TW200835949A - Polarizing element and liquid crystal display device - Google Patents

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200835949 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於對於入射光只選擇性地透過特定的成分 之偏光元件及具備有該偏光兀件之液晶顯市裝置。 【先前技術】 過去，從通常的光來只取出特定的偏光已有多數的硏 φ 究，開發出各種形態的偏光元件。這種偏光元件已知有： 、例如，利用方解石等的複折射性（光學各向異性）的結晶 之複折射偏光元件、讓碘等的雙色性色素或有機色素（染 料）配向分散在高分子中之雙色性偏光元件、具有利用折 射率受到控制之多層膜等來反射單一方向的偏光的特性之 反射型偏光元件等。然後，屬於偏光元件的一種用途之液 晶顯示裝置，因能夠控制該透過光，故即使這些當中，仍 適於採用具有很大的雙色性之雙色性偏光元件。 # 然而，雙色性偏光元件對於全體的入射光，透過50% 的光（由於具有表面反射4%，故最大光透過率爲46°/。） ^ ，與該光成垂直之方位的成分則被吸收。因而，雙色性偏 、 光元件會損失50%的光，光的利用效率這點無並不符合。 於是，現在的目的是要避免光給雙色性偏光元件吸收 ，以使光的利用效率更加提高，針對將雙色性偏光元件與 反射型偏光元件組合在一起使用的一事進行檢討。該方法 則是令與偏光元件所吸收的透過軸成垂直的光反射遞歸’ 以使光的利用效率提升。 -4- 200835949 此處，反射型偏光元件係主要是指利用光學反射干涉 特性之元件，雙色性偏光板則是利用進行反射的特性，將 經吸收而損失的偏光更加予以分離。 這樣的反射型偏光元件已知有：例如，將膽固醇液晶 層與1/4波長板組合在一起所形成之偏光元件（參考日 本專利文獻1 )。日本專利文獻1中所揭示的反射型偏光 元件中，膽固醇液晶層係具有透過與該螺旋間距相對應之 波長的右（或左）圓偏光，一方面反射左（或又）圓偏光 的特性。然後，透過的圓偏光，藉由1 / 4波長板來變換 成直線偏光，其結果，可以作出選擇性直線偏光。 另外，日本專利文獻2中揭示，具有複折射之多層膜 的利用干涉之反射型偏光元件。日本專利文獻2中所揭示 的反射型偏光元件則是藉由由複折射性材料所組成之2種 聚合物薄膜的配向多層膜，進行偏光分離。此外，這種配 向多層膜爲3M公司所生產市售的D-BEF(亮度提升薄膜 )系列。 曰本專利文獻3中的提案，原理與日本專利文獻2中 所揭示的方法同樣，利用單純的聚合混合物（polymer blend)，作成連續相及不連續相，進行偏光分離的方法。 進而，日本專利文獻4中提案，將具有複折射的材料 與棱鏡組合在一起之偏光元件。日本專利文獻4中所揭示 的偏光元件是一種在具有複折射之聚合物基材的表面具備 有稜鏡之構成，利用該稜鏡的剖面方向與長度方向之折射 率的不同，以對於其中一方的直線偏光，稜鏡的反射角小 -5- 200835949 於臨界角，對於另一方的直線偏光，稜鏡的反射角則爲臨 界角以上的方式，設定稜鏡的角度。然後，經由該設定， 有關臨界角以上的光’利用全反射，回到入射光側，進行 偏光分離。 專利文獻1 :日本專利特開平8-27 1 73 1號公報 專利文獻2 :美國專利第3 6 1 0729號提案書 專利文獻3 :日本專利特表2000-506994號公報 φ 專利文獻4 :日本專利特表2006-220879號公報 【發明內容】 <發明所欲解決之課題> 然而，藉由日本專利文獻1所揭示的反射型偏光元件 ，橫跨可視光全領域來實現該特性會有困難。另外，因膽 固醇液晶層的界面層間黏著強度很弱，故存在的問題爲容 易造成層間剝離。 Φ 另外，日本專利文獻2中所揭示的D-BEF，因必須橫 跨可視光（4 0 0 - 8 0 0 nm )來確保偏光特性，故必須全體進 • 行大約800層薄膜的層積，還必須成爲使厚度逐層變化的 - 構成。另外，不僅要層積數百層的聚合物薄膜和控制厚度 ，還必須控制各層的折射率或控制薄膜的寬度方向上的均 等特性。因而，日本專利文獻2中所揭示的多層膜所形成 的偏光元件，要成爲商品必須要先進的技術，製造成本因 而升高。進而，D-BEF會因聚合物特有的膨脹收縮所造成 的變形也會成爲一個問題。 -6 - 200835949 另外’日本專利文獻3所揭示之聚合混合物（p〇lymer blend)的方法，必須嚴格地令混合的聚合物（構成不連續 相的聚合物）的折射率與整體的基材聚合物（構成連續相 的聚合物）的折射率一致。因而，日本專利文獻3中所揭 示的偏光元件，該製造上會帶來很大的困難性。 進而，日本專利文獻4中所記載之偏光元件，並不會 p入射角小於臨界角的直線偏光成分全部透過。該直線偏 光成分，依據折射的法則，利用稜鏡界面來區分成透過光 及反射光，反射光則藉由稜鏡回到入射光側。因而，日本 專利文獻4中所揭示之偏光元件的透過光強度，變成比稜 鏡透過前的入射角小於臨界角之直線偏光成分的強度還要 更小。另外，透過的光，由於經由稜鏡與空氣的界面而承 受依據折射的法則之更大的折射，故無法保持入射光的擴 散狀態，必須再設計光的擴散狀態。 因此，反射型偏光元件對於與吸收型偏光元件並用， 可以提升液晶顯示裝置之光的利用效率，這點則非常有助 益，且是一種對於該性能面和生產面，還不會造成技術上 的困難性之構件。 本發明鑑於上述的課題，其目的是提供一種顯現作爲 反射型偏光元件的功能，並且製造上較容易，元件不會有 強度方面的問題，還可以維持光透過偏光元件後的強度及 行進方向之偏光元件。 另外，還提供使用該偏光元件，使光的利用效率提高 之液晶顯示裝置。 200835949 <用以解決課題之手段> 本發明者爲了要解決上述課題而不斷地進行檢 結果發現’在面內具有光學軸的大致單軸性之薄片 ’構成具有特定的角度之多角形狀的複數個稜鏡， 有與該薄片之進相軸方向的折射率大致相同的折射 學透明樹脂層，覆蓋該稜鏡，可以藉由此方式來解 課題，完成本發明。 即是本發明是一種由棱鏡薄片及光學透明樹脂 成之偏光元件，前述稜鏡薄片爲面內具有光學軸之 軸性的薄片，且至少在其中一面具有剖面呈多角形 數個棱鏡，前述棱鏡之斜面與包含前述稜鏡薄片的 及進相軸之面，係根據前述棱鏡薄片之遲相軸方向 率及進相軸方向的折射率，具有臨界角以上的夾角 光學透明樹脂層爲光學各向同性，且光學透明樹脂 射率爲與前述稜鏡薄片之進相軸方向的折射率大致 前述稜鏡利用前述光學透明樹脂層覆蓋。 另外，本發明的另一項是一種具備有第1偏光 晶胞、第2偏光板、以及光源之液晶顯示裝置，該 示裝置則是前述第1偏光板、前述液晶胞、前述第 板、前述光源，依此順序配置，本發明的偏光元件 在前述第2偏光板與前述光源之間，且前述稜鏡薄 相軸與前述第2偏光板的透過軸，大致成平行配置 討。該 的表面 利用具 率之光 決上述 層所組 大致單 狀的複 遲相軸 的折射 ，前述 層的折 相同， 板、液 液晶顯 2偏光 ，配置 片的進 -8- 200835949 [發明效果] 本發明的偏光板可以顯現作爲反射型偏光元件的功能 ，並且製造上較容易，元件不會有強度方面的問題，還可 以維持光透過偏光元件後的強度及行進方向。 因此，本發明的偏光元件，可以提供與具有光學功能 之其他的光學層層積在一起，顯現各種功能之光學構件。 例如，經由與雙色性偏光元件或相位差薄膜、光學補償薄 • 膜組合在一起，能夠提供圓偏光薄膜、橢圓偏光薄膜、視 . 野角擴大偏光薄膜等。 另外，經由將本發明的偏光元件與雙色性偏光元件所 挾持的液晶胞組合在一起，可以獲得高亮度、耗電量很小 之液晶顯示裝置。 【實施方式】 <偏光元件> # 本發明的偏光元件是一種面內具有光學軸的大致單軸 性之薄片，在該薄片的至少其中一面，具有有特定的角度 * 之多角形狀的複數個稜鏡，利用具有與該薄片的進相軸方 ^ 向的折射率大致相同的折射率之光學透明樹脂層，覆蓋該 稜鏡。 第1圖和第2圖爲表示本發明的第1實施形態的一個 例子的偏光元件1 (第1實施形態）之圖。本實施形態的 偏光元件1係由表面具有複數個稜鏡3之稜鏡薄片2及光 學透明樹脂層4所構成。稜鏡3爲大致成平行配置之柱狀 -9- 200835949 形狀，其剖面爲三角形。 另外，本發明的偏光元件也可以是一種面內具有光學 軸的大致單軸性之薄片，在該薄片的至少其中一面，具有 有特定的角度之多角形狀的複數個稜鏡，在另一面，具有 剖面由曲線所組成之複數個凸部構造，利用具有與該薄片 的進相軸方向的折射率大致相同的折射率之光學透明樹脂 層，覆蓋該稜鏡及凸部構造。 φ 第3圖和第4圖爲本發明的另外1個實施形態的偏光 ^ 元件1 1 (第2實施形態）之圖。本實施形態的偏光元件 11係由表面具有複數個稜鏡13和複數個凸部構造14之稜 鏡薄片12、及光學透明樹脂層15所構成。稜鏡13爲大致 成平行配置之柱狀形狀，其剖面爲三角形。另外，複數個 凸部構造1 4爲大致成平行配置之凸透鏡狀的柱狀形狀， 其剖面爲半橢圓形狀。進而，複數個稜鏡1 3的柱狀方向 及複數個凸部構造1 4的柱狀方向爲相同方向。 • 此外，本發明並不侷限於這些實施形態。 本發明的偏光元件的厚度最好是在 50μιη以上， - 400μχη以下的範圍，更好的是60μιη以上，300μιη以下的 - 範圍，再更好的是7〇μιη以上，250μιη以下的範圍。低於 5 0 μπι的情況，對薄片表面精度良好地進行稜鏡形狀的加 工會有困難，因而顯現本發明的偏光分離功能會有困難。 另外，基於操作性的觀點，低於50μιη並不理想。一方面 ，高於4 0 0 μπι的情況，所獲得的反射型偏光元件，容易對 於彎曲造成撕裂等，因而無法採用滾筒狀態。另外，切割 -10- 200835949 也會有困難。 以下，參考第1實施形態的偏光元件1 (第1圖和第 2圖）及第2實施形態的偏光元件1 1 (第3圖和第4圖） ，說明本發明的偏光元件顯現反射型偏光分離功能之方法 、本發明的偏光元件之構成、以及製造方法等。 〔本發明的偏光元件之偏光分離方法〕 (第1實施形態） 本發明的第1實施形態之偏光元件1(第1圖和第2 圖），從與具有複數個稜鏡3的面（稜鏡薄片2的上面） 相反側之面（稜鏡薄片2的底面）大致成垂直入射之入射 光，經由稜鏡3與光學透明樹脂層4的界面選擇性地透過 或反射，分離成s偏光及p偏光。 此外，第1實施形態的偏光元件1，在光從與稜鏡薄 片2的具有複數個棱鏡3的面（棱鏡薄片2的上面）相反 側之面（稜鏡薄片2的底面）大致成垂直入射的情況，可 以強力地顯現本發明的反射型偏光偏離功能。 以下，藉由第1實施形態之偏光元件1 (第1圖和第 2圖），針對本發明的偏光元件顯現反射型偏光偏離功能 之方法進行說明。 構成第1實施形態的偏光元件1之稜鏡薄片2係由面 內具有光學軸之大致單軸性的聚萘二甲酸乙二酯（ polyethylene naphthalate)所組成。然後，稜鏡薄片2的 遲相軸與稜鏡3的柱狀方向大致成平行，進相軸與稜鏡3 200835949 的柱狀方向大致成垂直（稜鏡3的剖面方向）。遲相軸方 向的折射率爲1.78，進相軸方向的折射率爲1.54，面內最 大折射率差爲〇·24。此處，可以算出折射率1.78至1.54 所射入（折射率差0.24)的臨界角爲59.9度。 進而，第.1實施形態的偏光元件1中，稜鏡薄片2上 面的稜鏡3之構造表面，以折射率1.54(與稜鏡薄片2之 進相軸的折射率相同）的光學透明樹脂層4覆蓋。 另外，該棱鏡3的斜邊與稜鏡薄片2的底面（包含稜 鏡薄片的遲相軸及進相軸之面）的夾角角度（稜鏡底角） ，由上述的面內最大折射率差所算出的臨界角（59.9度） ，設定爲60度。 其次，對於上述實施形態的偏光元件1，考量從稜鏡 薄片2的底面大致成垂直入射的入射光。此外，入射光的 偏光成分中，將稜鏡3的進相軸方向（與稜鏡3的柱狀方 向大致成垂直（棱鏡3的剖面方向））的偏光成分定義爲 P偏光，將稜鏡3的遲相軸方向（稜鏡3的柱狀方向）的 偏光成分定義爲s偏光。 P偏光射入第1實施形態的偏光元件1的情況，稜鏡 薄片2之進相軸的折射率爲1.54，光學透明樹脂層4的折 射率也同樣爲1.54，所以偏光元件1之稜鏡3與光學透明 樹脂層4的界面視同透明，p偏光可以直接透過偏光元件 1 ° 一方面，s偏光入射偏光元件1的情況，稜鏡薄片2 之遲相軸的折射率爲1 ·78，光學透明樹脂層4的折射率爲 -12- 200835949 1 · 54，所以光從稜鏡薄片2入射至光學透明樹脂層4變成 光從高折射率媒質入射至低折射率媒質，存在有臨界角。 然後，第1實施形態之折射率差0.24的臨界角，如同上 述爲59.9度。第1實施形態之偏光元件1的稜鏡底角（ 稜鏡3的斜邊與稜鏡薄片2的底面（包含稜鏡薄片的遲相 軸及進相軸之面）的夾角角度）爲60度，故s偏光以60 度入射至棱鏡3與光學透明樹脂層4的界面；因此，入射 角度變成臨界角以上，故進行全反射。 全反射之s偏光成分的光，成爲直角地入射至稜鏡3 的另一斜面，故除了表面反射成分之外，直接透過稜鏡3 。此外，此時的表面反射成分，朝向與入射光正相反的方 向反射，經過原路徑直接返回，回歸到入射光側。 透過稜鏡3的另一斜面之s偏光成分的光，透過稜鏡 3之後，行進到光學透明樹脂層4，之後到達光學透明樹 脂層4與空氣的界面。此時，因光學透明樹脂層4的折射 率爲1.54，空氣的折射率爲1.00，所以變成光從高折射率 媒質入射至低折射率媒質，存在有臨界角。然後，折射率 差0.54的臨界角則成爲40.5度。透過稜鏡3的另一斜面 且行進到光學透明樹脂層4的光，對於光學透明樹脂層4 與空氣的界面，入射角度充分地成爲臨界角以上，故經由 界面進行全反射而返回到稜鏡3內。進而，返回到稜鏡3 內的光，再度在光學透明樹脂層4與稜鏡3的界面進行全 反射，回歸到入射光側。 因此，第1實施形態的偏光元件1，依據上述說明過 -13-

200835949 的原理，P偏光會直接透過，——方面，s 光元件，經反射返回到入射光側，藉由此 偏光與S偏光分離，並且再利用回歸到入 可以提升光的利用效率。 (第2實施形態） 本發明的第2實施形態之偏光元件1 圖），從具有複數個凸部構造14側的面 當中，對於稜鏡薄片12的遲相軸成平行 向對於包含稜鏡薄片1 2的遲相軸及進相 直的方向聚光。之後，所聚光的光，利用 明樹脂層1 5的界面來進行反射來變更行 過稜鏡薄片1 2，經由光學透明樹脂層1 5 射，光則回歸到入射光側。 一方面，從具有複數個凸部構造1 4 入射光當中，針對對於稜鏡薄片12的進 光成分進行觀察，光學透明樹脂層15的 片1 2之進相軸的折射率大致相等，故稜自 明體。因而，對於稜鏡薄片12的進相軸 分，未利用凸部構造1 4進行聚光及利用^ ，直接透過偏光元件1 1。以此方式，入象 光及反射光的成分，分離成s偏光及p偏 此外，第2實施形態的偏光元件1 1， 稜鏡薄片12的遲相軸及進相軸的面大惑 偏光不會透過偏 方式，可以將P 射光側的成分， 1 (第3圖和第4 所入射之入射光 的偏光成分，朝 軸的面大致成垂 棱鏡3與光學透 進路徑，進而透 與空氣的界面反 側的面所入射之 相軸成平行的偏 f折射率與稜鏡薄 鏡薄片12視同透 丨成平行的偏光成 陵鏡1 3進行反射 f光被區分成透過 光。 在具有對於包含 〔成垂直的行進路 -14- 200835949 徑之光射入至稜鏡3的情況，可以強烈地顯現本發明的反 射型偏光分離特性。 因此，使用表面具有複數個稜鏡13和複數個凸部構 造1 4的稜鏡薄片1 2之第2實施形態的偏光元件1 1，可以 對於來自擴散光源的入射光，選擇性地僅透過特定的偏光 成分。 以下，利用第2實施形態的偏光元件1 1 (第3圖和第 4圖）來說明本發明的偏光元件顯現反射型偏光分離功能 之方法。 構成第2實施形態的偏光元件1 1之稜鏡薄片1 2係由 面內具有光學軸之大致單軸性的聚萘二甲酸乙二酯（ polyethylene naphthalate)延展薄膜所組成。然後，稜鏡 薄片12的遲相軸，與稜鏡13和凸部構造14的柱狀方向 大致成平行，進相軸，與稜鏡13和凸部構造14的柱狀方 向大致成垂直（稜鏡1 3的剖面方向）。遲相軸方向的折 射率爲1.78，進相軸方向的折射率爲1.54，面內最大折射 率差爲0.24。此處，可以算出折射率從1.78至1.54之入 射（折射率差0.24)的臨界角爲59·9度。 進而，第2實施形態的偏光元件1 1中，稜鏡薄片12 上面之稜鏡13的構造表面、及稜鏡薄片12下面之凸部構 造14的構造表面，以折射率1.54(與稜鏡薄片12之進相 軸的折射率相同）的光學透明樹脂層1 5覆蓋。 另外，該棱鏡1 3的斜邊與包含稜鏡薄片1 2的遲相軸 及進相軸之面的夾角角度（稜鏡底角），從上述的面內最 -15- 200835949 大折射率差所算出的臨界角（59·9度）以上，設定爲60 度。 其次，對於如同上述實施形態的偏光元件1 1 ’考量來 自稜鏡薄片12的凸部構造14側之入射光。此外，入射光 的偏光成分中，將稜鏡13的進相軸方向（與稜鏡13的柱 狀方向大致成垂直（稜鏡1 3的剖面方向））的偏光成分 定義爲Ρ偏光，將棱鏡13的遲相軸方向（稜鏡13的柱狀 方向）的偏光成分定義爲s偏光。 首先，針對入射光當中的S偏光成分進行觀察。S偏 光成分，進入稜鏡薄片1 2之凸部構造1 4側的光學透明樹 脂層15，到達與稜鏡薄片12的凸部構造14的界面。此時 ，光學透明樹脂層1 5與凸部構造1 4的界面，則會依據折 射的法則引起折射。第2實施形態的偏光元件11中，凸 部構造5爲凸透鏡形狀，故即使爲例如從擴散光源以各種 的角度入射之光，仍能夠藉由該透鏡效果來進行折射，使 對於包含稜鏡薄片1 2的遲相軸及進相軸之面大致成垂直 方向的成分變多。 接著，利用光學透明樹脂層1 5與凸部構造1 4的界面 來進行折射，使對於包含稜鏡薄片1 2的遲相軸及進相軸 之面大致成垂直方向的成分變多之s偏光成分，行進到稜 鏡薄片12內部，到達稜鏡13與光學透明樹脂層15的界 面。 此處，稜鏡薄片12之遲相軸的折射率爲1.78，光學 透明樹脂層15的折射率爲1.54，所以s偏光成分射入稜 •16- 200835949 鏡13與光學透明樹脂層15的界面時，光從稜鏡薄片12 射入光學透明樹脂層15，變成光從高折射率媒質射入低折 射率媒質，存在有臨界角。然後，第2實施形態的折射率 差0·24的臨界角，如同上述爲59.9度。第2實施形態之 偏光元件11的稜鏡底角（稜鏡13的斜邊與稜鏡薄片12 的底面（包含稜鏡薄片的遲相軸及進相軸之面）的夾角角 度）爲60度，故s偏光成分以60度入射至稜鏡13與光 學透明樹脂層1 5的界面；因此，入射角度爲臨界角以上 ，故進行全反射。 全反射之s偏光成分的光，成爲直角地入射至稜鏡3 的另一斜面，故除了表面反射成分之外，直接透過棱鏡1 3 。此外，此時的表面反射成分，朝向與入射光正相反的方 向反射，經過原路徑直接返回，回歸到入射光側。 透過稜鏡13的另一斜面之s偏光成分的光，透過棱 鏡1 3之後，行進到光學透明樹脂層1 5，之後，到達光學 透明樹脂層15與空氣的界面。此時，因光學透明樹脂層 15的折射率爲1.54，空氣的折射率爲1.00，所以變成光 從高折射率媒質入射至低折射率媒質，存在有臨界角。然 後，折射率差〇·54的臨界角爲40.5度。透過稜鏡3的另 一斜面且行進到光學透明樹脂層1 5之光，對於光學透明 樹脂層15與空氣的界面，入射角度充分地變成臨界角以 上，故經由界面全反射而返回到稜鏡1 3內。進而，返回 到稜鏡1 3內的光，再度在光學透明樹脂層1 5與稜鏡13 的界面進行全反射’回歸到入射光側。 -17- 200835949 一方面，針對入射光當中的P偏光成分進行觀察，稜 鏡薄片1 2之進相軸的折射率爲1.54，光學透明樹脂層1 5 的折射率也同樣爲1.54，所以p偏光成分射入稜鏡薄片 12與光學透明樹脂層15的界面時，界面視同透明。因而 ，P偏光可以直接透過偏光元件11。 因此，第2實施形態的偏光元件11，依據上述說明過 的原理，P偏光會直接透過，一方面，s偏光不會透過偏 光元件，經反射返回到入射光側。藉由此方式，可以將P 偏光與s偏光分離，並且再利用回歸到入射光側的成分， 可以提升光的利用效率。 此外，本發明的偏光元件，並不侷限於上述的第1或 第2實施形態，若是符合sp偏光成分的任一方直接透過 ，其他未透過的偏光成分，經全反射後透過稜鏡前進到光 學透明樹脂層，之後，在光學透明樹脂層與空氣的界面再 度進行全反射的條件即可。若爲符合該條件的偏光元件的 話，能夠達成本發明的偏光分離功能。適當地設定稜鏡薄 片的材料、光學各向異性、所形成稜鏡的形狀、光學透明 樹脂層的材料等，就能夠設計出具有本發明的反射型偏光 分離功能之偏光元件。 另外，構成本發明的偏光元件之稜鏡薄片，若爲至少 在其中一面具有多角形狀的複數個稜鏡即可，若爲設計上 符合上述的反射條件的話，另一面的形狀則沒有特別的限 定。例如，目的爲施予入射光的行進路徑控制或聚光效果 ’則也可以形成凹或凸的多角形狀稜鏡（第2稜鏡）、或 -18- 200835949 者透鏡等的凸部構造（例如第2實施形態）等。 此外，形成第2稜鏡或透鏡等的情況，也可以是稜鏡 薄片進行加工時對薄片的兩面實施表面加工的形式，還可 以是對其中一面已進行稜鏡的加工過之稜鏡薄片的另一面 的平滑面，使用光學各向異性材料或光學各向同性材料， 依序加工第2稜鏡或透鏡等的形式。 此外，在另一面形成第2稜鏡或透鏡等的情況，也可 φ 以是以光學透明樹脂層來覆蓋或不覆蓋的任何一種。形成 ^ 在另一面之第2稜鏡或透鏡等，也能夠使用複折射性、光 學各向同性之任何一種的光學透明樹脂層，不過爲了要依 照所必要的形狀來改變入射光的擴散狀態，必須設定爲經 適當設計過的形狀。 形成第2稜鏡或透鏡等，並以光學透明樹脂層覆蓋的 情況，目的是在具有第2稜鏡或透鏡等側之光學透明樹脂 層的外側，施予入射光的行進路徑控制或更好的聚光效果 • ，還可以形成凹或凸的多角形狀稜鏡、或者透鏡等的凸部 構造等。進而，所形成的稜鏡或者透鏡等，也可以以光學 • 透明樹脂層覆蓋、或者不覆蓋的任何一種。也能夠使用複 學了定 *^^ 發 光爲設 片本 、 過須 薄成 性不必 鏡構 射，， 稜 折成態 ί 形狀 軸 來散 學 層擴 光 脂的 有 樹光 具 明射 內 透入 面 學變 爲 光改。 片 的來狀 薄 種狀形 鏡 一形的 稜 何的過 之 任要計 件 之必設 元 性所當 光 同照適 偏 向依經 的 各要爲 明 -19- 200835949 之大致單軸性的薄片，且至少在其中一面具有剖面呈多角 形狀的複數個稜鏡。 此處「光學軸」是指對於光學各向異性的複折射結晶 ，折射率爲一定，即使入射未偏光的光仍不會產生複折射 的方向。一般，具有「光學各向異性」的材料，也包含對 材料從某一方向施加外力或電壓，則會變化該光學性質的 材料的情況。然而，本發明所使用之稜鏡薄片爲在不受到 外部的影響的狀態下呈現光學各向異性的稜鏡薄片，具體 上是指具有複折射性的薄片。 另外「面內具有光學軸的大致單軸性」，係指薄膜面 內的座標，將X和y、X _ y平面垂直的座標設爲z的情況 ，使用該3個方向的折射率nx、ny、nz，則成爲nx> ny# nz、或iiy〉nx=?nz。此時’ x-y平面上’ nx和ny任何一'個 的折射率較大的方向爲「遲相軸」，折射率較小的方向爲 「進相軸」。 另外，構成本發明的稜鏡薄片之稜鏡薄片的遲相軸方 向的折射率及進相軸方向的折射率之差（面內最大折射率 差）最好是〇·15以上。更好的是0.20以上，再更好的是 0.24以上。此處，對於熱可塑性樹脂，當面內折射率差爲 0.24時，從該折射率差所計算出的臨界角，幾乎都不到 6 0度。因此，若面內最大折射率差爲0.2 4的話，能夠將 所形成稜鏡的剖面設定爲正三角形，故可以獲得既是簡單 的稜鏡構造又有很高的偏光分離性能。 用來獲得面內具有光學軸之大致單軸性的薄片之材料 -20- 200835949 中，例如無機材料可以列舉出：方解石（caC〇3)、水晶 (Si02 )、金紅石（Ti〇2 )、以及鈮酸鋰（LiNb〇3 )等的 非等方晶系的結晶體。另外，有機材料列舉有：朝向分子 鏈爲相同方向配向之液晶相或高分子材料等。本發明基於 熱的穩定性、操作性、加工容易性等的觀點，這些當中材 料，最好是採用高分子材料。 此處’本發明所使用的高分子材料，只要該高分子鏈 本身不具有自我組織化等之特異的配向特性，尤其在未施 予配向處理的狀態下，可以列舉有光學各向同性的材料。 用來對高分子材料施予光學各向異性（複折射性）的配向 處理’可以列舉有在刷磨處理後將高分子材料塗佈在刷磨 處理表面的方法、或者延展加工處理方法等。依據配向處 理’可以使在配向處理面內對於加工處理方向成平行方向 及成垂直方向所分別不同的折射率顯現，藉由此方式，可 以對高分子材料施予光學各向異性（複折射性）之配向處 理。對高分子材料施予光學各向異性（複折射性）之配向 處理並沒有特別的限定，由於是一種對於大面積可以均等 地加工且有高度的生產性的方法，故最好是採用延展加工 處理。 本發明所使用的高分子材料並沒有特別的限定，但基 於延展加工性的觀點，最好是熱可塑性樹脂。可以列舉有 :例如聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate )、聚對苯二甲酸 丁二酯（polybutylene terephthalate ) 、聚萘二甲酸乙二酯（polyethylene naphthalate )等的芳 -21 200835949 香族聚酯；聚碳酸酯（polycarbonate)、聚甲基丙儲酸甲 酯（polymethyl methacrylate )等的甲基丙烯酸酯類；聚 乙烯醚類（polyvinyl ether);聚乙烯（polybutylene)、 聚丙烯（polypropylene)等的聚烯烴類；聚苯乙烯類（ polystyrene );尼龍6 ( nylon 6 )等的脂肪族聚醯胺等。 一般，容易顯現光學各向異性（複折射性）之高分子 材料係在高分子材料的分子鏈具有分極率很大的骨骼（例 如，芳香族環等），藉由延展加工來產生分子鏈很大的配 向之材料。基於這個觀點最好是聚碳酸酯（polycarbonate )、聚對苯二甲酸乙二酯（polyethylene terephthalate) 、聚萘二甲酸乙二酯（polyethylene naphthalate ) ’ 由於 複折射性極高，所以聚萘二甲酸乙二酯特別理想。 〔稜鏡〕 構成本發明的偏光元件之稜鏡薄片，最少在其中一面 具有剖面呈多角形狀的複數個稜鏡。使用稜鏡薄片，可以 避免由複折射性材料所組成的多層構造薄膜（D-BEF)或 作成連續相及不連續相的聚合混合物（polymer blend)薄膜 之嚴密的折射率控制或多層層積控制等之製造上的問題。 第1實施形態之第1圖中的偏光元件1中，稜鏡3爲 大致成平行配置的柱狀形狀，該剖面爲三角形。稜鏡薄片 2的遲相軸與稜鏡3的柱狀方向大致成平行，進相軸與稜 鏡3的柱狀方向大致成垂直（稜鏡3的剖面方向）。遲相 軸方向的折射率爲1.78，進相軸方向的折射率爲1.54,面 -22- 200835949 內最大折射率差爲〇· 24。此處，可以算出折射率從 到1.54之射入（折射率差0.24)的臨界角爲59.9度。 然後，三角柱狀稜鏡3的剖面構造爲角度60度 三角形，以使該稜鏡3的斜邊與包含稜鏡薄片2的遲 及進相軸的面之夾角角度（稜鏡底角）成爲臨界角（ 度）以上。 然後，使該棱鏡3的斜邊與包含稜鏡薄片2的遲 及進相軸之面的夾角角度（棱鏡底角）爲臨界角（5 9. )以上，三角柱狀稜鏡3的剖面構造成爲角度60度 三角形。 第1實施形態的稜鏡薄片2中，從與具有稜鏡3 (棱鏡薄片2的上面）相反側之面（棱鏡薄片2的底 垂直入射的光，行進到稜鏡薄片2的內側，碰觸到稜 。此時，s偏光以對於稜鏡3與光學透明樹脂層4的 之法線方向成60度入射，故入射角度成爲臨界角度 ，因而進行全反射。 全反射的s偏光，入射光的行進方向爲0度時， 向對於入射光成6 0度方向行進。全反射的入射光， 垂直地入射至稜鏡3另一方的面而透過稜鏡3，但由 垂直入射，故除了折射率差所造成的表面成分之外的 不會受到界面造成折射的影響直線行進。 接著，透過稜鏡3的入射光’行進到光學透明樹 4，對於光學透明樹脂層4與空氣的界面之法線方向^ 度入射。此時，從光學透明樹脂層4往空氣入射的臨 1.78 的正 相軸 59.9 相軸 9度 的正 的面 面） 鏡3 界面 以上 則朝 雖會 於是 光， 脂層 δ 60 界角 -23- 200835949 爲40.5度，故會在界面引起全反射，入射 射的光源側。這點符合以後述的「所預期的 射（反射的光以對於與包含棱鏡薄片2的遲 之面成垂直入射之垂直光線成45度以上不娶 進行反射（光學透明樹脂層由熱可塑性樹脂 塑性樹脂的折射率爲1.45的情況））的條 用稜鏡構造，能夠將s偏光回歸到入射側。 φ 本來，稜鏡是指具有2個以上光學平面 ^ 是至少有1組的面不是近似平行的稜鏡。一 料爲玻璃等的光學等方體，包括有令光線反 之直角稜鏡或正像棱鏡、5角稜鏡等。其中 之稜鏡的基本形態爲三角柱，也有將此形狀 的情況。本發明的偏光元件之稜鏡是一種稜 片一體化的棱鏡，棱鏡薄片的表面爲剖面呈 狀構造。 • 另外，由於形成爲光可以用面來均等地 故稜鏡最好是大致成平地配置，又由於在棱 " 上得到相等的光反射特性，故該形狀最好是 ~ 發明中，構成剖面呈多角形狀的柱狀棱鏡成 反覆並排之構造則特別理想。 另外，本發明所使用之稜鏡薄片的稜鏡 並沒有特別的限定，若爲可以以所期待的角 稜鏡的光之形狀的話，可以設成任意的多角 基於既是單純的圖形又容易製作的觀點，多 光則返回到入 角度」進行反 相軸及進相軸 11 90度的角度 組成，且熱可 件。因此，利 之透明體，也 般，稜鏡的材 射來改變方向 ，分光所使用 稱爲稜鏡形裝 鏡的一邊與薄 多角形狀的凸 反射之構造， 鏡的長度方向 柱狀。即是本 平行且連續地 剖面之形狀， 度反射入射到 形狀。然而， 角形狀最好是 -24- 200835949 三角形狀。因此，第1圖所示的實施形態的稜鏡薄片2的 稜鏡3則是本發明的偏光元件中最理想的實施形態。 此處，針對以上述的「所預期的角度」反射進行說明 。爲了要使本發明的偏光元件顯現功能，對於包含稜鏡薄 片的遲相軸及進相軸之面成垂直入射之垂直光線的反射光 ，在該垂直光線的行進方向爲0度的情況，必須以對於該 垂直光線成45度以上，不到90度的範圍的角度進行反射 (光學透明樹脂層由熱可塑性樹脂組成，且熱可塑性樹脂 的折射率爲1.45以上的情況）。以該角度反射的光，穿 過覆蓋著棱鏡的光學透明樹脂層內，碰觸到光學透明樹脂 層與空氣的界面。此時，光學透明樹脂層由熱可塑性樹脂 組成，且分子鏈骨骼中含有芳香族環的情況，光學透明樹 脂層之折射率的下限可以設定爲1.45。然後，光學透明樹 脂層的折射率爲1.45的情況，光從光學透明樹脂層往空 氣（折射率1 )射入時的臨界角爲43.6度。因此，對於包 含稜鏡薄片的遲相軸及進相軸之面成垂直入射之垂直光線 的反射光（行進方向爲〇度），在經由稜鏡與光學透明樹 脂層的界面，以45度以上，不到90度的角度反射的情況 ，形成爲以光學透明樹脂層與空氣的界面進行全反射，回 歸到入射側。這點是爲了要利用稜鏡構造來將偏光成分回 歸到入射側所必要的構造。 〔凸部構造〕 本發明的偏光元件所使用的稜鏡薄片，也可以在其中 -25- 200835949 一面側具有剖面由曲線所組成的複數個凸部構造（第2實 施形態）。該凸部構造由於是擔負透鏡的功能，故即使是 從擴散光源以各種的角度入射的光，仍能夠予以折射、聚 光，以使對於包含稜鏡薄片的遲相軸及進相軸之面大致成 垂直方向的成分增多比率。 使用其中一面側具有剖面由曲線所組成的複數個凸部 構造之稜鏡薄片之第2實施形態的偏光元件1 1 (第3圖） 中，凸部構造14爲大致成平行配置的柱狀形狀，該剖面 爲半橢圓。稜鏡薄片2的遲相軸與凸部構造1 4的柱狀方 向大致成平行，進相軸與凸部構造1 4的柱狀方向大致成 垂直（凸部構造14的剖面方向）。 第2實施形態中，從具有稜鏡薄片12的凸部構造14 側所入射的光，進入稜鏡薄片1 2之凸部構造1 4側的光學 透明樹脂層1 5，到達與稜鏡薄片1 2的凸部構造1 4的界面 。此時，光學透明樹脂層1 5與凸部構造1 4的界面則會依 照折射的法則來引起折射。第2實施形態的偏光元件1 1 中，凸部構造15爲凸透鏡形狀，故例如，即使是從擴散 光源以各種的角度入射的光，仍能夠予以折射，以使對於 包含棱鏡薄片的遲相軸及進相軸之面大致成垂直方向的成 分增多。 第2實施形態的偏光元件1 1中，稜鏡薄片1 2的凸部 構造14，藉由具有與稜鏡薄片12之進相軸方向的折射率 大致相同的折射率之光學透明樹脂層覆蓋，故對於折射率 大致相同的方向之偏光，光學上變成透明，完全不會有作 -26- 200835949 用，但對於與光學透明樹脂層具有折射率差的方向之偏光 ，由於存在有折射率界面，故有作爲透鏡的作用。另外， 藉由具有與稜鏡薄片1 2之進相軸方向的折射率大致相同 的折射率之光學透明樹脂層，覆蓋稜鏡薄片12的凸部構 造1 4，可以藉由透鏡效果來提高利用稜鏡薄片的稜鏡形狀 所回歸之光的遞歸性。 因此，第2實施形態的偏光元件1 1可以同時顯現第1 0 效果及第2效果，該第1效果爲對於折射率大致相同的方 , 向之偏光，不會在光入射到偏光元件時改變所設計之擴散 光的擴散狀態予以透過，該第2效果則爲可以更加提高利 用稜鏡形狀所回歸之光的遞歸性。 剖面由曲線所組成的凸部構造，可以列舉有例如柱狀 透鏡型的構造。另外，凸部構造的剖面，可以列舉有例如 拋物線、橢圓、圓以及這些的組合所組成的形狀、或是將 這些形狀以直線切割之半圓、半橢圓等。 Φ 進而，由於形成爲光可以利用平面均等地折射之構造 ，故凸部構造最好是大致成平行配置，又由於在稜鏡的長 ^ 度方向上得到相等的光反射特性，故該形狀最好是柱狀。 、 即是本發明中，使用具有剖面由曲線所組成的複數個凸部 構造之稜鏡薄片時，剖面由曲線所組成之複數個柱狀的凸 部構造，構成平行且連續地反覆並排之構造則特別理想。 此外，使用具有剖面由曲顯所組成的複數個凸部構造 之稜鏡薄片的情況，複數個凸部構造及多角形狀稜鏡，對 於該柱狀方向爲相同方向，在製法上或提高偏光分離功能 -27- 200835949 上皆較爲理想。 〔稜鏡薄片的製造方法〕 構成本發明的偏光元件之稜鏡薄片的代表性製造方法 ，可以列舉有例如進行製作薄片，對該薄片，依照稜鏡形 狀和需求，施予凸部構造的加工之後，朝向稜鏡的柱狀方 向等進行薄片的延展加工之方法、或薄片製作後，進行該 薄片的延展加工，之後依照依照稜鏡形狀和需求來實施凸 部構造的加工之方法、或只對該薄片施予稜鏡形狀或凸部 構造任何一方進行加工後，進行薄片的延展加工，之後， 再實施其餘構造的加工之方法等。 (薄片的製造） 薄片的製造方法並沒有特別的限定，可以採用眾知的 任何一種方法。列舉有例如：溶解在溶劑中來流延成型之 溶劑流延法、在固體狀態下混合攪拌後從模型等擠出薄片 之擠壓成型法、在固體狀態下混合攪拌後利用軋輥來形成 薄片之壓延法、利用壓模等來形成薄片之壓模成型法等。 本發明基於生產穩定性、加工性等的觀點，這些方法中最 好是採用擠壓成型法。 (延展加工） 延展加工的方法並沒有特別的限定，可以採用眾知的 任何一種方法。列舉有例如：拉幅延展法、輥子間壓縮延 -28- 200835949 展法等。本發明中，由於必須進行用來使複折射性顯現之 折射率控制，故折射率容易控制，且基於可以均等地展延 的觀點，最好是利用輥子間壓縮延展法或拉幅延展法進行 1軸展延。 (棱鏡形狀的加工） 例如’在薄片進行延展加工之前進行柱狀稜鏡形狀的 加工的情況，最好是利用柱狀稜鏡的壓印構造對於輥子的 迴轉方向成平行地進行切削之雕刻輥子，將薄片抵觸在該 輥子來進行複製之方法 此時，若爲由高分子材料所形成的薄片時的話，可以 將成型之後硬化前的薄片抵觸在雕刻輥子，以進行稜鏡形 狀的加工。或者使用硬化後的薄片時，可以將雕刻輥子予 以加熱，一面將高分子保持在熱壓模狀態，一面與雕刻輥 子接觸，以進行稜鏡形狀的加工。這些方法當中，基於形 狀複製性的觀點，最好是將雕刻輥子抵觸在成型之後硬化 前的高分子薄片。 在薄片進行延展加工後進行棱鏡形狀的加工的情況， 也可以採用眾知的任何一種方法，例如：可以列舉有雷射 切削加工或奈米機械切削加工等的物理式的微切削加工技 術等。 稜鏡形狀加工後延展高分子薄片的情況，朝向所形成 之稜鏡的柱狀方向進行延展，可以在保持原來複製的稜鏡 形狀的狀態下，對薄片施予光學各向異性（複折射性）。 -29- 200835949 因此，本發明的偏光元件所使用的稜鏡薄片，基於製造上 的容易度，最好是在棱鏡形狀進行加工後朝向棱鏡柱狀方 向延展，因而使用具有正的折射率各向異性的材料的情況 ，最好是棱鏡薄片的遲相軸與稜鏡的柱狀方向大致成平行 ，一方面，使用具有負的折射率各向異性的材料的情況， 最好是稜鏡薄片的遲相軸與稜鏡的柱狀方向大致成垂直（ 進相軸與棱鏡薄片的柱狀方向大致成平行）。 (凸部構造的加工） 使用具有剖面由曲線所組成的複數個凸部構造之薄片 稜鏡的情況，凸部構造可以與上述稜鏡形狀的加工同樣的 方式進行加工。也可以採用例如柱狀稜鏡的壓印構造對於 輥子的迴轉方向成平行地進行切削之雕刻輥子，還可以採 用雷射切削加工或奈米機械切削加工等的物理式的微切削 加工技術等。 • 另外，凸部構造加工後延展高分子薄片的情況，朝向 所形成之凸部構造的柱狀方向延展，可以在保持原來複製 — 的稜鏡形狀的狀態下，對薄片施予光學各向異性（複折射 ， 性）。因此，當要製造具有剖面由曲線所組成的複數個凸 部構造之棱鏡薄片時，基於製造上的容易度，最好是在凸 部構造進行加工後朝向凸部構造柱狀方向延展，因而使用 具有正的折射率各向異性的材料的情況，最好是稜鏡薄片 的遲相軸與凸部構造的柱狀方向大致成平行，一方面，使 用具有負的折射率各向異性的材料的情況，最好是稜鏡薄 -30- 200835949 片的遲相軸與稜鏡的柱狀方向大致成垂直（進相軸與稜鏡 薄片的柱狀方向大致成平行）。 另外’當要製造具有剖面由曲線所組成的複數個凸部 構造之稜鏡薄片時，也能夠同時設定稜鏡形狀及凸部構造 。此情況’可以採用柱狀稜鏡級凸部構造的壓印構造對於 輥子的迴轉方向成平行地進行切削之2個雕刻輥子，以使 由高分子材料所形成的薄片通過該2個雕刻輥子的方式設 置，一次就形成稜鏡及凸部構造。 〔光學透明樹脂層〕 構成本發明的偏光元件之光學透明樹脂層係光學各向 同性，且與上述稜鏡薄片之進相軸方向的折射率大致相同 ，覆蓋棱鏡薄片的稜鏡。將光學透明樹脂層設定成與稜鏡 薄片之進相軸方向的折射率大致相同，p偏光成分不會使 透過稜鏡之光的行進方向折射，又s偏光成分能夠實現利 用稜鏡進行光的反射遞歸，且實現反射型偏光分離特性。 此處，「大致相同」係指折射率的差爲0 . 〇 5以下， 最好是〇 · 〇 3以下的範圍，再更好是0.0 1以下的範圍。棱 鏡薄片之進相軸方向的折射率與光學透明樹脂層的折射率 之差愈小’則愈可以獲得具有更高的偏光分離特性之偏光 元件。 此外’以光學透明樹脂層覆蓋複數個棱鏡的表面最好 是平滑。這點是因使利用棱鏡反射的s偏光成分，經由光 學透明樹脂層與空氣的界面，再度進行全反射，回歸到入 -31 - 200835949 射側之故；因此，光學透明樹脂層的表面擔負用來使反射 型偏光分離特性顯現的一種任務。如果，在稜鏡側的光學 透明樹脂層與空氣的界面（偏光元件的稜鏡側之光學透明 樹脂層的表面），存在著因防眩等的處理或有機物充塡劑 處在分散狀態而造成的突起等的情況，入射至偏光元件的 光會因光學透明樹脂層與空氣的界面而導致亂反射，要獲 得光的回歸特性則會有困難。 另外，本發明的偏光元件，最好是以光學透明樹脂層 覆蓋棱鏡薄片所形成的面（偏光元件的棱鏡側之光學透明 樹脂層的表面），與包含稜鏡薄片的遲相軸及進相軸之面 大致成平行。利用大致成平行，透過稜鏡薄片的光，之後 穿過光學透明樹脂層到達與空氣的界面時，可以在面內均 等地保持透過或反射的光學特性。 進而’構成本發明的光學透明樹脂層之光學透明樹脂 ’必須在可視領域內很少吸收或是在可視領域內實質上不 會吸收。具體上在波長400 nm以上，800 nm以下的範圍 ’將光學透明樹脂設定爲100 μιη的薄膜的情況，必須該薄 膜的光線透過率爲80%，最好是85%以上，再更好是90% 以上。 另外’構成本發明的光學透明樹脂層之光學透明樹脂 ’最好是對於稜鏡薄片的棱鏡表面呈現良好的密合性。 然且，光學透明樹脂層必須是光學各向同性。對光學 透明樹脂層有複折射性，則與稜鏡薄片之進相軸方向的折 射率大致相同地控制光學透明樹脂層的折射率會有困難， •32- 200835949 並且透過稜鏡薄片的p偏光成分受到光學透明樹脂層的複 折射的影響’會有直線偏光特性變化之虞之故。因而，構 成本發明的光學透明樹脂層之光學透明樹脂，最好是複折 射的顯現性很低，可以列舉有例如光學透明樹脂或者熱或 光的硬化型樹脂等。這些當中，例如在稜鏡薄片上塗佈樹 脂，之後可以迅速地硬化等，基於優異加工性的觀點，最 好是採用硬化型樹脂。 可以構成本發明的光學透明樹脂層之光學透明樹脂， 可以列舉有：例如聚（甲基丙烯酸甲酯）等的丙烯酸樹脂 ;聚乙烯等的聚烯烴；聚對苯二甲酸乙二酯等的聚酯；聚 苯醚 （polyphenylene oxide ) 等的聚醚；.聚乙烯醇（ polyvinyl alcohol)等的乙烯基樹脂；聚胺酯、聚醯胺、 聚醯亞胺、環氧樹脂或者採用2種以上的構成這些的單體 之共聚合物，再則聚（甲基丙烯酸甲酯）與聚氯乙烯的重 量比爲82: 18的混合物、聚（甲基丙烯酸甲酯）與聚苯 醚的重量比爲65 : 3 5的混合物、苯乙烯-順丁烯二酸酐（ maleic anhydride)與聚碳酸酯的重量比爲77: 23的混合 物等的非複折射性聚合混合物（polymer Mend)等。 可以構成本發明的光學透明樹脂層之硬化型樹脂，列 舉有利用外部激勵能量，經過橋接反應等而硬化的橋接型 樹脂來作爲代表。硬化型樹脂中，存在有藉由紫外線或電 子線等的活性線照射而硬化的活性線硬化型樹脂、及利用 熱來開始橋接反應的熱橋接型樹脂，本發明則是可以適切 地採用該任何一種。 -33- 200835949

可以構成本發明的光學透明樹脂層之活性線硬化型樹 脂，可以列舉有例如紫外線硬化型樹脂來作爲代表。具體 上可以列舉有紫外線硬化型聚酯丙烯酸酯（polyester acrylate )系樹脂、紫外線硬化型丙烯酸聚胺酯（acrylic urethane )系樹脂、紫外線硬化型甲基丙烯酸酯（ methacrylate )系樹脂、以及紫外線硬化型聚醇丙烯酸酯 (polyol acrylate )系樹脂等。這些當中，基於加工穩定 性的觀點，光聚合性單體（低聚物），最好是採用三羥甲 基两院三丙嫌酸酯（trimethylolpropane triacrylate)、二 經甲基丙院四丙矯酸酯（dimethylolpropane tetraacrylate )、戊四醇三丙儲酸酯（pentaerythriol triacrylate)、戊 四醇四丙儀酸酯（pentaerythriol tetraacrylate)、戊四醇 五丙嫌酸酯（pentaerythriol pentaacrylate)、二戊四醇六 丙焴酸酯（dipentaerythriol hexaacrylate)、院基變性二 戊四醇戊四醇（dipentaerythriolpentaerythriol)等。 可以構成本發明的光學透明樹脂層之電子線硬化型樹 脂，列舉有例如具有丙烯酸酯系的官能基之樹脂，具體上 列舉有較高分子量聚酯丙烯酸酯樹脂、聚醚丙烯酸酯樹脂 、丙烯丙烯酸酯樹脂、環氧丙烯酸酯樹脂、聚胺丙烯酸酯 樹脂、聚丁二烯丙烯酸酯樹脂等。 另外，可以構成本發明的光學透明樹脂層之熱硬化型 樹脂，可以列舉有例如環氧樹脂、苯氧樹脂、苯氧醚樹脂 、苯氧酯樹脂、丙烯酸樹脂、三聚氰樹脂、酚醛樹脂、胺 酯樹脂、或是這些的混合物。 -34- 200835949 〔光學透明樹脂層的製造方法〕 本發明的偏光元件之光學透明樹脂層的製造方法，最 好是採用依照稜鏡薄片的稜鏡面及需求，對凸部構施予光 學透明樹脂材料的塗佈加工的方法。塗佈加工方法並沒有 特別的限定，可以採用眾知任何一種的方法。可以列舉有 例如噴塗、浸塗、噴淋塗、凹板塗佈、網板塗佈、棒式塗 佈、壓鑄模塗佈、突唇塗佈等，但因較容易控制Ιμπι以上 ，ΙΟΟμιη以下程度的膜厚，所以最好是採用凹板塗佈、網 板塗佈、棒式塗佈、壓鑄模塗佈、突唇塗佈等。 〔偏光元件的用途〕 本發明的偏光元件可以當作反射型偏光元件來使用。 在雙色性偏光元件等的偏光板夾入液晶胞的液晶面板之與 觀測者側相反側（背光側），配置本發明的反射型偏光元 件，藉此可以提高提高光的利用效率，該結果，可以獲得 既高亮度又小耗電量之液晶顯示裝置。本發明的偏光元件 可以用於扭轉向列型（twist nematic )、垂直配向型、 OCB ( optically compensated bend)配向型、平面切換型 (in plane switching (IPS) mode)等的 TFT 液晶顯示裝置 等的使用背光及雙色性偏光元件之全部的液晶型。 另外，本發明的偏光元件可以當作偏光分離元件來用 於液晶顯示裝置的一種之液晶投影機。將本發明的偏光元 件用於液晶投影機的情況，在光源與RGB液晶顯示面板 -35 - 200835949 之間配置偏光元件，偏光元件則可以選擇性地只取出SP 偏光成分的其中一方。 進而，本發明的偏光元件’與具有光學功能的其他層 層積在一起，可以作爲顯現各種的功能之光學構件來應用 。具有可層積的光學功能之光學層，可以列舉有例如吸收 型偏光元件。此處，吸收型偏光兀件是一種某一方向的偏 光吸收，對於該偏光成90度的方向之偏光則透過之光學 構件，可以列舉有例如讓雙色性色素等配向分散之熱可塑 性樹脂薄膜來作爲該一個例子。 另外，可層積另外的光學層，可以列舉有例如相位差 層。此處，相位差層是指施予相位差的層，可以列舉有例 如透明熱可塑性合成高分子薄膜進行延展加工過之相位差 薄膜來作爲該一個例子。其他的相位差層可以列舉有例如 爲複折射性材料，成爲形成塗佈層時對於塗佈層朝向法線 方向具有光學軸之層，且成爲正的相位差波長分散特性之 反射波長，處在紫外線領域之扭轉配向之聚合性的螺旋向 列型（chiral nematic)液晶層、垂直配向（homeotropic alignment)之聚合性的圓盤狀液晶層、將塗佈時對於塗佈 層朝向法線方向具有相位差顯現性的材料予以塗佈之層或 者具有朝向厚度方向呈放射線狀配置有折射率橢圓體之混 合的構造之相位差層；本發明的偏光元件也能夠與該任何 一種組合在一起。與這些相位差層組合在一起，可以提供 圓偏光膜或橢圓偏光膜。 -36- 200835949 實施例： 以下，利用實施例來更具體地說明本發明，只要不超 越本發明的精神，並不侷限於本實施例。 <測定/評估方法> 實施例係針對以下的項目，以以下的方法來進行測定 /評估。 〔折射率〕 使用阿貝氏折射計（Abbes refractometer，日本7夕 5公司製造，商品名：阿貝氏折射計NAR-4T)，進行折 射率測定。至於複折射材料則是將偏光板應用在光源，對 光學軸射入平行的直線偏光，測量進相軸和遲相軸的折射 率。 〔光線透過率T〕 使用分光光度計（日本日立製作所製造，型式：U-4000)，在400 nm以上，700 nm以下波長區域，每隔10 nm求出光線透過率t ( λ )，從所得的結果，利用下述的 式子，算出光線透過率Τ。此外，式子中，Ρ ( λ )爲標 準光（C光源）的分光分布，y ( λ )則爲根據2度視野X 、Υ、Ζ系的等色函數 -37- 700 200835949

τ J Ρ U)-y U)· t ⑴ 400___ 700 " J P (Λ) · y (Λ) 400 άλ

dA 〔偏光度P〕 使用吸收型偏光元件（日本寸y u 7 7公司製造，商 品名：HLC 2-2518，偏光度：99.9 )來作爲其中一方的偏 光元件，並使用本發明的偏光元件來作爲另一方的偏光元 件，將吸收型的偏光元件配置在分光光度計（日本日立製 作所製造，型式·· U-4000 )的光源側，再將本發明的偏光 元件配置在檢測器側，測定2種的光線透過率。以2片的 偏光元件各別的透過軸方向相同的方式重疊的情況之透過 率設爲Tp (平行透過率），以2片的偏光元件各別的透 過軸方向爲垂直的方式重疊的情況之透過率設_ T c (垂 直透過率），利用下述的式子（2)，算出偏光度p°此 外，此處的透過軸係指對於垂直入射的直線偏光’偏光元 件的光透過率爲最大的方位 [數2] P = p - T c VTp + Τ c -38 - 200835949 〔厚度〕 稜鏡薄片和偏光元件的厚度係利用電子測微計（曰本 7 y U V公司製造），進行測定。 〔稜鏡和凸部構造的大小〕 進行棱鏡薄片的凍結切割，以獲得棱鏡或者凸部構造 的剖面，用顯微鏡（日本牛一工 只公司製造的數位顯微 鏡V Η X - 5 0 0 )來觀察該剖面形狀’藉此來測量棱鏡和凸部 構造的大小。 〔亮度增加率〕 用亮度計（日本MINOLTA公司製造，型式：LS-110 )來測定對於液晶顯示畫面成垂線方向的亮度，對於液晶 顯示元件測定使用偏光元件的情況及不使用偏光元件的情 況，算出使用偏光元件的情況的亮度增加率。 <實施例1 > - 〔聚萘二甲酸乙二酯的合成〕 使用乙酸銘4水鹽0.03 (cobaltous acetate4)質量°/〇 ，依照常用法則來作爲酯轉換觸媒，使2,6-萘二甲酸二甲 酯（dimethyl 2,6-naphthalenedicarboxylate ) 100 質量 ％及 乙二醇（ethylene glycol) 60質量％進行酯轉換反應。之 後添加磷酸三甲酯（trimethyl phosphate) 0.023質量％ ’ 實質上使酯轉換反應結束。接著，添加三氧化二銻（ -39- 200835949 antimony trioxide) 0·〇24質量％，在局溫真空下’以通吊 法則，進行聚縮合反應’獲得固有黏度（利用酚/四氯乙 烷混合溶媒（質量比1 : 1 )在35°C下進行測定）0.62dL /g 的聚萘二甲酸乙二酯（p〇1yethylenenaPhthalate)。 〔薄膜的製作〕 所獲得的聚萘二甲酸乙二酯的顆粒，在1 8 0 °C下經3 小時乾燥過後，供應給擠壓機塡料器。以溶解溫度3 0 0 °c 進行熔解，熔解聚合物經由9 ·0 mm的細縫狀的模型’擠 壓在表面溫度40 °c的旋轉冷卻滾筒上，穫得聚萘二甲酸乙 二酯未延展薄膜。 〔稜鏡形狀的加工〕 使用形成有1邊爲52μιη的正三角形柱狀連續地並排 在平面的圖案之鎳板，作爲模具，將該模具加熱至2 7 0度 之後，將模具推壓向所獲得的未延展薄膜，對未延展薄膜 進行模具圖案的壓模複製加工。藉由此方式，1邊爲52μιη 之正三角形柱狀的稜鏡，連續性地形成在聚萘二甲酸乙二 酯薄膜表面。 〔延展（稜鏡薄片的製作）〕 對於形成有稜鏡的聚萘二甲酸乙二酯薄膜，朝向三角 柱狀的稜鏡之柱狀方向，在125 °C的延展溫度下，實施 3.0倍的1軸延展加工，接著，在2 3 0 °C下經1 〇秒鐘進行 -40- 200835949 熱固定，獲得棱鏡薄片。所獲得的稜處 240μπι，稜鏡剖面之正三角形的斜面1邊】 表面具有連續的稜鏡構造。此外，稜鏡之 率爲1 · 8 1 ’與稜鏡的柱狀方向成垂直方向 〔光學透明樹脂層的製作〕 使用紫外線硬化型樹脂（日本東亞合 ，商品名：ARONIX Μ110) 100 質量 ％， 脂層，依序添加光聚合開始劑（日本千A 造，商品名：IRGACURE 184) 3質量％、 甲基-2-丙醇10値量％，攪拌至均勻爲止 。用桿式塗佈器，均等地塗佈所形成的塗 構造覆蓋在稜鏡薄片的稜鏡構造部分，接 燈來照射紫外線，使光學透明樹脂層硬化 在烤箱中保持1 0分鐘，讓稀釋溶媒成分g 揮發，獲得偏光元件。所獲得之偏光元件 ，光學透明樹脂層的折射率爲1 · 5 5。第5 得的偏光元件之剖面圖。 〔測定/評估〕 所獲得之偏光元件的光線透過率爲 9 5.3%。因此，可以確認出偏光元件具有浪 【薄片，厚度爲 I 3 Ομπι，在薄片 柱狀方向的折射 的折射率爲1 . 5 5 成化學公司製造 作爲光學透明樹 •力'彳芊公司製 作爲稀釋劑的1 -，成爲塗佈液體 佈液，以使稜鏡 著，用高壓水銀 。進而，以6 5 °C 勺1-甲基-2-丙醇 的厚度爲250μηι 圖則是表示所獲 44%，偏光度爲 光分離性能。 -41 - 200835949 〔液晶顯示裝置的製作〕 利用所獲得的偏光元件及市售的透過型液晶顯示裝置 ，作成以下構成的液晶顯示裝置，配置成本發明的偏光元 件與相鄰的吸收型偏光元件之光的透過軸爲一致。測定（ 構成）吸收型偏光元件/相位差薄膜/液晶胞/相位差薄 膜/吸收型偏光元件/偏光元件（本發明）/稜鏡薄片/ 稜鏡薄片/擴散薄膜/背光/白色反射薄膜偏光元件的插 φ 入前後之平常白（Normally White)時的亮度增加率，確認 出亮度提升18%的效果。 <實施例2 > 〔薄膜的製作〕 將實施例 1所獲得之聚萘二甲酸乙二酯（ polyethylene naphthalate)的顆粒，在 180 °C 下經 3 小時 乾燥過後，供應給擠壓機塡料器。以熔解溫度300 °C進行 φ 熔解，熔解聚合物經由9.0 mm的細縫狀的模型，擠壓在 表面溫度40 °C的旋轉冷卻滾筒上，穫得聚萘二甲酸乙二酯 - 未延展薄膜。 〔稜鏡形狀和凸部構造的加工〕 使用形成有1邊爲52μπι的正三角形柱狀連續地呈平 行配置在平面的圖案之鎳板、及剖面的高度23 μπι、寬度 5 2μπι的半橢圓形柱狀連續地成平行配置在平面，獲得柱 狀透鏡狀凸部之鎳板，經由切削加工來作成。這些模具加 -42- 200835949 熱到270度之後，用該2片模具來挾持所獲得的未延展薄 膜，進行壓模複製加工，以使模具圖案的柱狀方向變成相 同。藉由此方式，其中一面，1邊爲52μπι之正三角形柱 狀的稜鏡，連續地形成在聚萘二甲酸乙二酯表面，另一面 ，柱狀透鏡狀的凸部構造，連續地形成在聚萘二甲酸乙二 酯表面。 〔延展（稜鏡薄片的製作）〕 對於形成有稜鏡的聚萘二甲酸乙二酯薄膜，朝向三角 柱狀的稜鏡和凸部構造之柱狀方向，在1 25 °C的延展溫度 下，實施3.0倍的1軸延展加工，接著，在230 °C下經10 秒鐘進行熱固定，獲得稜鏡薄片。所獲得的稜鏡薄片，厚 度爲23 Ομιη，連續地形成在其中一面之稜鏡剖面的正三角 形之斜面的1邊爲30μπι，續地形成在另一面的表面之柱 狀透鏡狀凸部構造的高度爲13μιη，寬度爲30μιη。此外， 稜鏡之柱狀方向的折射率爲1 . 8 0，與稜鏡的柱狀方向成垂 直方向的折射率爲1 . 5 5。 〔光學透明樹脂層的製作〕 以與實施例1同樣的方法來獲得塗佈液，作爲光學透 明樹脂。 用桿式塗佈器，均等地塗佈所形成的塗佈液，以使稜 鏡構造覆蓋在棱鏡薄片的稜鏡構造部分，接著，用高壓水 銀燈來照射紫外線，使光學透明樹脂層硬化。另外，令該 -43 - 200835949 薄膜反轉，對於具有凸部構造的面，也是同樣，用桿式塗 佈器，均等地塗佈所形成的塗佈液，覆蓋凸部形狀構造， 之後，用高壓水銀燈來照射紫外線。進而，將兩面形成有 光學透明樹脂層之該薄膜，以65 °C在烤箱中保持1 0分鐘 ，讓稀釋溶媒成分的卜甲基-2-丙醇揮發，獲得偏光元件 。所獲得之偏光元件的厚度爲250μπι，光學透明樹脂層的 折射率爲1 · 5 5。弟6圖則是表不所獲得的偏光兀件之剖面 圖。 〔測定/評估〕 所獲得之偏光元件的光線透過率爲46%，偏光度爲 90.3%。因此，可以確認出偏光元件具有偏光分離性能。 〔液晶顯示裝置的製作〕 利用所獲得的偏光元件及市售的透過型液晶顯示裝置 ，作成以下構成的液晶顯示裝置，配置成本發明的偏光元 件與相鄰的吸收型偏光元件之光的透過軸爲一致。測定（ 構成）吸收型偏光元件/相位差薄膜/液晶胞/相位差薄 膜/吸收型偏光元件/偏光元件（本發明）/稜鏡薄片/ 稜鏡薄片/擴散薄膜/背光/白色反射薄膜偏光元件的插 入前後之平常白（Normally White)時的亮度增加率，確認 出亮度提升28%的效果。 【圖式簡單說明】 -44 - 200835949 第1圖爲本發明的第1實施形態的偏光元件1之立體 圖。 第2圖爲本發明的第1實施形態的偏光元件1之剖面 圖。 第 3圖爲本發明的第2實施形態的偏光元件1 1之立 體圖。 第4圖爲本發明的第2實施形態的偏光元件1 1之剖 面圖。 第5圖爲實施例1所獲得的偏光元件之剖面圖。 第6圖爲實施例2所獲得的偏光元件之剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 ： 偏光元件 2 ： 3 ： 稜鏡薄片 稜鏡 光學透明樹脂層 11 :偏光元件 ^ 12 ••稜鏡薄片， • 1 3 z稜鏡 14 :凸部構造 15 :光學透明樹脂層 -45-

Claims (1)

1. 200835949 十、申請專利範圍 1· 一種偏光元件，是由稜鏡薄片及光學透明樹脂層 所組成之偏光元件，其特徵爲： 前述稜鏡薄片爲面內具有光學軸的大致單軸性之薄片 ’且至少在其中一面具有剖面呈多角形狀的複數個稜鏡， 前述稜鏡之斜面與包含前述稜鏡薄片的遲相軸及進相 軸之面，係根據前述稜鏡薄片之遲相軸方向的折射率及進 相軸方向的折射率，具有臨界角以上的夾角， 前述光學透明樹脂層爲光學各向同性，且光學透明樹 脂層的折射率則爲與前述稜鏡薄片之進相軸方向的折射率 大致相同， 前述複數個稜鏡，以前述光學透明樹脂層覆蓋。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之偏光元件，其中， 前述稜鏡薄片的其中一面，具有剖面呈多角形狀的複數個 棱鏡，另一面，具有剖面由曲線所組成之複數個凸部構造 前述複數個棱鏡及前述複數個凸部構造，以前述光學 透明樹脂層覆蓋。 3 ·如申請專利範圍第1或2項所述之偏光元件，其 中，前述複數個棱鏡大致成平行配置。 4.如申請專利範圍第2或3項所述之偏光元件，其 中，前述複數個凸部構造大致成平行配置。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之偏光 元件，其中，前述稜鏡爲柱狀。 -46- 200835949 6 ·如申請專利範圍第2至5項中任一項所述之偏光 元件’其中，前述複數個凸部構造爲柱狀。 7 ·如申請專利範圍第〗至6項中任一項所述之偏光 元件’其中，前述稜鏡的剖面爲三角形狀。 8 ·如申請專利範圍第2至7項中任一項所述之偏光 元件’其中，前述凸部構造爲凸透鏡形狀。 9 ·如申請專利範圍第5至8項中任一項所述之偏光 Φ 元件’其中，前述稜鏡薄片的遲相軸，與前述稜鏡的柱狀 . 方向’大致成平行或是大致成垂直。 10·如申請專利範圍第6至9項中任一項所述之偏光 元件’其中，前述稜鏡薄片中，前述稜鏡的柱狀方向與前 述凸部構造的柱狀方向爲大致相同方向。 1 1.如申請專利範圍第1至1 0項中任一項所述之偏 光元件’其中，前述稜鏡薄片之遲相軸方向的折射率與進 相軸方向的折射率之差爲0.1 5以上。 • 12 ·如申請專利範圍第1至1 1項中任一項所述之偏 光元件，其中，前述光學透明樹脂層的折射率與前述稜鏡 Λ 薄片之進相軸方向的折射率之差爲0.0 5以下。 • 13.如申請專利範圍第1至1 2項中任一項所述之偏 光元件，其中，前述稜鏡薄片，由熱可塑性樹脂所組成。 14·如申請專利範圍第13項所述之偏光元件，其中 ’即述棱1¾薄片係由聚蔡—^甲酸乙—醋（polyethylene naphthalate)所組成。 15.如申請專利範圍第1至14項中任一項所述之偏 -47- 200835949 光元件，其中，以前述光學透明樹脂層，覆蓋前述複數個 稜鏡所獲得之面，與包含前述稜鏡薄片的遲相軸及進相軸 之面，大致成平行。 16. 如申請專利範圍第1至15項中任一項所述之偏 光元件，其中，前述光學透明樹脂層，由硬化型樹脂所組 成。 17. —種液晶顯示裝置，是具備有第1偏光板、液晶 胞、第2偏光板、以及光源之液晶顯示裝置，其特徵爲： 前述第1偏光板、前述液晶胞、前述第2偏光板、前 述光源，係依此順序配置， 申請專利範圍第1至16項中任一項所述之偏光元件 ，配置在前述第2偏光板與前述光源之間，且 前述稜鏡薄片的進相軸與前述第2偏光板的透過軸， 大致成平行配置。

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