JPH10206638A - 広帯域コレステリック偏光板、光源および光学装置 - Google Patents

広帯域コレステリック偏光板、光源および光学装置

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JPH10206638A JP10011153A JP1115398A JPH10206638A JP H10206638 A JPH10206638 A JP H10206638A JP 10011153 A JP10011153 A JP 10011153A JP 1115398 A JP1115398 A JP 1115398A JP H10206638 A JPH10206638 A JP H10206638A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 オフアクシス性能が改善された広帯域偏光板
を提供する。 【解決手段】 広帯域コレステリック偏光板が、少なく
とも１対の互いに隣接する層を備える。前記少なくとも
１対の層は、コレステリック層および補償層を含む。補
償層に対して垂直方向の屈折率は、前記補償層の面内方
向の屈折率よりも大きい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学装置に関す
る。また、本発明は、例えばディスプレイバックライト
およびスーパーツイスティッドネマティック液晶ディス
プレイ等の液晶ディスプレイに使用できる広帯域コレス
テリック偏光板(broadband cholesteric polariser)に
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＥＰ０７２００４１号は、明確な(well-
defined)角スペクトル特性を必要とする、パターン化さ
れたコレステリックカラーフィルタおよび偏光板の用途
を開示している。このような偏光板は、それぞれ決めら
れたスペクトル帯を反射する複数の層で構成され得る。
製造プロセスに応じて、これらの層が区別的(distinct)
（層が互いに区別可能）であっても非区別的(non-disti
nct)であってもよいことが示唆されているものの、偏光
板の製造に関する詳細は全く記載されていない。このよ
うな広帯域偏光板の角度特性についての説明も全くな
い。
【０００３】ＥＰ０７２００４１号もまた、各層が所与
の波長帯を反射する積層構造でコレステリックカラーフ
ィルタを構成し得ることを示唆している。反射される波
長は、フィルタ表面からの距離に依存する。その製造技
術が、サーモクロミック材料を使用して、ＵＶ光を照射
しながら温度を変化させて材料を固定(fix)させる工程
が含まれ得ることが示唆されている。このような技術に
よって、層が区別的でないカラーフィルタが得られる。
あるいは、これらの層を、比較的区別的になるように製
造し得ることが示唆されているが、詳細な記載は全くな
い。
【０００４】ＥＰ０６３４６７４号は、直視型ディスプ
レイ用の広いスペクトルおよび角帯域幅の後方偏光板(r
ear polariser)を開示している。広帯域偏光板は、高複
屈折率コレステリック材料を用いて、あるいは、低複屈
折率コレステリックフィルムの積層体を用いて作製され
る。
【０００５】ＥＰ０６０６９４０号は、紫外（ＵＶ）強
度プロファイルと偏光板の帯域幅を拡張するための拡散
との組み合わせを用いて作製される広帯域コレステリッ
ク偏光板を開示している。強度プロファイルは、コレス
テリック材料の吸収と光重合開始剤との合計の最大値が
存在する範囲内の重合化波長を用いることによって生じ
る。あるいは、適切なＵＶ吸収色素をコレステリック混
合物に添加する。この偏光板は、偏光板の一方の表面か
ら他方の表面にかけて単調に変化する段階ピッチ構造(g
raded pitch structure)を持つ。
【０００６】ＷＯ９５／３３２２４号は、コレステリッ
クフィルタの反射偏光板を含むディスプレイ装置を開示
している。このコレステリックフィルタは、広帯域性能
を得るために上限から下限まで変化する螺旋ピッチを持
つ液晶性ポリマの単層を備える。
【０００７】"Optics of cholesteric liquid crystal
s", V.A. Belyakovら, Sov. Phys. Usp. 22(2), pp 63-
88 Feb. 1979、および"Optical properties of the int
erface between a twisted liquid crystal and an iso
tropic transparent medium"G. Jolyら, J Optics, vol
25 pp 177-186 (1994)は、単一ピッチのコレステリッ
クフィルムについて、反射光および透過光の偏光状態
は、波長および照明角度に対して複雑な依存性を有する
ことを開示している。比較的広い反射帯域幅を提供する
段階ピッチコレステリックフィルムの場合、この角度依
存性はより複雑になり、これは未だ研究されていな
い。"Theory of light reflection by cholesteric liq
uid crystals possessing a pitch gradient" L.E. Haj
doら, J. Opt.Soc. Am. vol 69, mo7 July 1979は、法
線入射しか考慮していない。
【０００８】ＷＯ９６／０２０１６号は、広帯域コレス
テリック偏光板を持つ、液晶表示装置（ＬＣＤ）用のバ
ックライト照明システムを開示している。この特許は、
最大ピッチが照明源に最も近くなるようにＣＬＣＰ偏光
板を配向することによって、改善されたオフアクシス(o
ff-axis)性能が達成され得ることを開示している。ま
た、負複屈折率(negative birefringence)１／４波長フ
ィルムを用いて、光を直線偏光に変換するだけでなく、
オフアクシス性能をさらに向上させることが可能であ
る。
【０００９】複屈折率による望ましくない影響を低減あ
るいは排除するために、ＬＣＤ内に補償板(compensato
r)を用いることが知られている。ＬＣＤ複屈折率に関す
る個別の問題に対処する様々なタイプの補償板が開示さ
れている。例えば、ノーマリホワイトモードツイスティ
ッドネマティックＬＣＤの視野角を向上させる、フィル
ム平面に対して法線方向の光学軸を有する負複屈折率フ
ィルムが、Japan Display '92 pp 247-250に開示されて
いる。また、ＥＰ０５３１１２０号は、平面間屈折率が
実質的に平均化され且つ厚さ方向の屈折率よりも大きい
短ピッチコレステリック液晶ポリマフィルムを用いた、
ノーマリホワイトモードツイスティッドネマティックあ
るいはスーパーツイスティッドネマティックＬＣＤを開
示している。補償フィルムは、必然的に、フィルム平面
に対して法線方向の光学軸を有する負一軸構造を持つ。
多層フィルムおよびホログラフィー形成された格子構造
もまた、ノーマリホワイトモードツイスティッドネマテ
ィックＬＣＤ用の負複屈折率補償板として用いられてい
る。SID '95, p47, pp 555-558, S.T. Wuは、オンアク
シス(on-axis)およびオフアクシス両方のコントラスト
比を高めるための二軸補償板の使用を開示している。
【００１０】SID '95, P50 Nishimura "Colour compens
ation"は、法線入射において可視スペクトルにわたって
スーパーツイスティッドネマティックＬＣＤのコントラ
スト比を高めるために、スーパーツイスティッドネマテ
ィック構造、ならびに制御可能なリタデーション、ツイ
スト角および分散(dispersion)を持つ液晶ポリマフィル
ムを使用することを開示している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】大きいオフアクシス角
の入射光について、高い偏光板特性が得られるように構
成される偏光板が得られなかった。また、オフアクシス
性能が改善された広帯域偏光板が得られなかった。本発
明は、かかる問題点を解決するためのものであって、そ
の目的は、オフアクシス性能が改善された広帯域偏光板
を提供することである。本発明の他の目的は、偏光板の
実効帯域幅を広げることができる広帯域偏光板を提供す
ることである。また本発明の他の目的は、より高効率の
光源を提供することである。また本発明の他の目的は、
オフアクシス性能が向上した光学装置を提供することで
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による広帯域コレ
ステリック偏光板は、少なくとも１対の互いに隣接する
層を備えた広帯域コレステリック偏光板であって、該少
なくとも１対の層は、コレステリック層および補償層を
含み、該補償層は、該補償層の面内方向の屈折率よりも
大きい該補償層に対して垂直方向の屈折率を有し、その
ことにより、上記目的が達成される。
【００１３】前記少なくとも１対の互いに隣接する層
が、コレステリック層および補償層を含む複数対の互い
に隣接する層を含み、該コレステリック層はそれぞれ異
なる平均ピッチを有してもよい。
【００１４】前記コレステリック層が前記補償層と交互
に配設されてもよい。
【００１５】前記コレステリック層のそれぞれが実質的
に一定のピッチを有してもよい。
【００１６】前記コレステリック層のピッチが、前記偏
光板の第１の表面から第２の表面にかけて単調に増加し
てもよい。
【００１７】前記コレステリック層のそれぞれが段階ピ
ッチを有してもよい。
【００１８】該コレステリック層の平均ピッチが、前記
偏光板の第１の表面から第２の表面にかけて単調に増加
してもよい。
【００１９】前記層の全てがコレステリック材料の単一
フィルムとして形成されてもよい。
【００２０】前記補償層が非コレステリック状態にあっ
てもよい。
【００２１】前記補償層がホメオトロピック状態にあっ
てもよい。
【００２２】本発明による光源は、少なくとも１つの発
光源と、該少なくとも１つの発光源からの光を偏光する
前記偏光板とを備え、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
【００２３】本発明による光学装置は、光源と、第１の
表面から第２の表面にかけてピッチが単調に増加する段
階ピッチを有するコレステリック材料の層を含むコレス
テリック偏光板とを備え、該第１の表面は該光源からの
光を受光するように配設されており、そのことにより上
記目的が達成される。
【００２４】以下に、本発明の作用を説明する。
【００２５】本発明の広帯域コレステリック偏光板は、
少なくとも１対の層を備える。その１対の層は、互いに
隣接するコレステリック層および補償層を含む。補償層
に対して垂直方向の屈折率ｎ⊥は、補償層の面内方向の
屈折率ｎ//よりも大きい。補償層の内部構造はカイラル
でなくてもよく、例えば、ホメオトロピックであり得
る。光の入射角が変化しても、コレステリック層および
補償層の合計実効屈折率は維持され得る。補償層の厚さ
は、入射角が変化する場合に最大の補償が得られるよう
に選択され得る。このような構成によって、オフアクシ
ス性能が改善された広帯域偏光板が提供される。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照しながら
実施例を示して、本発明をさらに説明する。なお、図面
中、同一の部材には同一の参照符号を付している。
【００２７】図１は、例えばＥＰ０６０６９４０号に開
示されているタイプの広帯域段階ピッチコレステリック
フィルム１を示す。フィルム１は、短ピッチ表面２から
長ピッチ表面３にかけてピッチが単調に増加する左円偏
光板を含む。偏光板１は、光源４からの光を様々な角度
からオンアクシスおよびオフアクシスで受光する。光源
４は、視準光ビームを矢印５で示される方向に向ける。
光源４は、矢印６および７で示す方向に可動であり、偏
光板１の短ピッチ表面２に入射する光ビーム５の入射角
を変化させることができる。
【００２８】図２は図１と同様の構成を示すが、偏光板
１の長ピッチ表面３に光を向けるように光源４が構成さ
れている点で図１の構成とは異なる。
【００２９】添付図面の図３ａは、透過率（％）対波長
（ナノメートル）のグラフである。図３ａは、白色光を
短ピッチ表面２に入射角０度で図１に示したように入射
させた場合の偏光板１の性能を示している。実線は右円
偏光の透過率を示し、破線は左円偏光の透過率を示す。
無色性(achromatic)広帯域偏光板として機能するための
理想的な性能は、左円偏光を、最小の挿入損失で、可視
スペクトル全体にわたって均一の透過率で透過させ、他
方、右円偏光を、最大の減衰で（ａｔｔｅｎｕａｔｉｏ
ｎ）で、可視スペクトルにわたって均一に減衰させるこ
とである。図３ａに示すように、偏光板１のオンアクシ
ス性能は、理想の性能に近づいており、実際の用途の多
くにおいて十分な性能である。
【００３０】図３ｂは、図３ａに類似したグラフである
が、光が短ピッチ表面２に２０度の角度で入射する場合
の性能を示している。右円偏光の減衰性能は、若干劣化
しており、左円偏光の曲線は、無色性性能が幾分劣化し
ていることを示している。
【００３１】図３ｃは、４０度の角度で入射する入射光
に対する動作特性を示す。左円偏光および右円偏光の透
過率曲線は類似しており、消光比（ｅｘｔｉｎｃｔｉｏ
ｎ ｒａｔｉｏ）（望ましくない偏光の透過率に対する
所望の偏光の透過率の比）は非常に悪く、可視スペクト
ルの一部では負になっている。従って、入射角が大きく
なるに従って広帯域偏光板１の性能は劣化し、４０度の
オーダーの入射角において偏光板が偏光板として全く機
能しなくなる。
【００３２】添付図面の図４ａ〜図４ｃは、それぞれ図
３ａ〜図３ｃに対応するが、図２に示すようにそれぞれ
０度、２０度および４０度で広帯域偏光板１の長ピッチ
表面３に入射する入射光に対する性能を示す。やはり、
入射角が大きくなるに従って性能が劣化し、大きな入射
角において可視スペクトルの少なくとも一部に対して偏
光板が全く有効でなくなるまで、偏光板の無色性(achro
maicity)および消光比が低下して行く。
【００３３】図３ａと図４ａを比較すると、偏光板１の
オンアクシス性能が、短ピッチ表面２に入射する光と長
ピッチ表面３に入射する光について非常に類似している
ことがわかる。図３ｂと図４ｂを比較すると、波長が短
くなるつれて生じる性能の劣化は、光が長ピッチ表面３
に入射する場合の方が、短ピッチ表面２に入射する光の
場合よりも急速であり、従って、長ピッチ表面３を光源
側に向けて偏光板を動作する場合、短ピッチ表面２が入
射光を受光する場合に比べてより大きな無色性の損失が
生じることがわかる。従って、オフアクシス角度２０度
における性能の劣化は、短ピッチ表面２に入射する光の
場合よりも、長ピッチ表面３に入射する光の場合の方が
大きい。
【００３４】図３ｃおよび図４ｃは、４０度の角度から
オフアクシスで入射する光に対する動作特性を示す。光
が短ピッチ表面２に入射する場合、偏光板１は偏光板と
して機能しなくなる。光が長ピッチ表面３に入射する場
合、偏光は起こるものの無色性性能は非常に悪くなる。
【００３５】図５は、図１および図２に図示した広帯域
偏光板１を１／４波長板を有するＬＣＤ内に配設した場
合の、広帯域偏光板１の輝度の増大を示す。輝度増大係
数は、異なる入射角（単位：度）について、バックライ
トのみの場合の輝度に対する偏光板１を使用した場合の
輝度の比として与えられている。破線の曲線は、長ピッ
チ表面３を光源４に向けた場合の性能を示し、実線の曲
線は、短ピッチ表面２を光源４に向けた場合の性能を示
す。図５から明らかなように、短ピッチ表面２を光源４
に向けた場合、非常に広い範囲の入射角（実用上、この
入射角範囲は、広帯域偏光板を用いたほとんどあるいは
全ての用途において対象となる入射角全てを包含する）
にわたって、実質的な輝度の増大が達成される。
【００３６】図６は、偏光板１の視野角に対する色座標
をグラフで示したものである。破線は、短ピッチ表面２
を観測者(viewer)側に（即ち、長ピッチ表面３を光源側
に）向けた場合の性能を示し、実線は、長ピッチ表面３
を観測者側に（即ち、短ピッチ表面２を光源側に）向け
た場合の性能を示す。図６から明らかなように、色座標
の変動(variation)は、短ピッチ表面２を光源４側に向
けている場合の方がずっと小さい。
【００３７】図７は、図１および図２に示したコレステ
リック偏光板１を組み込んだバックライトを示す。バッ
クライトは、光源４と、反射板７と、光ガイド８と、相
当な面積にわたって拡散あるいはランバート光(Lambert
ian light)を提供する拡散板９とを含む。従って、拡散
板９を出る光の出射角は広範囲にわたる。コレステリッ
ク偏光板１は、短ピッチ表面２が拡散板９の出射表面側
になるように配設される。偏光板１は、比較的広い帯域
幅（特に、光源４が光を発する可視スペクトルの範囲内
の帯域）において、左円偏光を透過して右円偏光を反射
するようになっている。広帯域１／４波長フィルム１０
が偏光板１の長ピッチ表面３側に配設されており、これ
により、円偏光が直線偏光に変換されて、この直線偏光
が液晶ディスプレイＬＣＤ１１に与えらえる。
【００３８】上記のように、短ピッチ表面２を光源４側
に向けた場合の偏光板１の角度性能の向上によって、結
果的に、（例えば、長ピッチ表面３が拡散板９側に配設
された同様の構成と比較して）光効率が高められる。所
与の光源４について、ディスプレイの明るさが向上す
る。あるいは、より小さな光源４を用いて、それによ
り、例えば電力消費量を低減することが可能になる。こ
れにより、バッテリ駆動ディスプレイの場合、より小型
・軽量のバッテリの使用、あるいはバッテリの長寿命化
が可能になる。
【００３９】図８ａ〜図８ｃおよび図９ａ〜図９ｃは、
それぞれ図３ａ〜図３ｃおよび図４ａ〜図４ｃに対応す
るが、４×４変換行列光学モデル化プログラム(transfe
r matrix optics modelling program)を用いたシミュレ
ーションの結果を示す。シミュレーションによって得ら
れる性能は、実際に得られる性能にかなり近い近似値を
表しており、広帯域偏光板の光学性能の劣化に関与する
メカニズムの理解を助けるものである。
【００４０】この応答は、偏光板の照射表面からいくら
かの距離をおいた、光学的にコレステリック材料層の正
面にある厚いコレステリック層のオフアクシス複屈折率
に関して理解され得る。例えば、５５０ナノメートルの
波長の円偏光を反射する広帯域偏光板の領域は、オフア
クシスで入射した偏光された光の偏光状態を変化させる
コレステリック液晶ポリマ（ＣＬＣＰ）の厚い層によっ
て光源４から隔てられている。これを、図１０ａに示
す。図１０ａは、５５０ナノメートルの光を反射する中
間層１２を持つ偏光板１を示す。偏光板１の層１２と表
面２との間にある層１３は、オフアクシス入射光の偏光
状態を変化させる。
【００４１】法線入射において５５０ナノメートルの光
を反射する層１２のピッチに比べて短いピッチを有する
厚い層１３の影響は、層１２のピッチよりもずっと短い
一定ピッチを持つ層によって変動ピッチを持つ層１３を
近似化することによって考えることができる。この場
合、厚い層１３のカイラル性は、波長５５０ナノメート
ルの入射光にとっては「見えない」ものである。第１の
近似化について、このような光は、図１０ｂに示した
「平均化構造(averaged strucutre)」を通る。従って、
層１３は、ＵＶ波長に対応するピッチを持つ層としてシ
ミュレーションされる。
【００４２】図１１ａ〜図１１ｄは、ＵＶ層および層１
２を含むシミュレーションを行った構造に、それぞれ０
度、１５．３度、３１．３度および４９．５度の入射角
で入射する入射光についての透過率対波長のグラフであ
る。図１２ａ〜図１２ｄは、それぞれ図１１ａ〜図１１
ｄに対応するが、ＵＶ層を省略して行ったシミュレーシ
ョンの結果を示す図である。これらの結果は、オフアク
シスにおいて入射光の偏光状態は厚いＵＶ層によって実
質的な影響を受け、このため、右円偏光が部分的に左円
偏光に変換されることを示している。変換された左円偏
光は、５５０ナノメートルの光を反射する層１２によっ
て反射されない。また、左円偏光も、部分的に右円偏光
に変換される。この右円偏光は層１２によって反射され
る。従って、図１０ｂに示した平均化構造の性能は、オ
フアクシス複屈折率の影響と一致する。これは、性能の
オフアクシス劣化を引き起こすメカニズムであると考え
られている。
【００４３】図１３ａ〜図１３ｄは、それぞれ図１２ａ
〜図１２ｄに対応するが、５５０ナノメートルの
（「緑」）波長を反射する薄いＣＬＣＰ層１２を、層１
２と同じピッチを持ち同じ波長を反射する厚いＣＬＣＰ
層で覆った場合のシミュレーション結果を示すものであ
る。カイラル構造の平均化は起こらず、図１２ａ〜図１
２ｄをそれぞれ図１３ａ〜図１３ｄと比較すれば分かる
ように、図示したパラメータおよび角度について、薄い
「緑」層と厚い「緑」層との間のオフアクシス挙動の差
は無視できる程度である。
【００４４】図１４ａ〜図１４ｄは、それぞれ図１２ａ
〜図１２ｄに対応するが、オンアクシス赤外線放射を反
射するようにより長いピッチを持つ厚い層で薄い層１２
を覆うことの影響を示すものである。図１４ａ〜図１４
ｄに示すように、この層の存在は性能に影響する。しか
し、図１１ａ〜図１１ｄをそれぞれ図１４ａ〜図１４ｄ
と比較すれば分かるように、厚い層の影響は、入射光を
反射し得るピッチを持つ層１２のピッチと比べてピッチ
が大きいか小さいかに依存する。
【００４５】特に示していないが、厚いコレステリック
層を各反射層の後に設けると、同様のオフアクシス複屈
折率効果が生じる。
【００４６】図３ａ〜図３ｃおよび図４ａ〜図４ｃの測
定結果に示した特性を持つ広帯域コレステリック偏光板
１を、以下のように作製した。開始材料として、Wacker
-Chemieから入手した８０％ＣＣ４０３９Ｌ：２０％Ｃ
Ｃ４０７０Ｌコレステリック材料を使用し、これに、紫
外光に露光したときにフィルムを架橋させ得るる光重合
開始剤を３重量％添加した。２枚のガラス片の表面をラ
ビングして、２枚のガラス片の間の少量のポリマを剪断
することによって、コレステリック液晶ポリマのフィル
ムを作製した。標準的なコーティングあるいは積層技術
によって、加熱したガラスあるいはポリマ表面上に大き
なサンプルを作製することが可能である。適切なフィル
ム厚さは、１０〜１００ミクロンである。
【００４７】フィルムを３０分間、摂氏９０度で配向さ
せ、その後、温度を摂氏９０度に保ったまま、１０ナノ
メートルの帯域幅を持つ３１０ナノメートル透過フィル
タを用いてフィルムを４分間、０．２ｍＷ／ｃｍ2の紫
外光に露光した。フィルムを摂氏９０度で３〜２０時
間、さらに加熱した。フィルムを熱から取り出した後、
摂氏２０度で５分間、広帯域紫外光に露光することによ
りフィルムを永久固定した。
【００４８】他の架橋可能な(cross-linkable)コレステ
リック液晶ポリマ、カイラルドーパントを伴った反応性
メソゲン、あるいはカイラルドーパントを伴った反応性
アクリレートモノマ等の異なる開始材料を用いても偏光
板１を作製することが可能である。
【００４９】図１５〜図１７は、本発明の別の実施形態
による広帯域コレステリック偏光板の原理を示す図であ
る。図１５は、波長λ１で動作するコレステリック材料
層２０であるコレステリック偏光板を概略的に示す図で
ある。層２０の屈折率はｎ0およびｎeであり、その厚さ
は適切な性能を得るために必要な厚さである。コレステ
リック材料のピッチは、層２０の厚さ全体にわたって変
化してもよく、あるいは実質的に一定であってもよい。
偏光層２０の帯域幅外の波長に対しては、図１０ｂに示
す巨視的屈折率構造(macroscopic refractive index st
ructure)によって層２０を近似化し得る。
【００５０】望ましくは、偏光層２０の帯域幅外の波長
の光は、その偏光状態を若干変化させて層２０を通過す
る。光の入射角が変化した場合に、これを達成するため
に、補償層２１は、偏光層２０に隣接して配設され、図
１０ｂに示したものとは逆の巨視的屈折率構造を有す
る。従って、層２１に対して垂直方向の屈折率ｎ⊥は、
層２１の面内方向の屈折率ｎ//よりも大きい。補償層２
１の内部構造はカイラルでなくてもよく、例えば、ホメ
オトロピックであり得る。光の入射角が変化しても、層
２０および層２１の合計実効屈折率(overall effective
refractive index)は維持される。補償層２１の厚さ
は、入射角が変化する場合に最大の補償が得られるよう
に選択される。
【００５１】図１６は、本発明の２層型の実施形態の１
つを示す。本実施形態において、偏光層２０は、コレス
テリック配向および図示した屈折率を有し、補償層２１
は、ホメオトロピック配向および図示した屈折率を有す
る。層２０は、その厚さ全体を通して実質的に均一なピ
ッチを有する。
【００５２】例えば上記の開始材料から製造する際に
は、コレステリックフィルムを適切な温度で適切な時間
だけ配向させて、これにより、コレステリックフィルム
全体にわたって所望のピッチを得る。その後、層２０内
のコレステリック液晶ポリマを架橋しつつ、層２１内の
材料は固定しないように、狭い帯域幅の紫外光に露光す
ることによってコレステリック層２０を固定する。層２
０の固定が完了すると、条件を変える。例えば、温度を
変えて、電場あるいは磁場をフィルムに印加することに
より、層２１内のホメオトロピック配向を形成する。そ
の後、広帯域紫外線照射によって層２１を固定する。
【００５３】別の実施形態においては、層２０および層
２１をそれぞれ別々に形成し、その後、これらの層２０
および層２１を貼り合わせることによって偏光板を形成
する。
【００５４】図１７は、層２０および層２１に加えて、
偏光層２２および補償層２３をさらに備えた４層偏光板
を示す。偏光層２２は、λ１とは異なるλ２の波長で動
作する。偏光層２２に補償層２３が設けられていること
により、偏光層２２の帯域幅外の波長を持つ光は、その
偏光状態を若干変化させて偏光層２２を通過する。従っ
て、層２２および層２３は、図１５および図１６に示し
た層２０および層２１の形成と同様の方法で形成され
る。
【００５５】同じコレステリック開始材料を用いて、上
記したものと同様の方法で、層２０から層２３を単一の
フィルムとして形成することが可能である。その場合、
先ず層２２を適切な温度で適切な時間だけ配向させて、
これによりコレステリック材料の所望のピッチを得る。
フィルムの下側表面に狭帯域紫外線放射を照射し、これ
により、層２２を固定する。その後条件を変えて、例え
ば、電場あるいは磁場を印加し、これにより、フィルム
の未固定の部分がホメオトロピック配向するようにす
る。その後、フィルムの下側から狭帯域紫外線放射を照
射して、層２３を固定する。その後、図１６を参照しな
がら説明したように、層２０および層２１を形成する。
【００５６】あるいは、層２０から層２３の一部または
全部を、上記と同じまたは異なる開始材料を用いてそれ
ぞれ別々に形成し、その後、それらの層を貼り合わせて
広帯域偏光板を形成することも可能である。
【００５７】図１８は、本発明の別の実施形態による、
広帯域コレステリック偏光板を概略的に示す図である。
この偏光板は、３０のような補償層と３１のようなコレ
ステリック偏光層とが交互に配設された多層構造を含
む。偏光層３１の数は任意であるが、図１５〜図１７を
参照しながら説明したように、偏光層３１のそれぞれに
補償層を設けるのが好ましい。偏光層３１内のピッチは
実質的に一定であって、これらの層のピッチは表面３２
から表面３３にかけて単調に増加し得る。あるいは、偏
光層３１の一部あるいは全部のピッチが段階ピッチであ
って、偏光層３１の平均ピッチが、表面３２から表面３
３にかけて単調に増加するものであってもよい。
【００５８】層３０および層３１は、図１５〜図１７を
参照しながら説明したようにコレステリック開始材料の
単一のフィルムとして形成することが可能である。ある
いは、この偏光板を数枚のフィルムから形成することも
可能である。その場合、それらのフィルムによって、複
数の単独層あるいは複数のグループの層を形成し、これ
を貼り合わせて偏光板を形成する。
【００５９】図１９ａ〜図１９ｃは、図１８に示したタ
イプの多層広帯域偏光板の性能を示す図である。この多
層広帯域偏光板は、それぞれ２５３、２７２、２９１、
３１０、３２９、３４８、３６７および３８６ナノメー
トルのピッチを有する８層のコレステリック層を含んで
いる。各コレステリック層は、１５ピッチ分の厚さを有
する。屈折率がｎ0＝１．５３およびｎe＝１．５８であ
る７層補償層が設けられる。図１９ａ〜図１９ｃは、そ
れぞれ、入射光が０度、２０度および４０度の角度で入
射する場合の性能を示す。比較のために、図２０ａ〜図
２０ｃを示す。図２０ａ〜図２０ｃは、それぞれ図１９
ａ〜図１９ｃに対応するが、同じコレステリック層を有
し、補償層を省略した広帯域偏光板の性能を示すもので
ある。図１９ａ〜図１９ｃに示すように、広帯域偏光板
の性能は、オフアクシスで少なくとも４０度までは良好
に維持されている。一方、図２０ａ〜図２０ｃに示すよ
うに、補償層の無い偏光板の性能は、オフアクシス２０
度で劣化し、オフアクシスで４０度までには極度に劣化
している。
【００６０】
【発明の効果】本発明によれば、オフアクシス性能が改
善された広帯域偏光板が提供される。これらの層を、大
きいオフアクシス角の入射光について、高い偏光板特性
が得られるように構成することが可能である。所望のオ
フアクシス性能（単に偏光板を通る光の透過角度に対す
る性能の依存性を低減することではない）が得られるよ
うに、これらの層の特性を選択することが可能である。
このような偏光板をＬＣＤ内に使用する場合、このよう
な性能が他にも要求される。
【００６１】さらに、本発明の広帯域コレステリック偏
光板が有する１対の互いに隣接する層が、コレステリッ
ク層および補償層を含む複数対の互いに隣接する層を含
み、コレステリック層がそれぞれ異なる平均ピッチを有
するような多層構造を有することによって、偏光板の実
効帯域幅を広げることができる。
【００６２】さらに、本発明のように偏光板の特性が改
善されたことによって、より高効率の光源を提供するこ
とが可能である。そのような光源は、明るさの向上、消
費電力量の低下、あるいはそれら両方が得られるように
構成可能である。その光源がバッテリ駆動であれば、バ
ッテリの長寿命化、および／またはバッテリの小型化お
よび軽量化が可能である。
【００６３】ＷＯ９６／０２０１６号の教示内容に反し
て、段階ピッチ偏光板は、短ピッチ表面を光源側に向け
て使用したときに有利な特性を発揮することが分かって
いる。特に、本発明によれば、以下に記載するように、
オフアクシス性能が向上し得る。段階ピッチコレステリ
ック材料は、この層を表面ピッチが長い方の表面を光源
側に向けて使用した場合よりも、大きなオフアクシス角
においてより優れた偏光機能を発揮する。例えば、効率
が高められたディスプレイ用バックライトを提供するこ
とが可能である。このようなバックライトを用いればデ
ィスプレイの明るさを向上させ得る。あるいは、明るさ
を得るために、光源の所要電力量を軽減することが可能
であり、これにより、バッテリ駆動機器の場合には、よ
り小型で、より軽量のバッテリを使用することが可能に
なる。あるいは、所与のバッテリサイズ、所与の光強度
について、バッテリの寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コレステリック広帯域偏光板の性能データを得
るために用いた構成を示す概略図である。
【図２】コレステリック広帯域偏光板の性能データを得
るために用いた構成を示す概略図である。
【図３ａ】異なる円偏光状態の光を、入射角０度で短ピ
ッチ側に入射させた場合の、広帯域コレステリック偏光
板の透過率（％）対波長（ナノメートル）のグラフであ
る。
【図３ｂ】異なる円偏光状態の光を、入射角２０度で短
ピッチ側に入射させた場合の、広帯域コレステリック偏
光板の透過率（％）対波長（ナノメートル）のグラフで
ある。
【図３ｃ】異なる円偏光状態の光を、入射角４０度で短
ピッチ側に入射させた場合の、広帯域コレステリック偏
光板の透過率（％）対波長（ナノメートル）のグラフで
ある。
【図４ａ】図３ａと同様のグラフであり、図３ａの場合
とは反対方向に光が通過する場合の性能を示している。
【図４ｂ】図３ｂと同様のグラフであり、図３ｂの場合
とは反対方向に光が通過する場合の性能を示している。
【図４ｃ】図３ｃと同様のグラフであり、図３ｃの場合
とは反対方向に光が通過する場合の性能を示している。
【図５】液晶ディスプレイ用のバックライトの性能を示
す、角度対輝度増大係数のグラフである。
【図６】視野角に対する性能の変化を示す標準色座標で
ある。
【図７】本発明のある実施形態による光学装置を示す概
略断面図である。
【図８ａ】図３ａと同様のグラフであり、ピッチが２４
４〜４４８ナノメートルの間で変化し、コレステリック
屈折率が１．５３および１．６３であり、下側基板およ
び上側基板(substrate and superstrate)の屈折率が
１．５２であるコレステリックデバイスの性能シミュレ
ーション結果を示す。
【図８ｂ】図３ｂと同様のグラフであり、ピッチが２４
４〜４４８ナノメートルの間で変化し、コレステリック
屈折率が１．５３および１．６３であり、下側基板およ
び上側基板の屈折率が１．５２であるコレステリックデ
バイスの性能シミュレーション結果を示す。
【図８ｃ】 図３ｃと同様のグラフであり、ピッチが２
４４〜４４８ナノメートルの間で変化し、コレステリッ
ク屈折率が１．５３および１．６３であり、下側基板お
よび上側基板の屈折率が１．５２であるコレステリック
デバイスの性能シミュレーション結果を示す。
【図９ａ】図８ａと同様のグラフであり、光が、コレス
テリックデバイス中を図３ａの場合とは反対方向に通過
する場合の結果を示している。
【図９ｂ】図８ｂと同様のグラフであり、光が、コレス
テリックデバイス中を図３ｂの場合とは反対方向に通過
する場合の結果を示している。
【図９ｃ】図８ｃと同様のグラフであり、光が、コレス
テリックデバイス中を図３ｃの場合とは反対方向に通過
する場合の結果を示している。
【図１０ａ】公知の単一フィルムコレステリック反射板
を概略的に示す図である。
【図１０ｂ】図１０ａにおける層の一部の構造を単純化
したものを概略的に示す図である。
【図１１ａ】ピッチが２４０ナノメートルで厚さが２０
０ピッチ分の厚い紫外線層によって覆われた、ピッチ３
５０ナノメートル、厚さ１５ピッチ分、屈折率１．５２
および１．６４の、５５０ナノメートルの光を反射する
層を備えた、図１０ａに示したタイプのデバイスに入射
角０度で光を入射させた場合の性能シミュレーション結
果を示す透過率対波長（ナノメートル）のグラフであ
る。
【図１１ｂ】図１１ａと同様の（但し、入射角が１５．
３度の場合の）グラフである。
【図１１ｃ】図１１ａと同様の（但し、入射角が３１．
３度の場合の）グラフである。
【図１１ｄ】図１１ａと同様の（但し、入射角が４９．
５度の場合の）グラフである。
【図１２ａ】上記デバイスにおいて厚い紫外線層を省略
した場合の性能シミュレーション結果を示す、図１１ａ
と同様のグラフである。
【図１２ｂ】図１２ａと同様の（但し、入射角が１５．
３度の場合の）グラフである。
【図１２ｃ】図１２ａと同様の（但し、入射角が３１．
３度の場合の）グラフである。
【図１２ｄ】図１２ａと同様の（但し、入射角が４９．
５度の場合の）グラフである。
【図１３ａ】厚い紫外線層の代わりに、ピッチ３５０ナ
ノメートル、厚さ２００ピッチ分、屈折率１．５２およ
び１．６４で、５５０ナノメートルの光を反射する厚い
層を用いたデバイスの性能シミュレーション結果を示
す、図１１ａと同様のグラフである。
【図１３ｂ】図１３ａと同様の（但し、入射角が１５．
３度の場合の）グラフである。
【図１３ｃ】図１３ａと同様の（但し、入射角が３１．
３度の場合の）グラフである。
【図１３ｄ】図１３ａと同様の（但し、入射角が４９．
５度の場合の）グラフである。
【図１４ａ】厚い紫外線層の代わりに、屈折率１．５２
および１．６４、ピッチ５０６ナノメートル、厚さ９５
ピッチ分の厚い赤外線層を用いたデバイスの性能シミュ
レーション結果を示す、図１１ａと同様のグラフであ
る。
【図１４ｂ】図１４ａと同様の（但し、入射角が１５．
３度の場合の）グラフである。
【図１４ｃ】図１４ａと同様の（但し、入射角が３１．
３度の場合の）グラフである。
【図１４ｄ】図１４ａと同様の（但し、入射角が４９．
５度の場合の）グラフである。
【図１５】本発明の一実施形態による、派生的な広帯域
コレステリック偏光板を概略的に示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態による、２層型広帯域コ
レステリック偏光板を概略的に示す図である。
【図１７】本発明の一実施形態による、４層型広帯域コ
レステリック偏光板を示す図である。
【図１８】本発明の一実施形態による、多層広帯域コレ
ステリック偏光板を示す図である。
【図１９ａ】入射角０度で光を入射させた場合の図１８
に示すタイプの多層偏光板の角度性能を示す透過率対波
長のグラフである。
【図１９ｂ】入射角２０度で光を入射させた場合の図１
８に示すタイプの多層偏光板の角度性能を示す透過率対
波長のグラフである。
【図１９ｃ】入射角４０度で光を入射させた場合の図１
８に示すタイプの多層偏光板の角度性能を示す透過率対
波長のグラフである。
【図２０ａ】補償層を省略した多層偏光板についての、
図１９ａと同様のグラフである。
【図２０ｂ】補償層を省略した多層偏光板についての、
図１９ｂと同様のグラフである。
【図２０ｃ】補償層を省略した多層偏光板についての、
図１９ｃと同様のグラフである。
【符号の説明】
１ コレステリック偏光板 ２ 短ピッチ表面 ３ 長ピッチ表面 ４ 光源 ２０ コレステリック層 ２１ 補償層 ２２ 偏光層 ２３ 補償層 ３０ 補償層 ３１ 偏光層
フロントページの続き (72)発明者 キャサリン ウォルシュ イギリス国 エヌジー19 ６テォーピー ノッティンガムシャー， マンスフィール ド， ダンバー ドライブ 22 (72)発明者 ロバート ジョージ ワトリング ブラウ ン イギリス国 オーエックス９ ２ビーディ ー オックスフォードシャー， テーム, ガッジ クローズ １ (72)発明者 中沢 正幸 茨城県つくば市天久保２−３−１ ホソダ ビル705号

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１対の互いに隣接する層を備
    えた広帯域コレステリック偏光板であって、 該少なくとも１対の層は、コレステリック層および補償
    層を含み、 該補償層は、該補償層の面内方向の屈折率よりも大きい
    該補償層に対して垂直方向の屈折率を有する、広帯域コ
    レステリック偏光板。
  2. 【請求項２】 前記少なくとも１対の互いに隣接する層
    が、コレステリック層および補償層を含む複数対の互い
    に隣接する層を含み、該コレステリック層はそれぞれ異
    なる平均ピッチを有する、請求項１に記載の偏光板。
  3. 【請求項３】 前記コレステリック層が前記補償層と交
    互に配設されている、請求項２に記載の偏光板。
  4. 【請求項４】 前記コレステリック層のそれぞれが実質
    的に一定のピッチを有する、請求項２あるいは３に記載
    の偏光板。
  5. 【請求項５】 前記コレステリック層のピッチが、前記
    偏光板の第１の表面から第２の表面にかけて単調に増加
    する、請求項４に記載の偏光板。
  6. 【請求項６】 前記コレステリック層のそれぞれが段階
    ピッチを有する、請求項２あるいは３に記載の偏光板。
  7. 【請求項７】 該コレステリック層の平均ピッチが、前
    記偏光板の第１の表面から第２の表面にかけて単調に増
    加する、請求項６に記載の偏光板。
  8. 【請求項８】 前記層の全てがコレステリック材料の単
    一フィルムとして形成される、請求項１から７のうちい
    ずれか１つに記載の偏光板。
  9. 【請求項９】 前記補償層が非コレステリック状態にあ
    る、請求項８に記載の偏光板。
  10. 【請求項１０】 前記補償層がホメオトロピック状態に
    ある、請求項９に記載の偏光板。
  11. 【請求項１１】 少なくとも１つの発光源と、 該少なくとも１つの発光源からの光を偏光する請求項１
    から１０のうちいずれか１つに記載の偏光板と、を備え
    た光源。
  12. 【請求項１２】 光源と、 第１の表面から第２の表面にかけてピッチが単調に増加
    する段階ピッチを有するコレステリック材料の層を含む
    コレステリック偏光板とを備え、 該第１の表面は該光源からの光を受光するように配設さ
    れている、光学装置。
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