーティングをさらに有する。

本発明のより容易な理解のため、以下の具体例について言及する。なお、これらの具体例は本発明の例示を目的とするものであり、その範囲を限定することを目的とするものではない。

実施例１
典型的な干渉ポーラー（Ｉ−ポーラー）は、透明な基板上に配置される複屈折性でかつ等方性の材料の交互に配置される層を用いて構成することができる。前記干渉ポーラーは透過軸ＡＢを有する。偏光されていない光が干渉ポーラーに入射する場合、前記透過軸ＡＢにほぼ直交する偏光状態を有する前記光の一部は、干渉ポーラーから反射される。それぞれの層の屈折率及び厚み並びに層の総数を操作することにより、望ましい性能を得ることができる。この偏光子デザインの最も重要な局面の一つは、この基本構造の選択である。以下の検討において、法線入射を想定し、そして基板の屈折率を１．５に固定する。典型的に、干渉ポーラーは、入射光の偏光面において高い屈折率と低い屈折率を有する二重層の周期構造の形態で設計することができる。すなわち、十分な性能が得られるまで、同じ対の層が繰り返し付加される。この構造は、（ＨＬ）^N-1Ｈ（ここでＨ及びＬは、高い屈折率の層と低い屈折率の層をそれぞれ表し、かつＮは対の数である）の形態である。以下、そのような構造を、合計Ｎの高屈折率層（Ｈ−層）を含む共振器（キャビティ）と呼ぶ。光学的厚み（物理的厚みと屈折率との積）が、ある特定の波長の１／４（１／４波長厚み）の奇数倍に等しいとき、前記構造は、特定の波長において最大の反射をもたらす。

単一の波長に対して干渉ポーラーを設計することが目的ではないが、上記の結果は、実際の干渉ポーラーを設計するため、ある見通しと指針をもたらし得る。図９及び１０は、検討する系の反射率に対する層の屈折率及び層数の効果を示している。材料は基板上に配置される。入射光は多層構造を通過し、前記基板から出て行く。図９は、低い屈折率を１．５に固定しかつ他方の屈折率を１．８（ａ）から２．０（ｂ）及び２．２（ｃ）に変化させた三層（高屈折率）構造の反射率を示している。光学的厚みは５５０ｎｍの１／４である。屈折率の差が大きくなるほど、反射率と帯域幅の両方が増加する。わずかに三つのＨ−屈折率層を用いても、反射率は８０％に到達することができる。図１０は、両屈折率を１．５と１．８に固定し、そしてＨ−層の数を３（ａ）から５（ｂ）及び７（C）に変化させた場合を示している。Ｈ−層の数が増加するに従って、反射率は劇的に増加するとともに高い値から振動レベルにより急激に減少する。

図９及び１０に伴う一つの実際的な問題は、正確な製造の制御にとって層の厚みが小さすぎる可能性があるということである。４００〜７００ｎｍの可視波長領域において、１．８の屈折率に対する物理的厚みは５５〜９７ｎｍである。その光学的厚みは、１／４波長の奇数倍（例えば３又は５）に等しくてもよい。しかし、厚みの増加によって帯域幅は減少する。

明らかなとおり、単一の共振器は、単一波長の前後に狭く集中した反射をもたらし、その帯域幅は、共振器における層の屈折率差と層数に依存する。従って、複数共振器の構造が重要である。そのような構造において、各共振器は、異なる波長を中心とする。そのような構造は（Ｈ₁Ｌ₁）^N-1Ｈ₁Ｃ₁₂（Ｈ₂Ｌ₂）^N-1Ｈ₂Ｃ₂₃・・・（Ｈ_mＬ_m）^N-1Ｈ_m、として表すことができる。ここでＣ₁₂は共振器１と共振器２の間にある結合層を表す。Ｃ₁₂値は、通常Ｌ₁とＬ₂の平均として選ばれる。さらに、共振器同士の間の波長間隔は、各共振器の帯域幅に基づいて慎重に選択すべきである。帯域幅が狭ければ狭いほど、より小さい間隔を選択すべきである。

図１１は、６つの共振器を有し、各共振器に１５のＨ−層（合計９５のＨ−層）を有するほぼ完全な広帯域多層無損失偏光子の反射スペクトルを示す。１００％に近い反射が５００ｎｍ〜７００ｎｍの帯域において得られることがわかる。高屈折率が２．２である場合、本発明者らは、わずか４つの共振器（それぞれが７つの層（合計２８のＨ−層）からなる）を用いて同じ性能を得ることができた。

以上の場合のすべてにおいて、層の厚みは、各共振器において１／４波長である。ここで層の厚みを増加させる問題について再度検討する。上述したとおり、層の厚みが増すに従って帯域幅は減少する。このことは、波長の同じ領域をカバーするのにより多くの共振器が必要であることを意味する。例えば、厚みが四分の三波長となる場合、図１１と同様の性能を得るためには、１１の共振器（それぞれは１７のＨ−層（合計１８７のＨ−層）を有する）を用いる必要がある。これは、より薄い層の場合に比べて、層の数が２倍を超えている。

干渉ポーラー層は、カスケード結晶化プロセスによって得られ、そして層の光学特性を測定するため分析された。アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリンのスルホ誘導体の混合物（１２ｇ）を撹拌しながら２０℃の温度で６５．０ｇの脱イオン水に導入した。次いで、２５％アンモニア水溶液５．３ｍｌを添加し、その混合物を撹拌して完全に溶解させた。スルホン化アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリン水溶液の電子吸収スペクトルを図１２に示す。前記溶液を、ロータリーエバポレーターで３０％に濃縮し、そして、マイヤーロッド＃２．５を用い１５ｍｍ／ｓの線速度で２０℃の温度においてガラス基板表面に積層した。このプロセスを６５％の相対湿度において行った。次いで、同じ湿度及び温度においてそのフィルムを乾燥させた。

前記フィルムの光学特性を調べるため、Ｃａｒｙ‐５００分光光度計を用いて４００〜８００ｎｍの波長範囲で偏光における光透過スペクトルを測定した（図１３）。本発明者らは、偏光子及び検光子の偏光軸（それぞれＴ_par及びＴ_per）に平行な直線偏光された光と直交な直線偏光された光を用いて、前記フィルムの光透過を測定した。図１３は、４３０ｎｍを超える波長の可視スペクトル領域において、前記フィルムの吸光度が非常に低いことを示している。

得られたデータを用いて、配向方向に平行な偏光及び直交な偏光についての屈折率（ｎ_e，ｎ_o）及び吸収係数（ｋ_e，ｋ_o）を計算した。計算された係数を図１４に示す。得られた層は、光学異方性であり、かつ可視スペクトル領域において０．２１から０．３８まで増加する高い位相差特性Δｎ＝ｎ_o−ｎ_eを示している。吸収係数ｋ_e及びｋ_oの低い値は、層の高い透過性を裏付けている。

図１５は、光学異方性層が平行偏光子間に配置された構造に関し、４５０ｎｍ、５７５ｎｍ、及び７００ｎｍの波長において測定された回転角度と透過率との関係を示している。透過軸は角度０度に相当する。吸収軸は−９０度及び９０度の角度に相当する。これらの測定から、偏光された光が前記層を通過するとき、偏光面の回転を確認することができる。

Ｉ−ポーラーを有するエッジ型の偏光干渉リサイクル型バックライトモジュールの断面図を示す。 交互に配置される層の積層体を有するＩ−ポーラーの断面図を示す。 互いに直交な配向方向を有する層が交互に配置された積層体を有する反射型多層フィルムを示す断面図である。 Ｉ−ポーラーがある光学ディスプレイとそれがない光学ディスプレイを比較することを目的とする模式図である。 本発明の一実施態様に従う、Ｉ−ポーラー及び両面エレクトロルミネッセンスパネル並びに透明基板を有するバックライトモジュールの模式図である。 反射型位相差フィルムの一実施態様の模式図である。 本発明のもう一つの実施態様に従う、Ｉ−ポーラー、両面エレクトロルミネッセンスパネルを有するバックライトモジュールの模式図である。 本発明の一実施態様に従う、Ｉ−ポーラー、両面エレクトロルミネッセンスパネル、及び光散乱構造体を有するバックライトモジュールの模式図である。 本発明の一実施態様に従う、Ｉ−ポーラー、片面エレクトロルミネッセンスパネル、及び光散乱構造体を有するバックライトモジュールの模式図である。 複数の光源を組み立てたものを有する本発明に従うバックライトモジュールの模式図である。 低屈折率を１．５に固定した三層（高屈折率）１／４波長共振器について偏光子の反射率を波長の関数として示す図である。 種々の数の高屈折率層（Ｈ−層）（高屈折率は１．８に固定し、かつ低屈折率は１．５に固定する）を有する１／４波長共振器について偏光子の反射率を波長の関数として示す図である。 １５のＨ−層（高屈折率は１．８に固定し、かつ低屈折率は１．５に固定する）を有する６つの１／４波長共振器の構造について偏光子の反射率を波長の関数として示す図である。 ２５ｍｇ／ｌの濃度を有するスルホン化アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリンの水溶液について吸収スペクトルを示す図である。 スルホン化アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリン誘導体の混合物から調製された層について波長に対する透過係数の依存性を示す透過スペクトルの図である。 スルホン化アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリン誘導体の混合物から調製された層について、配向方向に平行及び直交に測定された屈折率（ｎ_e，ｎ_o）及び吸収係数（ｋ_e，ｋ_o）の波長に対する依存性を示す図である。 ４５０、５７５、及び７００ｎｍの波長に対し、平行偏光子間に配置された光学異方性層を有する構造において測定された、透過率に対する回転角度のプロット図である。

Claims (44)

1. 光源として機能し、かつその前面に入射する光を反射かつランダム化する光共振器、及び
   積層された複数の層を有するＩ−ポーラーを有し、
   前記Ｉ−ポーラーは、前記光共振器の前記前面に対向して配置され、かつ光のスペクトルの少なくとも一つの領域において、所定の偏光状態を有する光の透過を確実にしかつ直交な偏光状態を有する光の反射を確実にするものであり、かつ
   前記Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層は、光学的に異方性であり、カスケード結晶化プロセスにより作られており、光軸の一つの方向において分子間間隔が３．４±０．３Åである全体的に秩序のある二軸結晶構造を特徴とし、可視スペクトル領域において透明であり、かつ共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一つの多環式有機化合物に相当する棒状超分子によって形成されている、偏光干渉リサイクル型バックライトモジュール。
2. 前記Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層が、紫外線を可視光に変換する蛍光物質から作成されている、請求項１に記載のバックライトモジュール。
3. 前記Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層が、４００ｎｍ未満に基礎吸収端を有する、請求項１または２に記載のバックライトモジュール。
4. 前記Ｉ−ポーラーは０．９８以上の透過係数を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
5. 前記Ｉ−ポーラーの少なくとも一つの層が、可視スペクトル領域において一様に透明である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
6. 少なくとも一つの光学的に異方性である層が、二価及び／又は三価の金属のイオンで処理されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
7. 少なくとも一つの前記有機化合物の分子が複素環を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
8. 少なくとも一つの前記有機化合物の分子が、アセナフト［１，２−ｂ］キノキサリンのスルホ誘導体である、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
9. 少なくとも一つの光学的に異方性である層が、少なくとも一つの二色性染料をベースとするリオトロピック液晶によって形成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
10. 前記光共振器は、
    前記光共振器の前面に対向する前面と山切り型の裏面を有する下部プレート、
    前記下部プレートの山切り型裏面上に配置される反射型位相差フィルム、
    前記下部プレートの前面に対向して配置される両面エレクトロルミネッセンスパネル、及び
    前記両面エレクトロルミネッセンスパネル上に配置されかつ側面を有する透明基板をさらに有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
11. 前記光共振器は、
    前記光共振器の前面に対向する前面と山切り型の裏面を有する下部プレート、
    前記下部プレートの山切り型裏面上に配置される反射型位相差フィルム、及び
    前記下部プレートの前面に対向して配置される両面エレクトロルミネッセンスパネルをさらに有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
12. 前記反射型位相差フィルムは、入射光と反射光とが直交する方向に偏光されるように、反射される光の偏光面の回転をもたらし、かつ前記反射型位相差フィルムは、第一のＩ−ポーラー、第二のＩ−ポーラー、及びそれらのＩ−ポーラーの間に配置される位相調整層を有し、前記第一のＩ−ポーラーは、所定の偏光状態（ｂ）を有する光を反射しかつ偏光状態（ｂ）に対して直交する偏光状態（ａ）を有する光を透過させ、かつ前記第二のＩ−ポーラーは、偏光状態（ａ）を有する光を反射しかつ偏光状態（ｂ）を有する光を透過させるものであり、前記位相調整層の屈折率及び物理的厚みは、入射光にほぼ直交する方向に前記反射光を偏光するよう、選択されている、請求項１０又は１１に記載のバックライトモジュール。
13. 反射型位相差フィルムは、光学的精密塗布法によって形成された固体のフィルムである、請求項１０又は１１に記載のバックライトモジュール。
14. 前記光共振器は、
    前記光共振器の前面に対向する前面と裏面を有する散乱構造体、
    前記散乱構造体の裏面上に配置される反射フィルム、及び
    前記散乱構造体の前面に対向して配置される両面エレクトロルミネッセンスパネルをさらに有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
15. 前記光共振器は、
    前記光共振器の前面に対向する前面と裏面を有する散乱構造体、
    前記散乱構造体の前面上に配置される基板、及び
    前記散乱構造体の裏面上に配置される片面エレクトロルミネッセンスパネルをさらに有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
16. 前記両面エレクトロルミネッセンスパネルは、照明層、絶縁層、及び二つの透明電極を有し、ここでこれらの層は、隣接しておりかつ前記電極の間に配置されている、請求項１０、１１、１４のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
17. 前記基板の前記側面上に配置される反射フィルムをさらに有する、請求項１０、１２、１３のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
18. 光の出力角度と拡散角度を調節するため前記Ｉ−ポーラー上に配置される波形のフィルムをさらに有する、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
19. 前記光共振器は、
    前記光共振器の前面に対向する前面、裏面及び端部を有する光導体、
    前記光導体の端部に光学的に接続されかつ前記光導体に光を出射する光源、
    前記光導体の前面の上方に位置される位相差フィルム、及び
    前記光導体の裏面に近接し、かつ法線入射する光の少なくとも約８０％を反射しかつ法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約８０％を反射する反射フィルムを有する後部反射体をさらに有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
20. 前記後部反射体は、法線入射する光の少なくとも約９０％を反射するよう構成されている、請求項１９に記載のバックライトモジュール。
21. 前記後部反射体は、法線入射する光の少なくとも約９５％を反射するよう構成されている、請求項１９に記載のバックライトモジュール。
22. 前記後部反射体は、法線入射する光の少なくとも約９８％を反射するよう構成されている、請求項１９に記載のバックライトモジュール。
23. 前記後部反射体は、法線入射する光の少なくとも約９９％を反射するよう構成されている、請求項１９に記載のバックライトモジュール。
24. 前記後部反射体は、法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約９０％を反射するよう構成されている、請求項１９に記載のバックライトモジュール。
25. 前記後部反射体は、法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約９５％を反射するよう構成されている、請求項１９に記載のバックライトモジュール。
26. 前記後部反射体は、法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約９８％を反射するよう構成されている、請求項１９に記載のバックライトモジュール。
27. 前記後部反射体は、法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約９９％を反射するよう構成されている、請求項１９に記載のバックライトモジュール。
28. 前記後部反射体から反射される光を前記光導体の裏面の方向に拡散するための拡散手段をさらに有する、請求項１９に記載のバックライトモジュール。
29. 前記拡散手段は、前記反射フィルム内に拡散粒子を有する、請求項２８に記載のバックライトモジュール。
30. 前記拡散手段は、前記反射フィルムの表面上に配置される拡散粒子を有する、請求項２８に記載のバックライトモジュール。
31. 前記拡散手段は、前記後部反射体と前記光導体の裏面との間に配置される拡散フィルムを有する、請求項２８に記載のバックライトモジュール。
32. 前記光導体の裏面は前記後部反射体によって形成されている、請求項１９〜３１のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
33. 前記光源の部分の周りに配置されるランプキャビティ反射体をさらに有し、前記ランプキャビティ反射体は、光源からの光を前記光導体の端部の方向に導くものであり、前記ランプキャビティ反射体は、法線入射する光の少なくとも約８０％を反射しかつ法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約８０％以上を反射するよう構成された反射フィルムを有する、請求項１９〜３２のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
34. 前記ランプキャビティ反射体は、法線入射する光の少なくとも約９０％を反射するよう構成されている、請求項３３に記載のバックライトモジュール。
35. 前記ランプキャビティ反射体は、法線入射する光の少なくとも約９５％を反射するよう構成されている、請求項３３に記載のバックライトモジュール。
36. 前記ランプキャビティ反射体は、法線入射する光の少なくとも約９８％を反射するよう構成されている、請求項３３に記載のバックライトモジュール。
37. 前記ランプキャビティ反射体は、法線入射する光の少なくとも約９９％を反射するよう構成されている、請求項３３に記載のバックライトモジュール。
38. 前記ランプキャビティ反射体は、法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約９０％を反射するよう構成されている、請求項３３に記載のバックライトモジュール。
39. 前記ランプキャビティ反射体は、法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約９５％を反射するよう構成されている、請求項３３に記載のバックライトモジュール。
40. 前記ランプキャビティ反射体は、法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約９８％を反射するよう構成されている、請求項３３に記載のバックライトモジュール。
41. 前記ランプキャビティ反射体は、法線から６０度の角度で入射する光の少なくとも約９９％を反射するよう構成されている、請求項３３に記載のバックライトモジュール。
42. 前記反射フィルムは、カスケード結晶化プロセスにより作製されかつ配向方向が互いに直交に交互に配置される層を有する反射多層フィルムであり、ここで前記層は、光学的に異方性であり、光軸の一つの方向において分子間間隔が３．４±０．３Åである全体的に秩序のある二軸結晶構造を特徴とし、可視光の波長帯域において透明であり、かつ共役π系及びイオノゲン基を有する少なくとも一つの多環式有機化合物に相当する棒状超分子によって形成されている、請求項１４、１７、１９、２９、３０、３３のいずれか１項に記載のバックライトモジュール。
43. 液晶セル、及び
    請求項１〜４２のいずれか１項に記載のバックライトモジュールを有する液晶表示装置。
44. 前記液晶セル上に配置される反射防止コーティングをさらに有する、請求項４３に記載の液晶表示装置。

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