JPH11311710A - 偏光素子、光学素子、照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 偏光板による吸収ロスの少ない偏光を形成で
きて、入射光の利用効率よく液晶セルに供給でき、輝度
に優れて表示ムラの少ない液晶表示装置を形成できる偏
光素子、光学素子、照明装置の開発。 【解決手段】 入射光を反射と透過を介して偏光に分離
する機能（１２）を有し、透過率、色相の面内平均から
のバラツキが、式：△Ｅ＝√（△Ｌ²＋△ａ²＋△ｂ²）
で表されるハンター色差式（ただし、Ｌは明度指数、
ａ，ｂはクロマチックネス指数である。）による△Ｅに
基づいて０．５〜５．０であり、必要に応じて１／４波
長板を有する偏光素子（１）、その偏光素子と偏光板と
の積層体からなる光学素子、裏面側に反射層を有する面
光源の表面側に前記の偏光素子又は光学素子を有する照
明装置、及びその照明装置の光出射側に偏光板が介在し
た状態で液晶セルを有する液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、液晶表示装置等の輝度向
上や表示ムラの防止などに好適な偏光素子、並びにそれ
を用いた光学素子及び照明装置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、入射光の約半分が吸収されてロスと
なる偏光板の難点を克服して液晶表示装置の輝度を向上
させうる偏光素子として、反射と透過を介して自然光を
直線偏光に分離する多層薄膜からなる素子が知られてい
た（特開平４−２６８５０５号公報、ＰＣＴ公開９５／
１７６９１号公報）。またコレステリック液晶層と１／
４波長板の積層体からなる素子も知られていた。この素
子は、コレステリック液晶層を透過した円偏光を１／４
波長板にて直線偏光に変換し、それを偏光板に偏光軸を
一致させて入射させ、吸収ロスを防止するようにしたも
のである。

【０００３】しかしながら、前記いずれの素子において
も、液晶表示装置に適用した場合に著しい表示ムラが発
生する問題点があった。

【０００４】

【発明の技術的課題】本発明は、偏光板による吸収ロス
の少ない偏光を形成できて、入射光の利用効率よく液晶
セルに供給でき、輝度に優れて表示ムラの少ない液晶表
示装置を形成できる偏光素子、光学素子、照明装置の開
発を課題とする。

【０００５】

【課題の解決手段】本発明は、入射光を反射と透過を介
して偏光に分離する機能を有し、透過率、色相の面内平
均からのバラツキが、式：△Ｅ＝√（△Ｌ²＋△ａ²＋△
ｂ²）で表されるハンター色差式（ただし、Ｌは明度指
数、ａ，ｂはクロマチックネス指数である。）による△
Ｅに基づいて０．５〜５．０であり、必要に応じて１／
４波長板を有することを特徴とする偏光素子を提供する
ものである。

【０００６】また本発明は、前記の偏光素子と偏光板と
の積層体からなることを特徴とする光学素子、及び裏面
側に反射層を有する面光源の表面側に前記の偏光素子又
は光学素子を有することを特徴とする照明装置、並びに
その照明装置の光出射側に、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を提供す
るものである。

【０００７】

【発明の効果】本発明の偏光素子は、偏光板による吸収
ロスの少ない偏光を提供して入射光の利用効率に優れる
光学素子や照明装置を形成でき、輝度やその均一性に優
れて表示ムラが少なく、明るくて良視認性の液晶表示装
置を形成することができる。

【０００８】

【発明の実施形態】本発明による偏光素子は、入射光を
反射と透過を介して偏光に分離する機能を有し、透過
率、色相の面内平均からのバラツキが、式：△Ｅ＝√
（△Ｌ²＋△ａ²＋△ｂ²）で表されるハンター色差式
（ただし、Ｌは明度指数、ａ，ｂはクロマチックネス指
数である。）による△Ｅに基づいて０．５〜５．０であ
るものからなる。その例を図１、図２に示した。１が入
射光を反射と透過を介して偏光に分離する機能を示す層
（円偏光分離層）である。なお１１は支持基材、１２，
１３はコレステリック液晶層である。

【０００９】前記の△Ｅを満足することにより、液晶表
示装置に適用した場合に輝度ムラと表示ムラの両方を抑
制することができる。平行光と拡散光からなる全光線の
透過光率や反射率、透過光や反射光の偏光度や色相、反
射率やヘイズ等の指標では、輝度ムラと表示ムラの一方
を抑制しえても、それらの両方を抑制することはできな
い。輝度ムラと表示ムラの抑制などの点より好ましい△
Ｅは、４以下、就中３．５以下、特に３以下である。

【００１０】偏光素子は、例えば特開平４−２６８５０
５号公報やＰＣＴ公開９５／１７６９１号公報に記載等
の多層薄膜等からなる直線偏光分離素子や、コレステリ
ック液晶の配向層などの如く、自然光等の入射光を反射
と透過を介して偏光に分離する機能を示す適宜な素材に
て形成されていてよい。

【００１１】前記したコレステリック液晶の配向層によ
れば、自然光を反射と透過を介して左右の円偏光に分離
する円偏光分離層を得ることができる。コレステリック
液晶は、クランジャン配向の螺旋ピッチの相違に基づい
て波長特性の異なる円偏光分離機能を示すが、本発明に
ては厚さ方向に螺旋ピッチが変化する円偏光分離層や、
反射光の中心波長が異なる２層以上のコレステリック液
晶層の重畳体からなる円偏光分離層、あるいはそれらが
複合した螺旋ピッチ相違の２層以上のコレステリック液
晶層が反射光の中心波長に基づいて長短の順序通りに重
畳して厚さ方向に螺旋ピッチが変化する円偏光分離層な
どの適宜な形態の円偏光分離層であってよい。

【００１２】前記した螺旋ピッチの厚さ方向の変化や反
射光の中心波長が異なる、従って螺旋ピッチが異なるコ
レステリック液晶層の２層又は３層以上の重畳化は、分
離機能の広波長域化などを目的としたものである。すな
わち単層一定配向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、螺旋ピッ
チの変化範囲を拡大して円偏光二色性を示す波長域を拡
大させることなどを目的とする。

【００１３】ちなみに選択反射の中心波長が３００〜９
００nmの範囲にあるコレステリック液晶層の螺旋ピッチ
の異なる数種を同じ方向の円偏光を反射する組合せで重
畳することにより可視光域をカバーできる円偏光分離層
を効率的に形成することができる。なお同じ方向の円偏
光を反射するもの同士の組合せで重畳する点は、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の
増量を目的とする。

【００１４】また上記した円偏光分離層における反射光
の中心波長に基づく長短順序通りのコレステリック液晶
層の重畳は、視角変化による透過光の色変化の抑制など
を目的とする。その場合、同じ螺旋ピッチのコレステリ
ック液晶層間に、螺旋ピッチの異なるコレステリック液
晶層が前記中心波長の長短の順序通りに１層又は２層以
上介在した形態のものの如く、同じ螺旋ピッチのコレス
テリック液晶層を２層以上含む層構造なども許容され
る。

【００１５】円偏光分離層の形成には、低分子量のコレ
ステリック液晶なども用いうるが、得られる偏光素子の
取扱性や薄膜性などの点よりコレステリック液晶ポリマ
ーが好ましく用いうる。その場合、偏光素子はコレステ
リック液晶ポリマーフィルム等の単層物やそれをプラス
チックフィルム等で支持した複層物などとして得ること
ができる。液晶表示装置等の良視認視野角の拡大などの
点より好ましい偏光素子は、コレステリック液晶ポリマ
ーがドメイン等の欠陥の少ない状態でグランジャン配向
したものである。

【００１６】なおコレステリック液晶ポリマーには、適
宜なものを用いてよく、特に限定はない。従って、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。複屈折率差の大きいコレステ
リック液晶ポリマーほど選択反射の波長域が広くなり、
層数の軽減や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。なお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
い。

【００１７】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。

【００１８】また側鎖型の液晶ポリマーの例としては、
ポリアクリレートやポリメタクリレート、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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】コレステリック液晶ポリマーからなる円偏
光分離層の形成は、例えば従来の低分子液晶の配向処理
に準じた方法などにて行うことができる。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。

【００２２】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あるいは延伸
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
しい。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。なおコレステリック液晶ポリマー
の展開液には安定剤や可塑剤や金属類などの種々の添加
剤を必要に応じて配合することができる。

【００２６】支持基材上に形成する液晶ポリマーの固化
層の厚さは、配向の乱れや透過率低下の防止、選択反射
の波長域の広さなどの点より、０．５〜５０μm、就中
１〜３０μm、特に２〜１０μmが好ましい。支持基材上
の液晶ポリマー固化層は、支持基材との一体物として用
いうるし、支持基材より剥離してフィルム等として用い
ることもできる。なお支持基材を有する場合には、その
基材を含めた合計厚が２〜５００μm、就中５〜３００
μm、特に１０〜２００μmであることが好ましい。

【００２７】なお上記した螺旋ピッチが厚さ方向に変化
する円偏光分離層の製造は、例えば配向処理したコレス
テリック液晶ポリマー層同士の２枚又は３枚以上の所定
数を熱圧着により接着する操作などにより行うことがで
きる。熱圧着処理には、ロールラミネータ等の適宜な加
熱押圧手段を介してコレステリック液晶ポリマー層をガ
ラス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱して圧着
処理する方式などの適宜な方式を採ることができる。

【００２８】支持基材との一体物からなる液晶ポリマー
の固化層の場合には、その固化層同士が密接するように
前記に準じて重畳処理することにより厚さ方向に螺旋ピ
ッチが変化する円偏光分離層、ひいては本発明による偏
光素子を得ることができる。

【００２９】なお厚さ方向に螺旋ピッチが変化する円偏
光分離層は、連続した反射光の波長域を示すものであっ
てもよいし、不連続な反射光の波長域を示すものであっ
てもよい。色ムラ防止等の点より好ましい円偏光分離層
は、連続した反射光の波長域を示すものである。かかる
円偏光分離層の製造は、例えば上記した熱圧着操作等で
形成したコレステリック液晶ポリマー層の重畳体をガラ
ス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱して、その
密着界面に上下の層を形成するコレステリック液晶ポリ
マーが混合した層を形成する方法などにより行うことが
できる。

【００３０】前記において、上下の層のコレステリック
液晶ポリマーが混合して形成されたコレステリック液晶
ポリマー層は、螺旋ピッチが上下の層とも異なって厚さ
方向に螺旋ピッチが多段階に変化した円偏光分離層を形
成し、通例その螺旋ピッチは上下の層を形成するコレス
テリック液晶ポリマー層の中間値をとって、上下の層と
共に連続した反射光の波長域を示す領域を形成する。

【００３１】従って上下の層で反射光の波長域が重複し
ないコレステリック液晶ポリマー層の組合せ、すなわち
反射光の波長域に不連続による欠落域が存在する組合せ
で用いた場合に、上下の層の混合により形成されたコレ
ステリック液晶ポリマー層が前記欠落域を埋めて反射光
の波長域を連続化することができる。

【００３２】よって例えば、反射波長域が５００nm以下
のものと６００nm以上のものの２種のコレステリック液
晶ポリマー層を用いて、反射波長域の不連続域である５
００〜６００nmの波長域の光についても反射する円偏光
分離層を得ることができ、これは少ないコレステリック
液晶ポリマー層の重畳で、広い帯域の反射波長域を示す
円偏光分離層を形成しうることを意味する。

【００３３】本発明による偏光素子は、特に円偏光分離
層を有する偏光素子は、液晶表示装置の形成などに好ま
しく用いうる。その場合、偏光素子は、その少なくとも
片面に１層又は２層以上の位相差層からなる１／４波長
板を付加したものや、偏光板と積層した光学素子として
用いることもできる。その例を図２、図３に示した。２
が１／４波長板で、２１，２２が位相差層であり、３が
偏光板である。

【００３４】１／４波長板は、図２、図３に例示の如く
円偏光分離層１を透過した円偏光を直線偏光化するため
のものであり、１層又は２層以上の位相差層にて形成さ
れる。１／４波長板は、円偏光分離層の短波長側又は長
波長側のいずれに配置してもよい。

【００３５】１／４波長板（位相差層）としては、可視
光域の場合、直線偏光化効果や斜め透過光による色変化
の補償などの点より正面位相差が１００〜１８０nmのも
のが好ましく用いられる。すなわち面内の最大屈折率を
ｎ_x、それに直交する方向の屈折率をｎ_y、厚さ方向の屈
折率をｎ_z、厚さをｄとした場合に式：（ｎ_x−ｎ_y）ｄ
＝△ｎｄ＝１００〜１８０nmを満足する１／４波長板が
好ましく用いられる。

【００３６】前記１／４波長板機能を示す位相差層と共
に必要に応じて用いられる位相差層は、１／４波長板機
能を示す位相差層を斜め透過した光の色バランスを垂直
透過した光の色バランスに可及的に一致させて、偏光板
を介した視認をより色付きの少ない中間色とすることな
どを目的とする補償用のものであり、正面位相差（△ｎ
ｄ）が１００〜７２０nmものが好ましく用いられる。

【００３７】なお前記において色変化の補償等の点より
好ましく用いうる位相差層は、厚さ方向の屈折率が面内
方向の一方又は両方のそれよりも大きいもの、あるいは
式：（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）で表されるＮ_zが５以
下、就中２以下、特に１．１以下（いずれもマイナス値
を許容する）のものである。

【００３８】位相差層は、任意な材質で形成してよく透
明性に優れ、就中８０％以上の光透過率を示して均一な
位相差を与えるものが好ましい。一般には例えばポリカ
ーボネートやポリエステル、ポリスルホンやポリエーテ
ルスルホン、ポリスチレンやポリエチレン、ポリプロピ
レンの如きポリオレフィン、ポリビニルアルコールや酢
酸セルロース系ポリマー、ポリ塩化ビニルやポリ塩化ビ
ニリデン、ポリアリレートやポリメチルメタクリレー
ト、ポリアミド等のプラスチックからなる延伸フィル
ム、液晶ポリマー、就中、捩じれ配向の液晶ポリマーな
どが用いられる。

【００３９】前記した厚さ方向の屈折率が大きい位相差
層は、前記のポリマー等をキャスティング法や押出法等
の適宜な方式で形成したフィルムを、例えば熱収縮性フ
ィルムとの接着下に一軸や二軸等の方式で加熱延伸する
方式などの適宜な方式で形成することができる。位相差
層における前記した△ｎｄやＮ_z等の特性は、フィルム
の材質や厚さ、延伸倍率や延伸温度等の条件を変えるこ
とにより制御することができる。位相差層の一般的な厚
さは、単層物に基づき１０〜５００μm、就中２０〜２
００μmであるが、これに限定されない。

【００４０】なお１／４波長板等の位相差層を液晶ポリ
マーで形成する場合、上記円偏光分離層の場合に準じ液
晶ポリマーの配向フィルムや透明基材で支持した液晶ポ
リマーの配向層等の適宜な形態を有するものとして得る
ことができる。液晶ポリマーを用いた場合には、延伸処
理なしに目的の位相差層を形成することもできる。

【００４１】１／４波長板は、前記の如く単層の位相差
層からなっていてもよいし、位相差が相違する２層又は
３層以上の位相差層の重畳体からなっていてもよい。位
相差が相違する位相差層の重畳化は、目的の１／４波長
板や補償板として機能する波長範囲の拡大などに有効で
ある。位相差層の重畳体とする場合、厚さ方向の屈折率
が面内屈折率の少なくとも一方よりも高い位相差層を１
層又は２層以上配置することが上記した点より好まし
い。

【００４２】輝度の向上効果等の点より好ましい偏光素
子は、所定の偏光軸の直線偏光を透過し、それ以外の光
を反射するものである。図３に例示の如く光学素子は、
偏光素子が１／４波長板２を有する場合、その上方に偏
光板３を配置した形態とされる。かかる光学素子は、別
個の偏光板を用いることなくそのまま液晶セルに適用す
ることができる。

【００４３】偏光板としては、二色性物質を含有させた
吸収型偏光板やポリエン配向フィルム、あるいは当該フ
ィルムに透明保護層を設けたものなどの適宜なものを用
いうる。ちなみに吸収型偏光板の例としては、ポリビニ
ルアルコール系フィルムや部分ホルマール化ポリビニル
アルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体
系部分ケン化フィルムの如き親水性高分子フィルムに、
ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて延伸し
たフィルムなどがあげられる。また、ポリエン配向フィ
ルムの例としては、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などがあげられる。な
お偏光板の厚さは通例５〜８０μmであるが、これに限
定されない。

【００４４】液晶表示装置の形成には、明るい表示の達
成性、すなわち１／４波長板を介し高度に直線偏光化さ
れた光を可及的に吸収ロスを防止しつつ偏光板を透過さ
せて、液晶セルへの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などより、二色性物質含
有の吸収型偏光板などの如く偏光度の高いものが好まし
く用いられる。就中、光透過率が４０％以上で、偏光度
が９５．０％以上、特に９９％以上の二色性物質含有の
吸収型偏光板が好ましく用いられる。

【００４５】前記の透明保護層は、特に二色性物質含有
の偏光板の如く耐水性に乏しい場合などに保護目的で設
けられるもので、プラスチックの塗布方式やフィルムと
したものの積層方式などの適宜な方式で形成してよい。
フィルム等の分離物で形成する場合には、接着層で積層
一体化することが反射ロスの防止等の点より好ましい。
透明保護層の厚さは適宜に決定してよく、一般には１mm
以下、就中５００μm以下、特に１〜３００μmとされ
る。なおプラスチックとしては、適宜なものを用いてよ
いが、一般には上記の液晶ポリマー支持用の透明基材や
位相差層等で例示したものなどが用いられる。

【００４６】なお透明樹脂層は、微粒子を含有させる方
式などにて表面微細凹凸構造の形態に形成することもで
きる。その微粒子には、例えば平均粒径が０．５〜５μ
mのシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化
錫、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化アンチモン
等の導電性のこともある無機系微粒子や、架橋又は未架
橋ポリマー等の有機系微粒子などの透明樹脂層中で透明
性を示すものが用いられる。微粒子の含有量は２〜２５
重量％、就中５〜２０重量％が一般的である。

【００４７】偏光板を１／４波長板の上側に配置するに
際して、１／４波長板に対する偏光板の配置角度は、１
／４波長板の位相差特性やそれに入射する円偏光の特性
などに応じて適宜に決定しうるが、光利用効率の向上等
の点より１／４波長板を介し直線偏光化された光の偏光
方向（振動方向）に対し偏光板の透過軸を可及的に平行
に配置することが好ましい。

【００４８】本発明による偏光素子は、自然光等の光源
からの光を反射光と透過光として左右の円偏光や偏光軸
が直交する直線偏光などに分離し、その偏光素子を透過
した円偏光等を必要に応じ１／４波長板を介し直線偏光
化して偏光板などに供給しうるようにしたものである。

【００４９】従って図４、図５に例示した如く、かかる
偏光素子や光学素子をサイドライト型導光板やＥＬラン
プなどの適宜な面光源４の上に配置して液晶表示装置の
バックライト等として好適な照明装置を形成することが
できる。なお図例の面光源は、導光板４の側面に光源４
２を配置してなる。

【００５０】前記図例の照明装置によれば、光源４２よ
りの光が導光板４の側面に入射し裏面等での反射を介し
て導光板の表面より出射し、その出射光は、導光板の表
面側に配置した円偏光分離層１を所定の円偏光（垂直）
や楕円偏光（斜め）として透過し、１／４波長板２を介
し直線偏光化されて偏光板３に入射する。一方、所定外
の円偏光として円偏光分離層１で反射された光は、導光
板に再入射して裏面等に配置された反射層４１を介し反
射され、戻り光として再び円偏光分離層１に入射する。

【００５１】前記の円偏光分離層による反射光は、導光
板の裏面で反射される際に偏光状態が変化させられ、一
部又は全部の反射光が円偏光分離層を透過しうる所定の
円偏光となる。従って円偏光分離層による反射光は、そ
の円偏光分離層を透過しうる所定の円偏光となるまで円
偏光分離層と導光板との間に閉じ込められて、それらの
間で反射を繰り返す。

【００５２】前記の如くサイドライト型導光板では、反
射光が円偏光分離層と導光板の反射層の間に閉じ込めら
れ、その間で反射を繰り返す内に偏光状態が変換されて
円偏光分離層を透過しうる状態となり、入射光の初期透
過光と共に出射され、これにより反射ロスによる光の未
利用分が低減される。円偏光分離層に代えて直線偏光分
離層を用いた場合も同様である。

【００５３】一方、円偏光分離層より出射した光は１／
４波長板を介して直線偏光や直線偏光成分の多い楕円偏
光に変換され、この変換光はその直線偏光方向が偏光板
の透過軸と合致したとき、殆ど吸収されずに偏光板を透
過し、これにより吸収ロスによる光の未利用分も低減さ
れる。その結果、従来では反射ロスや吸収ロスとなって
いた光も有効利用でき、光の利用効率を向上させること
ができる。従って面光源としてはサイドライト型の導光
板が好ましく用いうる。

【００５４】前記の導光板としては、裏面に反射層を有
して光を表面側に出射するようにした適宜なものを用い
うる。好ましくは、光を吸収なく効率的に出射するもの
が用いられる。（冷，熱）陰極管等の線状光源や発光ダ
イオード等の光源を導光板４の側面に配置し、その導光
板に導光板内を伝送される光を拡散や反射、回折や干渉
等により板の片面側に出射するようにした、液晶表示装
置で公知のサイドライト型バックライトなどはその例で
ある。

【００５５】前記において、内部の伝送光を片面側に出
射するようにした導光板は、例えば透明又は半透明の樹
脂板の光出射面又はその裏面にドット状やストライプ状
に拡散体を設けたものや、樹脂板の裏面に凹凸構造、就
中、微細プリズムアレイ状の凹凸構造を付与したものな
どとして得ることができる。

【００５６】一方の面側に光を出射する導光板は、それ
自体で円偏光分離層で反射された光を偏光変換する機能
を有しうるが、導光板の裏面に反射層４１を設けること
で反射ロスをほぼ完全に防止することができる。拡散反
射層や鏡面反射層などの反射層は、円偏光分離層で反射
された光を偏光変換する機能に優れ、本発明においては
好ましい。

【００５７】ちなみに凹凸面等で代表される拡散反射層
は、その拡散に基づいて偏光状態がランダムに混在して
偏光状態を解消する。またアルミニウムや銀等の蒸着
層、それを設けた樹脂板、金属箔などからなる金属面で
代表される鏡面反射層は、円偏光が反射されるとその偏
光状態が反転する。

【００５８】照明装置の形成に際しては、図５に例示の
如く、光の出射方向を制御するためのプリズムシート等
からなるプリズムアレイ層５、均一な発光を得るための
拡散板、漏れ光を戻すための反射手段、線状光源からの
出射光を導光板の側面に導くための光源ホルダなどの補
助手段を導光板４の上下面や側面などの所定位置に必要
に応じ１層又は２層以上を配置して適宜な組合せ体とさ
れる。

【００５９】前記において、導光板の表面側（光出射
側）に配置したプリズムアレイ層や拡散板、あるいは導
光板に付与したドットなどは拡散効果等で反射光の位相
を変化させる偏光変換手段として機能しうる。なお２層
以上のプリズムアレイ層を配置する場合には、各層にお
けるプリズムアレイを直交ないし交差させるなどしてア
レイの配置角度をずらせることにより、光学的異方性が
解消される状態に配置することが好ましい。

【００６０】上記において光学素子としたときの如く、
偏光素子と偏光板を組合せた場合には、上記した△Ｅが
０．５〜９．０、就中８以下、特に７以下であることが
輝度ムラと表示ムラの抑制の点などより好ましい。すな
わち偏光素子を偏光板と組合せることにより、△Ｅの許
容範囲が広くなる。これは、上記した如く照明装置等と
した場合に反射板や導光板、拡散板等の光学層にて偏光
の解消や反射反転等を生じるため△Ｅに基づくバラツキ
の大きくなることが許容されることによる。

【００６１】本発明において、偏光素子や光学素子や照
明装置を形成する円偏光分離層又は直線偏光分離層や１
／４波長板、偏光板や導光板等の各部品は、必要に応じ
て接着層を介し積層一体化することができる。形成部品
の積層一体化は、各界面での反射ロスの抑制や各界面へ
の異物等の侵入防止による表示品位等の低下予防、光学
系のズレによる補償効率や偏光変換効率等の低下防止な
どに有効である。従って、円偏光分離層等や１／４波長
板、偏光板や導光板などがそれぞれ複数の層で形成され
る場合にも、各層を接着層等を介して密着一体化するこ
とが好ましい。

【００６２】前記の積層一体化には適宜な接着剤等を用
いうるが、就中、応力緩和性に優れる粘着層が、光源等
からの熱で円偏光分離層や１／４波長板や偏光板等に生
じる応力を抑制して、光弾性変形により発生する屈折率
の変化を防止し、明るくて視認性や表示品位の信頼性に
優れる液晶表示装置を形成する点などより好ましく用い
うる。

【００６３】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
いてなる透明な粘着剤を用いうる。就中、光学的透明性
や粘着特性、耐候性などの点よりアクリル系粘着剤が好
ましく用いうる。また粘着層としては、熱により積層体
内部に発生する内部応力の緩和による光弾性変形の防止
性などの点より、緩和弾性率が２×１０⁵〜１×１０⁷dy
ne／cm²、就中２×１０⁶〜８×１０⁶dyne／cm²のものが
好ましい。

【００６４】粘着層の厚さは適宜に決定してよい。一般
には、接着力や薄型化等の点より１〜５００μm、就中
２〜２００μm、特に５〜１００μmとされる。なお粘着
層には必要に応じて、石油系樹脂やロジン系樹脂、テル
ペン系樹脂やクマロンインデン系樹脂、フェノール系樹
脂やキシレン系樹脂、アルキド系樹脂の如き粘着付与
剤、フタル酸エステルやリン酸エステル、塩化パラフィ
ンやポリブテン、ポリイソブチレンの如き軟化剤、ある
いはその他の各種充填剤や老化防止剤などの適宜な添加
剤を配合することができる。

【００６５】積層一体化した偏光素子や光学素子等の形
成は、例えばフィルム等の薄葉体を剥離剤で表面処理し
てなるセパレータ上に設けた粘着層を円偏光分離層等の
接着面に移着し、その上に必要に応じ１／４波長板を圧
着して粘着層を介し偏光板を配置して圧着する方式など
があげられる。

【００６６】また導光板等の接着面にセパレータ上に設
けた粘着層を移着し、その上に偏光素子を配置して圧着
した後、その上に粘着層を同様にして移着して偏光板を
順次圧着する方式、あるいは予め所定の接着面に設けた
粘着層を介して偏光素子や偏光板、導光板等の被着体を
所定の順序で積層し、それをプレス処理して一括的に圧
着する方式などもあげられる。

【００６７】本発明による偏光素子や光学素子、照明装
置には、その表面や層間の適宜な位置に光拡散板などの
適宜な光学層を配置することもできる。その場合、光学
層は応力緩和性に優れる粘着層等を介して偏光素子等に
積層一体化してもよい。かかる事前接着方式は、組立て
ラインにおける順次の接着方式よりも品質の安定した信
頼性に優れる素子が得られるなどの利点を有している。

【００６８】なお本発明においては、偏光素子や光学素
子、照明装置を形成する円偏光分離層等や１／４波長
板、偏光板や導光板、接着層やその他の光学層等の部品
を、例えばサリチル酸エステル系化合物、ベンゾフェノ
ール系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、シアノア
クリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線
吸収剤で処理する方式などにより紫外線吸収能をもたせ
ることもできる。

【００６９】上記のように本発明の偏光素子や光学素子
は、サイドライト型導光板等の適宜な面光源と組合せ
て、円偏光分離層や直線偏光分離層による反射円偏光又
は直線偏光を偏光変換して出射光として再利用すること
で反射ロスを防止し、その出射光を必要に応じ１／４波
長板を介し位相制御して偏光板透過性の直線偏光成分を
リッチに含む状態に変換することで偏光板による吸収ロ
スを防止して輝度の向上をはかりうるようにしたもので
ある。

【００７０】従って、光の利用効率に優れて偏光板を透
過しやすい光を提供し、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うる。その場合、１／４
波長板を出射した光を光源として利用する点よりは、直
線偏光や楕円偏光の長径方向成分などとして偏光板を透
過しうる直線偏光成分を６５％以上、就中７０％以上含
むことが好ましい。

【００７１】なお用いる円偏光分離層や直線偏光分離層
は、厚さ精度、配向温度や延伸温度等による配向状態の
均一性などが高度に制御されたものであることが好まし
く、また１／４波長板にては位相差のバラツキが高度に
抑制されたものであることが好ましい。

【００７２】本発明による照明装置をバックライトシス
テムに用いた液晶表示装置を図６、図７に例示した。こ
れは、照明装置を形成する導光板４の光出射面側に、偏
光素子を介して液晶セル６を配置したものであり、液晶
セル６は、図例の如く偏光素子の１／４波長板２の側に
配置される。なお図中、６１は偏光板、７は視認光拡散
用の光拡散板である。

【００７３】本発明による偏光素子や光学素子や照明装
置は、液晶セルの両側に偏光板を有する液晶表示装置の
形成に特に好ましく用いることができる。なお１／４波
長板の上側に偏光板を有する光学素子の場合には、液晶
セルにおける光学素子を設ける側の偏光板は省略するこ
とができる。

【００７４】液晶表示装置は一般に、偏光板、液晶セ
ル、バックライト、及び必要に応じての補償用位相差板
等の構成部品を適宜に組立てて駆動回路を組込むことな
どにより形成される。本発明においては上記の如く、液
晶セルの視認背面側に１／４波長板側ないし偏光板側を
介して偏光素子又は光学素子、あるいは照明装置を配置
する点を除いて特に限定はなく従来に準じて形成するこ
とができるが、各構成部品は粘着層を介して接着一体化
されていることが好ましい。

【００７５】また本発明の偏光素子や光学素子や照明装
置は、偏光状態の光を入射させる必要のある液晶セル、
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ものなどに好ましく用いうるが、非
ツイスト系の液晶や二色性物質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も
のなどにも用いうる。

【００７６】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光拡散板やアンチグレア層、
反射防止膜や保護層や保護板、あるいは液晶セルと視認
側等の偏光板の間に設ける補償用位相差板などの適宜な
光学層を適宜に配置することができる。ちなみに輝度の
向上等を目的に通例、バックライトと液晶セル間に配置
される複数のポリマーの薄膜を積層した光学層（特開平
４−２６８５０５号公報、ＰＣＴ公開９５／１７６９１
号公報）なども配置することができる。

【００７７】前記の補償用位相差板は、複屈折の波長依
存性などを補償して視認性を向上させることなどを目的
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。なお補償用位相差板としては、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層以上の位相差層の重畳層として形成されていてよ
い。補償用位相差板は、上記した１／４波長板で例示の
延伸フィルムや液晶ポリマー層などとして得ることがで
きる。

【００７８】

【実施例】実施例１ 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５０μ
mの三酢酸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（約０．１μm厚）にワイヤバーにて塗
工し、１６０±２℃で５分間加熱配向処理したのち室温
で放冷する方式にて、厚さが５μmでメソゲン比率の相
違により選択反射の波長域が４００〜４７０nm又は６０
０〜７００nmの左円偏光を透過する２種の円偏光分離層
を形成した後、それらの液晶層同士を重合せてラミネー
トロールを介し１３０℃で熱圧着して、選択反射の波長
域が４００〜７００nmの円偏光分離板を得た。

【００７９】ついで、ポリカーボネートの延伸フィルム
からなる位相差１３５±３nm、遅相軸０．０±０．５
度、Ｎ_z０．５の１／４波長板を厚さ２０μmのアクリル
系粘着層を介し前記円偏光分離板の螺旋ピッチの大きい
側に接着して偏光素子を得た。

【００８０】実施例２ 実施例１で得た偏光素子の１／４波長板側に、その透過
光の偏光軸と偏光軸が一致するように偏光板を厚さ２０
μmのアクリル系粘着層を介し接着して光学素子を得
た。

【００８１】実施例３ 実施例１に準じて形成した選択反射の波長域が５００〜
６００nmの左円偏光を透過する厚さ２μmの円偏光分離
層の螺旋ピッチの大きい側にポリカーボネートの延伸フ
ィルムからなる位相差１４０±５nm、遅相軸０．０±
０．５度、Ｎ_z１の１／４波長板を接着して偏光素子を
得、それを用いて実施例２に準じ光学素子を得た。

【００８２】比較例１ 加熱配向の処理温度のバラツキを１６０±２０℃と大き
くしたほかは実施例１に準じ円偏光分離板を形成して偏
光素子を得た。

【００８３】比較例２ 比較例１で得た偏光素子を用いたほかは実施例２に準じ
て光学素子を得た。

【００８４】比較例３ １／４波長板として、位相差１４０±１５nm、遅相軸０
±７度のものを用いたほかは実施例３に準じて光学素子
を得た。

【００８５】評価試験 △Ｅ 実施例、比較例で得た偏光素子又は光学素子の面内９点
における平行線透過率を測定し（村上色彩社製、ＣＭＳ
−５００）、それよりハンター色差式におけるＬ、ａ、
ｂを求めて△Ｅを算出した。

【００８６】表示ムラ 裏面にドット印刷を施した厚さ４mmの１３インチアクリ
ル系導光板の側面に直径３mmの冷陰極管を配置してアル
ミニウム蒸着フィルムにて包囲し、前記ドット下面に発
泡ポリエステルフィルムからなる反射シートを設けたサ
イドライト型導光板の光出射面に実施例１又は比較例１
の偏光素子を１／４波長板を上面にして配置し、その上
に偏光板を最高輝度となる角度で配置して、あるいは実
施例２，３又は比較例２，３の光学素子を偏光板側を上
面として最高輝度となる角度で配置して偏光光源型照明
装置を得、その出射光を目視して判定した。なお用いた
偏光板の△Ｅは１．５であった。

【００８７】前記の結果を次表に示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】偏光素子例の断面図

【図２】他の偏光素子例の断面図

【図３】光学素子例の断面図

【図４】照明装置例の断面図

【図５】他の照明装置例の断面図

【図６】液晶表示装置例の断面図

【図７】他の液晶表示装置例の断面図

【符号の説明】

１：偏光に分離する層 １１：支持基材 １２，１３：コレステリック液晶層 ２：１／４波長板 ２１，２２：位相差層 ３：偏光板 ４：導光板（面光源） ４１：反射層 ４２：光源 ５：プリズムアレイ層 ６：液晶セル（液晶表示装置） ６１：偏光板

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入射光を反射と透過を介して偏光に分離
   する機能を有し、透過率、色相の面内平均からのバラツ
   キが、式：△Ｅ＝√（△Ｌ²＋△ａ²＋△ｂ²）で表され
   るハンター色差式（ただし、Ｌは明度指数、ａ，ｂはク
   ロマチックネス指数である。）による△Ｅに基づいて
   ０．５〜５．０であることを特徴とする偏光素子。
2. 【請求項２】 請求項１において、コレステリック液晶
   層又はそれと１／４波長板を有する偏光素子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、所定偏光軸の
   直線偏光を透過し、他の光は反射する偏光素子。
4. 【請求項４】 請求項１〜３に記載の偏光素子と偏光板
   との積層体からなることを特徴とする光学素子。
5. 【請求項５】 請求項４において、当該△Ｅが０．５〜
   ９．０である光学素子。
6. 【請求項６】 裏面側に反射層を有する面光源の表面側
   に請求項１〜３に記載の偏光素子又は請求項４若しくは
   ５に記載の光学素子を有することを特徴とする照明装
   置。
7. 【請求項７】 請求項６において、少なくとも１層のプ
   リズムアレイ層を有する照明装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、アレイの配列方向が
   上下の層で交差する状態にある２層以上のプリズムアレ
   イ層を有する照明装置。
9. 【請求項９】 請求項６〜８に記載の照明装置の光出射
   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。
10. 【請求項１０】 形成層の全部又は一部が接着層を介し
    て密着した請求項１〜３に記載の偏光素子、請求項４若
    しくは５に記載の光学素子、請求項６〜８に記載の照明
    装置、又は請求項９に記載の液晶表示装置。