TWI746623B - 偏光消除元件 - Google Patents

Abstract

本發明之目的在於提供一種可維持透明性較高且減少因透過導致之色調之變化，並且可抑制元件變厚之偏光消除元件，其具有排列有厚度不同之複數個區域之包含液晶之液晶層。

Description

偏光消除元件

本發明係關於一種消除處於偏光狀態之光之該偏光狀態且整體上改變為非偏光狀態之光的偏光消除元件。

相位狀態一致之光(偏光之光)之規則性較強，因此產生干涉，或者無法透過偏光太陽眼鏡等偏光板而產生不良情況，因此，此時需要消除相位一致之狀態(偏光狀態)。 作為實現該目的之方法，例如有應用如專利文獻1所記載之具有較高之相位差之膜之技術、及如專利文獻2所記載般應用具有膜厚不同之複數個區域之元件之技術。 又，亦有如專利文獻3所記載般藉由使具有雙折射之無機粒子分散於透明樹脂中而使其無秩序地折射從而消除偏光狀態之技術。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利第3105374號公報 [專利文獻2]日本專利特開2014-2286號公報 [專利文獻3]日本專利特開2012-88507號公報

然而，如專利文獻1所記載之具有較高之相位差之膜之透過率根據波長而有差異，因此視入射之光之不同，有因透過而導致顏色改變之情況。又，若為如專利文獻2所記載之元件，則導致元件變厚，並且若存在複數個相位差不同之區域，則雖然表現出作為偏光消除元件之功能，但存在波長所決定之透過率出現偏差而導致呈現色調之問題。 又，於使具有雙折射之無機粒子分散於透明樹脂中之技術中，由於分散有折射率不同之粒子，故而透明性受損，導致霧度變高。 因此，鑒於上述問題，本發明之課題在於提供一種偏光消除元件，其可維持透明性較高且減少因透過導致之色調之變化，並且能夠抑制元件變厚。

以下，對本發明進行說明。 本發明之1個態樣係一種偏光消除元件，其對入射之光賦予複數個相位差而出射，且具有排列有厚度不同之複數個區域之包含液晶之液晶層。 於上述偏光消除元件中，液晶層可設為於至少一面上排列有複數個凸部、及形成於相鄰之凸部間之凹部之形態。 於上述偏光消除元件中，液晶層可於至少一面上不規則地排列有複數個凸部、及形成於相鄰之凸部間之凹部。 又，亦可構成為於該凹部設置有包含透明樹脂之凹凸形成層。 又，亦可設為於透明基材之一面上積層有上述液晶層及上述凹凸形成層之偏光消除元件。 又，凸部亦可設為如下構成，即，具有特定之剖面且沿一方向延伸，凸部延伸之方向相對於偏光消除元件之四邊形之外形之邊緣於大於0度且小於90度之範圍內傾斜。 又，液晶層亦可構成為包含聚合性棒狀液晶材料或圓盤狀液晶材料。 又，亦可構成為液晶層包含聚合性棒狀液晶材料或圓盤狀液晶材料，並且凸部具有特定之剖面且沿一方向延伸，且凸部延伸之方向與聚合性棒狀液晶材料、或圓盤狀液晶材料之遲相軸之方向不同。 又，液晶層之最厚之部位與最薄之部位之厚度差可設為5 μm以下。 又，於上述偏光消除元件中，將正面相位差設為Re、將厚度相位差設為Rth時，關於 Nz＝(Rth/Re)＋0.5 所表示之Nz係數，將波長450 nm時之Nz係數設為N₄₅₀ 、將波長550 nm時之Nz係數設為N₅₅₀ 時， N₄₅₀ ＜N₅₅₀ －0.1 可成立。 關於上述液晶層之液晶，將波長450 nm下之雙折射率設為Δn₄₅₀ 、將波長550 nm下之雙折射率設為Δn₅₅₀ 、將波長650 nm下之雙折射率設為Δn₆₅₀ 時，可設為 Δn₄₅₀ ＞Δn₅₅₀ ＞Δn₆₅₀ 之關係。 關於上述偏光消除元件，於波長380 nm以上且780 nm以下之波長範圍內，可使透過率於任一波長下均為0.2以上且0.8以下。 又，可設為如下偏光消除元件，即，於吸收軸正交或平行地配置之2塊偏光板之間，以光軸相對於吸收軸於俯視下呈45°地傾斜之方式配置上述偏光消除元件時，於波長380 nm以上且780 nm以下之波長範圍內，任一波長下透過率均為0.2以上且0.8以下。

而且，使用該偏光消除元件時，亦可提供如下顯示裝置，其包含具備偏光板而出射圖像之顯示單元、及配置於顯示單元之圖像出射側之上述偏光消除元件，且上述2塊偏光板之一者為設於上述顯示單元之偏光板。

上述偏光消除元件之厚度可設為20μm以下。

亦可構成為上述偏光消除元件之霧度值成為5%以下。

又，可提供一種顯示裝置，其包含出射圖像之顯示單元、及配置於顯示單元之圖像出射側之上述偏光消除元件。

可構成為上述偏光消除元件之凸部延伸之方向相對於顯示單元之像素所排列之方向而於大於0度且小於90度之範圍內傾斜。

又，能夠以不產生雲紋之方式構成偏光消除元件之形態。

根據本發明，可形成液晶層之厚度不同之複數個區域，對透過之光賦予不同之複數個相位差，從而整體上消除透過光之偏光狀態。此時，可減小每一可見光波長所決定之透過率之差，因此能夠抑制因透過導致之顏色之變化。而且，由於包含液晶層，故而可使層變薄。

以下，基於圖式所示之形態對本發明進行說明。但是，本發明並不限定於該等形態。於圖式中，為了便於理解，有即便為微小要素亦變形地表示或者放大表示之情況，有於重複配置相同要素時對一部分省略符號之情況。 圖1係對第一形態進行說明之圖，圖1(a)係偏光消除元件10之立體圖，圖1(b)係偏光消除元件10之分解立體圖。由圖1(a)、圖1(b)可知，本形態之偏光消除元件10具有基材11、凹凸形成層12、及液晶層15而構成。 基材11為成為用以於其一面上積層凹凸形成層12、及液晶層15之基材之透明層。作為形成基材11之材料，可使用各種材料。其中，可使用作為構成光學元件之構件之材料廣泛使用的、具有優異之機械特性、光學特性、穩定性及加工性等並且能夠價格低廉地獲取之材料。其中，例如可列舉具有脂環式結構之聚合物樹脂、甲基丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、ABS樹脂、聚醚碸等熱塑性樹脂、或者環氧丙烯酸酯或丙烯酸胺基甲酸酯系之反應性樹脂(游離輻射硬化型樹脂等)、三乙醯纖維素樹脂、聚對苯二甲酸乙二酯樹脂(PET)、及玻璃等。 而且，其厚度可於10 μm以上且1000 μm以下之範圍內構成。 凹凸形成層12係對液晶層15賦予厚度不同之複數個部位之層，於本形態中，具有間隔地排列有複數個凸條13。因此，於配置有凸條13之部位，凸部12a、凸條13之間成為凹部12b，且重複地排列該凸部12a及凹部12b。 於本形態中，凸條13為具有四邊形剖面之四角柱狀，且複數個凸條13以其柱狀之軸線平行之方式沿基材11之一面並排。 作為形成凹凸形成層12之凸條13之材料，可使用各種材料。其中，可使用作為構成光學元件之構件之材料廣泛使用的、具有優異之機械特性、光學特性、穩定性及加工性等並且能夠價格低廉地獲取之材料。其中，例如可列舉具有脂環式結構之聚合物樹脂、甲基丙烯酸系樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯乙烯樹脂、丙烯腈-苯乙烯共聚物、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、ABS樹脂、聚醚碸等熱塑性樹脂、或者環氧丙烯酸酯或丙烯酸胺基甲酸酯系之反應性樹脂(游離輻射硬化型樹脂等)、三乙醯纖維素樹脂等。 至此所說明之基材11與凹凸形成層12可無邊界地為一體，亦可為於基材11之面積層凹凸形成層12並接著有其他構件之形態。 作為製造過程，可列舉擠出成形、賦形、及光微影法等。於利用擠出成形進行製造之情況下，可一體地形成基材11、及凹凸形成層12。又，於藉由賦形進行製造之情況下，可於基材11上賦形凹凸形成層12而形成，於該情況下，基材層11與凹凸形成層12可為相同之樹脂材料，亦可為不同之材料。 液晶層15係積層於凹凸形成層12之包含液晶材料之層。因此，於液晶層15中之與凹凸形成層12相接之側之面具有與凹凸形成層12之凹凸相反之凹凸。即，液晶層15以填滿凹凸形成層12之凹部12b之方式具備凸部15a，且以被凹凸形成層12之凸部12a填滿之方式具備凹部15b。因此，於本形態中，凹凸形成層12與液晶層15具有凹凸界面地相接。 另一方面，液晶層15中之與凹凸面側為相反側之面於本形態中係設為平滑面。但是並不限定於此，亦可形成其他凹凸面。 此處，關於構成液晶層15之液晶，將波長450 nm下之雙折射率設為Δn₄₅₀ 、將波長550 nm下之雙折射率設為Δn₅₅₀ 、將波長650 nm下之雙折射率設為Δn₆₅₀ 時，亦可設為 Δn₄₅₀ ＞Δn₅₅₀ ＞Δn₆₅₀ 之關係。即，亦可使用具有相位差於可見光區域中自短波長側至長波長側減小之波長分散性(正分散性)之液晶層。 先前，作為具有與正分散性相反之特性之逆分散性(即，相位差於可見光區域中自短波長側至長波長側增大之波長分散性)之材料，已知有使用茀之聚碳酸酯共聚合樹脂，但若使用該樹脂，則會導致構件變厚。 就液晶材料而言，可列舉具有逆分散性之聚合性液晶化合物。然而，若為此種聚合性液晶化合物則雖能夠薄膜化，但成本較正分散性材料高，就大量供給製品之觀點而言存在問題。 相對於此，於本形態中，藉由設為上述構成，可使用正分散性之液晶材料，抑制成本並且不呈現色調地製作更薄之偏光消除元件。 構成液晶層15之液晶材料並無特別限定，例如可列舉如以下化學式所表示之(1)～(17)之棒狀液晶材料。 [化1]

[化2]

其中，可使用包含聚合性棒狀液晶材料者。作為此時之聚合性官能基，例如可列舉藉由紫外線、電子束等游離輻射、或熱之作用進行聚合者。作為具體例，可列舉自由基聚合性官能基。自由基聚合性官能基之代表例可列舉具有至少1個可進行加成聚合之乙烯性不飽和雙鍵之官能基，作為具體例，可列舉具有或不具有取代基之乙烯基、丙烯酸酯基(包含丙烯醯基、甲基丙烯醯基、丙烯醯氧基、甲基丙烯醯氧基之總稱)等。 又，除上述棒狀之液晶材料外，亦可使用作為圓盤狀之液晶材料之圓盤型液晶。因此，可廣泛使用顯示圓盤型液晶性之公知之化合物，其具備具有圓盤狀之核心部並且側鏈自該核心部呈放射狀地延伸之結構。 如上所述之液晶層15可藉由對基材11、及凹凸形成層12塗佈液晶材料而形成。 具有如上所述之結構之偏光消除元件10例如設為如下所述之形態。將用以說明之剖視圖示於圖2。 於本形態中，液晶層15因凹凸形成層12而交替配置有2種不同之厚度區域。即，為圖2中具有d1所示之液晶厚度之區域、及d2所示之液晶厚度之區域。d1所示之液晶厚度為液晶層15之凸部15a所形成之區域之厚度，d2所示之液晶厚度為液晶層15之凹部15b所形成之區域之厚度。用以使此種液晶層如下文所說明般發揮作用之液晶層15之厚度(d1)可設為1 μm以上且10 μm以下之範圍。即便為1 μm以上且5 μm以下之範圍亦可獲得效果。 於液晶層15中，最厚之部位(本形態中為d1之部位)與最薄之部位(本形態中為d2之部位)之厚度差較佳為5 μm以下。 另一方面，圖2所示之相鄰之凸部15a之間距p較佳為1 μm以上且100 μm以下。雖然原因並不明確，但若間距小於1 μm，則有偏光消除之效果變小之傾向。又，若間距大於100 μm，則有視認出凹凸之虞。更佳為20 μm以下。 又，1間距之間之凸部15a與凹部15b之比率並無特別限定，可基於需要之偏光消除及每一波長之透過率特性適當設定。但是，如下文實施例中所說明般，藉由該比率可發揮更顯著之效果。 如此，由於本形態中使用液晶層，故而可藉由非常薄之元件消除偏光狀態。例如，亦可使圖2中d0所示之偏光消除元件10之厚度為20 μm以下。 又，由於可藉由具有可撓性之材料構成，故而可使元件具有可撓性，針對應用偏光消除元件10之對象之形狀而靈活應對。 又，由於本形態中使用液晶而轉換成相位差不同之複數個光，故而不存在使無機粒子分散時所引起之霧度之上升，可於不存在霧度之上升之狀態下使光透過。具體而言，亦可形成霧度值為5%以下之偏光消除元件。 具有如上所述之構成之偏光消除元件10例如以下述方式發揮作用。 相位一致(處於特定之偏光狀態)之光入射至偏光消除元件10。繼而，該光透過液晶層15。 此處，於本形態之偏光消除元件10中，液晶層15中具有厚度不同之2種區域，即，包含凸部15a之厚度d1之區域、及包含凹部15b之厚度d2之區域。 透過液晶層之光中產生之相位差(Re：延遲)係由依存於液晶材料之雙折射光之折射率差Δn與液晶層之厚度d之積所決定。即， Re＝Δn・d。 因此，於本形態之偏光消除元件10中，相位一致(處於特定之偏光狀態)之光透過偏光消除元件10，結果成為具有 Re1＝Δn・d1 Re2＝Δn・d2 之2種相位差之光，可消除單一之相位差(偏光)狀態。 又，此時，如以下所說明般，偏光消除元件10可抑制波長所決定之透過率之差，可抑制顏色之變化並且使光透過。將用以說明之圖示於圖3。圖3為橫軸為波長、縱軸為透過率之曲線圖。 由圖3可知，將凸部15a之區域之透過率特性、及凹部15b之區域之透過率特性進行合成而得之透過率成為偏光消除元件10之整體透過率。因此，只要以每一波長之透過率固定(例如為0.5左右)之方式調整各區域之透過率特性，即可設為整體上具有抑制波長所決定之透過率之偏差之透過率特性的元件。 藉此，偏光消除元件10可抑制可見光區域中之波長所決定之透過率之差，可抑制顏色之變化並且使光透過。即，即便於將偏光消除元件10用於圖像顯示裝置或太陽眼鏡等之情況下，亦可抑制相對於原始圖像之顏色之顏色變化而提供給觀察者。因此，雖然先前之偏光消除元件中，透過光中之顏色之變化成為問題，但能夠解決此種課題。 同樣，於圖像顯示裝置之光源具有急遽之發光光譜之情況下，先前之偏光消除元件存在如下問題，即，因該發光光譜與偏光消除元件之波長透過率特性之關係，特定顏色之透過率變得極低，若透過偏光消除元件則顏色會發生較大變化。針對此種課題，根據本形態之偏光消除元件，亦可抑制光源光之顏色變化而使其透過，可不論光源之種類而進行偏光狀態之消除。 又，藉由偏光消除元件10如上所述般薄，而且如上所述般構成液晶層15，在偏光消除元件內沿傾斜方向前進之光與在偏光消除元件內沿厚度方向平行前進之光不易產生較大之差異。藉此，即便為於偏光消除元件內傾斜地前進之光，對於偏光消除狀態或顏色亦容易獲得如所期望之設計般之性能。 於先前之技術中，於元件內傾斜地前進之光跨越其他相位差區域地前進，因此，有未獲得預定之相位差狀態或者產生顏色變化之情況。因此，針對精度良好地實現如此種設計之相位差狀態及顏色變化之課題，亦可藉由本形態之偏光消除元件解決該課題。 根據偏光消除元件10，液晶層具備凹凸形狀，藉此，可賦予相對於不具有凹凸之液晶層(僅作為材料之液晶)於整體上完全不同之相位差特性。例如，將正面相位差設為Re，將厚度相位差設為Rth時，Nz係數由 Nz＝(Rth/Re)＋0.5 所表示，但於本形態之偏光消除元件中，於波長450 nm時之Nz係數即N₄₅₀ 與波長550 nm時之Nz係數即N₅₅₀ 之間，亦可設為 N₄₅₀ ＜N₅₅₀ －0.1 其意味著可與所使用之液晶之材料特性相反(參照下述實施例)。 如此，於偏光消除元件中，亦可藉由凹凸與形成該凹凸之液晶材料之組合，而超越材料特性之範圍地控制相位差，從而成為設計自由度較高之偏光消除元件。 以上所說明之偏光消除元件10例如可如下所述般製造。即，如上所述，關於基材11及凹凸形成層12，可藉由擠出成形、賦形、及光微影法等進行製作。於藉由擠出成形進行製造之情況下，可一體地形成基材11、及凹凸形成層12。又，於藉由賦形進行製造之情況下，可於基材11上賦形而形成凹凸形成層12，於該情況下，基材11及凹凸形成層12可為相同之樹脂材料，亦可為不同之樹脂材料。 藉由於以此方式形成之基材11及凹凸形成層12中之配置有凹凸形成層12之側塗佈會成為液晶層15之液晶材料而製成液晶層15，獲得偏光消除元件10。 於使用作為先前之偏光消除元件之如專利文獻1所記載之具有較高相位差之膜之技術中，為了調整光軸，必須使膜沿傾斜方向延伸，有於光軸產生偏差之虞。相對於此，根據偏光消除元件10及上述製造方法，於不使用配向膜之情況下，凹凸之方向成為光軸之方向，可容易且精度良好地控制凹凸之方向。因此，當課題在於提供必須控制光軸之偏光消除元件時，藉由如上所述之方式，可提供量產性較高、能夠進行精度良好之光軸控制之偏光消除元件及其製造方法。 又，如下述形態般，於使用配向膜之情況下，可將其偏光曝光所決定之任意方向設為光軸，於該情況下亦可精度良好且容易地進行光軸控制。 因此，較佳為光軸於偏光消除元件10之液晶層15中之厚度不同之各區域中一致。具體而言，較佳為於各區域間遲相軸之朝向於±1°之範圍內一致。 圖4係用以對將偏光消除元件10進行變化之例之第二形態即偏光消除元件20進行說明之圖，相當於圖2。於上述所說明之偏光消除元件10中，液晶層15係以具有2種厚度(d1、d2)之方式形成，但於偏光消除元件20中，構成為於液晶層25中出現3種厚度d21、d22、d23。 即，凹凸形成層22具備第一凸部22a、高度(厚度)與第一凸部22a不同之第二凸部22b、及凹部22c。因此，於第一凸部22a與第二凸部22b之間形成有凹部22c。而且，與此相對應，液晶層25具備凸部25a、第一凹部25b、第二凹部25c。基本構成與偏光消除元件10相同。 藉此，亦如圖4所示，於液晶層25中，凸部25a之區域最厚(厚度d21)，第一凹部25b之區域之厚度(厚度d22)次之，第二凹部25c之區域最薄(厚度d23)。 根據此種偏光消除元件10，由於透過光具有3種不同之相位差(非偏光狀態)，故而可更確實地進行偏光消除。又，如相當於圖3之圖5所示，就偏光消除元件20整體而言，可於可見光所有波長獲得大致相同之透過率(0.5)，可大幅抑制因透過導致之顏色變化。 於該變化例中，構成為於液晶層25中獲得3種厚度，亦可以獲得更多種之厚度之方式形成液晶層之凸部、及凹部。此時，凹凸之排列可形成為具有規則性，亦可不規則。此處所謂不規則係指將10個凸部設為1個單位時，某1個單位之凸部之形狀與相鄰之另一單位之凸部之形狀不具有規則性。 即，較佳為於波長為可見光區域之波長380 nm以上且780 nm以下之範圍內，任一波長下透過率均為0.2以上且0.8以下。更佳為任一波長下透過率均為0.3以上且0.7以下，最佳為0.4以上且0.6以下。該透過率可藉由於2塊偏光板(透過軸(或吸收軸)平行或正交之狀態)之間將偏光消除元件以其光軸(於不配置配向膜之情況下為凹凸延伸之方向)相對於偏光板之吸收軸傾斜45度之姿勢插入時之透過率進行定義。 圖6係用以對第三形態之偏光消除元件30進行說明之圖，且為相當於圖2之圖。於本形態中，相對於偏光消除元件10，不同之處在於不存在基材11。其他部位與偏光消除元件10相同。 根據此種偏光消除元件30，可使元件更薄。 偏光消除元件30可藉由如下方式製作，即，對基材11中之積層凹凸形成層12、及液晶層15一側之面實施容易進行剝離之處理(例如脫模劑之塗佈)，於基材11賦形凹凸形成層12並塗佈而形成液晶層15，其後將基材11剝離。 圖7係用以對第四形態之偏光消除元件40進行說明之圖，且為相當於圖2之圖。於本形態中，相對於偏光消除元件10，不同之處在於不存在基材11、及凹凸形成層12。 根據此種偏光消除元件30，可使元件較偏光消除元件10薄。 偏光消除元件40可藉由如下方式製作，即，對基材11及凹凸形成層12之積層液晶層15一側之面實施容易進行剝離之處理(例如脫模劑之塗佈)，於基材11賦形凹凸形成層12並塗佈而形成液晶層15，其後將基材11及凹凸形成層12剝離。 或者，亦可藉由將用於液晶層15之液晶材料設為容易自基材層11及凹凸形成層12剝離之材料，而將基材11及凹凸形成層12自液晶層15剝離，從而製作偏光消除元件40。 根據此種製造方法，即便為作為厚度不同之部位之凸部15a及凹部15b，亦可順利地將液晶層15剝離，防止中途斷裂或者產生皺褶之情況，減少所謂之不良品，實現製造中之良率提昇及生產性之提昇。因此，針對良率良好且以較高之生產性製作如偏光消除元件40之形態之課題，可藉由此種方法解決。 圖8(a)係用以對第五形態之偏光消除元件50進行說明之圖，圖8(b)係用以對第六形態之偏光消除元件60進行說明之圖。該等偏光消除元件50、偏光消除元件60為於液晶層15之形成有凹凸之面設置配向膜51之例。即，圖8(a)所示之偏光消除元件50係於上述偏光消除元件10之液晶層15之形成有凹凸之面設置配向膜51之例，圖8(b)所示之偏光消除元件60係於上述偏光消除元件40之液晶層15之形成有凹凸之面設置配向膜51之例。 藉此，可使液晶層15內之液晶分子之配向狀態為所期望之姿勢。而且，藉由該配向膜可將光軸設定為任意方向，因此可精度良好且容易地進行光軸控制。例如，亦可於使用聚合性棒狀液晶作為液晶層之情況下，使用配向膜以該聚合性棒狀液晶之遲相軸之方向與液晶層之凸部延伸之方向不同之方式進行設定。 配向膜51之具體態樣可視需要應用具有公知之形態者。又，配向膜視其種類未必需要以積層於液晶層之形態留存，即便於在製造階段中使用了配向膜之情況下，亦可使配向膜最終不留存。 此處，偏光消除元件60可藉由如下方式製作，即，對基材11及凹凸形成層12之積層配向膜51一側之面實施容易進行剝離之處理(例如脫模劑之塗佈)，於基材11賦形凹凸形成層12並形成配向膜51、液晶層15，其後將基材11及凹凸形成層12剝離。 又，藉由使用配向膜51，可提高剝離性，因此可無需特別進行追加之處理而順利地進行剝離。進而，亦可對用於配向膜51之材料使用交聯劑或密接助劑等添加劑而使剝離更加容易進行。 圖9係對第七形態之偏光消除元件70進行說明之圖。偏光消除元件70係於圖9中p所示之1單位之凹凸中階梯狀地具備複數個高度(厚度)不同之凸部15a(或深度階梯狀地不同之複數個凹部)之例。此種形態中亦可設為本發明之偏光消除元件。 上述偏光消除元件10(其他形態之偏光消除元件亦相同)例如可藉由配置於液晶顯示裝置等顯示裝置而消除起因於處於偏光狀態之光而產生之不良情況。如圖10所示，作為1個形態，顯示裝置1具備出射圖像之顯示單元2、及配置於顯示單元2之圖像出射側之偏光消除元件10。繼而，藉由將該等與其他必需機器進行組合並收納於未圖示之殼體而製成顯示裝置1。 列舉液晶顯示裝置1作為顯示裝置1之具體之態樣例，此時，顯示單元2為液晶顯示單元2，其中包含液晶面板，該液晶面板具備成為圖像源之包含液晶之層、及配置於其正面及背面之偏光板。液晶顯示單元2為公知者即可，可使用既存之形態。 於通常之液晶顯示裝置中，自該液晶顯示裝置出射之光因液晶面板之性質而成為特定之偏光狀態，因此戴上偏光太陽眼鏡觀看通常之液晶顯示裝置之畫面時，有幾乎看不見圖像之情況。相對於此，若將偏光消除元件10配置於液晶顯示單元2之出射側而形成液晶顯示裝置1，則觀察者可看到消除了偏光狀態之影像光，因此即便於例如戴上偏光太陽眼鏡之狀態下亦可看到影像。 於顯示裝置為液晶顯示裝置之情況下，其所具備之偏光消除元件較佳為具有如下構成。 如公知般，於液晶顯示單元2配置有包含液晶之層、及分別位於該包含液晶之層之正面及背面(光源側及觀察者側)之偏光板。準備該等偏光板中之配置於觀察者側之偏光板(偏光板a)，進而準備具有與該偏光板a之透過軸正交之透過軸之另一偏光板(偏光板b)，並於偏光板a與偏光板b之間配置偏光消除元件10。此時，以自正面觀察時偏光消除元件10之光軸相對於偏光板a之吸收軸成為45度之方式進行設置。 較佳為，對此種偏光板a、偏光消除元件10、及偏光板b之積層體自偏光板a側照射光並於出光側利用分光光度計進行測定時，於可見光區域之波長380 nm以上且780 nm以下之範圍內，任一波長下透過率均為0.2以上且0.8以下。更佳為任一波長下透過率均為0.3以上且0.7以下，最佳為0.4以上且0.6以下。 再者，此處係對液晶顯示單元之情況進行說明，但具備偏光板之其他種類之顯示單元亦可同樣地構成。其中例如可列舉有機EL顯示單元。即，準備設於有機EL顯示單元之偏光板(偏光板a)，進而準備具有與該偏光板a之透過軸正交之透過軸之另一偏光板(偏光板b)，並於偏光板a與偏光板b之間配置偏光消除元件10。此時，以自正面觀察時偏光消除元件10之光軸相對於偏光板a之吸收軸成為45度之方式進行設置。

較佳為，對此種偏光板a、偏光消除元件10、及偏光板b之積層體自偏光板a側照射光並於出光側利用分光光度計進行測定時，於可見光區域之波長380nm以上且780nm以下之範圍內，任一波長下透過率均為0.2以上且0.8以下。更佳為任一波長下透過率均為0.3以上且0.7以下，最佳為0.4以上且0.6以下。

進而，於此種顯示單元中存在像素，像素形成規則之格子花樣。相對於此，若使用偏光消除元件，則有起因於像素所引起之規則花樣、及偏光消除元件所具有之具有規則性之構成而產生干涉條紋(雲紋)之情況。而且，於先前之偏光消除元件中，多數情況下難以變更構造以應對該情況而維持作為偏光消除元件之基本性能並且不產生雲紋。

相對於此，根據本形態之偏光消除元件，凹凸之間距、凹凸延伸之方向、延伸方向之形狀(直線狀、波型等)、凹凸之大小等可變更之要素較多，因此可設為具有上述效果並且不產生雲紋之形態。例如，於外形(邊緣形狀)為四邊形之偏光消除元件中，若使凹凸延伸之方向具有相對於該邊緣之邊平行及正交之角度以外之角度(大於0度且小於90度之角度)而形成，則可相對於像素之規則之排列方向以大於0度且小於90度之角度傾斜，可抑制雲紋之產生，並且製造時於貼附偏光消除元件時亦可高效地進行。

再者，以上所說明之各形態之偏光消除元件為凹凸形成層中之凸部及凹部具有特定之剖面而沿一方向延伸且凹凸沿另一方向重複之形態。但 是，凹凸形成層並不限定於此，只要形成排列有厚度不同之複數個區域之包含液晶之液晶層即可。因此，亦可為凸部於平面內規則或不規則地散佈有複數個且其間成為凹部之形態。其中，例如可列舉所謂之點狀、島狀、鋸齒排列形狀等。藉此，亦可抑制雲紋產生。

關於抑制雲紋之產生，可考慮與應用偏光消除元件之顯示單元之像素排列或像素形狀之組合而適當決定。

又，對上述所說明之液晶層之凸部及凹部之剖面形狀為四邊形之例進行了說明。但是並不限定於此，例如亦可為三角形、梯形、或半圓形、半橢圓形等。

又，於液晶層之凸部及凹部之剖面為三角形或四邊形之情況下，亦可構成為使成為其頂點(稜線)之部位帶弧度(弧度倒角形狀)。藉此，可抑制邊緣引起之雲紋之產生。

[實施例] (實施例1、比較例1)

此處，製作偏光消除元件作為實施例1，並製作由不具備凹凸之液晶層形成之積層體作為比較例1，將兩者進行對比。

實施例1之偏光消除元件係仿效偏光消除元件50(圖8(a))之例，將基材11設為玻璃，並藉由光微影法形成凹凸形成層12。於凹凸形成層12及基材11上隔著配向膜51形成液晶層15。

凹凸形成層12之凹凸之間距(參照圖2之p)係設為40μm，厚度係包含配向膜在內以相當於圖2之d1之厚度為2μm左右、相當於d2之厚度為1μm左右之方式形成。具體而言，以如下方式製作。

凹凸形成層係使用硬化性樹脂組合物，因此首先進行共聚合樹脂溶液之製備。即，於聚合槽中將甲基丙烯酸甲酯(MMA)63質量份、丙烯酸(AA)12質量份、甲基丙烯酸-2-羥基乙酯(HEMA)6質量份、二乙二醇二甲醚(DMDG)88質量份進行混合並攪拌使之溶解。其後，添加2,2'-偶氮雙(2-甲基丁腈)7質量份並使其均勻地溶解。其後，於氮氣流下，於85℃下攪拌2小時，進而於100℃下使其反應1小時。向所獲得之溶液進而添加甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)7質量份、三乙胺0.4質量份、及對苯二酚0.2質量份，並於100℃下攪拌5小時，獲得共聚合樹脂溶液(固形物成分50%)。 其次，將包含以上述方式獲得之共聚合樹脂溶液之下述材料於室溫下攪拌、混合而製備硬化性樹脂組合物。 ・共聚合樹脂溶液(固形物成分50%)16質量份 ・二季戊四醇五丙烯酸酯(Sartomer Japan股份有限公司之SR399)24質量份 ・鄰甲酚酚醛清漆型環氧樹脂(Japan Epoxy Resins股份有限公司之Epikote180S70)4質量份 ・2-甲基-1-(4-甲基噻吩基)-2-嗎啉基丙烷-1-酮4質量份 ・二乙二醇二甲醚52質量份 繼而，利用旋轉塗佈機將所獲得之硬化性樹脂組合物塗敷於基材上，並於100℃使其乾燥3分鐘，獲得膜厚約1 μm之塗膜。於距塗膜100 μm之距離配置光罩，並藉由曝光裝置照射100 mJ/cm² 之紫外線。繼而，於0.05質量%之氫氧化鉀水溶液中浸漬1分鐘而進行鹼性顯影，僅將未硬化部分去除，其後，進行於200℃之環境下放置30分鐘之加熱處理，形成所期望之凹凸層。 對液晶層應用聚合性棒狀液晶材料，將使上述化學式(11)及化學式(17)之棒狀化合物以混合比1：1進行混合而成之化合物、作為起始劑之BASF Japan股份有限公司之Irgacure907、及DIC股份有限公司製造之MEGAFAC(F477)溶解於甲基乙基酮與甲基異丁基酮之1：1之混合溶劑而製作25質量%之溶液並應用。 配向膜係以膜厚成為0.2 μm之方式塗敷JSR股份有限公司製造之光配向膜(固形物成分4.5%)並於120℃下乾燥1分鐘後，藉由偏光曝光裝置以所期望之角度設置樣品並照射30 mJ/cm² 之偏光紫外線而製作。 另一方面，比較例1之積層體使用與實施例1相同材質之基材、配向膜、液晶，於基材上隔著配向膜形成無凹凸之厚度1 μm之液晶層。 實施例1之偏光消除元件可如上述所說明般對入射之光賦予複數個相位差而出射。相對於此，比較例1之積層體中，液晶層之厚度固定，因此無法賦予複數個相位差而出射，不具有作為偏光消除元件之功能。 而且，根據實施例1之偏光消除元件，液晶層具備凹凸形狀，藉此可賦予相對於比較例1之不具有凹凸形狀之液晶層於整體上完全不同之相位差特性。具體而言如下所述。 圖11中將每一波長之正面相位差Re(nm)示於曲線圖。正面相位差係使用王子計測機器公司製造之KOBRA-WR進行測定。 進而，同樣地測定厚度相位差Rth(nm)，將由 Nz＝(Rth/Re)＋0.5 算出之結果示於圖12。圖12中，橫軸表示波長(nm)，縱軸表示Nz係數。 由圖12可知，若查看波長450 nm時之Nz係數即N₄₅₀ 與波長550 nm時之Nz係數即N₅₅₀ 之差，則比較例1中該差為0.05，相對於此，實施例中為0.33。因此，實施例1之偏光消除元件於波長450 nm時之Nz係數即N450與波長550 nm時之Nz係數即N550之間滿足 N450＜N550－0.1。 如上所述，於該例之偏光消除元件中，藉由凹凸與形成該凹凸之液晶材料之組合，亦可超出材料特性之範圍而控制相位差，成為設計自由度較高之偏光消除元件。 (實施例2～實施例8、比較例2) 於實施例2～實施例8中，改變凹凸之厚度、凸部與凹部之比率、剖面形狀並確認其性能。又，以與比較例1同樣不具有凹凸之例作為比較例2而進行對比。各例中使用之材料如實施例1所述。將各例中之液晶層之形態示於圖13～圖16、及表1。 實施例2～實施例4為具有高度(厚度)相同之1種凸部、及深度相同之1種凹部之液晶層之例。改變圖13所示之凹凸形成層之尺寸而設為3個例中之偏光消除元件。 實施例5為具有高度(厚度)不同之2種凸部、及深度相同之1種凹部之液晶層之例。設為圖14所示之凹凸形成層之尺寸。 實施例6與實施例5同樣為具有高度(厚度)不同之2種凸部、及深度相同之1種凹部之液晶層之例。但是，該例中，於凸部之外角部或凹部之內角部形成弧度(弧度倒角形狀)，且對於沿形成凸部之厚度方向延伸之面(圖15之符號A)設置傾斜(斜度)。將形狀示於圖15。根據該例，液晶層之凸部及凹部之剖面為梯形，並且於其角部設為弧度倒角形狀。 實施例7為以高度(厚度)自1.93 μm至0.43 μm逐次降低0.15 μm之方式具有不同厚度之區域之液晶層之例。區域之排列方向上之尺寸如圖16所示。由圖16可知，本例中液晶層成為階梯狀。 實施例8為具有高度(厚度)相同之1種凸部、及深度相同之1種凹部之液晶層之例。本例中凸部及凹部之剖面形狀為三角形。將形狀示於圖17。 比較例2之積層體具備配向膜及設於配向膜之固定厚度2 μm之液晶層。 對如上所述之實施例2～實施例8、及比較例2中之元件、積層體進行「色調再現性試驗」、及每一波長之透過率測定。詳情如下所述。 色調再現性試驗係將各例之元件安裝於液晶顯示裝置，將該液晶顯示裝置之畫面設為彩色顯示，並於戴上偏光太陽眼鏡之狀態(狀態1)、及取下偏光太陽眼鏡之狀態(狀態2)下分別自正面觀察畫面，藉由目視對狀態1之顏色之再現性進行評價。再者，各例中之元件係以自正面觀察時光軸相對於液晶顯示裝置之觀察者側之偏光板之吸收軸呈45°之方式設置於最表面。 基於下述判定對於狀態1與狀態2之顏色差異進行評分，由20人進行評價並算出平均分。 3分：未注意到顏色差異。 2分：略有顏色差異，但不存在問題。 1分：有顏色差異，但實際使用中不存在問題。 0分：顏色差異嚴重，存在問題。 而且，平均分為2.5分以上時視為「特別好」，平均分為1.7分以上且未達2.5分時視為「良好」，平均分為1.0分以上且未達1.7分時視為「合格」，且未達1.0時視為「不合格」。 每一波長之透過率測定係準備用於液晶顯示裝置之偏光板，進而準備以吸收軸與該偏光板正交(所謂之正交偏光)之方式配置之另一偏光板，並於該2塊偏光板之間配置各例之元件。此時，以光軸於俯視下相對於偏光板之吸收軸呈45°地傾斜之方式配置元件。繼而，對於該積層體，自偏光板側利用背光裝置照明，並自另一偏光板側利用分光放射計進行測定。詳細而言，利用分光放射計(TOPCON股份有限公司、SR-2)以測定角2°、距元件之距離50 cm於波長380 nm以上且780 nm以下之波長範圍內對每一波長(每1 nm)測定透過率並獲得其最大值及最小值。 再者，本例中進行了效果更容易理解之利用正交偏光之測定，但利用平行偏光之測定亦發揮同樣之效果。 將上述評價結果均示於表1。 [表1]

由以上可知，得知藉由於液晶層設置凹凸，色調再現性不存在問題。而且，透過率設為0.3以上且0.7以下、最佳為0.4以上且0.6以下，藉此，色調再現性變得更良好。

再者，於實施例6中，使凸部及凹部之各角部具有弧度，因此可將邊緣所引起之雲紋之產生抑制得更小。

藉由如圖15中A所示般形成錐形，該部位之急遽之透過率變化得到緩和，可減小每一波長下之透過率之變動。

又，即便如實施例6、及實施例8般液晶層之凸部及凹部並非正方形或長方形剖面，亦可發揮效果。

於實施例9~實施例19中，對將實施例5之液晶層厚度基本地變更凹凸之寬度之比率之例進行了性能研究。將用以說明之圖示於圖18。於實施例9~實施例19中，將液晶層中最薄之區域之寬度設為C，將具有中等厚度之區域之寬度設為B，將最厚之區域之寬度設為A。而且，以比率表示將C設為比率1.00時之A、B之各者而對其性能進行研究。

評價項目及評價方法與上述實施例2~實施例8相同。將形狀及評價結果示於表2。

由表2可知，藉由調整凹凸寬度之比率，可進行性能之調整。若考慮該情況，則就色調再現性及透過率特性之觀點而言，較佳為設為A≦B＜C，並且 C－0.4＜A＋B＜C＋0.4， 更佳為 C－0.25＜A＋B＜C＋0.25。

1‧‧‧顯示裝置2‧‧‧顯示單元10‧‧‧偏光消除元件11‧‧‧基材12‧‧‧凹凸形成層12a‧‧‧凸部12b‧‧‧凹部13‧‧‧凸條15‧‧‧液晶層15a‧‧‧凸部15b‧‧‧凹部20‧‧‧偏光消除元件22‧‧‧凹凸形成層22a‧‧‧第一凸部22b‧‧‧第二凸部22c‧‧‧凹部25‧‧‧液晶層25a‧‧‧凸部25b‧‧‧第一凹部25c‧‧‧第二凹部30‧‧‧偏光消除元件40‧‧‧偏光消除元件50‧‧‧偏光消除元件51‧‧‧配向膜60‧‧‧偏光消除元件70‧‧‧偏光消除元件a_o‧‧‧最小厚度之部位a_t‧‧‧最大厚度之部位d0‧‧‧厚度d1、d2‧‧‧厚度d21、d22、d23‧‧‧厚度p‧‧‧間距A‧‧‧最厚之區域之寬度B‧‧‧中等厚度之區域之寬度C‧‧‧最薄之區域之寬度

圖1之圖1(a)係偏光消除元件10之立體圖，圖1(b)係偏光消除元件10之分解立體圖。

圖2係偏光消除元件10之剖視圖。

圖3係對偏光消除元件10之作用進行說明之曲線圖。

圖4係偏光消除元件20之剖視圖。

圖5係對偏光消除元件20之作用進行說明之曲線圖。

圖6係偏光消除元件30之剖視圖。 圖7係偏光消除元件40之剖視圖。 圖8之圖8(a)係偏光消除元件50之剖視圖，圖8(b)係偏光消除元件60之剖視圖。 圖9係偏光消除元件70之剖視圖。 圖10係概念性地表示圖像形成裝置1之分解立體圖。 圖11係表示實施例1及比較例1中之波長與正面相位差之關係之曲線圖。 圖12係表示實施例1及比較例1中之波長與Nz係數之關係之曲線圖。 圖13係對實施例2～實施例4之形態進行說明之圖。 圖14係對實施例5之形態進行說明之圖。 圖15係對實施例6之形態進行說明之圖。 圖16係對實施例7之形態進行說明之圖。 圖17係對實施例8之形態進行說明之圖。 圖18係對實施例9～實施例19之形態進行說明之圖。

10‧‧‧偏光消除元件

11‧‧‧基材

12‧‧‧凹凸形成層

12a‧‧‧凸部

12b‧‧‧凹部

13‧‧‧凸條

15‧‧‧液晶層

15a‧‧‧凸部

15b‧‧‧凹部

Claims (18)

1. 一種偏光消除元件，其係對入射之光賦予複數個相位差而出射者，且具有排列有厚度不同之複數個區域之包含液晶之液晶層，上述液晶層於至少一面上具有：具有特定之剖面且沿一方向延伸之凸部形成之複數個上述區域、及形成於相鄰之上述凸部之間之凹部形成之上述區域，將上述液晶層之複數個上述區域中最厚之區域之寬度之比率設為A，將最薄之區域之寬度之比率設為C，及將其它區域之寬度之比率設為B，且將上述C之比率以1.00表示時，A≦B<C，且C-0.4<A+B<C+0.4。
2. 如請求項1之偏光消除元件，其中上述液晶層不規則地排列有上述凸部、及上述凹部。
3. 如請求項1或2之偏光消除元件，其中於上述凹部設置有包含透明樹脂之凹凸形成層。
4. 如請求項3之偏光消除元件，其中於透明基材之一面上積層有上述液晶層及上述凹凸形成層。
5. 如請求項1或2之偏光消除元件，其中上述凸部延伸之方向相對於上 述偏光消除元件之四邊形之外形之邊緣於大於0度且小於90度之範圍內傾斜。
6. 如請求項1或2之偏光消除元件，其中上述液晶層包含聚合性棒狀液晶材料、或圓盤狀液晶材料，且上述凸部延伸之方向與上述聚合性棒狀液晶材料或上述圓盤狀液晶材料之遲相軸之方向不同。
7. 如請求項1或2之偏光消除元件，其中上述液晶層包含聚合性棒狀液晶材料、或圓盤狀液晶材料。
8. 如請求項1或2之偏光消除元件，其中上述液晶層之最厚之部位與最薄之部位之厚度差為5μm以下。
9. 如請求項1或2之偏光消除元件，其中將正面相位差設為Re、將厚度相位差設為Rth時，關於Nz=(Rth/Re)+0.5所表示之Nz係數，將波長450nm時之Nz係數設為N₄₅₀、將波長550nm時之Nz係數設為N₅₅₀時，N₄₅₀<N₅₅₀-0.1成立。
10. 如請求項1或2之偏光消除元件，其中關於上述液晶層之液晶，將波 長450nm下之雙折射率設為Δn₄₅₀、將波長550nm下之雙折射率設為Δn₅₅₀、將波長650nm下之雙折射率設為Δn₆₅₀時，為Δn₄₅₀>Δn₅₅₀>Δn₆₅₀之關係。
11. 如請求項1或2之偏光消除元件，其中於波長380nm以上且780nm以下之波長範圍中，任一波長下透過率均為0.2以上且0.8以下。
12. 如請求項11之偏光消除元件，其中於在吸收軸正交或平行地配置之2塊偏光板之間，以光軸相對於上述吸收軸於俯視下呈45°地傾斜之方式配置上述偏光消除元件時，於波長380nm以上且780nm以下之波長範圍內，任一波長下透過率均為0.2以上且0.8以下。
13. 如請求項1或2之偏光消除元件，其厚度為20μm以下。
14. 如請求項1或2之偏光消除元件，其霧度值為5%以下。
15. 一種顯示裝置，其具備：顯示單元，其出射圖像；及如請求項1或2之偏光消除元件，其配置於上述顯示單元之圖像出射側。
16. 一種顯示裝置，其具備：顯示單元，其具備偏光板而出射圖像；及如請求項12之偏光消除元件，其配置於上述顯示單元之圖像出射 側；且如請求項12之上述2塊偏光板之一者為設於上述顯示單元之上述偏光板。
17. 如請求項15之顯示裝置，其中上述偏光消除元件之上述凸部延伸之方向相對於上述顯示單元之像素所排列之方向而於大於0度且小於90度之範圍內傾斜。
18. 如請求項15之顯示裝置，其不產生雲紋。

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