JPH10339812A

JPH10339812A - 円偏光分離層、光学素子、偏光光源装置及び液晶表示装置

Info

Publication number: JPH10339812A
Application number: JP9167997A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Kameyama; 忠幸亀山; Hironori Motomura; 弘則本村; Naoki Takahashi; 直樹高橋; Seiji Umemoto; 清司梅本
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1997-06-09
Filing date: 1997-06-09
Publication date: 1998-12-22

Abstract

(57)【要約】【課題】光利用効率に優れて高輝度の偏光光源装置
や、明るくて表示ムラの少ない良視認の液晶表示装置を
形成しうる円偏光分離層の開発。【解決手段】厚さ方向断面における単位断面積あたり
のディスクリミネーション（Ａ，Ｂ）の平均数が１０万
個／mm²以下、又は／及び前記単位断面積あたりのディ
スクリミネーション数のバラツキが５万個／mm²以下の
状態にグランジャン配向したコレステリック液晶層から
なる円偏光分離層。【効果】光利用効率に優れて表示ムラが生じにくく、
輝度に優れる偏光光源装置、明るくて表示ムラの少ない
良視認の液晶表示装置を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、光利用効率に優れて高輝
度の偏光光源装置や良視認の液晶表示装置を形成しうる
円偏光分離層及びそれを用いた光学素子に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、自然光を左右の円偏光に反射と透過
を介して分離するコレステリック液晶層からなる円偏光
分離層を用いた偏光光源が知られていた（特開昭５９−
１２７０１９号公報、特開昭６１−１２２６２６号公
報、特開昭６３−１２１８２１号公報、特開平３−４５
９０６号公報、特開平６−３２４３３３号公報、、特開
平７−３５９２５号公報、特開平７−３６０２５号公報
特開平７−３６０３２号公報）。しかしながら、円偏光
分離層を介した光利用効率に乏しく、表示ムラも大きい
問題点があった。

【０００３】

【発明の技術的課題】本発明は、光利用効率に優れて高
輝度の偏光光源装置や、明るくて表示ムラの少ない良視
認の液晶表示装置を形成しうる円偏光分離層の開発を課
題とする。

【０００４】

【課題の解決手段】本発明は、厚さ方向断面における単
位断面積あたりのディスクリミネーションの平均数が１
０万個／mm²以下、又は／及び前記単位断面積あたりの
ディスクリミネーション数のバラツキが５万個／mm²以
下の状態にグランジャン配向したコレステリック液晶層
からなることを特徴とする円偏光分離層を提供するもの
である。

【０００５】

【発明の効果】本発明の円偏光分離層によれば、光利用
効率に優れて表示ムラが生じにくく、輝度に優れる偏光
光源装置、明るくて表示ムラの少ない良視認の液晶表示
装置を形成することができる。この効果は、コレステリ
ック液晶層におけるグランジャン配向の欠陥の少ない均
質性に優れる配向状態に基づくと考えられる。

【０００６】すなわちコレステリック液晶層の偏光分離
機構の理論では、厚さを無限大とすることで１００％の
偏光度を達成しうることとなるが、厚さの無限大化は実
用上不可能である。従って実際には厚さを有し、その厚
さも通例１μm〜数mm程度と薄いものであるから１００
％の偏光度は達成されていない。グランジャン配向のデ
ィスクリミネーション、すなわち配向欠陥を少なくして
配向度を高めることにより屈折率の異常部が減少し、そ
れが偏光分離能の向上に通じるのか不明であるが、光利
用効率は向上し、表示ムラは減少する。

【０００７】

【発明の実施形態】本発明の円偏光分離層は、厚さ方向
断面における単位断面積あたりのディスクリミネーショ
ンの平均数が１０万個／mm²以下、又は／及び前記単位
断面積あたりのディスクリミネーション数のバラツキが
５万個／mm²以下の状態にグランジャン配向したコレス
テリック液晶層からなる。

【０００８】グランジャン配向したコレステリック液晶
層の断面におけるディスクリミネーション数は、例えば
コレステリック液晶層のスライス等の薄層を光学顕微鏡
やＳＥＭ、ＴＥＭやＡＦＭなどにて観察することにより
調べることができる。その場合、グランジャン配向は、
図１に例示した如く螺旋ピッチに基づく縞(ストライプ)
模様として観察される。従ってグランジャン配向のディ
スクリミネーションは、縞模様の乱れとして現れ、図
上、縞模様の分岐部分Ａや曲がりＢは、ディスクリミネ
ーションの代表である。なお図１は、ＴＥＭ断面観察し
た際の写真に基づくものであり、図上の２５mmがコレス
テリック液晶層の１μmに相当する。

【０００９】なお本発明においてディスクリミネーショ
ンのカウントの単位は、図１のＡで示した分岐部分によ
る。ディスクリミネーション数は、例えばグランジャン
配向したコレステリック液晶層の断面を顕微鏡等で観察
しながら、その観察範囲における当該分岐部分Ａからな
るディスクリミネーションの数を計数し、その観察面積
におけるディスクリミネーション数を１mm²あたりの数
に換算する方式などにより行うことができる。

【００１０】本発明におけるコレステリック液晶層とし
ては、グランジャン配向により自然光を透過光と反射光
として左右の円偏光に分離する適宜なものを用いうる。
ちなみにその具体例としては、コレステリック液晶相を
有する層、就中コレステリック相を呈する液晶ポリマー
からなる層を有するシートや当該層をガラス板等の上に
展開したシート、あるいはコレステリック相を呈する液
晶ポリマーからなるフィルムなどがあげられる。従って
コレステリック液晶層は、必要に応じ支持基材上に支持
された状態にあってもよい。

【００１１】前記において本発明によるコレステリック
液晶層は、散乱のない反射光の提供による輝度の向上や
表示ムラの防止などの点より、厚さ方向断面における単
位断面積あたりのディスクリミネーションの平均数が１
０万個／mm²以下、就中９万個／mm²以下、特に８万個／
mm²以下であるか、厚さ方向断面における単位断面積あ
たりのディスクリミネーション数のバラツキが５万個／
mm²以下、就中４万個／mm²以下、特に３万個／mm²以下
であるかの状態にグランジャン配向したものである。

【００１２】輝度の向上や表示ムラの防止などの点より
好ましいコレステリック液晶層は、厚さ方向断面におけ
る単位断面積あたりのディスクリミネーションの平均数
が１０万個／mm²以下、就中９万個／mm²以下、特に８万
個／mm²以下であり、かつそのディスクリミネーション
数のバラツキが５万個／mm²以下、就中４万個／mm²以
下、特に３万個／mm²以下の状態にグランジャン配向し
たものである。なお配向の均質性に優れるコレステリッ
ク液晶層は、液晶表示装置等の表示ムラを抑制した良視
認の視野角の拡大にも有利であり、特に斜め方向からも
直接観察される直視型液晶表示装置等の形成に適してい
る。

【００１３】また反射波長域の大きさなどの点より好ま
しいコレステリック液晶層は、グランジャン配向におけ
る螺旋ピッチが厚さ方向に変化するものである。一方、
反射波長域の拡大は、反射光の中心波長の異なるコレス
テリック液晶層を２層又は３層以上重畳する方式にても
行うことができる。

【００１４】すなわち単層のコレステリック液晶層では
通例、選択反射性（円偏光二色性）を示す波長域に限界
があり、その限界は約１００nmの波長域に及ぶ広い範囲
の場合もあるが、その波長範囲でも液晶表示装置等に適
用する場合に望まれる可視光の全域には及ばないから、
選択反射性（反射波長域）の異なるコレステリック液晶
層を重畳させて円偏光二色性を示す波長域を拡大させる
ことができる。

【００１５】コレステリック液晶層の重畳に際しては、
同じ方向の円偏光を反射するもの同士の組合せで用いる
ことが、各層で反射される円偏光の位相状態を揃えて各
波長域で異なる偏光状態となることを防止し、利用でき
る状態の偏光を増量する点より好ましい。また各コレス
テリック液晶層は、反射光の中心波長に基づいてその波
長順序で重畳されていることが大視野角時の波長シフト
を抑制する点などより好ましい。

【００１６】コレステリック液晶には、低分子量体や高
分子量体等の適宜なものを用いてよく、特に限定はな
い。従って高分子量体としては、液晶配向性を付与する
共役性の直線状原子団（メソゲン）がポリマーの主鎖や
側鎖に導入された主鎖型や側鎖型などの種々のものを用
いうる。

【００１７】位相差の大きいコレステリック液晶分子ほ
ど選択反射の波長域が広くなり、大視野角時の波長シフ
トに対する余裕などの点より好ましく用いうる。また重
さや自立性等の点よりは液晶ポリマーが好ましく用いう
る。さらに、その液晶ポリマーとしては、取扱い性や実
用温度での配向の安定性などの点より、ガラス転移温度
が３０〜１５０℃のものが好ましく用いうる。

【００１８】ちなみに、前記した主鎖型の液晶ポリマー
の例としては、屈曲性を付与するスペーサ部を必要に応
じ介してパラ置換環状化合物等からなるメソゲン基を結
合した構造を有する、例えばポリエステル系やポリアミ
ド系、ポリカーボネート系やポリエステルイミド系など
のポリマーがあげられる。

【００１９】また側鎖型の液晶ポリマーの例としては、
ポリ（メタ）アクリレートやポリシロキサンやポリマロ
ネート等を主鎖骨格とし、側鎖として共役性の原子団か
らなるスペーサ部を必要に応じ介してパラ置換環状化合
物等からなる低分子液晶化合物（メソゲン部）を有する
もの、低分子カイラル剤含有のネマチック系液晶ポリマ
ー、キラル成分導入の液晶ポリマー、ネマチック系とコ
レステリック系の混合液晶ポリマーなどがあげられる。

【００２０】前記の如く、例えばアゾメチン形やアゾ
形、アゾキシ形やエステル形、ビフェニル形やフェニル
シクロヘキサン形、ビシクロヘキサン形の如きパラ置換
芳香族単位やパラ置換シクロヘキシル環単位などからな
るネマチック配向性を付与するパラ置換環状化合物を有
するものにても、不斉炭素を有する化合物等からなる適
宜なキラル成分や低分子カイラル剤等を導入する方式な
どによりコレステリック配向性のものとすることができ
る（特開昭５５−２１４７９号公報、米国特許明細書第
５３３２５２２号等）。なおパラ置換環状化合物におけ
るパラ位における末端置換基は、例えばシアノ基やアル
キル基、アルコキシ基などの適宜なものであってよい。

【００２１】またスペーサ部としては、屈曲性を示す例
えばポリメチレン鎖−（ＣＨ₂）_n−やポリオキシメチレ
ン鎖−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_m−などがあげられる。スペー
サ部を形成する構造単位の繰返し数は、メソゲン部の化
学構造等により適宜に決定され、一般にはポリメチレン
鎖の場合にはｎが０〜２０、就中２〜１２、ポリオキシ
メチレン鎖の場合にはｍが０〜１０、就中１〜３であ
る。

【００２２】なお上記した主鎖型液晶ポリマーの調製は
例えば、成分モノマーをラジカル重合方式やカチオン重
合方式やアニオン重合方式等により共重合させる、通例
のポリマー合成に準じた適宜な方式で行うことができ
る。

【００２３】また側鎖型液晶ポリマーの調製も例えば、
（メタ）アクリル酸エステルの如きビニル系主鎖形成用
モノマーに必要に応じスペーサ基を介してメソゲン基を
導入したモノマーをラジカル重合法等によりポリマー化
するモノマー付加重合方式や、ポリオキシメチルシリレ
ンのＳi−Ｈ結合を介し白金系触媒の存在下にビニル置
換メソゲンモノマーを付加反応させる方式、主鎖ポリマ
ーに付与した官能基を介し相関移動触媒を用いたエステ
ル化反応によりメソゲン基を導入する方式や、マロン酸
の一部に必要に応じスペーサ基を介してメソゲン基を導
入したモノマーとジオールとを重縮合反応させる方式な
どの適宜な方式で行うことができる。

【００２４】上記において、成膜性や良好なモノドメイ
ン状態のグランジャン配向性、配向処理の短時間性やガ
ラス状態への安定した固定性、コレステリック相の螺旋
ピッチの制御性、薄くて軽くピッチ等の配向状態が実用
温度で変化しにくく、耐久性や保存安定性に優れる円偏
光分離層の形成性などの点より好ましく用いうる液晶ポ
リマーは、下記の一般式（ａ）で表わされるモノマー単
位と、一般式（ｂ）で表わされるモノマー単位を成分と
する共重合体、就中、一般式（ａ）のモノマー単位６０
〜９５重量％と、一般式（ｂ）のモノマー単位４０〜５
重量％からなる共重合体を成分とするものである（特願
平７−２５１８１８号）。

【００２５】一般式（ａ）：（ただし、Ｒ¹は水素又はメチル基、ｍは１〜６の整
数、Ｘ¹はＣＯ₂基又はＯＣＯ基であり、ｐ及びｑは１又
は２で、かつｐ＋ｑ＝３を満足する。）一般式（ｂ）：（ただし、Ｒ²は水素又はメチル基、ｎは１〜６の整
数、Ｘ²はＣＯ₂基又はＯＣＯ基、Ｘ³は−ＣＯ−Ｒ³又は
−Ｒ⁴であり、そのＲ³はＲ⁴はであり、Ｒ⁵は下記のものである。）

【００２６】前記の一般式（ａ）、一般式（ｂ）で表わ
されるモノマー単位を形成しうるアクリル系モノマー
は、適宜な方法で合成することができる。その例として
は、先ずエチレンクロロヒドリンと４−ヒドロキシ安息
香酸を、ヨウ化カリウムを触媒としてアルカリ水溶液中
で加熱還流させてヒドロキシカルボン酸を得た後、それ
をアクリル酸又はメタクリル酸と脱水反応させて（メ
タ）アクリレートとし、その（メタ）アクリレートを４
−シアノ−４'−ヒドロキシビフェニルでＤＣＣ（ジシ
クロヘキシルカルボジイミド）とＤＭＡＰ（ジメチルア
ミノピリジン）の存在下にエステル化することにより一
般式（ａ）に属するモノマーを得る方法があげれる。

【００２７】また、一般式（ｂ）に属するアクリル系モ
ノマーの合成例としては、先ずヒドロキシアルキルハラ
イドと４−ヒドロキシ安息香酸を、ヨウ化カリウムを触
媒としてアルカリ水溶液中で加熱還流させてヒドロキシ
カルボン酸を得た後、それをアクリル酸又はメタクリル
酸と脱水反応させて（メタ）アクリレートとしその（メ
タ）アクリレートを、４位にＲ³基含有のＣＯ基を有す
るフェノールでＤＣＣとＤＭＡＰの存在下にエステル化
する方法や、前記の脱水反応後その（メタ）アクリレー
トを４位に不斉炭素基を有するフェノールでＤＣＣとＤ
ＭＡＰの存在下にエステル化する方法などがあげられ
る。

【００２８】従って、前記の一般式（ａ）や一般式
（ｂ）に属する他のモノマーも、目的の導入基を有する
適宜な原料を用いて上記に準じて合成することができ
る。なお前記の４位にＲ³基含有のＣＯ基を有するフェ
ノールは、例えば先ずクロロ蟻酸メチルと４−ヒドロキ
シ安息香酸をアルカリ水溶液中で反応させてカルボン酸
とし、それをオキサリルクロリドで酸クロライドとした
後、ピリジン／テトラヒドロフラン中でＨ−Ｒ³と反応
させてＲ³基を導入し、ついでそれをアンモニア水で処
理して保護基を除去する方法などにより、また４位に不
斉炭素基を有するフェノールは、例えば４−ヒドロキシ
ベンズアルデヒドと（Ｓ）−（−）−１−フェニルエチ
ルアミンをトルエン中で共沸脱水する方法などにより得
ることができる。

【００２９】上記した共重合体は、その一般式（ｂ）で
表わされるモノマー単位の含有率を変えることでコレス
テリック液晶の螺旋ピッチを変化させることができる。
従って、一般式（ｂ）で表わされるモノマー単位の含有
率の制御で円偏光二色性を示す波長を調節でき、可視光
域の光に対して円偏光二色性を示す光学素子も容易に得
ることができる。

【００３０】液晶ポリマーによるコレステリック液晶層
の形成は、従来の配向処理に準じた方法で行うことがで
きる。ちなみにその例としては、支持基材上にポリイミ
ドやポリビニルアルコール、ポリエステルやポリアリレ
ート、ポリアミドイミドやポリエーテルイミド等の膜を
形成してレーヨン布等でラビング処理した配向膜、又は
ＳｉＯ₂の斜方蒸着層、又は延伸処理による配向膜等か
らなる適宜な配向膜の上に液晶ポリマーを展開してガラ
ス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱し、液晶ポ
リマー分子がグランジャン配向した状態でガラス転移温
度未満に冷却してガラス状態とし、当該配向が固定化さ
れた固化層を形成する方法などがあげられる。

【００３１】前記の支持基材としては、例えばトリアセ
チルセルロースやポリビニルアルコール、ポリイミドや
ポリアリレート、ポリエステルやポリカーボネート、ポ
リスルホンやポリエーテルスルホン、アモルファスポリ
オレフィンや変性アクリル系ポリマー、エポキシ系樹脂
の如きプラスチックからなる単層又は積層フイルム、あ
るいはガラス板などの適宜なものを用いうる。薄型化等
の点よりは、プラスチックフィルムが好ましく、また偏
光状態の変化の防止による光の利用効率の向上などの点
よりは複屈折による位相差が可及的に小さいものが好ま
しい。

【００３２】液晶ポリマーの展開は、例えば液晶ポリマ
ーの溶媒による溶液をスピンコート法やロールコート
法、フローコート法やプリント法、ディップコート法や
流延成膜法、バーコート法やグラビア印刷法等の適宜な
方法で薄層展開し、それを必要に応じ乾燥処理する方法
などにより行うことができる。前記の溶媒としては、例
えば塩化メチレンやシクロヘキサノン、トリクロロエチ
レンやテトラクロロエタン、Ｎ−メチルピロリドンやテ
トラヒドロフランなどの適宜なものを用いうる。

【００３３】また液晶ポリマーの加熱溶融物、好ましく
は等方相を呈する状態の加熱溶融物を前記に準じ展開
し、必要に応じその溶融温度を維持しつつ更に薄層に展
開して固化させる方法などの、溶媒を使用しない方法、
従って作業環境の衛生性等が良好な方法によっても液晶
ポリマーを展開させることができる。なお液晶ポリマー
の展開に際しては、薄型化等を目的に必要に応じて配向
膜を介したコレステリック液晶ポリマー層の重畳方式な
ども採ることができる。

【００３４】液晶ポリマーの展開層を配向させるための
加熱処理は、上記した如く液晶ポリマーのガラス転移温
度から等方相転移温度までの温度範囲、すなわち液晶ポ
リマーが液晶相を呈する温度範囲に加熱することにより
行うことができる。また配向状態の固定化は、ガラス転
移温度未満に冷却することで行うことができ、その冷却
条件については特に限定はない。通例、前記の加熱処理
を３００℃以下の温度で行いうることから、自然冷却方
式が一般に採られる。

【００３５】支持基材上に形成した液晶ポリマーの固化
層は、支持基材との一体物としてそのまま円偏光分離層
に用いうるし、剥離剤等で表面処理した支持基材より剥
離してフィルム等からなる円偏光分離層として用いるこ
ともできる。フィルム等からなる支持基材との一体物と
して形成する場合には、偏光の状態変化の防止性などの
点より、位相差が可及的に小さい支持基材を用いること
が好ましい。

【００３６】コレステリック液晶層の厚さは、配向の乱
れや透過率低下の防止、選択反射の波長範囲（反射波長
域）の広さなどの点より、０．５〜５０μm、就中１〜
３０μm、特に１．５〜１０μmが好ましい。本発明にお
いては、輝度の向上や表示ムラの抑制などの点より円偏
光分離層におけるコレステリック液晶層の全厚が２μm
以上であることが好ましい。従って円偏光分離層を単層
のコレステリック液晶層で形成する場合には、その厚さ
を２μm以上とすることが好ましい。

【００３７】また円偏光分離層の薄型化等の点よりは、
コレステリック液晶層の合計厚を２〜３００μm、就中
３〜１００μm、特に５〜５０μmとすることが好まし
い。支持基材を有する場合には、その基材を含めた合計
厚が１０〜５００μm、就中２２〜３００μm、特に３０
〜１００μmであることが好ましい。円偏光分離層の形
成に際しては、コレステリック液晶層に安定剤や可塑
剤、あるいは金属類などからなる種々の添加剤を必要に
応じて配合することができる。

【００３８】本発明による円偏光分離層は、例えば低分
子量体からなるコレステリック液晶層をガラスやフィル
ム等の透明基材で挾持したセル形態、液晶ポリマーから
なるコレステリック液晶層を透明基材で支持した形態、
コレステリック液晶ポリマーのフィルムからなる形態、
それらの形態物を適宜な組合せで重畳した形態などの適
宜な形態とすることができる。

【００３９】前記の場合、コレステリック液晶層をその
強度や操作性などに応じて１層又は２層以上の支持基材
で保持することもできる。２層以上の支持基材を用いる
場合には、偏光の状態変化を防止する点などより例えば
無配向のフィルムや、配向しても複屈折の小さいトリア
セテートフィルムなどの如く位相差が可及的に小さいも
のが好ましく用いうる。薄型化等の点より好ましい形態
は、透明基材で支持した形態や液晶ポリマーのフィルム
からなる形態などである。なお上記において、コレステ
リック液晶層の重畳処理は、単なる重ね置きや、粘着剤
等の接着剤を介した接着などの適宜な方式で行うことが
できる。

【００４０】本発明においては、円偏光分離層に対し１
／４波長板や偏光板等の適宜な光学層の１種又は２種以
上を配置して種々の光学素子を形成することができ、ま
た光源や液晶セル等を配置して偏光光源装置や液晶表示
装置なども形成することができる。その光学素子の例を
図２、図３に示した。１が円偏光分離層、２が１／４波
長板、３が偏光板である。

【００４１】１／４波長板は、円偏光分離層の片側又は
両側に配置され、直線偏光変換手段として機能する。す
なわち円偏光分離層で反射された、又は円偏光分離層を
透過出射した円偏光が１／４波長板に入射して位相変化
を受け、その位相変化が１／４波長に相当する波長の光
は直線偏光に変換され、他の波長光は楕円偏光に変換さ
れる。変換された楕円偏光は、前記の直線偏光に変換さ
れた光の波長に近いほど扁平な楕円偏光となる。かかる
結果、偏光板を透過しうる直線偏光成分を多く含む状態
の光が１／４波長板より出射されることとなる。

【００４２】前記の如く１／４波長板を介して直線偏光
成分の多い状態に変換することにより、偏光板を透過し
やすい光とすることができる。この偏光板は、例えば液
晶表示装置の場合、液晶セルに対する視野角の変化で発
生する偏光特性の低下を防止して表示品位を維持する光
学層や、より高度な偏光度を実現して、よりよい表示品
位を達成する光学層などとして機能するものである。

【００４３】すなわち前記において、偏光板を用いず
に、円偏光分離層よりの反射偏光又は出射偏光をそのま
ま液晶セルに入射させて表示を達成することは可能であ
るが、偏光板を介することで前記した表示品位の向上等
をはかりうることから必要に応じて偏光板が用いられ
る。その場合に、偏光板に対する透過率の高いほど表示
の明るさの点より有利であり、その透過率は偏光板の偏
光軸（透過軸）と一致する偏光方向の直線偏光成分を多
く含むほど高くなるので、それを目的に直線偏光変換手
段を介して円偏光分離層よりの反射偏光又は出射偏光を
所定の直線偏光に変換するものである。

【００４４】１／４波長板としては、円偏光分離層を介
し反射又は出射した円偏光を、１／４波長の位相差に相
当して直線偏光を多く形成しうると共に、他の波長の光
を前記直線偏光と可及的にパラレルな方向に長径方向を
有し、かつ可及的に直線偏光に近い扁平な楕円偏光に変
換しうるものが好ましい。かかる１／４波長板を用いる
ことにより、その出射光の直線偏光方向や楕円偏光の長
径方向が偏光板の透過軸と可及的に平行になるように配
置して、偏光板を透過しうる直線偏光成分の多い状態の
光を得ることができる。

【００４５】１／４波長板は、１層又は２層以上の位相
差板の重畳層として形成することができる。１層の位相
差板からなる１／４波長板の場合には、複屈折の波長分
散が小さいものほど波長毎の偏光状態の均一化をはかる
ことができて好ましい。一方、位相差板の重畳化は、波
長域における波長特性の改良に有効であり、その組合せ
は波長域などに応じて適宜に決定してよい。

【００４６】ちなみに可視光域の光に対し波長範囲や変
換効率等の点より好ましく用いうる単層型の１／４波長
板としては、その位相差が小さいもの、就中１００〜１
８０nm、特に１１０〜１５０nm以下の位相差を与えるも
のである。また２層以上の位相差板からなる１／４波長
板とする場合には、１００〜１８０nmの位相差を与える
層を１層以上の奇数層で含む、２００nm以上の位相差を
与える層との組合せとすることが波長特性等の点より好
ましい。

【００４７】１／４波長板を形成する位相差板は、適宜
な材質で形成でき、透明で均一な位相差を与えるものが
好ましい。一般には、例えばポリカーボネートやポリス
ルホン、ポリエステルやポリメチルメタクリレート、ポ
リアミドやポリビニールアルコール等の適宜なプラスチ
ックからなるフィルムを延伸処理してなる複屈折性フィ
ルム、あるいは液晶ポリマーなどが用いられる。

【００４８】本発明においては、円偏光分離層を介した
円偏光を効率よく直線偏光化する点などより液晶ポリマ
ーからなる１／４波長板、あるいは液晶ポリマーからな
る位相差板を１層又は２層以上有する１／４波長板が好
ましい。またその液晶ポリマーとしては、ツイストネマ
チック液晶の如く捩じれ配向を示すものが好ましい。

【００４９】また本発明による光学素子は、円偏光分離
層の片側又は両側に偏光板を有するものであってもよ
い。また図３に例示の如く偏光板３は、必要に応じて１
／４波長板２の上に配置されていてもよい。偏光板を円
偏光分離層に１／４波長板を介することなく配置したも
のは、円偏光分離層よりの円偏光をその偏光板を介し直
接直線偏光化する。一方、円偏光分離層上に１／４波長
板を介して偏光板を配置したものは、その偏光板を液晶
セルの光源側の偏光板として利用することができる。

【００５０】偏光板としては、適宜なものを用いうるが
一般には、偏光フィルムからなるものが用いられる。偏
光フィルムの例としては、ポリビニルアルコール系や部
分ホルマール化ポリビニルアルコール系、エチレン・酢
酸ビニル共重合体系部分ケン化物の如き親水性高分子の
フィルムにヨウ素等の二色性染料を吸着させて延伸した
もの、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビ
ニルの脱塩酸処理物の如きポリエン配向フィルムなどが
あげられる。

【００５１】円偏光分離層に設ける偏光板としては、二
色性染料を含有するタイプのものが偏光度等の点より特
に好ましく用いられる。偏光フィルムの厚さは通例５〜
８０μmであるが、これに限定されない。用いる偏光板
は、偏光フィルムの片面又は両面を透明保護層等で被覆
したものなどであってもよい。

【００５２】本発明による円偏光分離層や光学素子は、
偏光光源装置の形成に好ましく用いうる。偏光光源装置
の形成は、光源の上に円偏光分離層や光学素子を配置す
ることにより行うことができる。コレステリック液晶層
の螺旋ピッチが厚さ方向で変化する場合やコレステリッ
ク液晶層が反射光の中心波長の順序で重畳されるなどし
て円偏光分離層の表裏で反射光の中心波長が異なる場合
には、上記した波長シフトの抑制などの点よりその短波
長側に光源を配置することが好ましい。また図２や図３
の如く円偏光分離層が１／４波長板２等を有する場合に
は、その１／４波長板等を有しない側に光源を配置する
ことが好ましい。

【００５３】図４に本発明による偏光光源装置４の例を
示した。これは、円偏光分離層を光学素子として用いた
場合を示しており、４１が導光板、４２が光源である。
導光板４１は、側面に配置した光源４２からの入射光を
上面（円偏光分離層側）より出射して光源４２と一体的
に機能し、円偏光分離層に対して光を供給する光源とし
て機能するものである。

【００５４】前記の偏光光源装置４によれば、光源４２
からの入射光が導光板４１の上面より出射し、その出射
面側に配置した円偏光分離層１に入射して左右一方の円
偏光が透過し、他方の円偏光が反射されて戻り光として
導光板４１に再入射する。導光板に再入射した光は、下
面の反射層４４で反射されて再び円偏光分離層１に入射
し、透過光と反射光（再々入射光）に再度分離される。

【００５５】上記のように偏光光源装置における光源と
しては、光利用効率の向上などの点より、側面に配置し
た光源からの入射光を上下面の一方より出射する導光板
型のものが好ましく用いられる。その導光板としては、
適宜なものを用いうるが一般には、いずれか一方が出射
面となる上下面、及び上下面間の少なくとも一側面から
なる入射面を有する板状物からなるものが用いられる。
従来のサイドライト型バックライトにおける導光板はそ
の例である。

【００５６】好ましい導光板の形態は、出射面よりの出
射効率に優れその出射光が出射面に対する垂直性に優れ
て有効利用しやすく、また円偏光分離層を介した再入射
光の出射効率にも優れてその出射方向の初期出射方向と
の近似性に優れるものであり、かかる点より導光板の光
出射面の反対面に微細なプリズム状凹凸、就中、長辺面
と短辺面からなる凸部又は凹部を周期的に有する構造が
好ましい（特願平７−３２１０３６号）。さらに入射面
に対向する側端部の厚さが入射面のそれよりも薄いも
の、就中５０％以下の厚さであるものが好ましい。

【００５７】前記の入射面に対する対向側端部の薄型化
は、入射面より入射した光が伝送端としての当該対向側
端部に至るまでに、プリズム状凹凸面の短辺面に効率よ
く入射し、その反射を介し出射面より出射して入射光を
目的面に効率よく供給できる点で有利である。またかか
る薄型化構造とすることで導光板を軽量化でき、例えば
プリズム状凹凸面が直線状の場合、均一厚の導光板の約
７５％の重量とすることができる。

【００５８】プリズム状凹凸面における凸部又は凹部の
ピッチは、出射光がその凸部又は凹部を介し通例ストラ
イプ状に放出されるため明暗ムラの抑制や液晶セルとの
モアレの防止などの点より小さいほど好ましい。製造精
度等を考慮した好ましい凸部又は凹部の周期は、５００
μm以下、就中３００μm以下、特に５〜２００μmであ
る。

【００５９】導光板は、光源の波長領域に応じそれに透
明性を示す適宜な材料にて形成しうる。ちなみに可視光
域では、例えばポリメチルメタクリレートの如きアクリ
ル系樹脂、ポリカーボネートやポリカーボネート・ポリ
スチレン共重合体の如きポリカーボネート系樹脂、エポ
キシ系樹脂等で代表される透明樹脂やガラスなどの如く
約４００〜７００nmの波長範囲で透明性を示すものがあ
げられる。

【００６０】導光板は、適宜な方法で形成したものであ
ってよい。量産性等の点より好ましい製造方法として
は、例えば熱や紫外線ないし放射線等で重合処理しうる
液状樹脂を、所定のプリズム状凹凸を形成しうる型に充
填ないし流延して重合処理する方法や、熱可塑性樹脂を
所定のプリズム状凹凸を形成しうる金型に加熱下に押付
けて形状を転写する方法、加熱溶融させた熱可塑性樹脂
あるいは熱や溶媒を介して流動化させた樹脂を所定の形
状に成形しうる金型に充填する射出成形等の方法などが
あげられる。

【００６１】導光板は、例えば光の伝送を担う導光部に
プリズム状凹凸面形成用のシートを接着したものの如
く、異種材料の積層体などとして形成されていてもよ
く、１種の材料による一体的単層物として形成されてい
る必要はない。上記した導光板では、短辺面と長辺面の
面積比や傾斜角、プリズム状凹凸面の形状や曲率等の制
御に基づいて出射光の角度分布や面内分布等の特性を調
節することができる。

【００６２】導光板の厚さは、使用目的による導光板の
サイズや光源の大きさなどにより適宜に決定することが
できる。液晶表示装置等に用いる場合の導光板の一般的
な厚さは、その入射面に基づき２０mm以下、就中０．１
〜１０mm、特に０．５〜８mmである。

【００６３】導光板の出射面の対向面には、円偏光分離
層よりの戻り光を反射を介し再度円偏光分離層に入射さ
せるため反射層４４が配置される。その反射層４４は、
メッキ層や金属蒸着層、金属箔や金属蒸着シート、メッ
キシートなどにより適宜に形成でき、導光板の当該対向
面に一体化されていてもよいし、反射シート等として重
ね合されていてもよく、本発明にては適宜な配置形態を
採ることができる。反射を介して円偏光を反転させる点
よりは金属反射面が好ましい。また反射層は、その表面
に例えば微細凹凸構造を付与するなどして光拡散型のも
のとすることもできる。

【００６４】導光板型の光源は、図４に例示の如く通
例、導光板４１の入射面に光源４２を配置することによ
り形成される。その光源としては適宜なものを用いうる
が、例えば（冷，熱）陰極管等の線状光源や発光ダイオ
ード等の点光源、あるいはその線状又は面状等のアレイ
体などが好ましく用いうる。当該バックライトの形成に
際しては、必要に応じて図例の如く、線状光源からの発
散光を導光板の側面に導くために光源を包囲する光源ホ
ルダ４３や、プリズムアレイ層などの適宜な補助手段を
配置した組合せ体とすることもできる。

【００６５】前記のプリズムアレイ層は、光の出射方向
を制御して視認に有利な、光源装置に垂直ないしそれに
近い方向の光を多く得ることを目的とする。図４に例示
の如くプリズムアレイ層５は、必要に応じ拡散層４５な
どを介して導光板４１の光出射側に１層又は２層以上を
配置することができる。

【００６６】プリズムアレイ層は、導光板へのプリズム
構造の付与や、プリズムシート等の配置などによる適宜
な方式で設けることができる。なお２層以上のプリズム
アレイ層を配置する場合には、上下の層でアレイの配列
方向が直交又はそれ以外の交差状態で配置されているこ
とが、光学的異方性を打ち消す点より好ましい。

【００６７】偏光光源装置の形成に好ましく用いうる導
光板は、側面よりの入射光を高い効率で出射面より出射
させ、その出射光が高い指向性、就中、出射面に対する
垂直性に優れる指向性を示すと共に、円偏光分離層を介
した再入射光の再出射効率に優れ、その再出射光の指向
性と出射角度が初期出射光の指向性と出射角度に可及的
に一致し、かつ円偏光分離層を介した再入射光を少ない
反射繰返し数で、就中、反射の繰返しなく出射するよう
にしたものである。

【００６８】上記のように本発明による偏光光源装置
は、円偏光分離層による反射光（再入射光）を偏光変換
による出射光として再利用することで反射ロス等を防止
し、その出射光を必要に応じ１／４波長板等を介し直線
偏光成分をリッチに含む光状態に変換して偏光板を透過
しやすくし吸収ロスを防止して光利用効率の向上、特に
正面輝度の向上を図るようにしたものである。

【００６９】従って本発明による偏光光源装置は、上記
の如く光の利用効率に優れて明るく、出射光の垂直性に
優れて明暗ムラや表示ムラの少ない光を提供し、大面積
化等も容易であることより液晶表示装置等におけるバッ
クライトシステムなどとして種々の装置に好ましく用い
ることができる。

【００７０】図５に本発明による偏光光源装置４をバッ
クライトシステムに用いた液晶表示装置６を例示した。
６１が液晶セル、６２が上側の偏光板、６３が拡散板で
ある。液晶表示装置は一般に、液晶シャッタとして機能
する液晶セルとそれに付随の駆動装置、偏光板、バック
ライト、及び必要に応じての補償位相差板等の構成部品
を適宜に組立てることなどにより形成される。

【００７１】本発明において液晶表示装置は、上記した
偏光光源装置を用いてその円偏光分離層側に、偏光板が
介在した状態で液晶セルを配置する点を除いて特に限定
はなく、従来に準じて形成でき、特に直視型の液晶表示
装置を好ましく形成することができる。なお偏光光源装
置が偏光板を有しない場合には、別個の偏光板が偏光光
源装置と液晶セルの間に配置される。

【００７２】従って用いる液晶セルについては特に限定
はなく、適宜なものを用いうる。就中、偏光状態の光を
液晶セルに入射させて表示を行うものに有利に用いら
れ、例えばツイストネマチック液晶やスーパーツイスト
ネマチック液晶を用いた液晶セル等に好ましく用いうる
が、非ツイスト系の液晶や二色性染料を液晶中に分散さ
せたゲストホスト系の液晶、あるいは強誘電性液晶を用
いた液晶セルなどにも用いうる。液晶の駆動方式につい
ても特に限定はない。

【００７３】なお高度な直線偏光の入射による良好なコ
ントラスト比の表示を得る点よりは偏光板として、特に
バックライト側の偏光板として、上記した如く例えばヨ
ウ素系や染料系の吸収型直線偏光子などの如く偏光度の
高いものを用いた液晶表示装置が好ましい。

【００７４】液晶表示装置の形成に際しては、例えば視
認側の偏光板の上に設ける拡散層やアンチグレア層、反
射防止膜や保護層や保護板、あるいは液晶セルと偏光板
の間に設ける補償位相差板などの適宜な光学層を適宜な
位置に１層又は２層以上を配置することができる。

【００７５】拡散層は、出射光を平準化して明暗ムラを
抑制し、液晶セルに適用した場合に画素との干渉でモア
レによるギラギラした視認が生じることの防止などを目
的に必要に応じて配置される。その配置位置は、円偏光
分離層の片面又は両面、それに設けた１／４波長板と偏
光板の間、あるいは偏光板の上面などの、円偏光分離層
や１／４波長板や偏光板等に隣接した適宜な位置に１層
又は２層以上を配置することができる。

【００７６】拡散層は、例えば粒子分散樹脂層の形成方
式、サンドブラストや化学エッチング等の表面凹凸化処
理による方式、機械的ストレスや溶剤処理等によるクレ
イズ発生方式、所定の拡散構造を設けた金型による転写
形成方式などの任意な方式で、円偏光分離層への塗布層
や拡散シートなどとして適宜に形成することができる。
円偏光分離層を介した円偏光の偏光状態の維持性などの
点より好ましく用いうる拡散層は、位相差が波長６３３
nmの垂直入射光、好ましくは入射角３０度以内の入射光
に基づいて３０nm以下、就中０〜２０nmのものである。

【００７７】上記した補償位相差板は、液晶セルによる
複屈折の波長依存性などを補償して視認性の向上等をは
かることを目的とするものである。本発明においては、
視認側又は／及びバックライト側の偏光板と液晶セルの
間等に必要に応じて配置される。なお補償位相差板とし
ては、波長域などに応じて適宜なものを用いることがで
き、１層又は２層以上の重畳層として形成されていてよ
い。補償位相差板は、上記した直線偏光変換用の位相差
板で例示の延伸フィルムや液晶フィルムなどとして得る
ことができる。

【００７８】本発明において、上記した円偏光分離層や
光学素子、偏光光源装置や液晶表示装置を形成する部品
は、その全部又は一部が接着層を介して接着処理されて
いてもよいし、分離容易な状態に配置したものであって
もよい。１／４波長板と偏光板の関係の如く光学軸の配
置角度が問題となる場合などには、ズレ等を防止するた
めに接着処理することが好ましい。接着処理は、各界面
での反射ロスの防止、界面への異物侵入の防止等による
表示品位の低下予防などの点でも有効である。

【００７９】接着層としては、適宜なものを用いうる。
接着処理の簡便性などの点よりは、粘着層が好ましい。
粘着層の形成には、例えばアクリル系重合体やシリコー
ン系ポリマー、ポリエステルやポリウレタン、ポリエー
テルや合成ゴムなどの適宜なポリマーを用いてなる粘着
剤を用いうる。反射ロスの防止の点よりは、屈折率が接
着対象の中間値であるものが好ましい。

【００８０】

【実施例】

実施例１５００〜６００nmの選択波長域を示すアクリル系サーモ
トロピックコレステリック液晶ポリマーの２０重量％テ
トラヒドロフラン溶液を、厚さ３０μmのトリアセチル
セルロースフィルムのポリビニルアルコールラビング処
理面（０．１μm厚）にスピンコート方式で塗布し、１
６０℃で５分間加熱配向処理して、厚さ３μmのコレス
テリック液晶層を有する円偏光分離層を得た。これは、
前記波長域で鏡面状の選択反射状態を呈して左円偏光を
透過するものであり、ＴＥＭ断面観察より螺旋ピッチの
厚さ方向の変化が確認された。

【００８１】次に前記のコレステリック液晶層の露出面
に、ポリカーボネートの延伸フィルムからなる位相差が
１４０nm、Ｎ_z＝（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）で定義さ
れるＮ_zが１の１／４波長板を厚さ２０μmのアクリル系
粘着層を介し接着して光学素子を得た。なお前記のＮ_z
算出式において、ｎ_x、ｎ_y（ただしｎ_x≧ｎ_y）は面内屈
折率、ｎ_zは厚さ方向の屈折率である。

【００８２】実施例２メソゲン基の比率の相違により４００〜４７０nm又は６
００〜７００nmの選択波長域を示す２種のアクリル系サ
ーモトロピックコレステリック液晶ポリマーを用いて実
施例１に準じ塗布し、１６０±２℃で５分間加熱配向処
理して、厚さ５μmのコレステリック液晶層を有する２
種の円偏光分離膜を得た。これらは、それぞれ前記波長
域で鏡面状の選択反射状態を呈して左円偏光を透過する
ものであった。

【００８３】次に、前記２種の円偏光分離膜同士を重合
せて１３０℃のラミネートロールを介し熱圧着して、４
００〜７００nmの範囲で連続した選択波長域を示す円偏
光分離層を得、その螺旋ピッチの大きい側に厚さ２０μ
mのアクリル系粘着層を介して、ポリカーボネートの延
伸フィルムからなる位相差１３５nm、Ｎ_z０．５の１／
４波長板を接着して光学素子を得た。

【００８４】比較例１加熱配向処理を１４０℃で行ったほかは実施例１に準じ
て円偏光分離層を得、それを用いて光学素子を得た。

【００８５】比較例２コレステリック液晶層形成時の加熱配向処理を１５０±
２０℃で行ったほかは実施例２に準じて円偏光分離層を
得、それを用いて光学素子を得た。

【００８６】評価試験ディスクリミネーション数実施例、比較例で得た円偏光分離層におけるコレステリ
ック液晶層のＴＥＭ断面観察を行い、単位断面積あたり
のディスクリミネーション数を調べ、その平均数とバラ
ツキを求めた。

【００８７】輝度と色度差下面に微細プリズム構造を形成した導光板の側面に直径
３mmの冷陰極管を配置し、銀蒸着のポリエステルフィル
ムからなる光源ホルダにて冷陰極管を包囲し、導光板の
下面に銀蒸着のポリエステルフィルムからなる反射シー
トを配置してなるサイドライト型の面光源装置の上面
に、実施例、比較例で得た光学素子をその１／４波長板
を上側にして配置したのち、その上に偏光板を最高輝度
となる角度で配置して偏光光源装置を得、その輝度向上
率と、表示ムラの原因となる色度差を調べた。なお測定
は、導光板上にプリズムシートを配置しない場合と、２
層のプリズムシートをアレイの配列方向を直交させて配
置した場合について行った。

【００８８】また前記の輝度向上率は、光学素子を配置
しない面光源装置における輝度を基準として算出した。
さらに色度差も、光学素子を配置しない面光源装置にお
ける色度を調べて次式により算出した。色度差＝√｛（ｘ₁−ｘ₀）²＋（ｙ₁−ｙ₀）²｝（ただし、ｘ₁，ｙ₁は光学素子のある場合、ｘ₀，ｙ₀は
光学素子のない場合である。）

【００８９】前記の結果を表１、表２に示した。

【表１】

【００９０】

【表２】

【図面の簡単な説明】

【図１】円偏光分離層例の拡大断面図

【図２】光学素子例の断面図

【図３】他の光学素子例の断面図

【図４】偏光光源装置例の断面図

【図５】液晶表示装置例の断面図

【符号の説明】

１：円偏光分離層２：１／４波長板３：偏光板４：偏光光源装置４１：導光板４２：光源４４：反射層５：プリズムアレイ層６：液晶表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梅本清司大阪府茨木市下穂積１丁目１番２号日東電工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さ方向断面における単位断面積あたり
のディスクリミネーションの平均数が１０万個／mm²以
下の状態にグランジャン配向したコレステリック液晶層
からなることを特徴とする円偏光分離層。
【請求項２】厚さ方向断面における単位断面積あたり
のディスクリミネーション数のバラツキが５万個／mm²
以下の状態にグランジャン配向したコレステリック液晶
層からなることを特徴とする円偏光分離層。
【請求項３】厚さ方向断面における単位断面積あたり
のディスクリミネーションの平均数が１０万個／mm²以
下で、かつそのディスクリミネーション数のバラツキが
５万個／mm²以下の状態にグランジャン配向したコレス
テリック液晶層からなることを特徴とする円偏光分離
層。
【請求項４】請求項１〜３において、グランジャン配
向したコレステリック液晶層における螺旋ピッチが厚さ
方向に変化するものである円偏光分離層。
【請求項５】請求項１〜４において、コレステリック
液晶層が反射光の中心波長の異なるコレステリック液晶
ポリマーの組合せによる２層以上の重畳体からなる円偏
光分離層。
【請求項６】請求項１〜５において、コレステリック
液晶層の全厚が２μm以上である円偏光分離層。
【請求項７】請求項１〜６に記載の円偏光分離層の少
なくとも一方に、１層又は２層以上の位相差板からなる
１／４波長板を有することを特徴とする光学素子。
【請求項８】請求項７において、１／４波長板が液晶
ポリマーからなる位相差板を少なくとも１層有するもの
である光学素子。
【請求項９】請求項８において、液晶ポリマーからな
る位相差板が捩じれ配向の液晶ポリマーからなる光学素
子。
【請求項１０】請求項１〜６に記載の円偏光分離層、
又は請求項７〜９に記載の光学素子に、二色性染料含有
の偏光板を設けてなることを特徴とする光学素子。
【請求項１１】反射層を有する光源の上方に、請求項
１〜６に記載の円偏光分離層又は請求項７〜１０に記載
の光学素子を有することを特徴とする偏光光源装置。
【請求項１２】請求項１１において、１層又は２層以
上のプリズムアレイ層を有する偏光光源装置。
【請求項１３】請求項１２において、２層以上のプリ
ズムアレイ層が上下の層でアレイの配列方向が交差する
状態に配置されてなる偏光光源装置。
【請求項１４】請求項１１〜１３に記載の偏光光源装
置における円偏光分離層側に、偏光板が介在した状態で
液晶セルを有することを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１５】請求項１〜１４において、形成部品の
全部又は一部が接着層を介して接着処理されてなる請求
項１〜６に記載の円偏光分離層、請求項７〜１０に記載
の光学素子、請求項１１〜１３に記載の偏光光源装置、
又は請求項１４に記載の液晶表示装置。