JPH1184130A - シート状偏光素子及びそれを用いた液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来偏光板のような光吸収二色性を利用せず
にランダム偏光から一方向の偏光のみを取り出す偏光素
子において、光吸収なしにランダム偏光を一方向のみの
偏光に変換することで、広帯域で光利用効率が高く、光
源の吸収発熱による偏光特性の熱劣化がない光散乱機能
付シート状偏光素子及びこれを用いた液晶表示素子を得
る。 【解決手段】 直角三角形状に互い違いに重なり合った
連続的に加工されたプリズムにおいて、互いのプリズム
の傾斜面を入射光源に対してほぼブリュースター角近傍
になるように傾斜させ、入射させたランダム偏光をＰ偏
光とＳ偏光に分離させた後に、反射光のＳ偏光のみを入
射光と平行な互いのプリズム面に配置した１／４らせん
構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定し
た薄膜を介してＰ偏光に変換させ、透過Ｐ偏光と変換さ
れたＰ偏光をそれぞれ取り出し、更に光散乱シートによ
りＰ偏光を光散乱すことで、ランダム偏光から一方向に
偏光した指向性のない直線偏光を光損失なしに取り出す
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非偏光光から一方
向の偏光成分のみを生成する機能を備えたシート状偏光
素子及びこれを用いた液晶表示素子に関し、更に詳しく
は液晶表示素子の広視野角化及び高輝度化に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワードプロセッサやデスクトップパソコ
ン等のＯＡ機器の表示装置の主流であるＣＲＴは、薄型
軽量、低消費電力という大きな利点を持った液晶表示素
子に変換されつつある。

【０００３】液晶表示素子は捻れた液晶を基板で保持し
たセルとその両側に直交に配置した偏光板によって構成
されている。従来、偏光板としてはヨウ素系または色素
系・染料系偏光板が代表的であるある。偏光板は互いに
直交する偏光成分のうち、一方の直線偏光成分のみを選
択的に吸収し、他方の直線偏光成分のみを透過させるこ
とにより、一方向の偏光成分のみを有する出射光に変換
するものである。バックライトより出射される非偏光光
は、偏光板により直線偏光に変換され、液晶セル内を液
晶分子の捻れに沿って旋光するために、出射側の偏光板
で光吸収を受けず表示光として出射される。一方セルに
電圧を印可すると液晶が電界方向に配向し捻れがなくな
るために、セルを透過した偏光は出射側偏光板で光吸収
される。

【０００４】光の利用効率を促進するための１つの技術
が、特開平８−２４８２２４に示されており、ここでは
２つの偏光成分を有する光を屈折率の異なる物質境界で
透過光と反射光にし、１つの偏光成分を位相変化を行う
位相子やファラデー素子等により偏波面を回転させた後
に、２つの偏光成分を同方向に進行するように方向を変
化させることにより、光源の光利用効率を高めている。

【０００５】しかしながら、この技術は偏波面を変換す
る位相子またはファラデー素子の波長依存性により、光
源波長により偏波面回転の分散が生じ、広帯域の波長に
対する光利用効率の向上が望めない。

【０００６】また、ＬＣＤを製造する場合、あらかじめ
配向処理して液晶分子を一定方向に配向させる。従来の
捻れネマティック型ＬＣＤにおいては上下方向からパネ
ルを見た場合には光線透過量の変化による表示特性の変
化が生じ、正面方向からの表示特性から大きくずれとい
ったことによる視野角の偏りが生じていた。これは光学
的に異方性を有する液晶分子が電圧印加に対して一方向
に均一に立ち上がる（シングルドメイン）ためであり、
基本的に捻れモードでは解消できるものではない。この
問題に対しＬＣＤの表示視野角を広げる手法として、画
素分割法（例えば SID '91 Digest p.555）、配向分割
法（例えば Japan Display '92 Proceeding p.591）、
アモルファス配向ＴＮモード（例えば SID '93 Digest
p.622）等が検討され、視野角に於ける表示の視認性向
上が確認されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】現在ＬＣＤに用いられ
ている偏光板では光吸収二色性を利用しているため光の
利用効率が理論的に５０％以上にはならず光源のロスが
大きいために、液晶表示素子における光の利用効率は数
％にすぎない。その結果、高輝度な表示を得るために消
費電力の大半はバックライトシステムに利用されてい
る。更に、従来偏光板は光吸収にともなう発熱作用によ
り偏光板自体が熱破壊し、偏光特性の劣化も生じてい
た。また、表示の広視野角化に対しいずれの手法も表示
の広視野角化の対し効果はあるものの製造プロセス変更
・追加等による工程増加、表示特性の低下、コストアッ
プ等の課題があり、広視野角化に対する有効な手法は確
立されていない。本発明は、上記従来技術の課題を解決
するもので、光吸収なしに非偏光光から一方向の直線偏
光を生成する機能と出射変更をランダム方向に散乱させ
る機能を有する広帯域の光源に対し光利用効率の高い光
散乱機能付シート状偏光素子、及びこれを用いた液晶表
示素子を提供することで光利用効率が高く、更に視野角
特性に優れた液晶表示素子を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の光散乱機能付シ
ート状偏光素子は、光源より出射された非偏光光を偏光
に変換する単位が、連続的に加工されたシート状偏光素
子であって、前記単位が、前記非偏光光の一部分を互い
に偏光面が直交する反射光及び透過光に分割する部分
と、前記反射光の偏光面を変化させて透過光の偏光面と
一致させる変調部を有することを特徴とするシート状偏
光素子において、変調部が１／４らせん構造を有した分
子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜からな
り、前記反射光の偏光軸と反射光が入射する面の変調部
の液晶分子の長軸方向がほぼ平行方向に配向しており、
透過光及び変調された反射光を光散乱させる光散乱部を
有することを特徴とする。

【０００９】ここで、前記分割部の断面形状が、非偏光
光の入射する面側が直角三角形状プリズムが連続に加工
された形状であり、かつ、前記直角三角形プリズムが非
偏光光の進行方向に平行な面と非偏光光の入射角に対し
てブリュースター角条件を近似的に満たすように傾斜さ
れた面からなる三角波形状であり、前記変調部が直角三
角形プリズムの非偏光光進行方向と平行な面の間に設け
られた１／４らせん構造を有した分子配向状態にある液
晶分子を配向固定した薄膜であるとよい。

【００１０】また、前記分割部の断面形状が、直角三角
形状プリズムが互い違いに重なった形状であり、かつ、
前記直角三角形状プリズムの屈折率が光線入射面をなす
前記プリズムの屈折率より光線出射面をなす前記プリズ
ムの屈折率が大きく、前記直角三角形プリズムが非偏光
光の進行方向に平行な面と非偏光光の入射角に対してブ
リュースター角条件を近似的に満たすように傾斜された
面からなる三角波形状であり、前記変調部が前記偏光分
割部の低屈折率直角三角形プリズムと高屈折率直角三角
形プリズムの互いの非偏光光進行方向と平行な面の間に
設けられた１／４らせん構造を有した分子配向状態にあ
る液晶分子を配向固定した薄膜であるとよい。

【００１１】また、前記分割部で分割された反射偏光光
が前記変調部により変調され前記分割部の傾斜面に入射
する角度が前記分割部の反対側の外部媒体に対し臨界角
以上であることを特徴とする。

【００１２】また、前記変調部を構成する１／４らせん
構造の分子配向状態にある液晶分子が、重合官能基とし
てアクリレート基、メタクリレート基、ビニルエーテル
基またはエポキシ基のうち少なくとも一つ以上有してい
ることを特徴とする。

【００１３】また、前記変調部を構成する１／４らせん
構造の分子配向状態にある液晶分子がカイラルネマティ
ック相の分子配向状態にあることを特徴とする。

【００１４】また、前記変調部を構成する１／４らせん
構造の分子配向状態にある液晶分子がカイラルスメクテ
ィック相の分子配向状態にあることを特徴とする。

【００１５】また、前記変調部が１／４らせん構造の分
子配向状態にある液晶分子とそれ以外の有機化合物の混
合物からなることを特徴とする。

【００１６】また、前記変調部を構成する１／４らせん
構造の分子配向状態にある液晶分子の液晶相の分子配向
状態が光重合により配向固定化されていることを特徴と
する。

【００１７】また、前記変調部を構成する１／４らせん
構造の分子配向状態にある液晶分子の分子配向状態を制
御する無機または有機分子の配向膜が少なくとも一層用
いられていることを特徴とする。

【００１８】また、前記光散乱部が、偏光入射面が光学
的に平滑な表面であり、かつ、偏光出射面の表面形状が
凹凸を有した構造であり、更に、前記偏光出射表面の凹
凸形状のピッチが、前記偏光分割部の直角三角形状プリ
ズムの配置ピッチよりも小さいことを特徴とする。

【００１９】また、前記光散乱部が、光散乱機能を与え
る屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が
２成分以上の非相溶成分からなる共連続相組成物であ
り、更に、共連続相組成物の連続相構成ピッチが非偏光
光源として用いられる光線波長よりも大きいことを特徴
とする。

【００２０】また、前記光散乱部が、光散乱機能を与え
る屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が
樹脂マトリックスと樹脂中に均一に分散した非偏光光に
対して光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒
子形状物であり、前記粒子形状物の粒径が２０μｍ以下
であることを特徴とする。

【００２１】また、前記光散乱部が、光散乱機能を与え
る屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が
樹脂マトリックスと樹脂中に分散した非偏光光に対して
光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒径が２
０μｍ以下である粒子形状物であり、更に、前記粒子形
状物の樹脂マトリックス中の分散状態が偏光が入射する
面から散乱光が出射する面に向けて粒子形状物密度が連
続的に変化した構造を有していることを特徴とする。

【００２２】また、前記光散乱部が、固体基板上に光散
乱機能を与える屈折率不均一構造を有する物質をコーテ
ィングした構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹脂
マトリックスと樹脂中に均一に分散した非偏光光に対し
て光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒子形
状物であり、前記粒子形状物の粒径が２０μｍ以下であ
ることを特徴とする。

【００２３】光散乱機能付シート状偏光素子において偏
光面が一致した透過光と反射光が散乱した後に出射する
面に、出射光の偏光面と偏光板の偏光軸が一致するよう
に偏光板を設けるとよい。

【００２４】光散乱機能付シート状偏光素子を、偏光板
として用いた反射型液晶表示素子に用いるとよい。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の光散乱機能付シート状偏
光素子に入射する非偏光光は、偏光分割部の傾斜面にブ
リュースター角で入射するためにＰ偏光は透過光として
偏光分割部を透過し、一方Ｓ偏光は傾斜面において反射
光となる。反射Ｓ偏光は連続で隣り合う偏光分割部に設
けられた変調部において偏光面が９０°回転しＳ偏光か
らＰ偏光に変換され、更に、偏光分割部傾斜面で全反射
し光散乱部に入射する。光散乱部において偏光光は光散
乱部を構成する屈折率不均一構造により異物質からなる
屈折率界面において光散乱し、指向性のない偏光光とし
て偏光素子裏面から出射する。

【００２６】つまり、本発明の偏光素子により、透過光
をＰ偏光で出射させ反射光をＳ偏光からＰ偏光に変換し
た後に出射させることにより光エネルギーを損失させる
ことなしに非偏光光を一方向偏光に光利用効率を高く変
換させることができる。また、１／４らせん構造の分子
配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜により偏光
面の変調部が構成されているため、広波長帯域で偏波面
回転の分散の小さい偏光面変換が可能になり、広帯域で
光利用効率の向上を得ることができる。更に光散乱部に
おいて偏光光を光散乱させることで指向性のない偏光光
として取り出すことができる。また、本発明の偏光素子
の偏光出射面に偏光面と偏光軸が一致するように偏光板
を設置することにより消光比が高く高光利用効率な指向
性のない偏光光を得ることができる。また、本発明の光
散乱機能付シート状偏光素子を液晶表示素子に用いるこ
とにより、高輝度で視野角の広い表示を有する液晶表示
素子を得ることができる。

【００２７】

【実施例】次に、実施例に基づき本発明を詳細に図面を
参照して説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定
されるものではない。

【００２８】図１は本発明の光散乱機能付シート状偏光
素子の第１の実施例を示す、図は連続的に加工されたシ
ート状偏光素子の隣り合う２個の偏光素子単位の構成図
である。

【００２９】本実施例の偏光素子の構成単位は非偏光光
１０を偏光分割する偏光分割プリズム２０と偏光分割プ
リズムと斜面同士が重なり合う直角三角形プリズム３０
と偏光分離された反射偏光の偏光面を９０°回転するた
めの偏光面変調部４０と非偏光光から偏光に変換された
光をランダム方向に散乱する光散乱部５０からなり、光
散乱機能付シート状偏光素子は偏光素子構成単位が連続
的に加工された形状を有している。

【００３０】偏光分割部は、非偏光光１０の入射角がほ
ぼブリュースター角になるように傾斜している傾斜面２
１と一方向に偏光を出射する出射面２２有する高屈折率
偏光分割プリズム２０と非偏光光１０の入射角が直角な
入射面３２と傾斜面２１と同様な傾きの傾斜面３１を有
する低屈折率直角三角形プリズム３０とからなり、非偏
光光１０を傾斜面２１と傾斜面３１の界面において、互
いに偏光面が直交する透過光と反射光に分割する分割部
として機能する。ここで、傾斜面２１と傾斜面３１の界
面は界面に対して垂直な振動面を有するＰ偏光１１を透
過し、界面に対して平行な振動面を有するＳ偏光１２を
反射する特性を有し、互いに振動面の直交したＰ偏光と
Ｓ偏光を分割する分割部として機能する。

【００３１】また、偏光分割部で分割された反射光が変
調部により変調され偏光分割プリズムの傾斜面２１の裏
面の傾斜面２３に入射する角度が偏光分割プリズム２０
の反対側の外部媒体（低屈折率直角三角形プリズム３
０）に対し臨界角以上であり、反射光を全反射する全反
射面として機能する。

【００３２】変調部は、低屈折率プリズム３０と偏光分
離プリズム２０の非偏光光に対し平行な互いの面（面３
４と面２４）の間に設けられた１／４らせん構造を有し
た分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜４０
であり、傾斜面２１で反射した反射光の偏光面を変化さ
せて透過光の偏光面と偏光面を一致させる変調部として
機能する。ここで、傾斜面２１に対して平行な振動面を
有する反射Ｓ偏光の偏光面を９０°回転させてＰ偏光１
３に変換する特性を有し、入射直線偏光の偏光面と直交
した出射直線偏光に変換する変調部として機能する。

【００３３】光散乱部は、偏光分離プリズム２０の偏光
出射面２２に平行に設けられた、少なくとも２種類以上
の屈折率の異なる物質から構成される屈折率不均一構造
を有した光散乱シートであり、偏光出射面２２から出射
する偏光光を指向性のない偏光光として光散乱させる光
散乱部として機能する。ここで、入射面５１に入射した
Ｐ偏光は光散乱部を構成する屈折率不均一構造により異
物質からなる屈折率界面において光散乱し、指向性のな
いＰ偏光として入射Ｐ偏光を散乱させる光散乱部として
機能する。

【００３４】次に、本実施例のシート状偏光素子の動作
について説明する。

【００３５】ランダムな偏光を有する入射光（非偏光
光）１０は低屈折率直角三角形プリズム３０を介して偏
光分離プリズム２０に入射する。入射光１０は傾斜面２
１にほぼブリュースター角で入射するために入射面に垂
直な振動面を有するＰ偏光１１と入射面に平行な振動面
を有するＳ偏光１２に分離される。Ｐ偏光１１は偏光分
離プリズム２０に入射し出射面２２からＰ偏光として出
射される。

【００３６】一方Ｓ偏光１２は傾斜面２１で反射し外部
媒体（三角プリズム３０）を透過して１／４らせん構造
を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄
膜４０に入射する。Ｓ偏光１２は１／４らせん構造を有
した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜４
０で変調され偏光面が９０°変換されたＰ偏光１３とし
て出射し、隣り合う偏光分離プリズム２０に入射する。
変調された反射光はＰ偏光１３として傾斜面２３に入射
する。Ｐ偏光入射角は偏光分割プリズム２０の反対側の
外部媒体（低屈折率直角三角形プリズム３０）に対し臨
界角以上であるために傾斜面２３で全反射し出射面２２
からＰ偏光として出射される。

【００３７】透過Ｐ偏光１１及び位相変換された反射Ｐ
偏光１３は光散乱部５０の入射面５１に異なる入射角度
で入射する。各Ｐ偏光は屈折率の異なる物質５３及び物
質５４からなる屈折率不均一界面において光散乱し、指
向性のないＰ偏光として出射面５２からランダム方向に
出射される。

【００３８】したがって、本実施例の偏光分割部と変調
部及び光散乱部が連続的に加工された光散乱機能付シー
ト状偏光素子を用いることにより、ランダム偏光光１０
を偏光分割部でＰ偏光１１とＳ偏光１２に分割し、更に
Ｓ偏光１２を変調部４０でＰ偏光１３に変換させ、各Ｐ
偏光を光散乱部５０でランダム方向に光散乱させること
で、光損失なく出射面５２から指向性のないＰ偏光とし
て出射させることができる。

【００３９】次に、本実施例の光散乱機能付シート状偏
光素子の各構成部の材料について説明する。

【００４０】入射側低屈折率直角三角形プリズム３０及
び出射側偏光分割プリズム２０は、プラスチックまたは
ガラスなどで構成することができるが、加工の自由度を
考慮するとプラスチックで構成した方が好ましい。ま
た、直角三角形プリズム３０は偏光分離プリズム２０の
屈折率よりも低屈折率であるために、偏光分離プリズム
２０が低屈折率材料であれば、外部媒体プリズム３０は
空気層でもかまわない。

【００４１】変調部である１／４らせん構造を有した分
子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜４０は、
液晶相の分子配向状態を配向固定化するために重合官能
基を有することが望ましく、重合官能基としてアクリレ
ート基、メタクリレート基、ビニルエーテル基またはエ
ポキシ基のうち少なくとも一つ以上有していることが好
ましい。また、液晶分子は１／４らせん構造を発現する
ためにコレステリック液晶が好ましく、カイラルネマテ
ィック液晶、カイラルスメクティック液晶、ネマチック
液晶とカイラル剤の混合物、スメクティック液晶とカイ
ラル剤の混合物がより好ましい。

【００４２】また、１／４らせん構造の分子配向状態に
ある液晶分子の配向固定膜４０を得るために、液晶分子
の分子配向状態を制御する配向層としては、配向層近傍
の液晶分子の一軸配向性を発現させるものであれば無機
または有機分子の配向膜でもかまわないが、有機分子で
あればポリイミド膜を光配向させたもの、光異性化分子
を光配向させたもの、二色性有機分子を斜方蒸着等のド
ライプロセスで製膜したもの、無機酸化物を斜方蒸着し
たもの、無機フッ化物を斜方蒸着したものが好ましい。

【００４３】光散乱部である光散乱シートは、熱可塑性
樹脂、熱硬化性樹脂、低分子液晶、側鎖型高分子液晶、
主鎖型低分子液晶及びそれぞれの共重合高分子液晶のい
ずれかを２成分以上の非相溶性成分による共連続相を形
成したもの、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、側鎖型高分
子液晶、主鎖型低分子液晶の樹脂マトリックス中に金属
酸化物粒子、プラスチックビーズ、ガラスビーズまたは
マトリックス樹脂と非相溶な低分子液晶ドメインを均一
分散または連続的な粒子密度分布を示す傾斜構造を有す
るもの、プラスチックフィルムまたはガラスの固体基板
上に熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、側鎖型高分子液晶、
主鎖型低分子液晶の樹脂マトリックス中に金属酸化物粒
子、プラスチックビーズ、ガラスビーズまたはマトリッ
クス樹脂と非相溶な低分子液晶ドメインを均一分散させ
た成分をコーティングしたもので、屈折率不均一構造を
有しており入射Ｐ偏光に対し光散乱を与えるもので構成
されることが好ましく、更に、可視光域で光散乱シート
構成物の光吸収が小さいもの、若しくは無いもので構成
されることがより好ましい。

【００４４】図２は、本発明の光散乱機能付シート状偏
光素子の第２の実施例を示す、図は連続的に加工された
光散乱機能付シート状偏光素子の隣り合う２個の偏光素
子単位の構成図である。

【００４５】本実施例の光散乱機能付シート状偏光素子
が図１に示した光散乱機能付シート状偏光素子と異なる
点は、光散乱部５０が固体基板シートよりなり、Ｐ偏光
出射面５２の表面に凹凸の加工が施されている点と、光
散乱部５０の出射面５２に側に出射されるＰ偏光１１及
びＰ偏光１３の偏光振動方向と偏光板６０の偏光軸が一
致している点である。光散乱部の材質としては、プラス
チックシートまたはガラス基板が好ましく、加工性の点
からプラスチックシートがより好ましい。本実施例の光
散乱機能付シート状偏光素子では、第１の実施例同様な
動作により、ランダム偏光１０を光損失なしにＰ偏光に
変換した後に、凹凸出射面５２からＰ偏光が出射される
際に、表面の凹凸によりＰ偏光出射方向の指向性をなく
させることでＰ偏光を散乱させランダムな方向に進行す
るＰ偏光を得る。更に、偏光板６０でＰ偏光と直交した
Ｓ偏光成分を光吸収二色性によりカットすることで、消
光比が高く、更に透過光強度の高い指向性のないＰ偏光
を出射することができる。

【００４６】図３は、本発明光散乱機能付シート状偏光
素子を用いた液晶表示素子の実施例を示す、図は連続的
に加工された光散乱機能付シート状偏光素子の隣り合う
２個の偏光素子単位を配置した液晶表示素子の構成図で
ある。

【００４７】本実施例の液晶表示素子は図１に示した光
散乱機能付シート状偏光素子の偏光軸とクロスニコルの
角度に偏光軸を配置した従来型偏光板に挟まれたＴＮ型
液晶セルにより構成された反射型液晶表示素子である。
図１の光散乱機能付シート状偏光素子を配置しているこ
とから、液晶セルには指向性のない一方向に偏光した偏
光光が入射する。液晶層を透過したＰ偏光は対向偏光板
７０を透過した後に反射板８０により全反射して表示面
に出射される。この時、捻れネマチック液晶により光ス
イッチングされた透過光は光散乱部５０により再び光散
乱され、指向性の表示光として出射される。つまり、本
発明の光散乱機能付シート状偏光素子を用いた反射型液
晶表示素子により、光利用効率が高いために高輝度で広
視野角な液晶表示を得ることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光散乱機
能付シート状偏光素子を用いることにより、広帯域で非
偏光光源の利用効率の高い偏光素子が得られ、高輝度の
偏光を得る際に光源電力の省力化がはかれる。また、本
発明のシート状偏光素子は従来の偏光板とは異なり、本
質的に光吸収がないために、強い光線を入射させた場合
にも、発熱による偏光性能の劣化をまねくことなしに安
定な偏光機能を提供できる。更に、本発明の偏光素子を
用いた反射型液晶表示素子は高輝度で広視野角な液晶表
示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の光散乱機能付シート状偏光素子の第
１の実施例を示す、光散乱機能付シート状偏光素子の合
う２個の偏光素子の構成図である。

【図２】 本発明の光散乱機能付シート状偏光素子の第
２の実施例を示す、光散乱機能付シート状偏光素子の隣
り合う２個の偏光素子の構成図である。

【図３】 第３の実施例である本発明の光散乱機能付シ
ート状偏光素子を用いた反射型液晶表示素子のを示す。

【図４】 図１に示した単位を連続的に加工した光散乱
機能付シート状偏光素子の一構成例を示す部分図であ
る。

【図５】 図２に示した単位を連続的に加工した光散乱
機能付シート状偏光素子の一構成例を示す部分図であ
る。

【図６】 光散乱部の構造例

【図７】 光散乱部の構造例

【図８】 光散乱部の構造例

【図９】 光散乱部の構造例

【符号の説明】 １０ ランダム光源 １１ Ｐ偏光 １２ Ｓ偏光 １３ 位相変調Ｐ偏光 １４ 光散乱機能付シート状偏光素子 １５ ＴＮ型液晶セル １６ 光再結合したＰ偏光 ２０ 偏光分離プリズム ２１ 偏光分離プリズムの傾斜面 ２２ 偏光分離プリズムの出射面 ２３ 変換されたＰ偏光の入射する傾斜面 ２４ 偏光分離プリズムの光源と平行な面 ３０ 入射側プリズム ３１ 入射プリズム傾斜面 ３２ 光源入射面 ３３ 入射側プリズム傾斜面の内側面 ３４ 入射側プリズムの光源と平行な面 ４０ １／４らせん構造を有した分子配向状態にある液
晶分子を配向固定した薄膜 ５０ 光散乱部 ５１ Ｐ偏光入射面 ５２ 散乱Ｐ偏光出射面 ５３、５４ 光散乱シート構成物質 ６０、７０ 偏光板 ８０ 反射板 θＢ 光源の偏光分離プリズムへの入射角 θ１ 変調部で変換された偏光の偏光分離プリズム
傾斜面の裏面への入射角

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源より出射された非偏光光を偏光に変
   換する単位が、連続的に加工されたシート状偏光素子で
   あって、前記単位が、前記非偏光光の一部分を互いに偏
   光面が直交する反射光及び透過光に分割する部分と、前
   記反射光の偏光面を変化させて透過光の偏光面と一致さ
   せる変調部を有することを特徴とするシート状偏光素子
   において、変調部が１／４らせん構造を有した分子配向
   状態にある液晶分子を配向固定した薄膜からなり、前記
   反射光の偏光軸と反射光が入射する面の変調部の液晶分
   子の長軸方向がほぼ平行方向に配向しており、透過光及
   び変調された反射光を光散乱させる光散乱部を有するこ
   とを特徴とする光散乱機能付シート状偏光素子。
2. 【請求項２】 前記分割部の断面形状が、非偏光光の入
   射する面側が直角三角形状プリズムが連続に加工された
   形状であり、かつ、前記直角三角形プリズムが非偏光光
   の進行方向に平行な面と非偏光光の入射角に対してブリ
   ュースター角条件を近似的に満たすように傾斜された面
   からなる三角波形状であり、前記変調部が直角三角形プ
   リズムの非偏光光進行方向と平行な面の間に設けられた
   １／４らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子
   を配向固定した薄膜であり、前記光散乱部が透過光及び
   変調された反射光が出射する面に設けられた光散乱シー
   トであることを特徴とする請求項１の光散乱機能付シー
   ト状偏光素子。
3. 【請求項３】 前記分割部の断面形状が、直角三角形状
   プリズムが互い違いに重なった形状であり、かつ、前記
   直角三角形状プリズムの屈折率が光線入射面をなす前記
   プリズムの屈折率より光線出射面をなす前記プリズムの
   屈折率が大きく、前記直角三角形プリズムが非偏光光の
   進行方向に平行な面と非偏光光の入射角に対してブリュ
   ースター角条件を近似的に満たすように傾斜された面か
   らなる三角波形状であり、前記変調部が前記偏光分割部
   の低屈折率直角三角形プリズムと高屈折率直角三角形プ
   リズムの互いの非偏光光進行方向と平行な面の間に設け
   られた１／４らせん構造を有した分子配向状態にある液
   晶分子を配向固定した薄膜であり、前記光散乱部が透過
   光及び変調された反射光が出射する面に設けられた光散
   乱シートであるることを特徴とする請求項１の光散乱機
   能付シート状偏光素子。
4. 【請求項４】 前記分割部で分割された反射偏光光が前
   記変調部により変調され前記分割部の傾斜面に入射する
   角度が前記分割部の反対側の外部媒体に対し臨界角以上
   であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光散
   乱機能付シート状偏光素子。
5. 【請求項５】 前記変調部を構成する１／４らせん構造
   の分子配向状態にある液晶分子が、重合官能基としてア
   クリレート基、メタクリレート基、ビニルエーテル基ま
   たはエポキシ基のうち少なくとも一つ以上有しているこ
   とを特徴とする請求項１、２又は３記載の光散乱機能付
   シート状偏光素子。
6. 【請求項６】 前記変調部を構成する１／４らせん構造
   の分子配向状態にある液晶分子がカイラルネマティック
   相の分子配向状態にあることを特徴とする請求項１、２
   又は３記載の光散乱機能付シート状偏光素子。
7. 【請求項７】 前記変調部を構成する１／４らせん構造
   の分子配向状態にある液晶分子がカイラルスメクティッ
   ク相の分子配向状態にあることを特徴とする請求項１、
   ２又は３記載の光散乱機能付シート状偏光素子。
8. 【請求項８】 前記変調部が１／４らせん構造の分子配
   向状態にある液晶分子とそれ以外の有機化合物の混合物
   からなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光
   散乱機能付シート状偏光素子。
9. 【請求項９】 前記変調部を構成する１／４らせん構造
   の分子配向状態にある液晶分子の液晶相の分子配向状態
   が光重合により配向固定化されていることを特徴とする
   請求項１、２又は３記載の光散乱機能付シート状偏光素
   子。
10. 【請求項１０】 前記変調部を構成する１／４らせん構
    造の分子配向状態にある液晶分子の分子配向状態を制御
    する無機または有機分子の配向膜が少なくとも一層用い
    られていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の
    光散乱機能付シート状偏光素子。
11. 【請求項１１】 前記光散乱部が、偏光入射面が光学的
    に平滑な表面であり、かつ、偏光出射面の表面形状が凹
    凸を有した構造であり、更に、前記偏光出射表面の凹凸
    形状のピッチが、前記偏光分割部の直角三角形状プリズ
    ムの配置ピッチよりも小さいことを特徴とする請求項
    １、２又は３記載の光散乱機能付シート状偏光素子。
12. 【請求項１２】 前記光散乱部が、光散乱機能を与える
    屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が２
    成分以上の非相溶成分からなる共連続相組成物であり、
    更に、共連続相組成物の連続相構成ピッチが非偏光光源
    として用いられる光線波長よりも大きいことを特徴とす
    る請求項１、２又は３記載の光散乱機能付シート状偏光
    素子。
13. 【請求項１３】 前記光散乱部が、光散乱機能を与える
    屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹
    脂マトリックスと樹脂中に均一に分散した非偏光光に対
    して光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒子
    形状物であり、前記粒子形状物の粒径が２０μｍ以下で
    あることを特徴とする請求項１、２又は３記載の光散乱
    機能付シート状偏光素子。
14. 【請求項１４】 前記光散乱部が、光散乱機能を与える
    屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹
    脂マトリックスと樹脂中に分散した非偏光光に対して光
    吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒径が２０
    μｍ以下である粒子形状物であり、更に、前記粒子形状
    物の樹脂マトリックス中の分散状態が偏光が入射する面
    から散乱光が出射する面に向けて粒子形状物密度が連続
    的に変化した構造を有していることを特徴とする請求項
    １、２又は３記載の光散乱機能付シート状偏光素子。
15. 【請求項１５】 前記光散乱部が、固体基板上に光散乱
    機能を与える屈折率不均一構造を有する物質をコーティ
    ングした構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹脂マ
    トリックスと樹脂中に均一に分散した非偏光光に対して
    光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒子形状
    物であり、前記粒子形状物の粒径が２０μｍ以下である
    ことを特徴とする請求項１、２又は３記載の光散乱機能
    付シート状偏光素子。
16. 【請求項１６】 請求項１、２又は３記載の光散乱機能
    付シート状偏光素子において偏光面が一致した透過光と
    反射光が散乱した後に出射する面に、出射光の偏光面と
    偏光板の偏光軸が一致するように偏光板を設けた光散乱
    機能付シート状偏光素子。
17. 【請求項１７】 請求項１、２、３又は１６記載の光散
    乱機能付シート状偏光素子を、偏光板として用いた反射
    型液晶表示素子。