JP6969560B2 - 偏光解消素子 - Google Patents

Description

本発明は、偏光状態にある光の当該偏光状態を解消し、全体として非偏光状態の光に変える偏光解消素子に関する。

位相状態が揃った光（偏光した光）は規則性が強いため干渉の発生があったり、偏光サングラス等の偏光板を透過できず不具合を生じることがあったりするため、このときには位相が揃った状態（偏光状態）を解消する必要がある。

そのための手段として、例えば特許文献１に記載のような高い位相差を有するフィルムを適用する技術、及び、特許文献２に記載のように膜厚の異なる複数の領域を有する素子を適用する技術がある。

また、特許文献３に記載のように透明樹脂中に複屈折を有する無機粒子を分散させることにより無秩序に屈折させて偏光状態を解消する技術もある。

特許第３１０５３７４号公報 特開２０１４−２２８６号公報 特開２０１２−８８５０７号公報

しかしながら特許文献１に記載のような高い位相差を有するフィルムは、波長により透過率が大きく異なるため、入射した光によっては、透過により色が変わってしまうことがある。また特許文献２に記載のような素子では素子が厚くなってしまうとともに、位相差が異なる領域が複数あれば偏光解消子としての機能は発現するものの、波長による透過率に偏りができ、色味がついてしまう問題がある。

また、透明樹脂中に複屈折を有する無機粒子を分散させる技術では、屈折率が異なる粒子が分散されているため透明性が損なわれヘイズが高くなってしまう。

そこで本発明は、上記の問題に鑑み、透明性を高く維持しつつ、透過による色味の変化を少なくすることができるとともに、厚くなることを抑えることが可能な偏光解消素子を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。

本発明の１つの態様は、入射した光に対して複数の位相差を与えて出射する偏光解消素子であって、厚さが異なる複数の領域が配列された液晶からなる液晶層を有する偏光解消素子である。

上記偏光解消素子において、液晶層は、少なくとも一方の面に複数の凸部と、隣り合う凸部の間に形成される凹部と、が配列される形態としてもよい。

上記偏光解消素子において、液晶層は、少なくとも一方の面に複数の凸部と、隣り合う凸部の間に形成される凹部と、が不規則的に配列されてもよい。

また、この凹部には透明樹脂からなる凹凸形成層が設けられているように構成することもできる。

また、透明な基材の一方の面に前記液晶層及び前記凹凸形成層が積層されている偏光解消素子とすることもできる。

また、凸部は所定の断面を有して一方向に延び、偏光解消素子の四角形の外形の縁に対して凸部が延びる方向が０度より大きく９０度より小さい範囲で傾いている構成とすることもできる。

また、液晶層が重合性棒状液晶材料又は円盤状液晶材料からなるように構成してもよい。

また、液晶層が重合性棒状液晶材料又は円盤状液晶材料からなるとともに、凸部は所定の断面を有して一方向に延び、凸部が延びる方向と、重合性棒状液晶材料、又は円盤状液晶材料の遅相軸の方向とが、異なるように構成することもできる。

また、液晶層は最も厚い部位と最も薄い部位との厚さの差が５μｍ以下としてもよい。

また、上記偏光解消素子では、正面位相差をＲｅ、厚み位相差をＲｔｈとしたとき、
Ｎｚ＝（Ｒｔｈ／Ｒｅ）＋０．５
で表されるＮｚ係数について、波長４５０ｎｍのときのＮｚ係数をＮ_４５０、波長５５０ｎｍのときのＮｚ係数をＮ_５５０としたとき、
Ｎ_４５０＜Ｎ_５５０−０．１
が成り立つものとすることができる。

上記した液晶層の液晶について、波長４５０ｎｍにおける複屈折率をΔｎ_４５０、波長５５０ｎｍにおける複屈折率をΔｎ_５５０、波長６５０ｎｍにおける複屈折率をΔｎ_６５０としたとき、
Δｎ_４５０＞Δｎ_５５０＞Δｎ_６５０
の関係としてもよい。
ここで各波長の「複屈折率」は、ガラス基材上に液晶を配向させ、位相差測定後、液晶膜厚で割ることで求めた。

上記偏光解消素子では、波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲において、いずれの波長でも透過率が０．２以上０．８以下であるようにすることができる。

また、吸収軸が直交又は平行に配置された２枚の偏光板の間に、吸収軸に対して平面視で４５°で光軸が傾くように上記偏光解消素子を配置したときに、波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲において、いずれの波長でも透過率が０．２以上０．８以下である偏光解消素子とすることができる。
そして、この偏光解消素子を用いたときに、偏光板を具備して画像を出射する表示ユニットと、表示ユニットの画像出射側に配置される上記偏光解消素子と、を備え、上記２枚の偏光板の一方が、上記表示ユニットに備えられる偏光板である、表示装置を提供することもできる。

上記偏光解消素子の厚さは２０μｍ以下としてもよい。

上記偏光解消素子のヘイズ値は５％以下となるように構成することもできる。

また、画像を出射する表示ユニットと、表示ユニットの画像出射側に配置される上記した偏光解消素子と、を備える表示装置を提供することができる。

上記偏光解消素子の凸部が延びる方向は、表示ユニットの画素が配列される方向に対して０度より大きく９０度より小さい範囲で傾いているように構成することができる。

また、モアレが発生しないように偏光解消素子の形態を構成することが可能である。

本発明によれば、液晶層の厚さが異なる複数の領域を形成し、透過する光に異なる複数の位相差を付与し、全体として透過光の偏光状態を解消することができる。その際には、可視光波長ごとによる透過率の差を小さくすることができるため、透過による色の変化を抑えることが可能となる。そして、液晶層により構成するので層を薄くすることができる。

図１（ａ）は偏光解消素子１０の斜視図、図１（ｂ）は偏光解消素子１０の分解斜視図である。 偏光解消素子１０の断面図である。 偏光解消素子１０の作用を説明するグラフである。 偏光解消素子２０の断面図である。 偏光解消素子２０の作用を説明するグラフである。 偏光解消素子３０の断面図である。 偏光解消素子４０の断面図である。 図８（ａ）は偏光解消素子５０の断面図、図８（ｂ）は偏光解消素子６０の断面図である。 偏光解消素子７０の断面図である。 画像形成装置１を概念的に示す分解斜視図である。 実施例１及び比較例１における波長と正面位相差との関係を表すグラフである。 実施例１及び比較例１における波長とＮｚ係数との関係を表すグラフである。 実施例２〜実施例４の形態を説明する図である。 実施例５の形態を説明する図である。 実施例６の形態を説明する図である。 実施例７の形態を説明する図である。 実施例８の形態を説明する図である。 実施例９〜実施例１９の形態を説明する図である。

以下、本発明を図面に示す形態に基づき説明する。ただし、本発明はこれら形態に限定されるものではない。図面では、わかり易さのため微小な要素であっても変形して表したり、大きく表したりすることがあり、同じ要素が繰り返し配置されている際には符号を一部について省略することがある。

図１は第一の形態を説明する図であり、図１（ａ）は偏光解消素子１０の斜視図、図１（ｂ）は偏光解消素子１０の分解斜視図である。図１（ａ）、図１（ｂ）からわかるように、本形態の偏光解消素子１０は、基材１１、凹凸形成層１２、及び液晶層１５を有して構成されている。

基材１１は、その一方の面に凹凸形成層１２、及び液晶層１５を積層するための基材となる透明層である。基材１１をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、光学的な素子を構成する部材の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）、トリアセチルセルロース樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、及びガラス等を挙げることができる。
そしてその厚さは１０μｍ以上１０００μｍ以下の範囲で構成することができる。

凹凸形成層１２は、液晶層１５に厚さの異なる複数の部位を付与する層であり、本形態では複数の凸条１３が間隔を有して配列されている。従って凸条１３が配置された部位では凸部１２ａ、凸条１３の間は凹部１２ｂとなり、この凸部１２ａと凹部１２ｂとが繰り返されて配列される。
本形態では凸条１３は、四角形断面を有した四角柱状であり、複数の凸条１３が、その柱状の軸線が平行になるように、基材１１の一方の面に沿って並べられている。

凹凸形成層１２の凸条１３をなす材料としては、種々の材料を使用することができる。ただし、光学素子を構成する部材の材料として広く使用され、優れた機械的特性、光学特性、安定性および加工性等を有するとともに安価に入手可能な材料を用いることができる。これには例えば脂環式構造を有する重合体樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、メタクリル酸メチル−スチレン共重合体、ＡＢＳ樹脂、ポリエーテルスルホン等の熱可塑性樹脂や、エポキシアクリレートやウレタンアクリレート系の反応性樹脂（電離放射線硬化型樹脂等）、トリアセチルセルロース樹脂等を挙げることができる。

ここまで説明した基材１１と凹凸形成層１２とは、境界なく一体であってもよいし、基材１１の面に凹凸形成層１２が積層され別部材が接着された形態であってもよい。
製造過程としては、押出し成形、賦型、及びフォトリソグラフィー等を挙げることができる。押し出し成型で製造された場合においては、基材１１、及び凹凸形成層１２が一体的に形成され得る。また、賦型によって製造する場合には、基材１１上に凹凸形成層１２を賦型して形成することができ、この場合には基材層１１と凹凸形成層１２とが、同一の樹脂材料であっても、異なる材料であってもよい。

液晶層１５は、凹凸形成層１２に積層された液晶材料からなる層である。従って液晶層１５のうち、凹凸形成層１２に接する側の面には、凹凸形成層１２の凹凸と反対の凹凸を有する。すなわち、液晶層１５は凹凸形成層１２の凹部１２ｂを満たすように凸部１５ａを具備し、凹凸形成層１２の凸部１２ａに満たされるように凹部１５ｂを備えている。従って、本形態では凹凸形成層１２と液晶層１５とは凹凸界面を有して接している。
一方、液晶層１５のうち、凹凸面側とは反対側の面は本形態では平滑面とされている。ただしこれに限定されることなく、他の凹凸面が形成されていてもよい。

ここで、液晶層１５を構成する液晶について、波長４５０ｎｍにおける複屈折率をΔｎ_４５０、波長５５０ｎｍにおける複屈折率をΔｎ_５５０、波長６５０ｎｍにおける複屈折率をΔｎ_６５０としたとき、
Δｎ_４５０＞Δｎ_５５０＞Δｎ_６５０
の関係とすることもできる。すなわち、可視光領域において短波長側から長波長側にかけて位相差が小さくなる波長分散性（正分散性）を有している液晶層を用いることもできる。ここで各波長の「複屈折率」は、ガラス基材上に液晶を配向させ、位相差測定後、液晶膜厚で割ることで求めた。
従来において、正分散性とは逆の特性を有する逆分散性（すなわち、可視光領域において短波長側から長波長側にかけて位相差が大きくなる波長分散性）の材料としては、フルオレンを用いたポリカーボネート共重合樹脂が知られているが、これを用いると部材が厚くなってしまう。
液晶材料についてみると逆分散性を有する重合性液晶化合物が挙げられる。しかしながら、このような重合性液晶化合物では薄膜化は可能になるが、正分散性材料よりコストが高く、広く製品を供給する観点からは問題がある。
これに対して、本形態では上記構成にすることにより、正分散性の液晶材料を使用し、コストを抑えつつも色味がつかず、より薄い偏光解消素子とすることができる。

液晶層１５を構成する液晶材料は特に限定されることはないが、例えば次の化学式で表される（１）〜（１７）のような棒状液晶材料を挙げることができる。

その中でも重合性棒状液晶材料からなるものを用いることができる。この際における重合性官能基としては、例えば、紫外線、電子線等の電離放射線、又は熱の作用によって重合するものを挙げることができる。具体例としては、ラジカル重合性官能基が挙げられる。ラジカル重合性官能基の代表例は、少なくとも１つの付加重合可能なエチレン性不飽和二重結合を持つ官能基が挙げられ、具体例として、置換基を有する、又は、有しないビニル基、アクリレート基（アクリロイル基、メタクリロイル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基を包含する総称）等が挙げられる。

また、上記棒状の液晶材料の他、円盤状の液晶材料であるディスコティック液晶を用いることもできる。そのため、ディスコティック液晶性を示す公知の化合物を広く用いることができ、これは円盤状のコア部を有するとともに、該コア部から放射状に側鎖が延びる構造を備えている。

以上のような液晶層１５は、基材１１、及び凹凸形成層１２に液晶材料を塗布することにより形成することができる。

以上のような構造を有する偏光解消素子１０は、例えば次のような形態とされている。図２に説明のための断面図を示した。
本形態では凹凸形成層１２により、液晶層１５が２種類の異なる厚さ領域が交互に配置されるようになっている。すなわち、図２にｄ１で示した液晶厚さを有する領域と、ｄ２で示した液晶厚さを有する領域である。ｄ１で示した液晶厚さは液晶層１５の凸部１５ａによる領域の厚さであり、ｄ２で示した液晶厚さは液晶層１５の凹部１５ｂによる領域の厚さである。このような液晶層が後の説明のように作用するための液晶層１５の厚さ（ｄ１）は、１μｍ以上１０μｍ以下の範囲とすることができる。１μｍ以上５μｍ以下の範囲でも効果を得ることが可能である。
液晶層１５では、最も厚い部位（本形態ではｄ１の部位）、と最も薄い部位（本形態ではｄ２の部位）の厚さの差が５μｍ以下であることが好ましい。

一方、図２で示した隣り合う凸部１５ａのピッチｐは、１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。ピッチが１μｍより小さいと原因は明確ではないが、偏光解消の効果が小さくなる傾向があった。また、ピッチが１００μｍより大きくなると凹凸が視認されてしまう虞がある。より好ましくは２０μｍ以下である。
また、１ピッチの間における凸部１５ａと凹部１５ｂとの割合は特に限定されることなく、必要な偏光解消及び波長ごとの透過率特性に基づいて適宜設定することができる。ただし、後で実施例で説明するようにその割合によってさらに顕著な効果を奏するものになる。

このように本形態では液晶層を用いているので、非常に薄い素子により偏光状態を解消することができる。例えば、図２にｄ０で示した偏光解消素子１０の厚さを２０μｍ以下にすることもできる。
また、可撓性を有する材料により構成することができるので、素子に可撓性を持たせ、偏光解消素子１０を適用する対象の形状に対して柔軟に対応することが可能である。

また、本形態では液晶を用いて位相差が異なる複数の光に変換するため、無機粒子を分散させたときに起こるヘイズの上昇がなく、ヘイズの上昇が無い状態で光を透過させることが可能である。具体的にはヘイズ値が５％以下である偏光解消素子を形成することも可能である。

以上のような構成を有する偏光解消素子１０は例えば次のように作用する。
位相が揃った（所定の偏光状態にある）光が偏光解消素子１０に入射する。そしてこの光は液晶層１５を透過する。
ここで、本形態の偏光解消素子１０では、液晶層１５において、凸部１５ａからなる厚さｄ１の領域と、凹部１５ｂからなる厚さｄ２の領域と、の厚さが異なる２種類の領域を有している。
液晶層を透過する光に発生する位相差（Ｒｅ：リタデーション）は、液晶材料に依存する複屈折光の屈折率差Δｎと、液晶層の厚さｄの積で決まる。すなわち、
Ｒｅ＝Δｎ・ｄ
である。

従って、本形態の偏光解消素子１０では、位相が揃った（所定の偏光状態にある）光が偏光解消素子１０を透過した結果、
Ｒｅ１＝Δｎ・ｄ１
Ｒｅ２＝Δｎ・ｄ２
である２種類の位相差を有する光となり、単一の位相差（偏光）状態を解消することができる。

また、その際には、以下に説明するように、偏光解消素子１０では波長による透過率の差を抑えることができ、色の変化を抑制しつつ光を透過することが可能となる。図３に説明のための図を示した。図３は横軸に波長、縦軸に透過率をとったグラフである。
図３からわかるように、凸部１５ａの領域における透過率の特性と、凹部１５ｂの領域における透過率の特性と、を合成した透過率が偏光解消素子１０の全体の透過率となる。従って、波長ごとの透過率が一定（例えば０．５付近）となるように各領域の透過率特性を調整すれば、全体として波長による透過率の偏りを抑制した透過率特性を有する素子とすることができる。
これにより偏光解消素子１０では可視光域における波長による透過率の差を抑えることができ、色の変化を抑制しつつ光を透過することが可能となる。すなわち、偏光解消素子１０を画像表示装置やサングラス等に用いた場合でも、オリジナルの画像の色に対する色の変化を抑えて観察者に提供することができる。従って、従来の偏光解消素子において透過光における色の変化が問題となることがあったが、このような課題を解決することが可能となる。

同様に、画像表示装置の光源が急峻な発光スペクトルを有している場合、従来の偏光解消素子では、この発光スペクトルと偏光解消素子の波長透過率特性との関係で所定の色の透過率が極端に低くなり偏光解消素子を透過すると色が大きく変化してしまう問題があった。このような課題に対しても本形態の偏光解消素子によれば光源光の色の変化を抑制して透過させることができ、光源の種類を選ばず偏光状態の解消をすることが可能となる。

また、偏光解消素子１０は上記のように薄く、そして液晶層１５を上記のように構成することで、偏光解消素子内を斜め方向に進行する光と、偏光解消素子内を厚さ方向に平行に進行する光とに大きな差異が生じ難くなる。これにより、偏光解消素子内を斜めに進行する光があっても偏光解消状態や色について所望した設計どおりの性能を得やすい。
従来の技術では、素子内を斜めに進行した光が他の位相差領域にまたがって進んでしまうため、予定した位相差状態を得られなかったり、色の変化が生じたりしてしまうことがあった。従ってこのような設計どおりの位相差状態及び色変化を精度よく実現する課題に対しても本形態の偏光解消素子により、当該課題を解決することができる。

偏光解消素子１０によれば、液晶層が凹凸形状を具備することにより、凹凸を有しない液晶層（単なる材料としての液晶）に対して全体として全く異なる位相差特性を付与することが可能である。例えば、正面位相差をＲｅ、厚み位相差をＲｔｈとしたとき、Ｎｚ係数は、
Ｎｚ＝（Ｒｔｈ／Ｒｅ）＋０．５
で表されるが、本形態の偏光解消素子では、波長４５０ｎｍのときのＮｚ係数であるＮ_４５０と、波長５５０ｎｍのときのＮｚ係数であるＮ_５５０との間で、
Ｎ_４５０＜Ｎ_５５０−０．１
とすることも可能である。これは用いた液晶の材料特性とは反対にすることができることを意味する（後述の実施例参照）。
このように偏光解消素子では、凹凸と当該凹凸を形成する液晶材料との組み合わせにより材料特性の範囲を超えて位相差を制御することも可能であり、設計自由度の高い偏光解消素子となる。

以上説明した偏光解消素子１０は例えば次のように製造することができる。すなわち、上記したように、基材１１及び凹凸形成層１２については、押し出し成形、賦型、及びフォトリソグラフィー等により作製できる。押し出し成型で製造された場合においては、基材１１、及び凹凸形成層１２が一体的に形成され得る。また、賦型によって製造する場合には、基材１１上に凹凸形成層１２を賦型して形成することができ、この場合には基材１１と凹凸形成層１２とが、同一の樹脂材料であっても、異なる樹脂材料であってもよい。
このように形成された基材１１及び凹凸形成層１２のうち凹凸形成層１２が配置された側に液晶層１５となる液晶材料を塗布することにより液晶層１５とし、偏光解消素子１０を得る。

従来における偏光解消素子である特許文献１に記載のような高い位相差を有するフィルムを用いる技術では、光軸を調整するためにフィルムを斜め方向に延伸する必要があり、光軸にばらつきが発生する虞があった。これに対して偏光解消素子１０及び上記の製造方法によれば、配向膜を用いない場合には凹凸の方向が光軸の方向となり、凹凸の方向を容易に精度よく制御できる。従って光軸を制御することが必要な偏光解消素子を提供することが課題となっている際に、上記のようにすることにより、量産性が高く精度よい光軸制御が可能な偏光解消素子及びその製造方法を提供することができる。
また、後述する形態のように、配向膜を用いる場合にはその偏光露光で決めた任意の方向を光軸とすることができ、この場合にも光軸制御を精度よく容易に行うことができる。
そのため、偏光解消素子１０の液晶層１５における厚さが異なる各領域で光軸が揃っていることが好ましい。具体的には各領域間で遅相軸の向きが±１°の範囲で揃っていることが好ましい。

図４は偏光解消素子１０を変形した例の第二の形態である偏光解消素子２０を説明するための図で、図２に相当する。上記説明した偏光解消素子１０では、液晶層１５が２種類の厚さ（ｄ１、ｄ２）を有するように形成したが、偏光解消素子２０では、液晶層２５に３種類の厚さｄ２１、ｄ２２、ｄ２３ができるように構成されている。
すなわち、凹凸形成層２２が、第一凸部２２ａ、第一凸部２２ａとは高さ（厚さ）が異なる第二凸部２２ｂ、及び凹部２２ｃを備えている。従って、第一凸部２２ａと第二凸部２２ｂとの間に凹部２２ｃが形成されている。そして、これに対応して、液晶層２５が凸部２５ａ、第一凹部２５ｂ、第二凹部２５ｃを備えるものである。基本的な構成は偏光解消素子１０と同様である。
これによれば、図４にも表したように、液晶層２５において、凸部２５ａの領域で最も厚くなり（厚さｄ２１）、次に第一凹部２５ｂの領域が厚く（厚さｄ２２）、及び第二凹部２５ｃの領域で最も薄く（厚さｄ２３）なる。

このような偏光解消素子１０によれば、透過光が３種類の異なる位相差（非偏光状態）を有するので、さらに偏光解消が確実に行われる。また、図３に相当する図５に示したように、偏光解消素子２０全体としてみたときに、可視光全ての波長において概ね同じ透過率（０．５）を得ることができ、透過による色の変化を大幅に抑制することが可能である。

この変形例では、液晶層２５において３種類の厚さを得られるように構成したが、さらに多くの種類の厚さを得られるように液晶層の凸部、及び凹部を形成してもよい。その際、凹凸の配列が規則性を有するように形成してもよいし、不規則であってもよい。ここで不規則とは、１０個の凸部を１つの単位としたときに、ある１つの単位の凸部の形状と、これに隣り合う他の単位の凸部の形状と、に規則性がないことをいう。

すなわち、波長が可視光領域である波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲において、いずれの波長でも透過率が０．２以上０．８以下であることが好ましい。より好ましくはいずれの波長でも透過率が０．３以上０．７以下、最も好ましくは０．４以上０．６以下である。この透過率は、２枚の偏光板（透過軸（又は吸収軸）が平行又は直交する状態）の間に偏光解消素子をその光軸（配向膜を配置しない場合には凹凸が延びる方向）が偏光板の吸収軸に対して４５度傾いた姿勢で挿入したときの透過率により定義できる。

図６は第三の形態の偏光解消素子３０を説明するための図であり、図２に相当する図である。本形態では偏光解消素子１０に対して基材１１が無い点で異なる。他の部位については偏光解消素子１０と同様である。
このような偏光解消素子３０によれば、さらに素子を薄くすることができる。
偏光解消素子３０は、基材１１のうち凹凸形成層１２、及び液晶層１５が積層される側の面に剥離をしやすくする処理（例えば離型剤の塗布）を施しておき、基材１１に凹凸形成層１２を賦形し、液晶層１５を塗布して形成した後に、基材１１を剥離することにより作製することができる。

図７は第四の形態の偏光解消素子４０を説明するための図であり、図２に相当する図である。本形態では偏光解消素子１０に対して基材１１、及び凹凸形成層１２が無い点で異なる。
このような偏光解消素子３０によれば、偏光解消素子１０に比べて素子を薄くすることができる。

偏光解消素子４０は、基材１１及び凹凸形成層１２の液晶層１５が積層される側の面に剥離をしやすくする処理（例えば離型剤の塗布）を施しておき、基材１１に凹凸形成層１２を賦形し、液晶層１５を塗布して形成した後に、基材１１及び凹凸形成層１２を剥離することにより作製することができる。
または、液晶層１５に用いる液晶材料を、基材層１１及び凹凸形成層１２から剥離しやすい材料とすることにより、基材１１及び凹凸形成層１２を液晶層１５から剥離して偏光解消素子４０を作製することもできる。
このような製造方法によれば、厚さの異なる部位である凸部１５ａと凹部１５ｂがあっても、円滑に液晶層１５を剥離することが可能となり、途中で切れたり、しわが発生したりすることを防止し、いわゆる不良品を減らし、製造における歩留まり向上及び生産性の向上が図られる。従って、偏光解消素子４０のような形態を歩留まりよく高い生産性で作製する課題に対してはこのような手段により解決することができる。

図８（ａ）は第五の形態の偏光解消素子５０を説明するための図であり、図８（ｂ）は第六の形態の偏光解消素子６０を説明するための図である。これら偏光解消素子５０、偏光解消素子６０は、液晶層１５の凹凸が形成された面に配向膜５１を設けた例である。すなわち、図８（ａ）に示した偏光解消素子５０は上記偏光解消素子１０の液晶層１５の凹凸が形成された面に配向膜５１を設けた例、図８（ｂ）に示した偏光解消素子６０は上記偏光解消素子４０の液晶層１５の凹凸が形成された面に配向膜５１を設けた例である。
これにより液晶層１５内の液晶分子の配向状態を所望の姿勢にすることができる。そして、この配向膜により任意の方向に光軸を設定することが可能であるため、光軸制御を精度よく容易に行うことができる。例えば、液晶層として重合性棒状液晶を用いた場合において、配向膜を用いて該重合性棒状液晶の遅相軸の方向が、液晶層の凸部が延びる方向と異なるように設定することもできる。
配向膜５１の具体的態様は必要に応じて公知の形態のものを適用することができる。また、配向膜はその種類によって必ずしも液晶層に積層した形で残っている必要はなく、製造段階において配向膜を使用した場合であっても、最終的に配向膜を残さないようにすることもできる。

ここで、偏光解消素子６０は、基材１１及び凹凸形成層１２の配向膜５１が積層される側の面に剥離をしやすくする処理（例えば離型剤の塗布）を施しておき、基材１１に凹凸形成層１２を賦形し、配向膜５１、液晶層１５を形成した後に、基材１１及び凹凸形成層１２を剥離することにより作製することができる。
また、配向膜５１を用いることにより剥離性を高めることができるので特に追加の処理を必要とすることなく剥離を円滑におこなうことができる。さらには、配向膜５１に用いる材料に架橋剤や密着助剤などの添加剤を用いてさらに剥離させやすくすることも可能である。

図９は第七の形態の偏光解消素子７０を説明する図である。偏光解消素子７０では、図９にｐで示す１単位の凹凸の中に、階段状に複数の高さ（厚さ）の異なる凸部１５ａ（又は階段状に深さの異なる複数の凹部）が具備されている例である。このような形態でも本発明の偏光解消素子とすることができる。

上記した偏光解消素子１０（他の形態の偏光解消素子も同様）は、例えば、液晶表示装置などの表示装置に配置されることにより、偏光状態にある光に起因して生じる不具合を解消することができる。１つの形態として表示装置１は、図１０に示したように、画像を出射する表示ユニット２、及び表示ユニット２の画像出射側に配置される偏光解消素子１０を備えている。そしてこれらが他の必要な機器と組み合わされて不図示の筐体に収められることにより表示装置１とされている。

表示装置１の具体的な態様例として液晶表示装置１が挙げられ、その際には表示ユニット２は液晶表示ユニット２であり、ここには画像源となる液晶からなる層とその表裏に配置された偏光板を具備する液晶パネルが含まれている。液晶表示ユニット２は公知のものでよく、既存の形態を用いることができる。
通常の液晶表示装置では、該液晶表示装置から出射される光は液晶パネルの性質上、所定の偏光状態となっているので、偏光サングラスをかけて通常の液晶表示装置による画面を見た場合、画像がほとんど見えないことがある。これに対して液晶表示ユニット２の出射側に偏光解消素子１０を配置して液晶表示装置１を形成すれば、観察者は偏光状態が解消された映像光を見ることができるので、例えば偏光サングラスをかけた状態でも映像を見ることができる。

表示装置が液晶表示装置である場合には、ここに具備される偏光解消素子は次のような構成を有していることが好ましい。
液晶表示ユニット２には、公知の通り、液晶からなる層と、該液晶からなる層の表裏（光源側と観察者側）のそれぞれに偏光板と、が配置されている。これら偏光板のうち観察者側に配置されている偏光板を準備し（偏光板ａ）、さらにこの偏光板ａの透過軸に直交する透過軸を有する他の偏光板を準備し（偏光板ｂ）、偏光板ａと偏光板ｂとの間に偏光解消素子１０を配置する。このとき、偏光解消素子１０の光軸が偏光板ａの吸収軸に対して正面からみて４５度となるように設置する。
このような偏光板ａ、偏光解消素子１０、及び偏光板ｂの積層体に対して偏光板ａ側から光を照射し、出光側にて分光光度計で測定したとき、可視光領域である波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲において、いずれの波長でも透過率が０．２以上０．８以下であることが好ましい。より好ましくはいずれの波長でも透過率が０．３以上０．７以下、最も好ましくは０．４以上０．６以下である。

なお、ここでは液晶表示ユニットの場合を説明したが、偏光板を備える他の種類の表示ユニットでも同様に構成することができる。これには例えば有機ＥＬ表示ユニットが挙げられる。すなわち、有機ＥＬ表示ユニットに備えられる偏光板を準備し（偏光板ａ）、さらにこの偏光板ａの透過軸に直交する透過軸を有する他の偏光板を準備し（偏光板ｂ）、偏光板ａと偏光板ｂとの間に偏光解消素子１０を配置する。このとき、偏光解消素子１０の光軸が偏光板ａの吸収軸に対して正面からみて４５度となるように設置する。
このような偏光板ａ、偏光解消素子１０、及び偏光板ｂの積層体に対して偏光板ａ側から光を照射し、出光側にて分光光度計で測定したとき、可視光領域である波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲において、いずれの波長でも透過率が０．２以上０．８以下であることが好ましい。より好ましくはいずれの波長でも透過率が０．３以上０．７以下、最も好ましくは０．４以上０．６以下である。

さらに、このような表示ユニットには画素が存在し、画素は規則的な格子模様を形成している。これに対して偏光解消素子を用いると、画素による規則模様と、偏光解消素子が有する規則性を有する構成とに起因して干渉縞（モアレ)が発生することがあった。そして従来の偏光解消素子では、これに対応して偏光解消素子としての基本性能を維持しつつモアレが発生しないように構造を変更することが難しいことが多い。
これに対して本形態の偏光解消素子によれば、凹凸のピッチ、凹凸が延びる方向、延びる方向における形状（直線状、波型等）、凹凸の大きさ等、変更することができる要素が多いため、上記した効果を有しつつ、モアレが発生しない形態とすることが可能となる。例えば、外形（縁の形状）が四角形である偏光解消素子において、凹凸が伸びる方向を当該縁の辺に対して平行となる及び直交する角度以外の角度（０度より大きく９０度より小さい角度）を有して形成しておけば、画素の規則的な配列方向に対して０度より大きく９０度より小さい角度で傾けることができ、モアレの発生を抑制できるとともに、製造時において偏光解消素子を貼り付ける際にも効率よく行うことができる。

なお、以上説明した各形態の偏光解消素子では、凹凸形成層における凸部及び凹部が所定の断面を有して一方向に延び、他の方向に凹凸が繰り返されるという形態であった。ただし、凹凸形成層はこれに限定されることなく、厚さが異なる複数の領域が配列された液晶からなる液晶層が形成されていれば良い。従って、凸部が平面内に規則的、不規則的を問わず複数点在し、その間が凹部となる形態であってもよい。それには例えばいわゆるドット形状、アイランド形状、千鳥配列形状などを挙げることができる。これによりモアレ発生を抑制することもできる。

モアレの発生を抑制することについては、偏光解消素子を適用する表示ユニットの画素配列や画素形状との組み合わせを考慮して適宜決めることが可能である。

また、上記説明した液晶層の凸部及び凹部はその断面形状が四角形である例を説明した。ただしこれに限定されることはなく、例えば三角形、台形、又は半円形、半楕円形等であってもよい。

また、液晶層の凸部及び凹部の断面が三角形や四角形の場合において、その頂点（稜線）となる部位に対して丸みをつける（丸み面取り形状）ように構成してもよい。これによればエッジ起因のモアレ発生を抑制することができる。

(実施例１、比較例１）
ここでは、実施例１として偏光解消素子を作製し、比較例１として凹凸を具備しない液晶層による積層体を作製して、両者を対比した。

実施例１の偏光解消素子は、偏光解消素子５０（図８（ａ））の例に倣い、基材１１をガラスとし、凹凸形成層１２をフォトリソグラフィーにより形成した。凹凸形成層１２及び基材１１上に配向膜５１を介して液晶層１５を形成した。
凹凸形成層１２の凹凸のピッチ（図２のｐ参照）は４０μｍとし、厚さは、配向膜も含めて、図２のｄ１に相当する厚さが２μｍ程度、ｄ２に相当する厚さが１μｍ程度となるように形成した。具体的には次のように作製した。

凹凸形成層は硬化性樹脂組成物を用い、そのために初めに共重合樹脂溶液の調製を行った。すなわち、重合槽中にメタクリル酸メチル（ＭＭＡ）を６３質量部、アクリル酸（ＡＡ）を１２質量部、メタクリル酸−２−ヒドロキシエチル（ＨＥＭＡ）を６質量部、ジエチレングリコールジメチルエーテル（ＤＭＤＧ）を８８質量部混ぜ、攪拌し溶解させた。その後、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）を７質量部添加し、均一に溶解させた。その後、窒素気流下、８５℃で２時間攪拌し、更に１００℃で１時間反応させた。得られた溶液に、更にメタクリル酸グリシジル（ＧＭＡ）を７質量部、トリエチルアミンを０．４質量部、及びハイドロキノンを０．２質量部添加し、１００℃で５時間攪拌し、共重合樹脂溶液（固形分５０％）を得た。

次に上記のようにして得られた共重合樹脂溶液を含む下記材料を室温で攪拌、混合して硬化性樹脂組成物を調製した。
・共重合樹脂溶液（固形分５０％）を１６質量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート（サートマー・ジャパン株式会社ＳＲ３９９）を２４質量部
・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂（ジャパンエポキシレジン株式会社エピコート１８０Ｓ７０）を４質量部
・２−メチル−１−（４−メチルチオフェニル）−２−モルフォリノプロパン−１−オンを４質量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテルを５２質量部

そして、得られた硬化性樹脂組成物をスピンコーターで基材上に塗工し、１００℃で３分間乾燥させ、膜厚約１μｍの塗膜を得た。塗膜から１００μｍの距離にフォトマスクを配置し、露光装置にて１００ｍＪ／ｃｍ^２の紫外線を照射した。次いで０．０５質量％の水酸化カリウム水溶液中に１分間浸漬してアルカリ現像し、未硬化部分のみ除去し、その後、２００℃の雰囲気下に３０分放置することによる加熱処理を行い、所望の凹凸層を形成した。

液晶層には、重合性棒状液晶材料を適用し、上述の化学式（１１）及び化学式（１７）の棒状化合物を混合比１：１で混合した化合物と、開始剤であるＢＡＳＦジャパン株式会社イルガキュア９０７と、ＤＩＣ株式会社製メガファック（Ｆ４７７）とを、メチルエチルケトンとメチルイソブチルケトンの１：１の混合溶剤に溶解して２５質量％の溶液を作製して適用した。

配向膜は、ＪＳＲ株式会社製の光配向膜(固形分４．５％)を、膜厚０．２μｍになるように塗工し、１２０℃で１分乾燥後、偏光露光装置にて所望の角度でサンプルを設置して３０ｍＪ/ｃｍ^２の偏光紫外線を照射して作製した。

一方、比較例１の積層体は実施例１と同じ材質の基材、配向膜、液晶を用い、基材上に配向膜を介して凹凸のない１μｍ厚さの液晶層を形成した。

実施例１にかかる偏光解消素子では、上記説明したように入射した光に対して複数の位相差を与えて出射することが可能である。これに対して、比較例１の積層体では液晶層の厚さが一定であるため、複数の位相差を与えて出射することはできず、偏光解消素子としての機能を有していない。

そして、実施例１の偏光解消素子によれば、液晶層が凹凸形状を具備することにより、比較例１の凹凸形状を有しない液晶層に対して全体として全く異なる位相差特性を付与することが可能となる。具体的には次の通りである。

図１１には波長ごとの正面位相差Ｒｅ（ｎｍ）をグラフに表した。正面位相差は、王子計測機器社製ＫＯＢＲＡ−ＷＲを用いて測定した。

さらに同様に厚み位相差Ｒｔｈ（ｎｍ）を測定し、
Ｎｚ＝（Ｒｔｈ／Ｒｅ）＋０．５
を算出した結果を図１２に表した。図１２では横軸に波長（ｎｍ）、縦軸にＮｚ係数を表している。
図１２からわかるように、波長４５０ｎｍのときのＮｚ係数であるＮ_４５０と、波長５５０ｎｍのときのＮｚ係数であるＮ_５５０との差を見ると、比較例１ではその差が０．０５であるのに対して、実施例では、０．３３である。従って、実施例１にかかる偏光解消素子では、波長４５０ｎｍのときのＮｚ係数であるＮ_４５０と、波長５５０ｎｍのときのＮｚ係数であるＮ_５５０との間で、
Ｎ_４５０＜Ｎ_５５０−０．１
を満たす。

以上のように、この例の偏光解消素子では、凹凸とこの凹凸を形成する液晶材料との組み合わせにより、材料特性の範囲を超えて位相差を制御することも可能であり、設計自由度の高い偏光解消素子となる。

（実施例２〜実施例８、比較例２）
実施例２〜実施例８では凹凸の厚さ、凸部と凹部との割合、断面形状を変化させてその性能を確認した。また、比較例２として比較例１と同様に凹凸のない例で対比をおこなった。各例に用いた材料は実施例１の通りである。各例における液晶層の形態を図１３〜図１６、及び表１に示した。

実施例２〜実施例４は、高さ（厚さ）が同じである１種類の凸部と、深さが同じである１種類の凹部と、を有する液晶層の例である。図１３に示した凹凸形成層の寸法を変えて３つの例にかかる偏光解消素子とした。

実施例５は、高さ（厚さ）が異なる２種類の凸部と、深さが同じである１種類の凹部と、を有する液晶層の例である。図１４に示した凹凸形成層の寸法とした。

実施例６は、実施例５と同様に高さ（厚さ）が異なる２種類の凸部と、深さが同じである１種類の凹部と、を有する液晶層の例である。ただしこの例では凸部の出隅部や凹部の入隅部に丸み（丸み面取り形状）を形成し、凸部を形成する厚さ方向に延びる面（図１５の符号Ａ）に傾斜（テーパ）を設けた。図１５に形状を表した。この例によれば、液晶層の凸部及び凹部の断面が台形であるとともに、その角部において丸み面取り形状とされている。

実施例７は、高さ（厚さ）が１．９３μｍから０．４３μｍまで０．１５μｍずつ低くなるように異なる厚さの領域を有する液晶層の例である。領域の配列方向における寸法は図１６に示した通りである。図１６からわかるように、本例では液晶層は階段状となっている。

実施例８は、高さ（厚さ）が同じである１種類の凸部と、深さが同じである１種類の凹部と、を有する液晶層の例である。本例では凸部及び凹部の断面形状が三角形である。図１７に形状を示した。

比較例２の積層体は配向膜及び配向膜に備えられた一定厚さ２μｍの液晶層を備えている。

以上のような実施例２〜実施例８、及び比較例２における素子、積層体に対して、「色味再現性試験」、及び波長ごとの透過率測定をおこなった。詳しくは次の通りである。

色味再現性試験は、各例に係る素子を液晶表示装置に取り付け、この液晶表示装置の画面をカラー表示とし、偏光サングラスをかけた状態（状態１）、および偏光サングラスをはずした状態（状態２）で、それぞれ正面から画面を観察し、状態１における色の再現性を目視で評価した。なお、各例にかかる素子は液晶表示装置の観察者側の偏光板の吸収軸に対し、正面からみて光軸が４５°となるように最表面に設置した。

状態１と状態２との色の差を、下記判定に基づき点数化し、２０人が評価を行い、平均点を算出した。
３点：色の差が気にならない。
２点：色の差が若干あるが問題ない。
１点：色の差があるが、実使用上問題ない。
０点：色の差がひどく気になり、問題あり。
そして、平均点が２．５点以上を「特に良好」、平均点が１．７点以上２．５点未満を「良好」、平均点が１．０点以上１．７点未満を「可」、及び１．０未満を「不可」とした。

波長ごとの透過率測定は、液晶表示装置に用いられる偏光板を準備し、この偏光板と吸収軸が直交する（いわゆる直交ニコル）ように配置した他の偏光板をさらに準備して、この２つの偏光板の間に各例の素子を配置した。このとき、偏光板の吸収軸に対して平面視で４５°で光軸が傾くように素子を配置した。そしてこの積層体に対して、偏光板側からバックライトで照明し、他の偏光板側から分光放射計で測定した。詳しくは、分光放射計（株式会社トプコン、ＳＲ−２）で測定角２°、素子からの距離５０ｃｍにて、波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲において、波長ごと（１ｎｍごと）に透過率を測定して、その最大値と最小値を得た。
なお、本例ではより効果がわかり易い直交ニコルによる測定を行ったが、平行ニコルによる測定でも同様の効果を奏するものとなる。

上記の評価結果も表１に表す。

以上からわかるように、液晶層に凹凸を設けることにより色味再現性に問題が無くなることがわかる。そして透過率が０．３以上０．７以下、最も好ましくは０．４以上０．６以下とすることで色味再現性がさらに良好となる。

なお、実施例６では凸部及び凹部の各隅部に丸みを持たせたので、エッジに起因するモアレの発生をさらに小さく抑えることができた。
図１５にＡで示したようにテーパを形成したことにより、この部位における急激な透過率変化が緩和され、波長ごとによる透過率の変動を小さくすることができた。
また、実施例６、及び実施例８のように、液晶層の凸部及び凹部が正方形又は長方形断面でなくても効果を奏するものとなる。

実施例９〜実施例１９では、実施例５の液晶層厚さを基本に凹凸の幅の比率を変更した例について性能を調べた。図１８に説明のための図を表した。実施例９〜実施例１９では、液晶層において最も薄い領域の幅をＣ、中間的な厚さを有する領域の幅をＢ、最も厚い領域の幅をＡとした。そして、Ｃを比率１．００としたときのＡ、Ｂのそれぞれを比率で表してその性能を調べた。
評価項目及び評価方法は上記実施例２〜実施例８と同じである。表２に形状及び評価結果を示す。

表２からわかるように、凹凸の幅の比率を調整することにより性能の調整をすることができる。これを考慮すると、Ａ≦Ｂ＜Ｃとしつつ、
Ｃ−０．４＜Ａ＋Ｂ＜Ｃ＋０．４
であることが色味再現性及び透過率特性の観点から好ましく、より好ましくは、
Ｃ−０．２５＜Ａ＋Ｂ＜Ｃ＋０．２５
である。

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ 偏光解消素子
１１ 基材
１２ 凹凸形成層
１３ 凸条
１５ 液晶層
１５ａ 凸部
１５ｂ 凹部

Claims (18)

1. 入射した光に対して複数の位相差を与えて出射する偏光解消素子であって、
   厚さが異なる複数の領域が配列された液晶からなる液晶層を有し、
   前記液晶層は、少なくとも一方の面に所定の断面を有して一方向に延びる凸部による複数の前記領域と、隣り合う前記凸部の間に形成される凹部による前記領域と、を有し、
   前記液晶層の複数の前記領域のうち最も厚い領域の幅の比率をＡ、最も薄い領域の幅の比率をＣ、及び、その他の領域の幅の比率をＢとし、前記Ｃの比率を１．００で表したとき、
   Ａ≦Ｂ＜Ｃ、且つ
   Ｃ−０．４＜Ａ＋Ｂ＜Ｃ＋０．４
   である、偏光解消素子。
2. 前記液晶層は、前記凸部と前記凹部と、が不規則的に配列される請求項１に記載の偏光解消素子。
3. 前記凹部には透明樹脂からなる凹凸形成層が設けられている請求項１又は２に記載の偏光解消素子。
4. 透明な基材の一方の面に前記液晶層及び前記凹凸形成層が積層されている請求項３に記載の偏光解消素子。
5. 前記偏光解消素子の四角形の外形の縁に対して前記凸部が延びる方向が０度より大きく９０度より小さい範囲で傾いている請求項１乃至４のいずれかに記載の偏光解消素子。
6. 前記液晶層が重合性棒状液晶材料、又は円盤状液晶材料からなり、
   前記凸部が延びる方向と、前記重合性棒状液晶材料又は前記円盤状液晶材料の遅相軸の方向とが、異なる請求項１乃至５のいずれかに記載の偏光解消素子。
7. 前記液晶層が重合性棒状液晶材料、又は円盤状液晶材料からなる請求項１乃至５のいずれかに記載の偏光解消素子。
8. 前記液晶層は最も厚い部位と最も薄い部位との厚さの差が５μｍ以下である請求項１乃至７のいずれかに記載の偏光解消素子。
9. 正面位相差をＲｅ、厚み位相差をＲｔｈとしたとき、
   Ｎｚ＝（Ｒｔｈ／Ｒｅ）＋０．５
   で表されるＮｚ係数について、波長４５０ｎｍのときのＮｚ係数をＮ_４５０、波長５５０ｎｍのときのＮｚ係数をＮ_５５０としたとき、
   Ｎ_４５０＜Ｎ_５５０−０．１
   が成り立つ、請求項１乃至８のいずれかに記載の偏光解消素子。
10. 前記液晶層の液晶について、波長４５０ｎｍにおける複屈折率をΔｎ_４５０、波長５５０ｎｍにおける複屈折率をΔｎ_５５０、波長６５０ｎｍにおける複屈折率をΔｎ_６５０としたとき、
    Δｎ_４５０＞Δｎ_５５０＞Δｎ_６５０
    の関係である、請求項１乃至９のいずれかに記載の偏光解消素子。
11. 波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲において、いずれの波長でも透過率が０．２以上０．８以下である請求項１乃至１０のいずれかに記載の偏光解消素子。
12. 吸収軸が直交又は平行に配置された２枚の偏光板の間に、前記吸収軸に対して平面視で４５°で光軸が傾くように前記偏光解消素子を配置したときに、波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の波長範囲において、いずれの波長でも透過率が０．２以上０．８以下である請求項１１に記載の偏光解消素子。
13. 厚さが２０μｍ以下である請求項１乃至１２のいずれかに記載の偏光解消素子。
14. ヘイズ値が５％以下である請求項１乃至１３のいずれかに記載の偏光解消素子。
15. 画像を出射する表示ユニットと、
    前記表示ユニットの画像出射側に配置される請求項１乃至１４のいずれかに記載の偏光解消素子と、を備える表示装置。
16. 偏光板を具備して画像を出射する表示ユニットと、
    前記表示ユニットの画像出射側に配置される請求項１２に記載の偏光解消素子と、を備え、
    請求項１２に記載の前記２枚の偏光板の一方が、前記表示ユニットに備えられる前記偏光板である、表示装置。
17. 前記偏光解消素子の前記凸部が延びる方向は、前記表示ユニットの画素が配列される方向に対して０度より大きく９０度より小さい範囲で傾いている、請求項１５又は１６に記載の表示装置。
18. モアレが発生しない請求項１５乃至１７に記載の表示装置。

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