JP5015960B2 - 偏光素子、および液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、入射光に対して特定の偏光成分のみを選択的に透過する偏光素子、および、この偏光素子を備える液晶表示装置に関する。

従来、通常の光から特定の偏光のみを取り出す研究は数多くなされており、さまざまな形態の偏光素子が開発されている。このような偏光素子としては、例えば、方解石等の複屈折性（光学異方性）の結晶を利用した複屈折偏光素子、ヨウ素等の二色性色素や有機色素（染料）を高分子中に配向分散させた二色性偏光素子、屈折率を制御した多層膜等により一方向の偏光を反射する特性をもつ反射型偏光素子等が知られている。そして、偏光素子の用途のひとつである液晶表示装置においては、その透過光制御が可能となることから、これらの中でも、大きな二色性を有する二色性偏光素子が好適に用いられてきた。

しかしながら二色性偏光素子は、入射光全体に対して５０％の光は透過させるが（表面反射４％を有するため最大光透過率は４６％）、それに垂直な方位の成分は吸収してしまう。このため二色性偏光素子は、５０％の光をロスしてしまい、光の利用効率の点で満足できるものではなかった。

そこで現在では、二色性偏光素子への光吸収を回避し、光の利用効率をより高める目的で、二色性偏光素子と反射型偏光素子とを組み合わせて用いることが検討されている。この方法は、偏光素子に吸収されていた透過軸に垂直な光を反射再帰させることにより、光の利用効率を上昇させようとするものである。

ここで、反射型偏光素子とは、主として光学反射干渉特性を利用した素子であって、二色性偏光板では吸収によりロスしてきた偏光を、反射する特性を利用することにより分離するものである。

このような反射型偏光素子としては、例えば、コレステリック液晶層と１／４波長板とを組み合わせたものが知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された反射型偏光素子においては、コレステリック液晶層は、その螺旋ピッチに対応した波長の右（または左）円偏光を透過し、一方で、左（または右）円偏光を反射する特性を有している。そして、透過した円偏光は、１／４波長板によって直線偏光に変換され、その結果、選択的な直線偏光を作り出すことができる。

また、特許文献２には、複屈折を有する多層膜の干渉を用いた反射型偏光素子が記載されている。特許文献２に記載された反射型偏光素子においては、複屈折性材料からなる２種類のポリマーフィルムの配向多層膜によって、偏光分離が行われる。なお、このような配向多層膜は、３Ｍ社からＤ−ＢＥＦ（輝度上昇フィルム）シリーズとして既に市販されている。

特許文献３においては、特許文献２に記載された方法と原理は同様であるが、単純なポリマーブレンドを利用して連続相と不連続相とを作成し、偏光分離を行う方法が提案されている。

さらに、特許文献４においては、複屈折を有する材料とプリズムとを組み合わせた偏光素子が提案されている。特許文献４に記載された偏光素子は、複屈折を持つポリマー基材の表面にプリズムを備えた構成であり、当該プリズムの断面方向と長さ方向の屈折率の違いを利用して、一方の直線偏光に対してはプリズムでの反射角が臨界角より小さく、他方の直線偏光に対してはプリズムでの反射角が臨界角以上になるようにプリズムの角度が設定されている。そして当該設定により、臨界角以上の光については、全反射により入射光側に戻され、偏光分離がなされる。
特開平８−２７１７３１号公報 米国特許第３６１０７２９号明細書 特表２０００−５０６９９４号公報 特開２００６−２２０８７９号公報

しかしながら、特許文献１に記載された反射型偏光素子によっては、可視光全域にわたって当該特性を実現することは困難であった。また、コレステリック液晶層の界面層間接着強度が弱いことから、容易に層間剥離を生じさせるという問題を抱えていた。

また、特許文献２に記載されたＤ−ＢＥＦでは、可視光（４００−８００ｎｍ）に渡って偏光特性を確保する必要があることから、全体で約８００層もの積層を行う必要があり、さらに、厚みを逐次変化させた構成とする必要がある。また、数百層ものポリマーフィルムの積層および厚み制御のみならず、各層ごとの屈折率制御やフィルムの幅方向での均一な特性制御も必要とされる。このため、特許文献２に記載された多層膜による偏光素子は、商品とするには高度な技術を要し、製造負荷が高くなっていた。さらに、Ｄ−ＢＥＦは、ポリマー特有の膨張収縮による変形も問題となっていた。

また、特許文献３に記載されたポリマーブレンドによる方法においては、ブレンドされるポリマー（不連続相を構成するポリマー）の屈折率とバルクとなる基材ポリマー（連続相を構成するポリマー）の屈折率とを厳密に一致させる必要がある。このため、特許文献３に記載された偏光素子は、その製造において大きな困難性を伴うものであった。

さらに、特許文献４に記載された偏光素子によっては、入射角が臨界角より小さい直線偏光成分がすべて透過されるわけではなかった。この直線偏光成分は、スネルの法則により、プリズム界面で透過光と反射光とに分けられ、反射光はプリズムによって入射光側に戻される。このため、特許文献４に記載された偏光素子による透過光強度は、プリズム透過前の入射角が臨界角より小さい直線偏光成分の強度よりも小さいものとなってしまう。また、透過した光は、プリズムと空気との界面でスネルの法則に従ったさらなる屈折を受けるため、入射光の拡散状態を保持することができず、光の拡散状態を再設計する必要があった。

したがって、反射型偏光素子は、吸収型偏光素子と併用することにより液晶表示装置における光の利用効率を向上できる点で非常に有用ではあるものの、その性能面および生産面の両者において、いまだ技術的な困難性を伴う部材であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、反射型偏光素子としての機能を発現するとともに、製造が比較的簡易であり、素子の強度の面でも問題がなく、さらに、偏光素子を透過した後の光の強度と進行方向とを維持することのできる偏光素子を提供することにある。

また、この偏光素子を用いることにより、光の利用効率が高められた液晶表示装置を提供することにある。

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた。その結果、面内に光学軸を有する略一軸性のシートの表面に、特定の角度を有する多角形状の複数のプリズムを構成し、当該シートの進相軸方向の屈折率と略同一の屈折率を有する光学透明樹脂層により当該プリズムを被覆することによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、プリズムシートと光学透明樹脂層とからなる偏光素子であって、前記プリズムシートは、面内に光学軸を有する略一軸性のシートであり、かつ、少なくとも片面に断面が多角形状の複数のプリズムを有するものであり、前記プリズムの斜面と前記プリズムシートの遅相軸と進相軸とを含む面とのなす角度は、前記プリズムシートの遅相軸方向の屈折率と進相軸方向の屈折率とに基づく臨界角以上であり、前記光学透明樹脂層は光学等方性であり、かつ、光学透明樹脂層の屈折率は、前記プリズムシートの進相軸方向の屈折率と略同一であり、前記プリズムが、前記光学透明樹脂層により被覆されている偏光素子である。

また別の本発明は、第１の偏光板、液晶セル、第２の偏光板、および、光源を備える液晶表示装置において、前記第１の偏光板、前記液晶セル、前記第２の偏光板、前記光源は、この順にて配置されるものであり、本発明の偏光素子が、前記第２の偏光板と前記光源との間に配置され、かつ、前記プリズムシートの進相軸と前記第２の偏光板の透過軸が略平行に配置されている液晶表示装置である。

本発明の偏光素子は、反射型偏光素子としての機能を発現するとともに、光の利用効率を高めることができ、製造が比較的簡易であるとともに、素子の強度の面でも問題がなく、さらに、偏光素子を透過した後の光の強度と進行方向とを維持することができる。

したがって本発明の偏光素子は、光学機能を有する他の光学層と積層することにより、様々な機能を発現する光学部材を提供することができる。例えば、二色性偏光素子や位相差フィルム、光学補償フィルムと組み合わせることで、円偏光フィルム、楕円偏光フィルム、視野角拡大偏光フィルム等を提供することが可能となる。

また、本発明の偏光素子と二色性偏光素子で狭時された液晶セルとを組み合わせることにより、輝度が高く、消費電力の小さい液晶表示装置を得ることができる。

本発明の第一の実施形態である偏光素子１の斜視図である。 本発明の第一の実施形態である偏光素子１の断面図である。 本発明の第二の実施形態である偏光素子１１の斜視図である。 本発明の第二の実施形態である偏光素子１１の断面図である。 実施例１で得られた偏光素子の断面図である。 実施例２で得られた偏光素子の断面図である。

符号の説明

１ 偏光素子
２ プリズムシート
３ プリズム
４ 光学透明樹脂層
１１ 偏光素子
１２ プリズムシート
１３ プリズム
１４ 凸部構造
１５ 光学透明樹脂層

＜偏光素子＞
本発明の偏光素子は、面内に光学軸を有する略一軸性のシートであって、当該シートの少なくとも片面には、特定の角度を有する多角形状の複数のプリズムを有し、当該シートの進相軸方向の屈折率と略同一の屈折率を有する光学透明樹脂層により、当該プリズムが被覆されたものである。

図１および図２は、本発明の実施形態の一例である偏光素子１（第一の実施形態）を示す図である。本実施形態に係る偏光素子１は、表面に複数のプリズム３を有するプリズムシート２と、光学透明樹脂層４とで構成される。プリズム３は略平行に配置された柱状形状であり、その断面は三角形である。

また、本発明の偏光素子は、面内に光学軸を有する略一軸性のシートであって、当該シートの片面には、特定の角度を有する多角形状の複数のプリズムを有し、もう一方の面には、断面が曲線からなる複数の凸部構造を有するものであり、当該シートの進相軸方向の屈折率と略同一の屈折率を有する光学透明樹脂層により、当該プリズムおよび凸部構造が被覆されたものであってもよい。

図３および図４は、本発明の別の実施形態の例である偏光素子１１（第二の実施形態）を示す図である。本実施形態に係る偏光素子１１は、表面に複数のプリズム１３および複数の凸部構造１４を有するプリズムシート１２と、光学透明樹脂層１５とで構成される。プリズム１３は、略平行に配置された柱状形状であり、その断面は三角形である。また、複数の凸部構造１４は、略平行に配置された凸レンズ状の柱状形状であり、その断面は半楕円形である。さらに、複数のプリズム１３の柱状方向と、複数の凸部構造１４の柱状方向は、同一方向となっている。

なお本発明は、これらの実施形態に限定されるものではない。

本発明の偏光素子の厚さは、好ましくは５０μｍ以上４００μｍ以下の範囲であり、さらに好ましくは６０μｍ以上３００μｍ以下の範囲、特に好ましくは７０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲である。５０μｍより薄い場合には、シート表面にプリズム形状を精度良く加工することが困難となり、このため、本発明の偏光分離機能を発現することが困難となる。また、５０μｍより薄いと、ハンドリングの観点からも好ましくない。一方で、４００μｍより厚い場合には、得られる反射型偏光素子は曲げに対してクラック等を生じやすくなり、このため、ロール状態で扱うことができなくなる。また、カッティングも困難となってしまう。

以下に、本発明の偏光素子が反射型偏光分離機能を発現する方法、本発明の偏光素子の構成、および、製造方法等について、第一の実施形態である偏光素子１（図１および図２）、および、第二の実施形態である偏光素子１１（図３および図４）を参照しながら説明する。

［本発明の偏光素子の偏光分離方法］
（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態である偏光素子１（図１および図２）においては、複数のプリズム３を有する面（プリズムシート２の上面）とは反対側の面（プリズムシート２の底面）から略垂直に入射した入射光は、プリズム３と光学透明樹脂層４との界面で選択的に透過あるいは反射され、ｓ偏光とｐ偏光とに分離される。

なお、第一の実施形態である偏光素子１は、プリズムシート２のプリズム３を有する面（プリズムシート２の上面）とは反対側の面（プリズムシート２の底面）から略垂直に光が入射した場合に、本発明の反射型偏光分離特性を強く発現することができる。

以下に、本発明の偏光素子が反射型偏光分離機能を発現する方法について、第一の実施形態である偏光素子１（図１および図２）によって説明する。

第一の実施形態における偏光素子１を構成するプリズムシート２は、面内に光学軸を有する略一軸性のポリエチレンナフタレート延伸フィルムからなる。そして、プリズムシート２の遅相軸は、プリズム３の柱状方向に略平行であり、進相軸はプリズム３の柱状方向に略垂直（プリズム３の断面方向）である。遅相軸方向の屈折率は１．７８、進相軸方向の屈折率は１．５４であり、面内最大屈折率差は０．２４である。ここで、屈折率１．７８から１．５４への入射（屈折率差０．２４）における臨界角は、５９．９度と算出することができる。

さらに、第一の実施形態における偏光素子１においては、プリズムシート２上面のプリズム３の構造表面は、屈折率１．５４（プリズムシート２の進相軸の屈折率と同一）の光学透明樹脂層４で被覆されている。

また、このプリズム３の斜辺とプリズムシート２の底面（プリズムシートの遅相軸と進相軸とを含む面）とのなす角度（プリズム底角）は、上記の面内最大屈折率差から算出された臨界角（５９．９度）以上となるように、６０度とした。

次に、上記のような実施形態の偏光素子１に対して、プリズムシート２の底面からほぼ垂直に入射した入射光を考える。なお、入射光の偏光成分としては、プリズム３の進相軸方向（プリズム３の柱状方向に略垂直（プリズム３の断面方向））の偏光成分をｐ偏光、プリズム３の遅相軸方向（プリズム３の柱状方向）の偏光成分をｓ偏光と定義する。

ｐ偏光が第一の実施形態の偏光素子１に入射した場合には、プリズムシート２の進相軸の屈折率は１．５４、光学透明樹脂層４の屈折率も１．５４と同一であることから、偏光素子１のプリズム３と光学透明樹脂層４との界面は透明と見なされ、ｐ偏光はそのまま偏光素子１を透過することができる。

一方、ｓ偏光が偏光素子１に入射した場合には、プリズムシート２の遅相軸の屈折率は１．７８、光学透明樹脂層４の屈折率は１．５４であることから、プリズムシート２から光学透明樹脂層４への光の入射は、高屈折率媒質から低屈折率媒質への光の入射となり、臨界角が存在する。そして、第一の実施形態における屈折率差０．２４の臨界角は、上記の通り５９．９度である。第一の実施形態における偏光素子１のプリズム底角（プリズム３の斜辺とプリズムシート２の底面（プリズムシートの遅相軸と進相軸とを含む面）とのなす角度）は６０度であるため、ｓ偏光はプリズム３と光学透明樹脂層４との界面に６０度で入射し、したがって、入射角度が臨界角以上となるため全反射する。

全反射したｓ偏光成分であった光は、プリズム３の別斜面に直角に入射することになるため、表面反射成分を除いてそのままプリズム３を透過する。なお、このときの表面反射成分は、入射光と正反対の向きに反射され、もときた経路をそのまま戻り、入射光側に回帰する。

プリズム３の別斜面を透過したｓ偏光成分であった光は、プリズム３を透過した後、光学透明樹脂層４を進み、その後、光学透明樹脂層４と空気との界面に達する。このとき、光学透明樹脂層４の屈折率は１．５４、空気の屈折率は１．００であることから、高屈折率媒質から低屈折率媒質への光の入射となり、臨界角が存在する。そして、屈折率差０．５４の臨界角は４０．５度となる。プリズム３の別斜面を透過し光学透明樹脂層４を進む光は、光学透明樹脂層４と空気との界面において、入射角度が十分に臨界角以上となるため、界面で全反射されてプリズム３内に戻される。さらに、プリズム３内に戻された光は、再度、光学透明樹脂層４とプリズム３との界面において全反射し、入射光側に回帰する。

したがって第一の実施形態よる偏光素子１は、上記で説明した原理により、ｐ偏光はそのまま透過し、一方で、ｓ偏光は偏光素子を透過せず、反射により入射光側に戻される。これにより、ｐ偏光とｓ偏光を分離できるとともに、入射光側に回帰された成分を再利用し、光の利用効率を高めることができる。

（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態である偏光素子１１（図３および図４）においては、複数の凸部構造１４を有する側の面から入射した入射光の内、プリズムシート１２の遅相軸に対して平行な偏光成分は、プリズムシート１２の遅相軸と進相軸とを含む面に対して略垂直方向に集光される。その後、集光された光は、プリズム１３と光学透明樹脂層１５との界面で反射されることで進路変更され、さらにプリズムシート１２を透過し、光学透明樹脂層１５と空気との界面で反射されることで、入射光側に光が回帰される。

一方、複数の凸部構造１４を有する側の面から入射した入射光の内、プリズムシート１２の進相軸に対して平行な偏光成分についてみると、光学樹脂層１５の屈折率とプリズムシート１２の進相軸の屈折率とがほぼ等しいため、プリズムシート１２は透明体と見なされる。このため、プリズムシート１２の進相軸に対して平行な偏光成分は、凸部構造１４による集光、およびプリズム１３による反射はなく、偏光素子１１をそのまま透過する。このようにして、入射光は、透過光と反射光の成分に分けられ、ｓ偏光とｐ偏光とに分離される。

なお、第二の実施形態である偏光素子１１は、プリズムシート１２の遅相軸と進相軸を含む面に対して略垂直の進路を有する光がプリズム１３に入射した場合に、本発明の反射型偏光分離特性を強く発現することができる。

したがって、表面に複数のプリズム１３および複数の凸部構造１４を有するプリズムシート１２を用いた第二の実施形態の偏光素子１１は、拡散光源からの入射光に対して、特定の偏光成分のみを選択的に透過することができる。

以下に、本発明の偏光素子が反射型偏光分離機能を発現する方法について、第二の実施形態である偏光素子１１（図３および図４）によって説明する。

第二の実施形態における偏光素子１１を構成するプリズムシート１２は、面内に光学軸を有する略一軸性のポリエチレンナフタレート延伸フィルムからなる。そして、プリズムシート１２の遅相軸は、プリズム１３および凸部構造１４の柱状方向に略平行であり、進相軸はプリズム１３および凸部構造１４の柱状方向に略垂直（プリズム１３の断面方向）である。遅相軸方向の屈折率は１．７８、進相軸方向の屈折率は１．５４であり、面内最大屈折率差は０．２４である。ここで、屈折率１．７８から１．５４への入射（屈折率差０．２４）における臨界角は、５９．９度と算出することができる。

さらに、第二の実施形態における偏光素子１１においては、プリズムシート１２上面のプリズム１３の構造表面、およびプリズムシート１２下面の凸部構造１４の構造表面は、屈折率１．５４（プリズムシート１２の進相軸の屈折率と同一）の光学透明樹脂層１５で被覆されている。

また、このプリズム１３の斜辺とプリズムシート１２の遅相軸と進相軸とを含む面とのなす角度（プリズム底角）は、上記の面内最大屈折率差から算出された臨界角（５９．９度）以上となるように、６０度とした。

次に、上記のような実施形態の偏光素子１１に対して、プリズムシート１２の凸部構造１４側からの入射光について考える。なお、入射光の偏光成分としては、プリズム１３の進相軸方向（プリズム１３の柱状方向に略垂直（プリズム１３の断面方向））の偏光成分をｐ偏光、プリズム１３の遅相軸方向（プリズム１３の柱状方向）の偏光成分をｓ偏光と定義する。

まず、入射光の内ｓ偏光成分についてみる。ｓ偏光成分は、プリズムシート１２の凸部構造１４側の光学透明樹脂層１５に入り、プリズムシート１２の凸部構造１４との界面に到達する。このとき、光学透明樹脂層１５と凸部構造１４との界面では、スネルの法則に従って屈折が起こる。第二実施形態の偏光素子１１においては、凸部構造５が凸レンズ形状となっているため、例えば、拡散光源からさまざまな角度で入射した光であっても、そのレンズ効果によって、プリズムシート１２の遅相軸と進相軸とを含む面に対して略垂直方向の成分が多くなるよう屈折させることが可能となる。

引き続き、光学透明樹脂層１５と凸部構造１４との界面でプリズムシート１２の遅相軸と進相軸とを含む面に対して略垂直方向の成分が多くなるよう屈折したｓ偏光成分は、プリズムシート１２の中を進み、プリズム１３と光学透明樹脂層１５との界面に到達する。

ここで、プリズムシート１２の遅相軸の屈折率は１．７８、光学透明樹脂層１５の屈折率は１．５４であることから、ｓ偏光成分がプリズム１３と光学透明樹脂層１５との界面に入射する際には、プリズムシート１２から光学透明樹脂層１５への光の入射は、高屈折率媒質から低屈折率媒質への光の入射となり、臨界角が存在する。そして、第二の実施形態における屈折率差０．２４の臨界角は、上記の通り５９．９度である。第二の実施形態における偏光素子１１のプリズム底角（プリズム１３の斜辺とプリズムシート１２の遅相軸と進相軸とを含む面とのなす角度）は６０度であるため、ｓ偏光成分はプリズム１３と光学透明樹脂層１５との界面に６０度で入射し、したがって、入射角度が臨界角以上となるため全反射する。

全反射したｓ偏光成分であった光は、プリズム１３の別斜面に直角に入射することになるため、表面反射成分を除いてそのままプリズム１３を透過する。なお、このときの表面反射成分は、入射光と正反対の向きに反射され、もときた経路をそのまま戻り、入射光側に回帰する。

プリズム１３の別斜面を透過したｓ偏光成分であった光は、プリズム１３を透過した後、光学透明樹脂層１５を進み、その後、光学透明樹脂層１５と空気との界面に達する。このとき、光学透明樹脂層１５の屈折率は１．５４、空気の屈折率は１．００であることから、高屈折率媒質から低屈折率媒質への光の入射となり、臨界角が存在する。そして、屈折率差０．５４の臨界角は４０．５度となる。プリズム１３の別斜面を透過し光学透明樹脂層１５を進む光は、光学透明樹脂層１５と空気との界面において、入射角度が十分に臨界角以上となるため、界面で全反射されてプリズム１３内に戻される。さらに、プリズム１３内に戻された光は、再度、光学透明樹脂層１５とプリズム１３との界面において全反射し、入射光側に回帰する。

一方、入射光の内ｐ偏光成分についてみると、プリズムシート１２の進相軸の屈折率が１．５４、光学透明樹脂層１５の屈折率も１．５４と同一であることから、ｐ偏光成分がプリズムシート１２と光学透明樹脂層１５との界面に入射した際には、界面は透明と見なされる。このため、ｐ偏光は偏光素子１１をそのまま透過することができる。

したがって第二の実施形態よる偏光素子１１は、上記で説明した原理により、ｐ偏光はそのまま透過し、一方で、ｓ偏光は偏光素子を透過せず、反射により入射光側に戻される。これにより、ｐ偏光とｓ偏光を分離できるとともに、入射光側に回帰された成分を再利用し、光の利用効率を高めることができる。

なお、本発明の偏光素子は、上記の第一または第二実施形態に限定されるものではなく、ｓｐ偏光成分のいずれか一方はそのまま透過し、他方の透過しない偏光成分は、全反射してプリズムを透過して光学透明樹脂層を進み、その後、光学透明樹脂層と空気との界面において再度全反射される条件を満たすものであればよい。この条件を満たす偏光素子であれば、本発明の偏光分離機能を達成することが可能となる。プリズムシートの材料、光学異方性、形成されるプリズムの形状、光学透明樹脂層の材料等を適宜設定することにより、本発明の反射型偏光分離機能を有する偏光素子の設計が可能である。

また、本発明の偏光素子を構成するプリズムシートは、多角形状の複数のプリズムが少なくとも片面にあればよく、上記の反射の条件を満たす設計となっていれば、他方の面の形状は特に限定されるものではない。例えば、入射光の行路制御や集光効果を付与する目的で、凹または凸の多角形状プリズム（第二プリズム）、あるいは、レンズ等の凸部構造（例えば第二実施形態）等を形成してもよい。

なお、第二プリズム又はレンズ等を形成する場合には、プリズムシートを加工する際にシートの両面に表面加工を実施する形式であっても、あるいは、片面にプリズムを加工したプリズムシートの他方の平滑な面に、光学異方性材料または光学等方性材料を用いて第二プリズムまたはレンズ等を順次加工する形式であってもよい。

なお、他方の面に第二プリズムやレンズ等を形成する場合には、光学透明樹脂層により被覆を行う場合、あるいは、被覆を行わない場合のいずれであってもよい。他方の面に形成される第二プリズムやレンズ等は、複屈折性、光学等方性のいずれの光学透明樹脂を用いることも可能であるが、入射光の拡散状態を必要に応じた形に変えるためには、適宜設計した形状とする必要がある。

第二プリズムやレンズ等を形成し、光学透明樹脂層によって被覆を行う場合には、第二プリズムやレンズ等を有する側の光学透明樹脂層の外側に、入射光の行路制御やさらなる集光効果を付与する目的で、さらに、凹または凸の多角形状プリズム、あるいは、レンズ等の凸部構造等を形成してもよい。さらに形成されるプリズムあるいはレンズ等は、光学透明樹脂層により被覆を行う場合、あるいは、被覆を行わない場合のいずれであってもよい。複屈折性、光学等方性のいずれの光学透明樹脂を用いて形成することも可能であるが、入射光の拡散状態を必要に応じた形に変えるためには、適宜設計した形状とする必要がある。

［プリズムシート］
本発明の偏光素子を構成するプリズムシートは、面内に光学軸を有する略一軸性のシートであり、かつ、少なくとも片面に断面が多角形状の複数のプリズムを有する。

ここで、「光学軸」とは、光学異方性の複屈折結晶において、屈折率が一定となり、偏光していない光を入射しても複屈折が発生しない方向をいう。一般に「光学異方性」を有する材料とは、材料へある方向から外力や電圧、あるいは磁場等を印加すると、その光学的性質が変化するものをいう場合も含む。しかしながら本発明に用いられるプリズムシートは、外部からの影響が無い状態で光学異方性を示すものであり、具体的には複屈折性を有するシートを意味する。

また、「面内に光学軸を有する略一軸性」とは、フィルム面内の座標を ｘおよびｙ、ｘ−ｙ平面と直行する座標をｚとした場合に、これら３方向の屈折率ｎ_ｘ、ｎ_ｙ、ｎ_ｚを用いると、ｎ_ｘ＞ｎ_ｙ≒ｎ_ｚとなっているか、ｎ_ｙ＞ｎ_ｘ≒ｎ_ｚとなることを意味する。このとき、ｘ−ｙ平面において、ｎ_ｘおよびｎ_ｙいずれかの屈折率が大きい方向が「遅相軸」、屈折率の小さい方向が「進相軸」となる。

また、本発明の偏光素子を構成するプリズムシートの遅相軸方向の屈折率と進相軸方向の屈折率との差（面内最大屈折率差）は、０．１５以上であることが好ましい。さらに好ましくは０．２０以上であり、特に好ましくは０．２４以上である。ここで、熱可塑性樹脂においては、面内屈折率差が０．２４である場合には、当該屈折率差から計算される臨界角はほとんどの場合が６０度未満となる。よって、面内最大屈折率差が０．２４であれば、形成するプリズムの断面を正三角形とすることが可能となるため、簡易なプリズム構造で高い偏光分離性能を得ることができる。

面内に光学軸を有する略一軸性のシートを得るための材料としては、例えば、無機材料としては、方解石（ＣａＣＯ_３）、水晶（ＳｉＯ_２）、ルチル（ＴｉＯ_２）、および、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ_３）等の非等方晶系の結晶体等を挙げることができる。また、有機材料としては、分子鎖が同一方向に配向されている液晶相や高分子材料等が挙げられる。本発明においては、熱的安定性、ハンドリング性、加工容易性等の観点から、これらの中では、高分子材料を用いることが好ましい。

ここで、本発明に用いられる高分子材料としては、その高分子鎖自体に自己組織化等の特異な配向特性を有さない限りは、特に配向処理を施さない状態では光学等方性の材料を挙げることができる。高分子材料に光学異方性（複屈折性）を与えるための配向処理としては、ラビング処理後にラビング処理表面へ高分子材料を塗布する方法、あるいは、延伸加工処理方法等を挙げることができる。配向処理によれば、配向処理面内で加工処理方向に対して平行方向と直行方向とにそれぞれ異なる屈折率を発現させることができ、これにより高分子材料に光学異方性（複屈折性）を与えることができる。高分子材料に光学異方性（複屈折性）を付与する配向処理としては特に限定されるものではないが、大面積に均一に加工でき、かつ、生産性の高い方法であることから、延伸加工処理を用いることが好ましい。

本発明に用いられる高分子材料としては特に限定されるものではないが、延伸加工性の観点から、熱可塑性樹脂が好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等の芳香族ポリエステル、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート等のメタクリレート類、ポリビニルエーテル類、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン類、ポリスチレン類、ナイロン６等の脂肪族ポリアミド等を挙げることができる。

一般に、光学異方性（複屈折性）を発現しやすい高分子材料は、高分子材料の分子鎖に分極率の大きな骨格（例えば、芳香族環等）を有しており、延伸加工によって分子鎖の高い配向が発生する材料である。この観点からは、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートが好ましく、複屈折発現性がきわめて高いことから、ポリエチレンナフタレートが特に好ましい。

〔プリズム〕
本発明の偏光素子を構成するプリズムシートには、少なくとも片面に断面が多角形状の複数のプリズムを有する。プリズムシートを用いることにより、複屈折性材料からなる多層構造フィルム（Ｄ−ＢＥＦ）や、連続相と不連続相とを作成したポリマーブレンドフィルムにおける、厳密な屈折率制御や多層積層制御等の製造上の問題点を回避することができる。

第一の実施形態である図１における偏光素子１においては、プリズム３は略平行に配置された柱状形状であり、その断面は三角形となっている。プリズムシート２の遅相軸は、プリズム３の柱状方向に略平行であり、進相軸はプリズム３の柱状方向に略垂直（プリズム３の断面方向）である。遅相軸方向の屈折率は１．７８、進相軸方向の屈折率は１．５４であり、面内最大屈折率差は０．２４である。ここで、屈折率１．７８から１．５４への入射（屈折率差０．２４）における臨界角は、５９．９度と算出することができる。

そして、このプリズム３の斜辺とプリズムシート２の遅相軸と進相軸とを含む面とのなす角度（プリズム底角）が臨界角（５９．９度）以上となるよう、三角柱状プリズム３の断面構造は、角度が６０度の正三角形となっている。

第一の実施形態におけるプリズムシート２においては、プリズム３を有する面（プリズムシート２の上面）とは反対側の面（プリズムシート２の底面）から垂直に入射した光は、プリズムシート２の内側を進行し、プリズム３に当たる。このとき、ｓ偏光は、プリズム３と光学透明樹脂層４との界面の法線方向に対して６０度で入射するため、入射角度が臨界角以上となることから全反射する。

全反射したｓ偏光は、入射光の進行方向を０度とすると、入射光に対して６０度方向に進行する。全反射した入射光は、プリズム３の他方の面に垂直に入射してプリズム３を透過するが、垂直入射であることから、屈折率差による表面反射成分を除いた光は界面での屈折による影響は無く直進する。

続いて、プリズム３を透過した入射光は、光学透明樹脂層４を進行し、光学透明樹脂層４と空気との界面の法線方向に対して６０度で入射する。このとき、光学透明樹脂層４から空気への入射における臨界角は、４０．５度であるため、界面では全反射が起こり、入射光は入射した光源側に戻されることとなる。これは、後記する「所望の角度」で反射（反射された光が、プリズムシート２の遅相軸と進相軸とを含む面に対して垂直に入射した垂直光線に対して、４５度以上９０度未満の角度で反射（光学透明樹脂層が熱可塑性樹脂からなり、かつ、熱可塑性樹脂の屈折率が１．４５以上の場合））される条件を満たしている。したがって、プリズム構造により、ｓ偏光成分を入射側に回帰することが可能となる。

本来、プリズムとは、光学的平面を２つ以上有する透明体であり、少なくとも１組の面は、近似的にも平行でないものである。一般的に、プリズムの材料はガラス等の光学等方体であり、光線を反射させて方向を変える直角プリズムや正立プリズム、５角プリズム等がある。中でも、分光に用いられるプリズムの基本的な形態は、三角柱であり、この形をプリズム形と呼ぶ場合がある。本発明の偏光素子におけるプリズムは、プリズムの１辺がシートと一体化しているものであり、プリズムシートの表面においては、断面が多角形状の凸状構造となる。

また、光を面で均一に反射できる構造となることから、プリズムは略平行に配置されることが好ましく、また、プリズムの長さ方向において等しい光反射特性が得られることから、その形状は柱状であることが好ましい。すなわち、本発明においては、断面が多角形状の柱状プリズムが平行に連続的に並んだ繰り返し構造を構成することが特に好ましい。

また、本発明に用いられるプリズムシートのプリズム断面の形状は、特に限定されるものではなく、プリズムに入射する光を所望の角度に反射することができる形状であれば、任意の多角形状とすることができる。しかしながら、単純な図形で、作製し易い観点から、多角形状は三角形状であることが好ましい。したがって、図１に示される実施形態におけるプリズムシート２におけるプリズム３は、本発明の偏光素子における最も好ましい実施形態である。

ここで、上記の「所望の角度」に反射することついて説明する。本発明の偏光素子が機能を発現するためには、プリズムシートの遅相軸と進相軸とを含む面に対して垂直に入射した垂直光線の反射光が、当該垂直光線の進行方向を０度とした場合、当該垂直光線に対して４５度以上９０度未満の範囲の角度で反射されることが必要となる（光学透明樹脂層が熱可塑性樹脂からなり、かつ、熱可塑性樹脂の屈折率が１．４５以上の場合）。この角度で反射された光は、プリズムを被覆している光学透明樹脂層内を通り、光学透明樹脂層と空気との界面に当たる。このとき、光学透明樹脂層が熱可塑性樹脂からなり、かつ、分子鎖骨格に芳香族環を含んでいる場合には、光学透明樹脂の屈折率の下限は１．４５と設定できる。そして、光学透明樹脂層の屈折率が１．４５の場合には、光学透明樹脂層から空気（屈折率１．００）へ光が入射する場合の臨界角は４３．６度となる。したがって、プリズムシートの遅相軸と進相軸とを含む面に対して垂直に入射した垂直光線の反射光（進行方向を０度とする）が、プリズムと光学透明樹脂との界面で４５度以上９０度未満の角度に反射された場合には、光学透明樹脂層と空気との界面で全反射されて、入射側に回帰されることとなる。これが、偏光成分をプリズム構造により入射側に回帰するために必要な構造となる。

〔凸部構造〕
本発明の偏光素子に用いられるプリズムシートは、片面側に、断面が曲線からなる複数の凸部構造を有していてもよい（第二の実施形態）。この凸部構造は、レンズの役割を果たすため、拡散光源からさまざまな角度で入射した光であっても、プリズムシートの遅相軸と進相軸とを含む面に対して略垂直方向の成分の割合が多くなるよう屈折、集光させることが可能となる。

片面側に、断面が曲線からなる複数の凸部構造を有するプリズムシートを用いた第二の実施形態である偏光素子１１（図３）においては、凸部構造１４は略平行に配置された柱状形状であり、その断面は半楕円となっている。プリズムシート１２の遅相軸は、凸部構造１４の柱状方向に略平行であり、進相軸は凸部構造１４の柱状方向に略垂直（凸部構造１４の断面方向）である。

第二の実施形態においては、プリズムシート１２の凸部構造１４を有する側から入射した光は、プリズムシート１２の凸部構造１４側の光学透明樹脂層１５に入り、プリズムシート１２の凸部構造１４との界面に到達する。このとき、光学透明樹脂層１５と凸部構造１４との界面では、スネルの法則に従って屈折が起こる。第二の実施形態である偏光素子１１においては、凸部構造１５が凸レンズ形状となっているため、例えば、拡散光源からさまざまな角度で入射した光であっても、プリズムシート２の遅相軸と進相軸とを含む面に対して垂直方向の成分が多くなるよう屈折させることが可能となる。

第二の実施形態の偏光素子１１においては、プリズムシート１２の凸部構造１４は、プリズムシート１２の進相軸方向の屈折率と略同一の屈折率を有する光学透明樹脂層によって被覆されているため、屈折率が略同一となる方向の偏光に対しては光学透明となりまったく作用しないが、光学透明樹脂層と屈折率差を有する方向の偏光に対しては、屈折率界面が存在するためレンズとして作用する。また、プリズムシート１２の凸部構造１４をプリズムシート１２の進相軸方向の屈折率と略同一の屈折率を有する光学透明樹脂層によって被覆することにより、プリズムシートのプリズム形状により回帰された光の再帰性を、レンズ効果によってより高めることができる。

したがって、第二の実施形態の偏光素子１１においては、屈折率が略同一となる方向の偏光に対して、偏光素子に光が入射する前に設計された拡散光の拡散状態を変えることなく透過することができるという第一の効果と、プリズム形状により回帰された光の再帰性をより高めることができるという第二の効果を、同時に発現させることができる。

断面が曲線からなる凸部構造としては、例えば、レンチキュラレンズタイプの構造を挙げることができる。また、凸部構造の断面としては、例えば、放物線、楕円、円、およびこれらの組合せからなる形状、または、これらを直線でカットした半円、半楕円等を挙げることができる。

さらに、光を面で均一に屈折できる構造となることから、凸部構造は略平行に配置されることが好ましく、また、プリズムの長さ方向において等しい光反射特性が得られることから、その形状は柱状であることが好ましい。すなわち、本発明において、断面が曲線からなる複数の凸部構造を有するプリズムシートを用いる場合には、断面が曲線からなる複数の柱状の凸部構造は、平行に連続的に並んだ繰り返し構造を構成することが特に好ましい。

なお、断面が曲線からなる複数の凸部構造を有するプリズムシートを用いる場合には、複数の凸部構造と多角形状プリズムとは、その柱状方向が同一方向であることが、製法上、また、偏光分離機能を高める上で好ましい。

〔プリズムシートの製造方法〕
本発明の偏光素子を構成するプリズムシートの代表的な製造方法としては、例えば、シートの作製を行い、当該シートにプリズム形状、および、必要に応じて凸部構造の加工を施した後に、プリズムの柱状方向等にシートの延伸加工を行う方法、あるいは、シートを作製後、当該シートの延伸加工を行い、その後にプリズム形状、および、必要に応じて凸部構造の加工を実施する方法、もしくは、当該シートにプリズム形状または凸部構造のいずれか一方のみを加工後、シートの延伸加工を行い、その後、さらに残りの構造の加工を実施する方法等を挙げることができる。

（シートの製造）
シートの作製方法は特に限定されるものではなく、公知のいずれの製造方法を用いてもよい。例えば、溶剤に溶かしてキャストする溶剤キャスト法、固体状態で混練してダイ等から押出シートにする押出成型法、固体状態で混練した後にカレンダーロールでシートとするカレンダー法、プレス等によりシートとするプレス成型法等を挙げることができる。本発明においては、生産安定性、加工性等の観点から、これらの中でも押出成型法を用いることが好ましい。

（延伸加工）
延伸加工の方法は特に限定されるものではなく、公知のいずれの方法を用いてもよい。例えば、テンター延伸法、ロール間圧縮延伸法等を挙げることができる。本発明においては、複屈折性を発現させるための屈折率制御を行う必要があることから、屈折率制御が容易であり、かつ、均一に延伸できる観点から、ロール間延伸法またはテンター延伸法により、１軸延伸することが望ましい。

（プリズム形状の加工）
例えば、柱状プリズム形状の加工をシートの延伸加工前に行う場合には、柱状プリズムのスタンプ構造がロールの回転方向に対して平行に切削されている彫刻ロールを用いて、当該ロールに対してシートを押し当てて転写する方法が好ましい。

このとき、高分子材料から成形されたシートの場合であれば、成形直後の硬化前のシートを彫刻ロールに押し当てて、プリズム形状を加工することができる。あるいは、硬化後のシートを用いる場合には、彫刻ロールを加熱して、高分子シートを熱プレス状態に保ちながら彫刻ロールに接触させることにより、プリズム形状を加工することができる。これらの中では、成形直後の硬化前の高分子シートに彫刻ロールを押し当てる方法のほうが、形状転写性の観点から好ましい。

プリズム形状の加工を、シートの延伸加工後に行う場合には、公知のいずれの方法を用いてもよく、例えば、レーザー切削加工やナノ機械切削加工等の物理的なマイクロ切削加工技術等を挙げることができる。

プリズム形状の加工後に高分子シートを延伸する場合には、形成されたプリズムの柱状方向に延伸を行うことにより、転写したプリズム形状をそのまま保持した状態で、シートに光学異方性（複屈折性）を付与することができる。したがって、本発明の偏光素子に用いられるプリズムシートは、プリズム形状を加工した後にプリズム柱状方向に延伸することが、製造上容易である観点から好ましく、このため、正の屈折率異方性を有する材料を用いた場合には、プリズムシートの遅相軸がプリズムの柱状方向に略平行であり、一方、負の屈折率異方性を有する材料を用いた場合には、プリズムシートの遅相軸がプリズムの柱状方向に略垂直（進相軸がプリズムシートの柱状方向に略平行）となることが好ましい。

（凸部構造の加工）
断面が曲線からなる複数の凸部構造を有するプリズムシートを用いる場合には、凸部構造の加工は、上記のプリズム形状の加工と同様に行うことができる。例えば、凸部構造のスタンプ構造がロールの回転方向に対して平行に切削されている彫刻ロールを用いてもよいし、レーザー切削加工やナノ機械切削加工等の物理的なマイクロ切削加工技術等を用いてもよい。

また、凸部構造の加工後に高分子シートを延伸する場合には、形成された凸部構造の柱状方向に延伸を行うことにより、転写した凸部構造をそのまま保持した状態で、シートに光学異方性（複屈折性）を付与することができる。したがって、断面が曲線からなる複数の凸部構造を有するプリズムシートの製造にあたっては、凸部構造を加工した後に凸部構造柱状方向に延伸することが、製造上容易であるため好ましく、このため、正の屈折率異方性を有する材料を用いる場合には、プリズムシートの遅相軸が凸部構造の柱状方向に略平行であり、一方、負の屈折率異方性を有する材料を用いた場合には、プリズムシートの遅相軸がプリズムの柱状方向に略垂直（進相軸がプリズムシートの柱状方向に略平行）となることが好ましい。

また、断面が曲線からなる複数の凸部構造を有するプリズムシートの製造にあたっては、プリズム形状と凸部構造とを同時に設けることも可能である。この場合には、柱状プリズムと柱状凸部構造のスタンプ構造がロールの回転方向に対して平行に切削されている二本の彫刻ロールを用いて、これらの間を高分子材料から成形されたシートが通過するように設置することにより、プリズムと凸部構造とを一度に形成することができる。

［光学透明樹脂層］
本発明の偏光素子を構成する光学透明樹脂層は、光学等方性であり、かつ、上記のプリズムシートの進相軸方向の屈折率と略同一であり、プリズムシートのプリズムを被覆するものである。光学透明樹脂層の屈折率をプリズムシートの進相軸方向の屈折率と略同一とすることにより、ｐ偏光成分についてはプリズムを透過した光の進行方向を屈折させることなく、また、ｓ偏光成分についてはプリズムによる光の反射再帰を実現することが可能となり、反射型偏光分離特性を実現することが可能となる。

ここで「略同一」とは、屈折率の差が０．０５以下であることを意味し、好ましくは０．０３以下、さらに好ましくは０．０１以下の範囲である。プリズムシートの進相軸方向の屈折率と光学透明樹脂層の屈折率との差が小さいほど、より高い偏光分離特性を有する偏光素子を得ることができる。

なお、光学透明樹脂層により複数のプリズムを被覆した表面は、平滑であることが好ましい。これは、プリズムにより反射させたｓ偏光成分を、光学透明樹脂層と空気との界面でさらに全反射させて入射側に回帰させるためであり、したがって、光学透明樹脂層の表面は、反射型偏光分離特性を発現させるための役割のひとつを担っている。仮に、プリズム側の光学透明樹脂層と空気との界面（偏光素子のプリズム側の光学透明樹脂層の表面）に、アンチグレア等の処理や無機物フィラーが分散状態にあることによる突起等が存在している場合には、偏光素子に入射した光は光学透明樹脂層と空気との界面で乱反射してしまい、光の回帰特性を得ることが困難となる。

また、本発明の偏光素子においては、光学透明樹脂層によりプリズムシートを被覆して得られる面（偏光素子のプリズム側の光学透明樹脂層の表面）が、プリズムシートの遅相軸と進相軸とを含む面と略平行であることが好ましい。略平行であることにより、プリズムシートを透過した光が、その後、光学透明樹脂層を通り抜けて空気との界面に到達した際に、透過または反射する光学特性を面内で均一に保つことができる。

さらに、本発明の光学透明樹脂層を構成する光学透明樹脂は、可視領域における吸収が少ないか、または、可視領域における吸収が実質的にないことが必要である。具体的には、波長４００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の範囲において、光学透明樹脂を厚み１００μｍのフィルムとした場合に、当該フィルムの光線透過率が８０％以上、好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上である必要がある。

また、本発明の光学透明樹脂層を構成する光学透明樹脂は、プリズムシートのプリズム表面に対して良好な密着性を示すことが好ましい。

加えて、光学透明樹脂層は、光学等方性でなければならない。光学透明樹脂層に複屈折性があると、光学透明樹脂層の屈折率をプリズムシートの進相軸方向の屈折率と略同一に制御することが困難になるとともに、プリズムシートを透過したｐ偏光成分が光学透明樹脂層の複屈折の影響を受け、直線偏光特性が変化するおそれがあるためである。このため、本発明の光学透明樹脂層を構成する光学透明樹脂としては、複屈折の発現性の低いものが好ましく、例えば、熱可塑性樹脂、あるいは、熱または光による硬化型樹脂等を挙げることができる。これらの中では、例えば、プリズムシートに樹脂を塗布し、その後、速やかに硬化できる等、加工性に優れる観点から、硬化型樹脂を用いることが好ましい。

本発明の光学透明樹脂層を構成できる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリ（メチルメタクリレート）等のアクリル樹脂、ポリエチレン等のポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリフェニレンオキシド等のポリエーテル、ポリビニルアルコール等のビニル樹脂、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミド、エポキシ樹脂、あるいは、これらを構成するモノマーを２種以上用いた共重合体、さらには、ポリ（メチルメタクリレート）とポリ塩化ビニルとの重量比が８２対１８の混合物、ポリ（メチルメタクリレート）とポリフェニレンオキシドとの重量比が６５対３５の混合物、スチレン・無水マレイン酸共重合体とポリカーボネートとの重量比が７７対２３の混合物等の非複屈折性ポリマーブレンド等を挙げることができる。

本発明の光学透明樹脂層を構成できる硬化型樹脂とは、外部励起エネルギーにより架橋反応等を経て硬化する架橋型樹脂を、代表として挙げることができる。硬化型樹脂には、紫外線や電子線等の活性線照射によって硬化する活性線硬化型樹脂と、熱により架橋反応を開始する熱架橋型樹脂等が存在するが、本発明においてはそのいずれも好適に用いることができる。

本発明の光学透明樹脂層を構成できる活性線硬化型樹脂としては、例えば、紫外線硬化型樹脂を代表として挙げることができる。具体的には、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、紫外線硬化型アクリルウレタン系樹脂、紫外線硬化型メタクリル酸エステル系樹脂、紫外線硬化型ポリエステルアクリレート系樹脂、および、紫外線硬化型ポリオールアクリレート系樹脂等を挙げることができる。これらの中では、加工安定性の観点から、紫外線硬化型ポリオールアクリレート系樹脂を用いることが好ましく、光重合性モノマー（オリゴマー）としては、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、アルキル変性ジペンタエリスリトールペンタエリスリトール等を好ましく用いることができる。

本発明の光学透明樹脂層を構成できる電子線硬化型樹脂としては、例えば、アクリレート系の官能基を有するものを挙げることができ、具体的には、比較的低分子量のポリエステルアクリレート樹脂、ポリエーテルアクリレート樹脂、アクリルアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、ポリブタジエンアクリレート樹脂等が挙げられる。

また、本発明の光学透明樹脂層を構成できる熱硬化型樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノキシエーテル樹脂、フェノキシエステル樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、または、これらの混合物を挙げることができる。

〔光学透明樹脂層の製造方法〕
本発明の偏光素子における光学透明樹脂層の製造方法としては、プリズムシートのプリズム面および必要に応じて凸部構造面に光学透明樹脂材料を塗布加工する方法を、好ましく用いることができる。塗布加工方法としては特に限定されるものではなく、公知のいずれの方法を用いてもよい。例えば、スプレーコーティング、ディップコーティング、スプレーフローコーティング、グラビアコーティング、スクリーンコーティング、バーコーティング、ダイコーティング、リップコーティング等を挙げることができるが、１μｍ以上１００μｍ以下程度の膜厚制御が容易であることから、グラビアコーティング、スクリーンコーティング、バーコーティング、ダイコーティング、リップコーティング等が好ましい。

［偏光素子の用途］
本発明の偏光素子は、反射型偏光素子として利用することができる。二色性偏光素子等の偏光板で液晶セルを挟み込んだ液晶パネルの、観測者側とは反対側（バックライト側）に、本発明の反射型偏光素子を配置することによって、光の利用効率を高めることができ、その結果、輝度が高く、消費電力の小さい液晶表示装置を得ることができる。本発明の偏光素子は、ツイストネマチックモード、垂直配向モード、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）配向モード、インプレインスイッチングモード等のＴＦＴ液晶表示装置等のバックライトと二色性偏光素子を用いたすべての液晶モードに用いることができる。

また、本発明の偏光素子は、偏光分離素子として、液晶表示装置の一つである液晶プロジェクタに用いることができる。本発明の偏光素子を液晶プロジェクタに用いる場合には、偏光素子は、光源とＲＧＢ液晶表示パネルの間に偏光素子を配置することにより、ｓｐ偏光成分の一方のみを選択的に取り出すことができる。

さらに、本発明の偏光素子は、光学機能を有する他の光学層と積層することにより、様々な機能を発現する光学部材として利用することができる。積層可能な光学機能を有する光学層としては、例えば、吸収型偏光素子を挙げることができる。ここで、吸収型偏光素子とは、ある方向の偏光は吸収し、その偏光に対して９０°方向の偏光は透過する特性を有する偏光素子であり、例えば、二色性色素等を配向分散させた熱可塑性樹脂フィルムを、その一例として挙げることができる。

また、積層可能な別の光学層としては、例えば、位相差層を挙げることができる。ここで、位相差層とは、位相差を与える層であり、透明熱可塑性合成高分子フィルムを延伸加工した位相差フィルムをその一例として挙げることができる。その他の位相差層としては、例えば、複屈折性材料であり、コーティング層を形成した際にコーティング層に対して法線方向に光学軸を有する層となり、且つ、正の位相差波長分散特性となる反射波長が紫外線領域にあるツイスト配向した重合性のカイラルネマチック（コレステリック）液晶層、ホメオトロピック配向した重合性のディスコティック液晶層、コーティングした際にコーティング層に対して法線方向に位相差発現性を有する材料をコーティングした層、あるいは、厚み方向に屈折率楕円体が放射線状に配置したハイブリッドな構造を有する位相差層等を挙げることができ、本発明の偏光素子は、そのいずれと組み合わせることも可能である。これら位相差層と組み合わせることにより、円偏光フィルムや楕円偏光フィルムを提供することができる。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、これに何等限定されるものではない。

＜測定・評価方法＞
実施例においては、以下の項目について、以下の方法によって測定・評価を実施した。

［屈折率］
アッベ屈折計（アタゴ製、商品名：アッベ屈折計ＮＡＲ−４Ｔ）を用いて、屈折率測定を実施した。複屈折材料に関しては、光源に偏光板を用いることで、光学軸に対して平行な直線偏光を入射し、進相軸および遅相軸方向の屈折率を計測した。

［光線透過率Ｔ］
分光光度計（日立製作所製、型式：Ｕ−４０００）を用いて、４００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長域で、１０ｎｍおきに分光透過率ｔ（λ）を求めた。得られた結果から、下記式（１）によって光線透過率Ｔを算出した。なお、式中、Ｐ（λ）は標準光（Ｃ光源）の分光分布、ｙ（λ）は２度視野Ｘ、Ｙ、Ｚ系に基づく等色関数である。

［偏光度Ｐ］
片方の偏光素子として吸収型偏光素子（サンリッツ製、商品名：ＨＬＣ２−２５１８、偏光度：９９．９）、もう一方の偏光素子として本発明の偏光素子を用いて、吸収型偏光素子を分光光度計（日立製作所製、型式：Ｕ−４０００）の光源側、本発明の偏光素子を検出器側に配置して２種類の光線透過率を測定した。２枚の偏光素子それぞれの透過軸方向が同一となるよう重ねた場合の透過率をＴｐ（パラニコル透過率）、２枚の偏光素子それぞれの透過軸が直交するよう重ねた場合の透過率をＴｃ（クロスニコル透過率）とし、下記式（２）によって偏光度Ｐを算出した。なお、ここでの「透過軸」とは、垂直入射した直線偏光に対して偏光素子の光の透過率が最大となる方位のことをいう。

［厚み］
プリズムシートおよび偏光素子の厚みは、電子マイクロメーター（アンリツ社製）により測定を実施した。

［プリズムおよび凸部構造の大きさ］
プリズムあるいは凸部構造の断面が得られるように、プリズムシートの凍結割断を行い、その断面形状を顕微鏡（キーエンスデジタルマイクロスコープＶＨＸ−５００）で観察することにより、プリズムあるいは凸部構造の大きさを計測した。

［輝度増加率］
液晶表示画面に対して垂線方向の輝度を、輝度計（ＭＩＮＯＬＴＡ製、型式：ＬＳ−１１０）によって測定した。液晶表示素子に対して偏光素子用いた場合と用いない場合とを測定し、用いた場合の輝度増加率を算出した。

＜実施例１＞
［ポリエチレンナフタレートの合成］
２，６−ナフタレンジカルボン酸ジメチルエステル１００質量部とエチレングリコール６０質量部とを、エステル交換触媒として酢酸コバルト４水塩０．０３質量部を使用して、常法に従ってエステル交換反応させた。その後、トリメチルフォスフェート０．０２３質量部を添加し、実質的にエステル交換反応を終了させた。引き続き、三酸化アンチモン０．０２４質量部を添加し、高温高真空下で常法通り重縮合反応を行うことにより、固有粘度（フェノール／テトラクロロエタン混合溶媒（質量比１：１）にて、３５℃で測定）０．６２ｄＬ／ｇのポリエチレンナフタレートを得た。

［フィルムの作製］
得られたポリエチレンナフタレートのペレットを、１８０℃で３時間乾燥後、押出機ホッパーに供給した。溶融温度３００℃で溶融し、溶融ポリマーを９．０ｍｍのスリット状ダイを通して表面温度４０℃の回転冷却ドラム上に押出すことにより、ポリエチレンナフタレート未延伸フィルムを得た。

［プリズム形状の加工］
金型として、１辺が５２μｍの正三角形柱状が平面に連続に並んでいるパターンが形成されたニッケル板を用いて、当該金型を２７０度まで加熱した後、得られた未延伸フィルムに金型を押し当てることにより、未延伸フィルムに金型パターンのプレス転写加工を行った。これにより、１辺が５２μｍの正三角形柱状のプリズムが、ポリエチレンナフタレートフィルム表面に連続的に形成された。

［延伸（プリズムシートの作製）］
プリズムが形成されたポリエチレンナフタレートフィルムに対して、三角柱状のプリズムの柱状方向に、１２５℃の延伸温度で３．０倍の１軸延伸加工を実施し、引き続き、２３０℃で１０秒間熱固定することにより、プリズムシートを得た。得られたプリズムシートは、厚み２４０μｍ、プリズム断面の正三角形の斜面１辺は３０μｍであり、シート表面に連続したプリズム構造を有していた。なお、プリズムの柱状方向の屈折率は１．８１、プリズムの柱状方向に垂直方向の屈折率は１．５５であった。

［光学透明樹脂層の作製］
光学透明樹脂として、紫外線硬化型樹脂（東亜合成化学製、商品名：アロニックスＭ１１０）１００質量部を用い、光重合開始剤（チバ・ガイギー製、商品名：イルガキュア１８４）３質量部、希釈剤として１−メチル−２−プロパノール１０質量部を順次加えて、均一になるまで攪拌することにより塗布液を得た。

プリズムシートのプリズム構造部分に、プリズム構造が被覆されるように、得られた塗布液をバーコーターを用いて均一にコーティングし、引き続き、高圧水銀ランプによって紫外線を照射し、光学透明樹脂層を硬化させた。さらに、６５℃オーブンで１０分間保持することにより、希釈溶媒成分である１−メチル−２−プロパノールを揮発させ、偏光素子を得た。得られた偏光素子の厚みは、２５０μｍ、光学透明樹脂層の屈折率は１．５５であった。得られた偏光素子の断面図を図５に示す。

［測定・評価］
得られた偏光素子の光線透過率は４４％、偏光度は９５．３％であった。これにより、偏光分離性能を有する偏光素子であることが確認できた。

［液晶表示装置の作製］
得られた偏光素子と市販の透過型液晶表示装置とを用いて、下記のような構成の液晶表示装置を作成し、本発明の偏光素子と隣接する吸収型偏光素子の光の透過軸が一致するように配置した。
（構成）吸収型偏光素子／位相差フィルム／液晶セル／位相差フィルム／吸収型偏光素子／偏光素子（本発明）／プリズムシート／プリズムシート／拡散フィルム／バックライト／白色反射フィルム
偏光素子の挿入前後におけるノーマリーホワイト時の輝度増加率を測定したところ、１８％の輝度上昇効果を確認した。

＜実施例２＞
［フィルムの作製］
実施例１で得られたポリエチレンナフタレートのペレットを、１８０℃で３時間乾燥後、押出機ホッパーに供給した。溶融温度３００℃で溶融し、溶融ポリマーを９．０ｍｍのスリット状ダイを通して表面温度４０℃の回転冷却ドラム上に押出すことにより、ポリエチレンナフタレート未延伸フィルムを得た。

［プリズム形状および凸部構造の加工］
金型として、１辺が５２μｍの正三角形柱状が平面に連続的に平行に配置されたパターンが形成されたニッケル板と、断面の高さ２３μｍ、幅５２μｍの半楕円形柱状が平面に連続的に平行に配置され、レンチキュラレンズ状凸部が得られるニッケル板とを、切削加工により作成した。これらの金型を２７０度まで加熱した後、金型パターンの柱状方向が同一となるように、得られた未延伸フィルムをこれら２枚の金型で挟み、プレス転写加工を行った。これにより、片面には、１辺が５２μｍの正三角形柱状のプリズムが、もう一方の面には、レンチキュラレンズ状の凸部構造が、ポリエチレンナフタレートフィルム表面に連続的に形成された。

［延伸（プリズムシートの作製）］
プリズムが形成されたポリエチレンナフタレートフィルムに対して、三角柱状のプリズムおよび凸部構造の柱状方向に、１２５℃の延伸温度で３．０倍の１軸延伸加工を実施し、引き続き、２３０℃で１０秒間熱固定することにより、プリズムシートを得た。得られたプリズムシートは、厚み２３０μｍ、片面に連続的に形成されたプリズム断面の正三角形の斜面の１辺は３０μｍ、もう一方の表面に連続的に形成されたレンチキュラレンズ状凸部構造の高さは１３μｍ、幅は３０μｍであった。なお、プリズムの柱状方向の屈折率は１．８０、プリズムの柱状方向に垂直方向の屈折率は１．５５であった。

［光学透明樹脂層の作製］
光学透明樹脂として、実施例１と同様の方法で塗布液を得た。

プリズムシートのプリズム構造部分に、プリズム構造が被覆されるように、得られた塗布液をバーコーターを用いて均一にコーティングし、引き続き、高圧水銀ランプによって紫外線を照射し、光学透明樹脂層を硬化させた。また、このフィルムを反転させ、凸部構造柱状を有する面に対しても同様に、凸部形状構造が被覆されるように、得られた塗布液をバーコーターを用いて均一にコーティングし、その後、高圧水銀ランプで紫外線を照射した。さらに、両面に光学透明樹脂層が形成された本フィルムを、６５℃オーブンで１０分間保持することにより、希釈溶媒成分である１−メチル−２−プロパノールを揮発させ、偏光素子を得た。得られた偏光素子の厚みは、２５０μｍ、光学透明樹脂層の屈折率は１．５５であった。得られた偏光素子の断面図を図６に示す。

［測定・評価］
得られた偏光素子の光線透過率は４６％、偏光度は９０．３％であった。これにより、偏光分離性能を有する偏光素子であることが確認できた。

［液晶表示装置の作製］
得られた偏光素子と市販の透過型液晶表示装置とを用いて、下記のような構成の液晶表示装置を作成し、本発明の偏光素子と隣接する吸収型偏光素子の光の透過軸が一致するように配置した。
（構成）吸収型偏光素子／位相差フィルム／液晶セル／位相差フィルム／吸収型偏光素子／偏光素子（本発明）／プリズムシート／プリズムシート／拡散フィルム／バックライト／白色反射フィルム
偏光素子の挿入前後におけるノーマリーホワイト時の輝度増加率を測定したところ、２８％の輝度上昇効果を確認した。

Claims (17)

1. プリズムシートと光学透明樹脂層とからなる偏光素子であって、
   前記プリズムシートは、面内に光学軸を有する略一軸性のシートであり、かつ、少なくとも片面に断面が多角形状の複数のプリズムを有するものであり、
   前記プリズムの斜面と前記プリズムシートの遅相軸と進相軸とを含む面とのなす角度は、前記プリズムシートの遅相軸方向の屈折率と進相軸方向の屈折率とに基づく臨界角以上であり、
   前記光学透明樹脂層は光学等方性であり、かつ、光学透明樹脂層の屈折率は、前記プリズムシートの進相軸方向の屈折率と略同一であり、
   前記複数のプリズムは、前記光学透明樹脂層により被覆されている偏光素子。
2. 前記プリズムシートの片面には、断面が多角形状の複数のプリズムを有し、もう一方の面には、断面が曲線からなる複数の凸部構造を有するものであり、
   前記複数のプリズムおよび前記複数の凸部構造は、前記光学透明樹脂層により被覆されている請求項１記載の偏光素子。
3. 前記複数のプリズムが、略平行に配置されている請求項１または２記載の偏光素子。
4. 前記複数の凸部構造が、略平行に配置されている請求項２または３記載の偏光素子。
5. 前記プリズムが、柱状である請求項１から４いずれか記載の偏光素子。
6. 前記複数の凸部構造が、柱状である請求項２から５いずれか記載の偏光素子。
7. 前記プリズムの断面が、三角形状である請求項１から６いずれか記載の偏光素子。
8. 前記凸部構造が、凸レンズ形状である請求項２から７いずれか記載の偏光素子。
9. 前記プリズムシートの遅相軸が、前記プリズムの柱状方向に略平行または略垂直である請求項５から８いずれか記載の偏光素子。
10. 前記プリズムシートにおいて、前記プリズムの柱状方向と前記凸部構造の柱状方向が、略同一方向である請求項６から９いずれか記載の偏光素子。
11. 前記プリズムシートの遅相軸方向の屈折率と進相軸方向の屈折率との差が、０．１５以上である請求項１から１０いずれか記載の偏光素子。
12. 前記光学透明樹脂層の屈折率と前記プリズムシートの進相軸方向の屈折率との差が、０．０５以下である請求項１から１１いずれか記載の偏光素子。
13. 前記プリズムシートが、熱可塑性樹脂からなる請求項１から１２いずれか記載の偏光素子。
14. 前記プリズムシートが、ポリエチレンナフタレートからなる請求項１３記載の偏光素子。
15. 前記光学透明樹脂層により前記複数のプリズムを被覆して得られる面が、前記プリズムシートの遅相軸と進相軸とを含む面と略平行である請求項１から１４いずれか記載の偏光素子。
16. 前記光学透明樹脂層が、硬化型樹脂からなる請求項１から１５いずれか記載の偏光素子。
17. 第１の偏光板、液晶セル、第２の偏光板、および、光源を備える液晶表示装置において、
    前記第１の偏光板、前記液晶セル、前記第２の偏光板、前記光源は、この順にて配置されるものであり、
    請求項１から１６いずれか記載の偏光素子が、前記第２の偏光板と前記光源との間に配置され、かつ、
    前記プリズムシートの進相軸と前記第２の偏光板の透過軸が略平行に配置されている液晶表示装置。

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