WO2005040870A1 - 光学素子、集光バックライトシステムおよび液晶表示装置 - Google Patents

光学素子、集光バックライトシステムおよび液晶表示装置 Download PDF

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WO2005040870A1
WO2005040870A1 PCT/JP2004/012121 JP2004012121W WO2005040870A1 WO 2005040870 A1 WO2005040870 A1 WO 2005040870A1 JP 2004012121 W JP2004012121 W JP 2004012121W WO 2005040870 A1 WO2005040870 A1 WO 2005040870A1
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WO
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light
axis
liquid crystal
optical element
linearly polarized
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PCT/JP2004/012121
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English (en)
French (fr)
Inventor
Miki Shiraogawa
Kentarou Takeda
Kazutaka Hara
Naoki Takahashi
Original Assignee
Nitto Denko Corporation
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/0001—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems
    • G02B6/0011—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings specially adapted for lighting devices or systems the light guides being planar or of plate-like form
    • G02B6/0033—Means for improving the coupling-out of light from the light guide
    • G02B6/0056—Means for improving the coupling-out of light from the light guide for producing polarisation effects, e.g. by a surface with polarizing properties or by an additional polarizing elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/28—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for polarising

Definitions

  • the present invention relates to an optical element using a polarizing element.
  • the present invention relates to a condensing backlight system using the optical element, and a liquid crystal display device using the same.
  • Patent Document 15 a method combining polarization and phase difference has been proposed.
  • other optical elements comprising a reflective polarizer, a rotary optical plate and a reflective polarizer have been proposed (see Patent Documents 16, 16, 17 and 18).
  • Patent Document 19 a proposal using a hologram material has been proposed.
  • a half-wave plate is disposed between a reflector obtained by combining a left circularly polarized light separator and a right circularly polarized light separator, or a circularly polarized light separator in the same direction.
  • Light is collected in the front direction using a reflector obtained by placing the reflector.
  • a reflector obtained by placing the reflector it was necessary to form a layer corresponding to each wavelength of the light source, and three layers were required for colorization. This was complicated and expensive.
  • a polarizing element having an angle dependence in transmittance can be manufactured as in Patent Document 15.
  • the polarizing element can change the transmittance according to the incident angle. For example, according to such a polarizing element, it is possible to reduce the transmittance of obliquely incident light rays, which increases the transmittance in the front direction.
  • Patent Document 17, Patent Document 18, and Patent Document 19 all disclose the productivity and area yield of reflective polarizer laminates for transflective reflectors, which are caused by laminating these at different angles.
  • the problem of deterioration has been improved by using a rotator to enable roll-to-roll production.
  • a rotator to enable roll-to-roll production.
  • the angle dependence of the transmittance did not occur.
  • the TN liquid crystal layer functions as an optical rotation plate, it also functions as a 90-degree optical rotator in the oblique incident direction as in the front direction, and there was no particular phenomenon in which the optical rotation angle changes depending on the incident angle. .
  • most hologram materials are expensive, have poor mechanical properties, and are soft materials, and have a problem in long-term durability.
  • the above-described conventional optical element has problems such as difficulty in manufacturing, difficulty in obtaining desired optical characteristics, and poor reliability.
  • Patent Document 1 JP-A-6-235900
  • Patent Document 2 JP-A-2-158289
  • Patent Document 3 JP-A-10-321025
  • Patent Document 4 US Pat. No. 6,307,604
  • Patent document 5 German Patent Application Publication No. 3836955
  • Patent Document 6 German Patent Application Publication No. 422028
  • Patent Document 7 European Patent Application Publication No. 578302
  • Patent Document 8 US Patent Application Publication No. 2002/34009
  • Patent Document 9 WO 02/25687 pamphlet
  • Patent Document 10 U.S. Patent Application Publication No. 2001/521643
  • Patent Document 11 U.S. Patent Application Publication No. 2001/516066
  • Patent Document 12 US Patent Application Publication No. 2002/036735
  • Patent Document 13 JP-A-2002-90535
  • Patent Document 14 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-258048
  • Patent Document 15 Patent No. 2561483
  • Patent Document 16 U.S. Patent No. 4984872
  • Patent Document 17 U.S. Patent Application Publication No. 2003/63236
  • Patent Document 18 International Publication No. 03/27731 pamphlet
  • Patent Document 19 International Publication No. 03/27756 pamphlet
  • Patent Document 20 JP-A-10-321025
  • An object of the present invention is to provide an optical element capable of condensing and collimating incident light from a light source, and capable of suppressing transmission of light in an arbitrary direction. It is another object of the present invention to provide a condensing backlight system using the optical element, and further to provide a liquid crystal display device.
  • the present inventors have conducted intensive studies to solve the above problems, and as a result, have found the following optical element and have completed the present invention. That is, the present invention is as follows.
  • a polarizing element (A) formed of cholesteric liquid crystal, which separates incident light into polarized light and emits the polarized light.
  • the outgoing light with respect to the incident light in the normal direction has a distortion rate of 0.5 or more
  • the outgoing light with respect to the incident light incident at an angle of 60 ° or more from the normal direction has a distortion rate of 0.2 or less
  • a layer (C) having a front phase difference (normal direction) of approximately zero and generating a phase difference with respect to incident light inclined with respect to the normal direction;
  • 1/4 wavelength plate (D) is arranged in this order,
  • the 1Z4 wavelength plate (D) is provided with a linearly polarized light reflective polarizer (E) that transmits one of the orthogonal linearly polarized light and selectively reflects the other, and the direction of the transmission axis and the polarization direction.
  • An optical element characterized by being arranged so that the axis of transmitted light passing through the elements (A) to the quarter-wave plate (D) in this order is in the same direction.
  • the polarization element (A) increases the linearly polarized light component of the outgoing light as the incident angle increases, by changing the polarization axis of the linearly polarized light in a direction substantially orthogonal to the normal direction of the polarization element surface.
  • the polarization element (A) increases the linearly polarized light component of the outgoing light as the incident angle increases, by changing the polarization axis of the linearly polarized light in a direction substantially parallel to the normal direction of the polarization element surface.
  • the direction in which the in-plane refractive index becomes maximum is indicated by the X-axis and the direction perpendicular to the X-axis by the 1Z2 wavelength plate (B).
  • the 1Z2 wavelength plate (B) is characterized in that the phase difference in the thickness direction is controlled to reduce the change in the phase difference with respect to the change in the angle.
  • Optical element
  • An inorganic layered compound having a negative uniaxial property the orientation of which is fixed so that the optical axis is normal to the surface
  • the quarter-wave plate (D) according to any one of the above items 11 to 11, wherein the quarter-wave plate (D) is a broadband wave plate that functions as a substantially quarter-wave plate in the entire visible light region. Optical element.
  • the direction in which the in-plane refractive index is maximum is the X axis
  • the direction perpendicular to the X axis is the Y axis
  • the refractive index in each axial direction is nx, ny, and thickness.
  • the direction in which the in-plane refractive index is the maximum is the X axis
  • the direction perpendicular to the X axis is the Y axis
  • the thickness direction of the film is the Z axis.
  • Nz coefficient force represented by Nz (nx_nz) / (nx_ny) ⁇ 2.5 ⁇ Nz ⁇ 1.
  • the linearly-polarized reflection polarizer (E) is a multilayer thin film laminate of two or more and two or more layers having a difference in refractive index, wherein Optical element.
  • a polarizing plate is arranged outside the linearly polarizing and reflecting polarizer (E) so that the polarization transmission axis of the linearly polarizing and reflecting polarizer (E) and the polarization axis direction of the polarizing plate are aligned.
  • the optical element according to any one of the above items 119, characterized in that:
  • Each of the above-mentioned layers is laminated by using a translucent adhesive or pressure-sensitive adhesive.
  • a liquid crystal display device comprising at least a liquid crystal cell arranged in the condensing backlight system described in 22 above.
  • the optical element of the present invention includes a polarizing element (A) formed of cholesteric liquid crystal, which polarizes and separates incident light and emits the same, a half-wave plate (B), and a retardation layer ( C), a quarter-wave plate (D), and a linear polarization reflection type polarizer (E) are arranged in this order.
  • FIG. 13 shows an example of a sectional view of such an optical element (X) of the present invention.
  • the optical element (X) of the present invention utilizes the peculiar phenomenon of the polarizing element (A). That is, in the optical element (X) of the present invention, when the incident angle is increased to a certain degree, the outgoing light is linearly polarized, and even if the incident angle is further increased, the polarization axis direction of the linearly polarized light does not change and the polarization state becomes one. Utilizing the peculiar properties of the polarizing element (A), which is kept constant, this is converted into a half-wave plate (B), a retardation layer (C), a quarter-wave plate (D), By combining with the polarizer (E), the emitted light is controlled to be in a predetermined direction, and the secondary transmission component is suppressed.
  • the outgoing light with respect to the incident light in the normal direction has a distortion rate of 0.5 or more, and circularly polarized light is emitted at the perpendicular incident light or at an incident angle close to the perpendicular incidence.
  • the ratio of the circularly polarized light increases as the distortion ratio of the outgoing light with respect to the incident light in the normal direction increases, the ratio is preferably 0.7 or more, and more preferably 0.9 or more.
  • the outgoing light with respect to the incident light incident at an inclination of 60 ° or more in the normal direction has a distortion rate of 0.2 or less, and emits linearly polarized light at a deep incident angle.
  • the polarizing element (A) of the present invention has a feature that the linearly polarized light component of the outgoing light increases as the incident angle increases.
  • FIG. 1 (A) shows a polarizing element that is an optical surface (X-axis-y-axis plane).
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing that the emitted light (e) transmitted through (Al) has different polarization components depending on the difference in the incident angle of the incident light (i).
  • FIG. 1 (B) is a conceptual diagram when the emitted light (e) is viewed as a force in the z-axis direction. As shown in FIG. 3, (i) linearly polarized light, (ii) natural light, (iii) circularly polarized light, and (iv) elliptically polarized light.
  • Outgoing light (el) Outgoing light for incident light (il) in the z-axis direction (normal direction) to the polarizing element (A1), and is circularly polarized light.
  • the outgoing light (e2) exists on a plane including the z-axis and the y-axis, and is elliptically polarized light having an axis orthogonal to the plane.
  • the outgoing light (e4) exists on a plane including the z-axis and the X-axis, and is elliptically polarized light having an axis orthogonal to the plane.
  • the emitted light (e3) exists on a plane including the z-axis and the y-axis, and is linearly polarized light having an axis orthogonal to the plane.
  • the emitted light (e5) is linearly polarized light that exists on a plane including the z-axis and the X-axis and has an axis orthogonal to the plane.
  • the outgoing lights (e3) and (e5) which are linearly polarized light, have their polarization axes in a direction substantially orthogonal to the z-axis, that is, in a direction parallel to the optical surface (the X-axis and y-axis planes). I have.
  • FIG. 2 (A) shows that the output light (e) transmitted through the polarizing element (A2), which is the optical surface (X-axis y-axis plane), has different polarization components depending on the incident angle of the incident light (i).
  • FIG. FIG. 2 (B) is a conceptual diagram when the emitted light (e) is viewed from the z-axis direction.
  • Outgoing light (e41) Outgoing light with respect to incident light (i41) in the z-axis direction (normal direction) to the polarizing element (A2), and is circularly polarized light.
  • the outgoing light (e42) exists on a plane including the z-axis and the y-axis, and is elliptically polarized light having an axis parallel to the plane.
  • the outgoing light (e44) exists on a plane including the z-axis and the X-axis, and is elliptically polarized light having an axis parallel to the plane.
  • the emitted light (e43) exists on a plane including the z-axis and the y-axis, and is linearly polarized light having an axis parallel to the plane.
  • the emitted light (e45) is linearly polarized light that exists on a plane including the z axis and the X axis and has an axis parallel to the plane.
  • the outgoing light (e43) and (e45), which are linearly polarized light, have their polarization axes in a direction substantially parallel to the z-axis, that is, in a direction orthogonal to the optical surface (X-axis and y-axis plane). I have.
  • the polarizing element (A) is formed of a cholesteric liquid crystal layer.
  • the reflection bandwidth of the polarizing element is preferably 200 nm or more.
  • the cholesteric liquid crystal layer transmits or reflects circularly polarized light regardless of the angle of incidence. See FIG.
  • the cholesteric liquid crystal layer having a broadband selective reflection wavelength band has been found to transmit linearly polarized light when the incident angle of incident light is large as described above, and utilizes this phenomenon. That is, this phenomenon cannot be obtained with a single-pitch cholesteric liquid crystal layer having a selective reflection function only at a specific wavelength, but is obtained only with a cholesteric liquid crystal layer having a wider band and a variable pitch length.
  • the polarizing element (A) having the above phenomenon can be obtained by, for example, stacking cholesteric liquid crystal layers having different center wavelengths to form a cholesteric liquid crystal layer having a selective reflection wavelength band covering the entire visible light region. Obtainable. See FIG. Fig. 6 shows the case where three layers of R (red wavelength region), G (green wavelength region), and B (blue wavelength region) are laminated. In addition, since the twist pitch length of the cholesteric liquid crystal layer changes in the thickness direction, it is possible to use a broadband type. See FIG. Thus, the polarizing element having the above phenomenon may be a laminated product of cholesteric liquid crystal layers having a plurality of different selective reflection wavelength bands as shown in FIG. 6, and the pitch length in the thickness direction as shown in FIG. Both continuously changing cholesteric liquid crystal layers Can be used, and both have the same effect.
  • a sufficiently wide selective reflection bandwidth is required, preferably 200 nm or more, more preferably 300 nm or more, and even more preferably 400 nm or more.
  • the visible light range it is necessary to specifically cover the range of 400 to 600 nm. Since the selective reflection wavelength shifts to the shorter wavelength side according to the incident angle, the extended selective reflection wavelength band should be extended to the longer wavelength side to cover the visible light range regardless of the incident angle.
  • the present invention is not limited to this.
  • the cholesteric liquid crystal layer is preferably sufficiently thick.
  • the thickness is several pitches (2 to 3 times the central wavelength of selective reflection), sufficient selective reflection can be obtained.
  • the selective reflection center wavelength is in the range of 400 to 600 nm, considering the refractive index of the cholesteric liquid crystal, it functions as a polarizing element with a thickness of about 11.5 / m.
  • the cholesteric liquid crystal layer used in the polarizing element of the present invention preferably has a thickness of 2 / im or more because it has a reflection band in a wide band. It is preferably at least 4 / im, more preferably at least 6 / im.
  • the polarizing element (A) it is also preferable to use a broadband cholesteric liquid crystal whose selective reflection band covers the visible light region. This is because the broadband cholesteric liquid crystal layer can effectively provide a phase difference having a large layer thickness.
  • the polarizing element (A) obtains circularly polarized light from incident light in the front direction (normal direction), and emits linearly polarized light in a direction perpendicular or parallel to the normal line from incident light at a deep incident angle. I do. Therefore, if the selective reflection wavelength band extends sufficiently to the long wavelength side, the reflectivity in the visible light range will be reduced. The change can be visually recognized as a specular reflector without a constant color tone change.
  • the optical element (X) of the present invention comprises a polarizing element (A), a half-wave plate (B), a retardation layer (C), a quarter-wave plate (D), The layers are laminated in the order of the linearly polarized light reflective polarizer (E), and the incident light is transmitted in this order.
  • the case where the polarizing element (A1) is used as the polarizing element (A) will be described.
  • FIG. 15 shows a conceptual diagram in which the polarization is changed by the wavelength plate.
  • F fast axis
  • S slow axis.
  • 15-1 and 15-2 show conversion from linearly polarized light to circularly polarized light using a quarter-wave plate.
  • 15-3 and 15-4 show the conversion from circularly polarized light to linearly polarized light using a quarter-wave plate.
  • 15-5 and 15-6 show the conversion in the axial or rotational direction using a 1Z2 wave plate.
  • the light emitted from the polarizing element (A1) is as shown in FIG.
  • the emitted light transmitted through the polarizing element (A1) transmits through the 1Z2 wavelength plate (B)
  • the circularly polarized light in the front direction becomes circularly polarized light with the rotation direction reversed, as shown in Fig. 8,
  • the linearly polarized light transmitted in the direction rotates the polarization axis by 90 degrees (see Figures 15-5 and 6).
  • Outgoing light (el 1) exists on the z-axis. Corresponds to the outgoing light (el) vertically transmitted through the polarizing element (A1). The output light (el) receives the phase difference of the half-wave plate (B) and is circularly polarized light whose rotation direction is reversed.
  • Outgoing light (el 2) Outgoing light (e 2) Force The phase angle of the wave plate (B) is received, and the axis angle is rotated by 90 degrees.
  • the emitted light (el2) is elliptically polarized light having an axis parallel to a plane including the z-axis and the y-axis.
  • Outgoing light (el 3) Outgoing light (e 3) Force The phase angle of the wave plate (B) is received, and the axis angle is rotated by 90 degrees.
  • the emitted light (el3) is linearly polarized light having an axis parallel to a plane including the z-axis and the y-axis.
  • Emitted light (el4) Emitted light (e4) Force The phase angle of the wave plate (B) is received, and the axis angle is rotated by 90 degrees.
  • the emitted light (el4) is elliptically polarized light having an axis parallel to a plane including the z-axis and the X-axis.
  • Outgoing light (el 5) receives the phase difference of the half-wave plate (B), and the axis angle is rotated by 90 degrees.
  • the emitted light (el5) has a linear polarization with an axis parallel to the plane containing the z-axis and the X-axis. Light.
  • the front phase difference (normal direction) is substantially zero, and the light emitted in the front direction is emitted without changing the polarization.
  • linearly polarized light is changed to circularly polarized light to generate a phase difference with respect to incident light inclined with respect to the normal direction.
  • the emitted light transmitted through the polarizing element (Al), the half-wave plate (B), and the retardation layer (C) in this order is shown in FIG.
  • Emitted light (e21) exists on the z-axis.
  • the outgoing light (el 1) is a light beam vertically transmitted through the retardation layer (C).
  • the retardation layer (C) has the same circularly polarized light as the emitted light (el 1) because the front retardation is substantially zero.
  • Emitted light (e22) exists on a plane including the z-axis and the y-axis.
  • the emitted light (el2) is a light beam obliquely transmitted through the retardation layer (C). Due to the phase difference of the retardation layer (C), the outgoing light (e22) is a circularly polarized light whose rotation direction is opposite to that of the outgoing light (el2).
  • Outgoing light (e23) exists on a plane including the z-axis and the y-axis.
  • the emitted light (el3) is a light beam obliquely transmitted through the retardation layer (C). Due to the phase difference of the retardation layer (C), the outgoing light (e23) is a circularly polarized light whose rotation direction is opposite to that of the outgoing light (el2).
  • Emitted light (e24) exists on a plane including the z-axis and the x-axis.
  • the emitted light (el4) is a light beam obliquely transmitted through the retardation layer (C). Due to the phase difference of the retardation layer (C), the outgoing light (e24) is a circularly polarized light whose rotation direction is opposite to that of the outgoing light (el4).
  • Outgoing light (e25) exists on a plane including the z-axis and the x-axis.
  • the emitted light (el4) is a light beam obliquely transmitted through the retardation layer (C). Due to the phase difference of the retardation layer (C), the outgoing light (e25) is a circularly polarized light whose rotation direction is opposite to that of the outgoing light (el4).
  • the 1Z4 wave plate (D) can convert circularly polarized light emitted from the retardation layer (C) into linearly polarized light (see FIG. 15).
  • the quarter-wave plate (D) is preferably arranged so that its axial direction is about 45 degrees with respect to the X axis and the y axis. Note that the axis angle is preferably in a range of about 45 ° ⁇ 5 °.
  • the outgoing light transmitted through the polarizing element (Al), the 1Z2 wavelength plate (B), the retardation layer (C), and the 1Z4 wavelength plate (D) in this order is shown in FIG.
  • Outgoing light (e31) exists on the z-axis.
  • the circularly polarized output light (e21) is generated by the 14-wavelength plate (D).
  • the light is linearly polarized light having a polarization axis in the y-axis direction.
  • Outgoing light (e32) exists on a plane including the z-axis and the y-axis.
  • the circularly polarized outgoing light (e22) is converted into linearly polarized light having a polarization axis in the X-axis direction by the quarter-wave plate (D).
  • the circularly polarized light (e23) is converted into linearly polarized light having a polarization axis in the X-axis direction by the 14-wavelength plate (D).
  • Outgoing light (e34) exists on a plane including the z-axis and the X-axis.
  • the circularly polarized outgoing light (e24) is converted into linearly polarized light having a polarization axis in the y-axis direction by the quarter-wave plate (D).
  • Emitted light exists on a plane including the z-axis and the y-axis.
  • the circularly polarized light (e25) is converted into linearly polarized light having a polarization axis in the y-axis direction by the 14-wavelength plate (D).
  • the outgoing light transmitted through the retardation layer (C) is transmitted through the linear polarization reflection type polarizer (E).
  • the linearly polarized light reflection type polarizer (E) transmits one of orthogonal linearly polarized light and selectively reflects the other.
  • Figure 8 shows that the outgoing light (e51 to e55) transmitted through the linearly polarized reflective polarizer (E), which is an optical surface (X-axis-y-axis plane), has the same direction regardless of the incident angle of the incident light (i).
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing that linearly polarized light is emitted. In FIG. 8, it has a transmission axis in the y-axis direction and a reflection axis in the X-axis direction. FIG. 8 does not show the incident light (i).
  • the linearly polarized light orthogonal to the outgoing light (e) is reflected.
  • the linearly polarized light reflective polarizer (E) has a transmission axis direction and a transmission axis of transmitted light transmitted through the polarizing element (A) to the quarter-wave plate (D) in this order. Are arranged in the same direction.
  • the linearly polarized light reflective polarizer (E) is arranged so that the transmission axis is in the y-axis direction.
  • the emitted light transmitted through the polarizing element (Al), the half-wave plate (B), the retardation layer (C), the quarter-wave plate (D), and the linearly-polarized reflection polarizer (E) in this order is That is, the light transmitted through the optical element (X) of the present invention is shown in FIG.
  • Emitted light exists on the z-axis.
  • the direction of the polarization axis of the output light (e31) of the linearly polarized light and the transmission axis of the linearly polarized light reflective polarizer (E) are both parallel to the y-axis direction, and the linearly polarized light is emitted as it is.
  • Non-emitted light (e62): Exists on a plane including the z-axis and the y-axis.
  • the linearly polarized outgoing light (e32) is totally reflected and shielded by the linearly polarized light reflective polarizer (E).
  • Emission of linearly polarized light The direction of the polarization axis of the light (32) is the y-axis, while the direction of the transmission axis of the linearly-polarized reflective polarizer (E) is Is the X axis because the axis angles of these linearly polarized lights are orthogonal.
  • Non-emitted light (e63): Exists on a plane including the z-axis and the y-axis.
  • the linearly polarized outgoing light (e33) is all reflected and blocked by the linearly polarized light reflective polarizer (E).
  • the direction of the polarization axis of the output light (33) of the linearly polarized light is the y-axis, while the direction of the transmission axis of the linearly-polarized reflective polarizer (E) is the X-axis. That's why.
  • Emitted light exists on a plane including the z-axis and the x-axis.
  • the direction of the polarization axis of the output light (e34) of the linearly polarized light and the transmission axis of the linearly polarized light reflective polarizer (E) are both parallel to the y-axis direction, and the linearly polarized light is emitted as it is.
  • Emitted light exists on a plane including the z-axis and the x-axis.
  • the direction of the polarization axis of the linearly polarized output light (35) and the transmission axis of the linearly polarized light reflective polarizer (E) are both parallel to the y-axis direction, and linearly polarized light is emitted as it is.
  • FIG. 9 illustrates a case where the polarizing element (A1) is used as the polarizing element (A).
  • the polarizing element (A2) is used as the polarizing element (A)
  • X in FIG. It is possible to obtain emitted light having a composition in which the relationship between the axis and the y-axis is reversed.
  • the light incident on the optical element (X) in the front direction is a circle in the same direction in the polarizing element (A), the half-wave plate (B), and the retardation layer (C).
  • the light is transmitted as polarized light and is converted to linearly polarized light by the quarter-wave plate (D). Further, the linearly polarized light passes through the linearly polarized light reflection type polarizer (E) arranged coaxially with the transmission axis of the linearly polarized light as linearly polarized light.
  • the light incident in the oblique direction is transmitted through the polarizing element (A), converted by the half-wave plate (B) into linearly polarized light whose axis is rotated by 90 degrees, and converted into circularly polarized light by the retardation layer (C). Convert. Furthermore, since it is converted into linearly polarized light whose axis direction is rotated by 90 degrees by the quarter-wave plate (D), it is shielded and reflected by the linearly polarized light reflective polarizer (E). If the degree of polarization of the polarizing element (A1) and the linearly polarized light reflective polarizer (E) is sufficiently high, highly efficient linearly polarized light can be obtained with little absorption loss.
  • the optical element (X) can obtain linearly polarized light as outgoing light, it is arranged on the light source side of the liquid crystal display device to have both functions of improving brightness and condensing light. In addition, since there is essentially no absorption loss, all light rays having an angle that does not enter the liquid crystal display device are reflected toward the light source and re-sent. The light emitted from the light source in the oblique direction is virtually condensed with only an exit in the front direction Because it is done.
  • the optical element (X) of the present invention has a light-collecting property that reflects light in only an arbitrary direction and condenses the light in a necessary direction including the front. Specifically, in a notebook computer or the like in which a liquid crystal display is essential, light is not required in the vertical direction of the panel, but only in the horizontal direction. Can be.
  • prism sheets In general, by arranging a prism sheet on a surface light source, it becomes possible to collect light in all directions in the front direction.
  • prism sheets Conventionally, prism sheets have been used by laminating a vertical prism sheet for condensing light in the horizontal (left / right) direction to the front and a horizontal prism sheet for condensing light in the vertical (up / down) direction to the front. There were many.
  • the prism sheet can be removed or only one.
  • the present invention By using the present invention, characteristics that cannot be obtained with a conventional optical element can be easily obtained.
  • the optical element according to the present invention it is possible to obtain an optical element that has high transmittance in the front direction, has a good shielding effect in the oblique direction, and has no absorption loss in combination with the selective reflection characteristics of the cholesteric liquid crystal. I can do it. Stable performance can be easily obtained without the necessity of secondary transmission in oblique directions or precise adjustment of wavelength characteristics.
  • the optical element of the present invention does not require an air interface, so that it can be used as a laminated integrated product with a polarizing plate and the like, and is advantageous in handling. It is. It has a great effect on thinning. Eliminates diffusers that reduce the total light transmittance and reduces haze because it does not have a visible regular structure like a prism structure, which tends to cause moire etc. (In general, the total light transmittance improves Is easily performed. Of course, there is no problem when used in combination with a prism sheet or the like. For example, it is preferable to use a combination in which the light is condensed to a steep front by using prism sheets and the secondary transmission peak appearing at a large exit angle in the prism sheet is blocked by the optical element of the present invention.
  • the direction of the emitted light peak tends to be biased in the direction away from the light source cold cathode tube. This is because the light emitted obliquely from the light guide plate is emitted more in the direction away from the light source cold cathode tubes, and it is difficult to position the peak intensity in the direction perpendicular to the screen.
  • the emission peak can be easily matched in the front direction.
  • a viewing angle expansion system can be constructed by combining a condensing backlight light source using these optical elements with a diffuser plate that does not cause depolarization and has low backscattering.
  • the condensing backlight system using the optical element obtained as described above can easily obtain a light source with higher parallelism than the conventional one.
  • parallel light can be obtained by reflected polarized light having essentially no absorption loss, the reflected non-parallel light component returns to the backlight side, and only the parallel light component in the reflected non-parallel light component returns to the backlight side.
  • the recycling that is taken out is repeated, and substantially high transmittance, high transmittance and light utilization efficiency can be obtained.
  • the polarizing element (A) of the present invention can be formed of a cholesteric liquid crystal layer having a reflection bandwidth of 200 nm or more.
  • the cholesteric liquid crystal layer can be formed by stacking a cholesteric liquid crystal layer having a plurality of different selective reflection wavelength bands. Further, a cholesteric liquid crystal layer whose pitch length continuously changes in the thickness direction can be used.
  • the cholesteric liquid crystal layer is appropriately adjusted. Select and perform.
  • the difference in the axial direction of the linearly polarized light of obliquely transmitted light can be arbitrarily prepared depending on the stacking order of the cholesteric liquid crystal layers and the manufacturing method.
  • the transmitted light in the oblique direction is uniquely defined, and only those having a polarization axis of linearly polarized light substantially parallel to the normal to the optical surface. I can't get it.
  • the selective reflection wavelength band of the polarizing element (A) includes at least 550 nm.
  • each cholesteric liquid crystal layer is appropriately provided with a plurality of cholesteric liquid crystal layers so that the reflection bandwidth of the laminate is 200 nm or more. Select and stack layers.
  • the cholesteric liquid crystal layer is not particularly limited as long as an appropriate one is used.
  • a liquid crystal polymer that exhibits cholesteric liquid crystallinity at high temperature or a liquid crystal monomer and optional Polymerizable liquid crystals obtained by superimposing a chiral agent and an alignment assistant by irradiation with ionizing radiation such as an electron beam or ultraviolet light or heat, or a mixture thereof.
  • the liquid crystal properties may be either lyotropic or thermopic, but from the viewpoint of easy control and easy formation of a monodomain, it is desirable that the liquid crystal be thermopic.
  • the cholesteric liquid crystal layer can be formed by a method according to a conventional alignment treatment.
  • a film of polyimide, polybutyl alcohol, polyester, polyester, polyamide imide, polyether imide, etc. is formed on a support base material such as triacetyl cellulose or amorphous polyolefin having a birefringence retardation as small as possible.
  • a fine abrasive such as Bengala and has fine irregularities with a fine alignment control force on the surface, or a liquid crystal control force by irradiating the base film with an azobenzene compound or other light.
  • Liquid crystal polymer on an appropriate alignment film consisting of a substrate on which an alignment film that generates It is developed and heated to above the glass transition temperature and below the isotropic phase transition temperature, and cooled to below the glass transition temperature with the liquid crystal polymer molecules in a state of being in a planar alignment, forming a solidified layer in which the orientation is fixed.
  • the structure may be fixed by irradiation of energy such as ultraviolet rays or ion beams at the stage when the alignment state is formed.
  • the liquid crystal polymer film is formed, for example, by applying a solution of a liquid crystal polymer in a solvent by a spin coating method, a mouth coating method, a flow coating method, a printing method, a dip coating method, a casting film forming method, a bar coating method, a gravure printing method. Etc., and can be carried out by, for example, a method of developing a thin layer and drying it as necessary.
  • the solvent examples include chlorinated solvents such as methylene chloride, trichloroethylene and tetrachloroethane; ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone; aromatic solvents such as toluene; cycloheptane And N-methylpyrrolidone tetrahydrofuran and the like can be appropriately used.
  • chlorinated solvents such as methylene chloride, trichloroethylene and tetrachloroethane
  • ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone and cyclohexanone
  • aromatic solvents such as toluene
  • cycloheptane And N-methylpyrrolidone tetrahydrofuran and the like can be appropriately used.
  • a heated melt of a liquid crystal polymer preferably a heated melt in a state of exhibiting an isotropic phase
  • a heated melt of a liquid crystal polymer is developed in accordance with the above, and if necessary, further developed into a thin layer while maintaining its melting temperature, to thereby form a solid.
  • a method for causing the above to occur can be adopted. This method does not use a solvent. Therefore, the liquid crystal polymer can be developed by a method with good hygiene of the working environment.
  • a cholesteric liquid crystal layer superimposing method with an alignment film interposed therebetween may be used as necessary for the purpose of thinning and the like.
  • the cholesteric liquid crystal layer thus obtained can be peeled off from the supporting base material and the Z-oriented base material used during film formation and transferred to another optical material, or used without peeling.
  • the method of laminating the cholesteric liquid crystal layers includes a method of bonding a plurality of individually formed cholesteric liquid crystal layers with an adhesive material and an adhesive material, a method of swelling and dissolving the surface with a solvent or the like, and a method of press-fitting, A pressing method may be used while applying ultrasonic waves or the like.
  • a method of applying a cholesteric liquid crystal layer having another selective reflection center wavelength on the layer for example, may be used.
  • the cholesteric liquid crystal layer in which the pitch length continuously changes in the thickness direction may be obtained by irradiating the composition containing the same liquid crystal monomer as described above with an ionizing radiation such as an electron beam or an ultraviolet ray by the following method.
  • an ionizing radiation such as an electron beam or an ultraviolet ray
  • a method utilizing the difference in polymerization rate due to a difference in ultraviolet transmittance in the thickness direction Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-95883
  • a method of extracting with a solvent to form a concentration difference in the thickness direction Japanese Patent No. 3062150
  • the second polymerization by changing the temperature after the first polymerization US Pat. No. 6,057,082.
  • a method in which a step of polymerizing and curing by irradiating ultraviolet rays from the substrate side is performed, and a difference in polymerization rate in the thickness direction due to inhibition of oxygen polymerization is increased by irradiating ultraviolet rays from the substrate side JP-A-2000-139953) Etc. are preferably used.
  • a cholesteric liquid crystal layer having a wider reflection wavelength band can be obtained by the following method.
  • the liquid crystal mixture is brought into contact with a gas containing oxygen at a temperature of 20 ° C. or more at an ultraviolet irradiation intensity of 20 200 mWZcm 2 .
  • Step (2) and then, in a state where the liquid crystal layer is in contact with a gas containing oxygen, at a temperature of 20 ° C or more, at a UV irradiation intensity lower than that of Step (1) for 10 seconds or more,
  • a method of performing the step of irradiating ultraviolet rays from the alignment substrate side (3), followed by the step of irradiating ultraviolet rays in the absence of oxygen (4) Japanese Patent Application No. 2003-93963.
  • the liquid crystal mixture is in contact with a gas containing oxygen, and at a temperature of 20 ° C. or more, an ultraviolet irradiation intensity of 1.1 mW / cm 2 and 0.2 mW / cm 2.
  • there is a method of performing the ultraviolet irradiation step (2) in the absence of oxygen Japanese Patent Application No. 2003-94307).
  • the liquid crystal mixture is in contact with a gas containing oxygen, at a temperature of 20 ° C. or more, at an ultraviolet irradiation intensity of 20 to 200 mW / cm 2 .
  • a method of irradiating with ultraviolet rays (3) can be mentioned (Japanese Patent Application No. 2003-94605).
  • a cholesteric liquid crystal layer having a broad reflection wavelength band and excellent heat resistance can be obtained.
  • a liquid crystal mixture containing a polymerizable mesogen compound (a), a polymerizable chiral agent (b), and a photopolymerization initiator (c) is subjected to ultraviolet polymerization between two substrates (Japanese Patent Application No. 2003-143,197). -No. 4346, Japanese Patent Application 200
  • the polymerizable mesogen compound (a) and the polymerizable chiral agent (b) that form the cholesteric liquid crystal layer will be described below. These materials include a cholesteric liquid crystal layer and a cholesteric liquid crystal layer whose pitch length continuously changes in the thickness direction. Can be used for any of the cholesteric liquid crystal layers to be laminated
  • the polymerizable mesogen compound (a) a compound having at least one polymerizable functional group and having a mesogen group composed of a cyclic unit or the like is preferably used.
  • the polymerizable functional group include an acryloyl group, a methacryloyl group, an epoxy group, and a butyl ether group. Among them, an atalyloyl group and a methacryloyl group are preferable. Further, by using a compound having two or more polymerizable functional groups, a crosslinked structure can be introduced to improve the durability.
  • Examples of the cyclic unit to be a mesogen group include biphenyl, phenylbenzoate, phenylcyclohexane, azoxybenzene, azomethine, azobenzen, phenylpyrimidine, diphenylacetylene, and diphenylbenzoate. And bicyclohexanes, cyclohexylbenzenes and terphenyls.
  • the terminal of these cyclic units may have a substituent such as a cyano group, an alkyl group, an alkoxy group, a halogen group, or the like.
  • the mesogen group may be bonded via a spacer that imparts flexibility.
  • the spacer portion examples include a polymethylene chain and a polyoxymethylene chain.
  • the number of repeating structural units forming the spacer portion is appropriately determined by the chemical structure of the mesogenic portion, but the repeating units of the polymethylene chain are 0 to 20, preferably 2 to 12, and the repeating units of the polyoxymethylene chain. Is 0-10, preferably 1-3
  • the molar extinction coefficient is 0.1 , 50-1 OOOOdmVol- 1 @ 334 nm, and 10000-SOOOOdmol- 1 @ 314 nm is more preferable.
  • the molar extinction coefficient is 0.1 , 100 0- AOOOdm ol- ⁇ is the SS nm, 30000- AOOOOdm ol- 1 ® 314 ⁇ m and more preferably Les,.
  • Molar extinction coefficient is 0.1 dm or'cm " 1 @ 365nm, 10dm 3 m It is difficult to widen the bandwidth without a sufficient difference in polymerization rate when the wavelength is smaller than Mnm. on the other hand, 30000dm mol — If it is larger than 14 nm, the polymerization may not completely proceed and the curing may not be completed.
  • the molar extinction coefficient is a value obtained by measuring the spectrophotometric spectrum of each material and measuring the resulting absorbance at 365 nm, 334 nm, and 314 nm.
  • the polymerizable mesogen compound (a) having one polymerizable functional group is, for example, represented by the following general formula:
  • H represents, R represents —H or —CH, and X represents the general formula (2):
  • a is an integer of 03
  • b is an integer of 0 to 12
  • c is 0 or 1
  • Examples of the polymerizable chiral agent (b) include LC756 manufactured by BASF.
  • the amount of the polymerizable chiral agent (b) to be blended is preferably about 11 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymerizable mesogen compound (a) and the polymerizable chiral agent (b) in total. 3-7 parts by weight are more suitable.
  • the helical torsional force (HTP) is controlled by the ratio of the polymerizable mesogen compound (a) and the polymerizable chiral agent (b). By setting the ratio within the above range, the reflection band can be selected so that the reflection spectrum of the obtained cholesteric liquid crystal film can cover a long wavelength region.
  • the liquid crystal mixture usually contains a photopolymerization initiator (c).
  • a photopolymerization initiator Various photopolymerization initiators (c) can be used without particular limitation.
  • photopolymerization initiators c
  • the amount of the photopolymerization initiator is preferably about 0.01 to 10 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total of the polymerizable mesogen compound (a) and the polymerizable chiral agent (b). Weight parts are more suitable.
  • the polymerizable ultraviolet absorber (d) a compound having at least one polymerizable functional group and having an ultraviolet absorbing function can be used without particular limitation.
  • Specific examples of such a polymerizable ultraviolet absorber (d) include 1-13 ⁇ 48_93 manufactured by Otsuka Chemical Co., Ltd., and UVA935LH manufactured by BASF.
  • the amount of the polymerizable ultraviolet absorber (d) is preferably about 0.01 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymerizable mesogen compound (a) and the polymerizable chiral agent (b) in total. 2-5 parts by weight are more preferred.
  • the mixture may be mixed with an ultraviolet absorber to increase the difference in ultraviolet exposure intensity in the thickness direction.
  • an ultraviolet absorber having a large molar extinction coefficient.
  • the mixture can be used as a solution.
  • Solvents used for preparing the solution are usually halogenated hydrocarbons such as chloroform, dichloromethane, dichloroethane, tetrachloroethane, chloroethylene, tetrachloroethylene, and cyclobenzene, phenol, parachlorophenol, and the like.
  • Phenols aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, methoxybenzene, 1,2-dimethoxybenzene, etc., acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, tert-butyl alcohol, glycerin, ethylene glycol Kohl, triethylene glycol, ethylene bricol monomethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, ethylcellosolve, butylcellosolve, 2_pyrrolidone, N_methyl_2_pyrrolidone, pyridine, triethynoleamine, tetrahydride Furan,-dimethylformamide, dimethyl ⁇ Seth, dimethyl sulfoxide, can be used Asetonitoriru, butyronitrile, carbon disulfide, cyclopentanone, and cyclohexanone.
  • the solvent to be used is not particularly limited, but methyl ethyl ketone, cyclohexanone, cyclopentanone and the like are preferable.
  • the concentration of the solution depends on the solubility of the thermopickable liquid crystal compound and ultimately the thickness of the target cholesteric liquid crystal film, so it cannot be said unconditionally.
  • the content is usually about 3 to 50% by weight.
  • the above-described alignment base material can be used. The same method can be adopted for the alignment method.
  • Examples of the half-wave plate (B) include polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, polycarbonate, norbornene resins represented by JSR ARTON, polyvinyl alcohol, polystyrene, polymethyl methacrylate, polypropylene, and others.
  • a film obtained by uniaxially stretching a resin film of polyolefin, polyarylate, polyamide, or the like, or a film obtained by improving the viewing angle characteristics by biaxially stretching, or a film in which the nematic alignment state of a rod-like liquid crystal is fixed is used. be able to.
  • the half-wave plate (B) is a broadband wave plate having a phase difference characteristic that functions as a substantially half-wave plate in the entire visible light range in order to align the optical characteristics of each color and suppress coloring. Preferably, there is. If the change in the phase difference value for each wavelength is too large, a difference occurs in the polarization characteristics for each wavelength, which affects the shielding performance for each wavelength and is not preferable because it is visually recognized by being colored.
  • the half-wave plate (B) that has a strong force has a maximum in-plane refractive index on the X axis, a direction perpendicular to the X axis on the Y axis, and a refractive index in each axial direction of nx, ny and thickness d. (nm), it is preferable that the front phase difference value: ( ⁇ y) X d at each wavelength in the light source wavelength band (420 to 650 nm) is within 1/2 wavelength ⁇ 10%.
  • the variation of the phase difference value within the light source wavelength band is preferably as small as possible, preferably within ⁇ 7%, and more preferably within ⁇ 5%.
  • the half-wave plate (B) has a phase difference equivalent to a half wavelength irrespective of the wavelength of the incident light by controlling the wavelength dispersion characteristics by off-axis lamination of different types of retardation plates or molecular design. Can be given.
  • Such features Polybutyl alcohol is a typical example of a retardation plate that has properties, and materials that are molecularly designed for optics include norbornene-based resin films such as JSR's Arton and Nippon Zeon's Zeonor, and Teijin's Pure Ace WR and the like.
  • the 1Z2 wavelength plate (B) functions as a 1Z2 wavelength plate for obliquely incident light.
  • the phase difference value changes, and a phenomenon generally occurs that deviates from the originally required phase difference value.
  • a phase difference equivalent to a vertically incident light beam can be given to an obliquely incident light beam.
  • the control coefficient of the retardation value in the thickness direction is generally defined by the Nz coefficient.
  • ⁇ 2.5 and Nz ⁇ l More preferably, _2 ⁇ Nz ⁇ 0.5.
  • a typical example of a retardation plate having such a thickness direction control is an NRZ film manufactured by Nitto Denko. It should be noted that the technique disclosed in Patent Document 17 cannot prevent the secondary transmission in the oblique direction. This is because it is impossible to achieve both the manifestation of the phase difference in the oblique direction and the suppression of the increase in the phase difference in the oblique direction. Here is the advantage s of the present invention.
  • the half-wave plate (B) can be composed of one retardation plate and can be used by laminating two or more retardation plates so that a desired retardation can be obtained.
  • the thickness of the half-wave plate (B) is usually 0.5 to 200 zm, preferably S, and particularly preferably 100 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ .
  • the retardation layer (C) has a phase difference of almost zero in the front direction and generates a phase difference with respect to incident light inclined from the normal direction.
  • the front phase difference is desirably ⁇ / 10 or less because the purpose is to maintain polarized light that is vertically incident.
  • the phase difference layer (C) generates a phase difference with respect to incident light inclined from the normal direction. It is. For incident light from an oblique direction, the angle is appropriately determined by an angle at which total reflection is performed so as to efficiently convert the polarization. For example, in order to completely reflect the light at an angle of about 60 ° from the normal, the phase difference measured at 60 ° should be determined to be about / 4. However, the retardation layer (C): The C-plate and the half-wave plate (B) are combined, and the selective reflection wavelength band of the C-plate is set to a longer wavelength side than the visible light range. The required characteristics can be obtained even when the phase difference of the plate measured at an angle of 30 ° from the normal direction is about 1Z32 wavelength.
  • the retardation layer (C) is provided with a normal direction force to the incident light inclined. Those that generate a phase difference are used.
  • the phase difference of the retardation layer (C) with respect to the obliquely incident light is appropriately adjusted according to the polarizing element (A).
  • the material of the retardation layer (C) is not particularly limited as long as it has the above-mentioned optical characteristics.
  • fixed cholesteric liquid crystals having a reflection wavelength outside the visible light range (380 nm to 780 nm), fixed rod-like liquid crystal homeotropic aperture alignment, discotic liquid crystal columnar alignment ⁇ nematic Examples include those utilizing orientation, those in which negative uniaxial crystals are oriented in-plane, and those in which biaxially oriented polymer films are used.
  • a film obtained from at least one polymer selected from the group consisting of polyamide, polyimide, polyester, poly (ether ketone), poly (amide-imide), and poly (ester-imide) can be used.
  • These films are obtained by applying a solution obtained by dissolving the polymer in a solvent to a substrate, and then subjecting the solution to a drying step.
  • the substrate is preferably formed using a substrate having a dimensional change rate of 1% or less in the drying step. Further, there is a liquid crystal in which the alignment direction of the nematic liquid crystal or discotic liquid crystal is fixed so that the alignment direction changes continuously in the thickness direction.
  • the C-plate in which the homeotropic opening pick alignment state is fixed, a liquid crystalline thermoplastic resin or liquid crystal monomer that exhibits nematic liquid crystallinity at high temperature, and an alignment aid, if necessary, are irradiated with ionizing radiation such as electron beams or ultraviolet rays.
  • ionizing radiation such as electron beams or ultraviolet rays.
  • Polymerizable liquid crystal polymerized by heat or heat, or a mixture thereof is used.
  • the liquid crystal properties may be either lyotropic or thermopick, but from the viewpoint of easy control and easy formation of a monodomain, it is desirable that the liquid crystal be a thermopick liquid crystal.
  • the homeotropic aperture alignment can be obtained, for example, by coating the birefringent material on a film on which a vertical alignment film (such as a long-chain alkylsilane) has been formed, and developing and fixing a liquid crystal state.
  • a C-plate using a discotic liquid crystal is a discotic liquid crystal having a negative uniaxial property, such as a phthalocyanine or triphenylene compound having an in-plane molecular force S as a liquid crystal material.
  • the material is fixed by developing a nematic phase or a columnar phase.
  • the negative uniaxial inorganic layered compound is described in detail in, for example, JP-A-6-82777.
  • the C plate utilizing biaxial orientation of the polymer film has a well-balanced biaxial stretching method for a polymer film having a positive refractive index anisotropy, a method of pressing a thermoplastic resin, and a method of performing a parallel orientation. Crystal force can be obtained by a method such as cutting out.
  • Each of the retardation layers (C) is composed of one retardation plate, and may be used by laminating two or more retardation plates so that a desired retardation is obtained. it can.
  • the 1/4 wavelength plate (D) a material whose phase difference is controlled using the same material as the 1Z2 wavelength plate (B) can be used.
  • the 1Z4 wave plate (D) is also an approximately 1Z4 wave plate over the entire visible light range.
  • the front-side retardation force at each wavelength in the light source wavelength band (420 to 650 nm), which is preferably a broadband wave plate that functions well, is within 1/4 wavelength ⁇ 10%. Preferably it is within ⁇ 7%, more preferably ⁇ 5% or less.
  • Nz ⁇ l More preferably, Nz ⁇ 0.5.
  • the quarter-wave plate (D) may be composed of two or more retardation plates so that a desired retardation may be obtained even if the retardation plate is composed of a retardation plate having a profile.
  • the thickness of the quarter-wave plate (D) is usually 0.5 to 200 zm, and the thickness is preferably S, particularly preferably 100 ⁇ .
  • the linearly polarized light reflective polarizer (E) has different refractive indices used in grid polarizers, multilayer thin film laminates of two or more layers made of two or more materials having a difference in refractive index, beam splitters, etc.
  • a material that generates a phase difference by stretching represented by polyethylene naphthalate, polyethylene terephthalate, and polycarbonate, an acryl-based resin represented by polymethyl methacrylate, and norbornene represented by ARTON manufactured by JSR Corporation
  • a resin obtained by uniaxially stretching a resin having a small amount of retardation, such as a system resin, as a multilayer laminate can be used.
  • Specific examples of the linearly polarized light reflection type polarizer (E) include DBEF manufactured by 3M, PCF manufactured by Nitto Denko Eno Earth, and the like.
  • the selective reflection wavelength bandwidth of the linearly polarized light-reflecting polarizer (E) is preferably 200 nm or more, more preferably 300 nm or more, and still more preferably 400 nm or more, as in the case of the polarizing element (A).
  • the selective reflection wavelength shifts to the shorter wavelength side according to the angle of incidence, so it is desirable that the expanded selective reflection wavelength band be extended mainly to the longer wavelength side. Is not a limitation.
  • the polarizing element (A) and the linearly-polarized reflection polarizer (E) have a selective reflection wavelength band at least. 550 nm, preferably 100 nm or more, more preferably 200 nm or more, and even more preferably 300 nm or more.
  • the optical element of the present invention can be used not only by simply arranging it in the optical path but also by bonding. This is because the transmittance is controlled not by the surface shape but by the polarization characteristics of the optical element, so that an air interface is not required.
  • the layers are desirably laminated using an adhesive or a pressure-sensitive adhesive from the viewpoints of workability and light use efficiency.
  • the adhesive or the pressure-sensitive adhesive is transparent, has no absorption in the visible light region, and the refractive index is preferably as close as possible to the refractive index of each layer from the viewpoint of suppressing surface reflection.
  • an acrylic pressure-sensitive adhesive is preferably used.
  • a monodomain is separately formed in the form of an alignment film, and the layers are sequentially laminated by a method such as transfer to a light-transmissive base material. It is also possible to form an alignment film or the like as appropriate and directly form each layer sequentially.
  • Each layer and the (adhesive) adhesive layer may be provided with isotropic scattering by further adding particles to adjust the degree of diffusion and adjustment as necessary, or may be provided with an ultraviolet absorber, an antioxidant, or the like.
  • an ultraviolet absorber for the purpose of imparting leveling property during film formation, a surfactant or the like can be appropriately added.
  • the main component of the light beam reflected by the collimating film is an oblique incident component, which is specularly reflected by the collimating film and returned toward the backlight.
  • specular reflectivity of the rear-side reflector is high, the reflection angle is preserved, and light cannot be emitted in the front direction, resulting in light loss. Therefore, it is desirable to dispose a diffuse reflector in order to increase the scattered reflection component in the front direction without preserving the reflection angle of the reflected return light beam.
  • the light-collecting characteristics according to the present invention can control light-collecting in the front direction even with a diffusion surface light source such as a direct-type backlight or an inorganic / organic EL element.
  • the diffusion plate can be obtained by embedding fine particles having different refractive indices in a resin, in addition to a material having a surface irregularity. This diffusion plate may be sandwiched between the optical element (X) and the backlight, or may be bonded to the optical element (X).
  • the optical element (X) is suitably applied to a liquid crystal display device in which polarizing plates (P) are arranged on both sides of a liquid crystal cell (LC), and the optical element (X) is a polarizing plate on a side of a light source of the liquid crystal cell. Applies to (P) side.
  • FIG. 14 shows a structure in which a polarizing plate (P) is laminated on a linearly polarized light reflective polarizer (E).
  • the optical element (X) is arranged such that the polarizing element (A) is on the light source side.
  • FIGS. 16 to 19 illustrate a liquid crystal display device.
  • FIGS. 16 to 19 illustrate the case where the optical element (Y) is used.
  • the reflector (RF) is shown together with the light source (L).
  • FIG. 16 shows a case where a direct-type backlight (L) is used as a light source (L).
  • FIG. 17 shows a case where a sidelight type light source (L) is used for the light guide plate (S).
  • FIG. 18 shows a case where the planar light source (L) is used.
  • FIG. 19 shows a case where a prism sheet (Z) is used.
  • a diffusion plate on the liquid crystal cell viewing side with no backscattering and depolarization on the liquid crystal display device combined with the above-mentioned parallelized backlight By stacking a diffusion plate on the liquid crystal cell viewing side with no backscattering and depolarization on the liquid crystal display device combined with the above-mentioned parallelized backlight, a favorable near-front area can be obtained.
  • the viewing angle can be expanded by diffusing the light beam having the display characteristics and obtaining uniform and good display characteristics within the entire viewing angle.
  • a diffusion plate having substantially no backward scattering is used.
  • the diffusion plate can be provided as a diffusion adhesive.
  • the placement location is on the viewing side of the liquid crystal display device, but it can be used either above or below the polarizing plate.
  • a film that does not substantially eliminate polarized light is desirable.
  • JP-A-2000-347006 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-347007 discloses a fine particle-dispersed diffusion plate.
  • the viewing angle widening film When the viewing angle widening film is positioned outside the polarizing plate, the light parallelized to the liquid crystal layer and the polarizing plate is transmitted. Therefore, in the case of a TN liquid crystal cell, a viewing angle compensating retardation plate is particularly used. It is not necessary. In the case of an STN liquid crystal cell, it is only necessary to use a retardation film in which only the front characteristics are well compensated. In this case, since the viewing angle widening film has an air surface, it is possible to adopt a type using a refraction effect due to the surface shape.
  • a viewing angle widening film having a regular structure inside such as an existing microlens array film or hologram film, a black matrix of a liquid crystal display device or a conventional parallel light conversion system of a backlight.
  • This method interfered with microstructures such as microlens array / prism array / louver / micromirror array and caused moire.
  • the regular structure is not visually recognized in the plane, and there is no regular modulation in the emitted light. Therefore, it is not necessary to consider the compatibility with the viewing angle widening film and the arrangement order. Therefore, the viewing angle widening film is not particularly limited as long as it does not cause interference / moire with the pixel black matrix of the liquid crystal display device, and the options are wide.
  • substantially no back scattering, no depolarization, and the like are described in JP-A-2000-347006 and JP-A-2000-347007.
  • Haze 80 with a light scattering plate like / o—90. / o is preferably used.
  • a primary light condensing means is preferably one that condenses light within ⁇ 60 degrees, and more preferably one that condenses light within ⁇ 50 degrees.
  • liquid crystal display device is manufactured by appropriately using various optical layers and the like according to a conventional method.
  • a polarizing plate having a protective film on one or both sides of a polarizer is generally used.
  • the polarizer is not particularly limited, and various types can be used.
  • the polarizer include a hydrophilic polymer film such as a polyvinyl alcohol-based film, a partially formalized polyvinyl alcohol-based film, and an ethylene-butyl acetate copolymer-based partially modified film, and iodine and dichroic dyes. Uniaxially stretched by adsorbing the dichroic substance described above, polyene-based oriented finolems such as dehydration products of polyvinyl alcohol and dehydrochlorination products of polyvinyl chloride, and the like.
  • a polarizer composed of a polybutyl alcohol-based film and a dichroic substance such as iodine is preferred.
  • the thickness of these polarizers is not particularly limited, but is generally about 5 to 80 ⁇ .
  • a polarizer which is obtained by dyeing a polyvinyl alcohol-based film with iodine and uniaxially stretching is produced by, for example, dyeing polyvinyl alcohol by immersing it in an aqueous solution of iodine and stretching it to 3 to 7 times its original length.
  • iodine an aqueous solution of iodine and stretching it to 3 to 7 times its original length.
  • washing the polyvinyl alcohol-based film with water not only removes stains and anti-blocking agents on the surface of the polyvinyl alcohol-based film, but also prevents unevenness such as uneven dyeing by swelling the polyvinyl alcohol-based film. There is also an effect. Stretching may be performed after dyeing with iodine, may be performed while dyeing, or may be stretched and then dyed with iodine. The film can be stretched even in an aqueous solution of boric acid or potassium iodide or in a water bath.
  • a material for forming the transparent protective film provided on one or both surfaces of the polarizer a material having excellent transparency, mechanical strength, heat stability, moisture shielding property, isotropy, and the like is preferable.
  • polyester-based polymers such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate
  • cenorellose-based polymers such as diacetinoresenorelose and triacetinoresenorelose.
  • examples include polymers, acrylic polymers such as polymethyl methacrylate, styrene polymers such as polystyrene and acrylonitrino-styrene copolymer (AS resin), and polycarbonate polymers.
  • polyethylene, polypropylene, polyolefin having a cyclo- or norbornene structure polyolefin-based polymers such as ethylene-propylene copolymer, butyl chloride-based polymers, amide-based polymers such as nylon and aromatic polyamide, imide-based polymers, and sulfone-based polymers
  • Polymers, polyether sulfone polymers, polyether ether ketone polymers, polyphenylene sulfide polymers, butyl alcohol polymers, vinylidene chloride polymers, butyl butyral polymers, arylate polymers, polyoxymethylene polymers, epoxy polymers Or blends of the above polymers are also examples of the polymer forming the transparent protective film.
  • the transparent protective film can also be formed as a cured layer of a thermosetting or ultraviolet curable resin such as an acrylic, urethane, acrylic urethane, epoxy, or silicone resin.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-343529 (W01 / 37007) t describes a polymer finolem described herein, such as (A) a thermoplastic resin having a substituted and / or unsubstituted imide group in a side chain. And (B) a resin composition containing a thermoplastic resin having a substituted and / or unsubstituted phenyl and a nitrile group in a side chain.
  • a specific example is a film of a resin composition containing an alternating copolymer of isobutylene and N-methylmaleimide and an acrylonitrile-styrene copolymer.
  • As the film a film made of a mixed extruded product of a resin composition or the like can be used.
  • the thickness of the protective film can be determined as appropriate, but is generally about 500 / im, such as workability such as strength and handleability, and thin layer life. In particular, one 300 ⁇ 300 ⁇ force S is preferable, and 5-200 zm is more preferable.
  • nx and ny are the main refractive indices in the film plane, nz is the refractive index in the finolem thickness direction, and d is the film thickness direction
  • a protective film having a retardation of 90 nm- + 75 nm is preferably used.
  • the difference value (Rth) is more preferably _80 nm- + 60 nm, particularly preferably _70 nm- + 45 nm.
  • the protective film a cellulosic polymer such as triacetyl cellulose is preferable in terms of polarization characteristics and durability. Particularly, a triacetyl cellulose film is preferable.
  • the same polymer material may be used on both sides of the polarizer, or a protective film made of a different polymer material may be used.
  • the polarizer and the protective film are usually in close contact with each other via an aqueous pressure-sensitive adhesive or the like.
  • water-based adhesive examples include an isocyanate-based adhesive, a polybutyl alcohol-based adhesive, a gelatin-based adhesive, a bull-based latex-based, a water-based polyurethane, and a water-based polyester.
  • the surface of the transparent protective film on which the polarizer is not adhered may be subjected to a hard coat layer, an antireflection treatment, a treatment for preventing sticking, and a treatment for diffusion or antiglare.
  • the hard coat treatment is performed for the purpose of preventing the surface of the polarizing plate from being scratched.
  • a cured film made of an appropriate ultraviolet-curable resin such as an acrylic or silicone resin is excellent in hardness and sliding properties. Can be formed on the surface of the transparent protective film.
  • the anti-reflection treatment is performed for the purpose of preventing reflection of external light on the polarizing plate surface, and can be achieved by forming an anti-reflection film or the like according to the related art.
  • the anti-sticking treatment is performed for the purpose of preventing adhesion to the adjacent layer.
  • the anti-glare treatment is performed for the purpose of preventing external light from being reflected on the surface of the polarizing plate and hindering the visibility of light transmitted through the polarizing plate.
  • a sand blasting method and an embossing method are used.
  • the transparent protective film can be formed by giving a fine uneven structure to the surface of the transparent protective film by an appropriate method such as a surface roughening method or a method of blending transparent fine particles.
  • Examples of the fine particles contained in the formation of the surface fine unevenness include silica, anoremina, titania, zirconia, tin oxide, indium oxide, cadmium oxide, and antimony oxide having an average particle size of 0.5 to 50 ⁇ m.
  • Transparent fine particles such as inorganic fine particles that may be conductive and organic fine particles made of a crosslinked or uncrosslinked polymer or the like are used.
  • the amount of fine particles used is such that the fine surface unevenness structure is formed.
  • the anti-glare layer may also serve as a diffusion layer (such as a viewing angle enlargement function) for diffusing light transmitted through the polarizing plate to increase the viewing angle and the like.
  • the anti-reflection layer, anti-staking layer, diffusion layer, anti-glare layer and the like can be provided on the transparent protective film itself, or as a separate optical layer separate from the transparent protective film. It can also be provided.
  • a retardation plate is laminated on a polarizing plate as a viewing angle compensation film and used as a wide viewing angle polarizing plate.
  • the viewing angle compensation film is a film for widening the viewing angle so that an image can be seen relatively clearly even when the screen of the liquid crystal display device is viewed from a slightly oblique direction, not perpendicular to the screen.
  • the retardation plate a quarter-wave plate or a half-wave plate appropriate for the purpose of use is used. As these materials, those in which the phase difference is controlled using the same material as the 1Z2 wavelength plate (B) can be used.
  • a viewing angle compensating retardation film examples include a biaxially stretched film, a birefringent film stretched in two orthogonal directions, and a bidirectionally stretched film such as an obliquely oriented film.
  • a biaxially stretched film examples include a film obtained by bonding a heat shrinkable film to a polymer film and subjecting the polymer film to a stretching treatment and / or shrinkage treatment under the action of the contraction force caused by heating, or a film obtained by obliquely orienting a liquid crystal polymer.
  • the viewing angle compensation film can be appropriately combined for the purpose of preventing coloring or the like due to a change in the viewing angle based on the phase difference due to the liquid crystal cell, or expanding the viewing angle for good visibility.
  • the triacetyl cellulose film supports the liquid crystal polymer alignment layer, especially the optically anisotropic layer composed of the discotic liquid crystal polymer tilt alignment layer, in view of achieving a wide viewing angle with good visibility.
  • the optically-compensated phase difference plate is preferably used.
  • the optical layers to be laminated in practical use are not particularly limited.
  • one or two optical layers that may be used for forming a liquid crystal display device such as a reflector or a semi-transmission plate are provided.
  • the above can be used.
  • a reflective polarizing plate or a semi-transmitting polarizing plate in which a reflecting plate or a semi-transmitting reflecting plate is further laminated on an elliptically polarizing plate or a circular polarizing plate is exemplified.
  • the reflective polarizing plate is a polarizing plate provided with a reflective layer, and is used to form a liquid crystal display device or the like that reflects and reflects incident light from the viewing side (display side).
  • the reflective polarizing plate can be formed by an appropriate method such as a method in which a reflective layer made of metal or the like is provided on one side of the polarizing plate via a transparent protective layer or the like as necessary.
  • the reflective polarizing plate include those in which a reflective layer is formed by attaching a foil made of a reflective metal such as aluminum or the like to one surface of a protective film that has been mat-treated as necessary.
  • a reflective layer is formed by attaching a foil made of a reflective metal such as aluminum or the like to one surface of a protective film that has been mat-treated as necessary.
  • a protective film that has been mat-treated as necessary.
  • the reflection layer having the fine uneven structure described above has an advantage that the incident light is diffused by irregular reflection to prevent a directional glare and to suppress uneven brightness.
  • the protective film containing fine particles also has an advantage that the incident light and its reflected light are diffused when passing through the protective film, so that uneven brightness can be further suppressed.
  • the reflection layer having a fine uneven structure reflecting the fine uneven structure on the surface of the protective film is formed by depositing a metal by an appropriate method such as a vapor deposition method such as a vacuum evaporation method, an ion plating method, or a sputtering method or a plating method. It can be carried out by, for example, directly attaching to the surface of the transparent protective layer.
  • a vapor deposition method such as a vacuum evaporation method, an ion plating method, or a sputtering method or a plating method. It can be carried out by, for example, directly attaching to the surface of the transparent protective layer.
  • the reflective plate can also be used as a reflective sheet in which a reflective layer is provided on an appropriate film according to the transparent film. Since the reflective layer is usually made of a metal, its use in a state where the reflective surface is covered with a protective film, a polarizing plate, or the like is intended to prevent a decrease in reflectance due to oxidation, and to maintain the initial reflectance over a long period of time. It is more preferable to avoid separately providing a protective layer.
  • the transflective polarizing plate can be obtained by forming a transflective reflective layer such as a half mirror that reflects and transmits light with the reflective layer.
  • a transflective polarizing plate is usually provided on the back side of a liquid crystal cell.
  • a liquid crystal display device or the like When a liquid crystal display device or the like is used in a relatively bright atmosphere, an image is displayed by reflecting incident light from the viewing side (display side). However, in a relatively dark atmosphere, it is possible to form a liquid crystal display device or the like that displays an image using a built-in light source such as a backlight built in the back side of a transflective polarizing plate. .
  • the transflective polarizing plate can save energy for using a light source such as a backlight in a bright atmosphere, and can be used to form a liquid crystal display device that can be used with a built-in light source even in a relatively dark atmosphere. Useful.
  • the polarizing plate may be formed by laminating a polarizing plate like the above-mentioned polarized light separating type polarizing plate and two or three or more optical layers. Therefore, a reflective elliptically polarizing plate or a transflective elliptically polarizing plate obtained by combining the above-mentioned reflective polarizing plate, transflective polarizing plate and retardation plate may be used.
  • the above-mentioned elliptically polarizing plate or reflective elliptically polarizing plate is obtained by laminating a polarizing plate or a reflective polarizing plate and a retardation plate in an appropriate combination.
  • the elliptically polarizing plate and the like can be formed by sequentially and separately stacking them in the manufacturing process of the liquid crystal display device so as to form a combination of a (reflection type) polarizing plate and a retardation plate.
  • An optical film such as an elliptically polarizing plate formed by laminating has an advantage that the stability of quality and the laminating workability are excellent, and the manufacturing efficiency of a liquid crystal display device or the like can be improved.
  • the optical element of the present invention may be provided with an adhesive layer or an adhesive layer.
  • the adhesive layer can be used for attaching to a liquid crystal cell and also for laminating an optical layer.
  • their optical axes can be set at an appropriate arrangement angle according to the target retardation characteristics and the like.
  • the adhesive and the pressure-sensitive adhesive are not particularly limited.
  • it is based on polymers such as acrylic polymers, silicone polymers, polyesters, polyurethanes, polyamides, polyvinyl ethers, vinyl acetate / biel chloride copolymers, modified polyolefins, rubbers such as epoxy, fluorine, natural rubber, and synthetic rubber. It is possible to appropriately select and use a polymer.
  • those having excellent optical transparency, exhibiting appropriate wettability, cohesiveness and adhesive tackiness, and having excellent weather resistance and heat resistance are preferably used.
  • the adhesive or pressure-sensitive adhesive may contain a crosslinking agent according to the base polymer.
  • Adhesives include, for example, natural and synthetic resins, in particular, tackifier resins, fillers, pigments, coloring agents made of glass fibers, glass beads, metal powders, and other inorganic powders. An additive such as an inhibitor may be contained. Further, an adhesive layer containing fine particles and exhibiting light diffusibility may be used.
  • the adhesive or pressure-sensitive adhesive is usually used as an adhesive solution having a solid content concentration of about 10 to 50% by weight in which a base polymer or a composition thereof is dissolved or dispersed in a solvent.
  • the solvent an organic solvent such as toluene or ethyl acetate or a solvent corresponding to the kind of the adhesive such as water can be appropriately selected and used.
  • the pressure-sensitive adhesive layer and the adhesive layer may be provided on one or both surfaces of a polarizing plate or an optical film as a superposed layer of different compositions or types.
  • the thickness of the pressure-sensitive adhesive layer can be appropriately determined according to the purpose of use, adhesive strength, and the like, and is generally 1 to 500 x m, preferably 5 to 200 zm, more preferably 10 to 100 m.
  • a separator is temporarily attached to an exposed surface of the adhesive layer or the like for the purpose of preventing contamination or the like until it is put to practical use, and covered. This can prevent the adhesive layer from coming into contact with the adhesive layer in a normal handling state.
  • a suitable thin leaf such as a plastic film, a rubber sheet, paper, cloth, nonwoven fabric, a net, a foamed sheet, a metal foil, or a laminate thereof may be used as a separator, if necessary, and a silicone-based separator.
  • Any suitable material according to the related art such as a material coated with a suitable release agent such as a long mirror alkyl-based or fluorine-based molybdenum sulfide, or the like can be used.
  • each layer such as the optical element or the like and the adhesive layer may be, for example, a salicylic acid ester compound, a benzophenol compound, a benzotriazole compound, a cyanoacrylate compound, or a nickel complex salt compound. And those having an ultraviolet absorbing ability by a method such as a method of treating with an ultraviolet absorbent.
  • (Distortion rate): In order to evaluate the distortion rate of the polarizing element, the transmission spectrum of the sample was measured using an instantaneous multiphotometer (MCPD-2000, manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). When natural light is emitted and the sample is placed perpendicular to the light emission (measured light emitted from the front). In each case where the sample was set at an angle of 60 ° from the vertical direction (measurement of the emitted light at 60 °), the state of the light transmitted through the sample was measured using a polarizing plate arranged on the output side. The transmission spectrum at every turn was measured. The polarizing plate used was a Gram-Thomson prism polarizer manufactured by Sigma Koki (extinction ratio 0.00001 or less). The distortion rate was obtained from the following formula. Distortion minimum transmission / maximum transmission.
  • phase difference is defined as the direction of the maximum in-plane refractive index on the X axis, the direction perpendicular to the X axis as the Y axis, and the thickness direction of the film as the Z axis.
  • the refractive indices are nx, ny, and nz
  • the refractive indices at 550 nm, nx, ny, and nz were measured with an automatic birefringence measurement device (Oji Scientific Instruments Co., Ltd., automatic birefringence meter KOBRA21ADH).
  • the front phase difference: (nx—ny) X d was calculated.
  • the phase difference measured when tilted can be measured by the automatic birefringence measuring device described above.
  • the tilt phase difference is: (nx-ny) X d when tilting.
  • Nz coefficients were calculated.
  • a light table KLV7000 manufactured by Hakuba was used as a light source device (diffusion light source).
  • Other measuring instruments include haze measurement (Murakami Color, Hazemeter HM150), transmission and reflection spectral characteristics (Hitachi, U4100 spectrophotometer), polarizer characteristics (Murakami Color, DOT3), luminance measurement ( Topcon, luminance meter BM7), luminance and color tone angle distribution measuring instrument (ELDIM, Ez-Contrast), and UV irradiator (Disho Electric, UVC321AM1) were used.
  • the cholesteric liquid crystal polymer is represented by the following formula 2:
  • a polymerizable nematic liquid crystal monomer A represented by the following formula: [0200] [Formula 3]
  • the polymerizable chiral agent B represented by the following ratio (weight ratio)
  • Selective reflection center wavelength Monomer AZ chiral agent B (mixing ratio): Selective reflection wavelength band (nm)
  • Each of the liquid crystal mixtures was made into a 33% by weight solution dissolved in tetrahydrofuran, and then purged with nitrogen under an environment of 60 ° C to obtain a reaction initiator (azobisisobutyronitrile, 0.5% with respect to the mixture). (% By weight) to perform a polymerization treatment.
  • the obtained polymer was purified by reprecipitation separation with ethyl ether.
  • the cholesteric liquid crystal polymer was dissolved in methylene chloride to prepare a 10% by weight solution.
  • the solution was coated on an alignment substrate with a wire bar so that the thickness when dried was about 1.5 zm.
  • a polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 75 xm was used, and a polyimide alignment film was coated on the surface with a thickness of about 0.1 lzm and rubbed with a rayon rubbing cloth. After coating, it was dried at 140 ° C for 15 minutes. After the completion of this heat treatment, the liquid crystal was cooled and fixed at room temperature to obtain a thin film.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the obtained liquid crystal thin film was overcoated with each color through the same process, and was sequentially laminated from the long wavelength side to the short wavelength side.
  • a cholesteric liquid crystal laminate having a thickness of about 8 ⁇ m, in which six liquid crystal layers were laminated in order from the short wavelength side, was obtained.
  • the obtained cholesteric liquid crystal laminate was peeled off from the PET substrate and used.
  • the obtained cholesteric liquid crystal laminate has a thickness of 400 nm-8 It had a selective reflection function at 80 nm. This was designated as a polarizing element (A1-1).
  • the distortion rate in the front direction was about 0.55, and the distortion rate in the 60 ° tilt direction was about 0.05.
  • the outgoing light transmitted through the polarizing element (A1-1) has a large incident angle.
  • the outgoing light is linearly polarized light, and the linearly polarized light is polarized in a direction substantially orthogonal to the normal direction (front) of the polarizing element surface. Had an axis.
  • Nitto Denko polycarbonate retardation film (TR film) was used.
  • a retardation layer (negative C plate) having a front retardation of almost 0 and generating a retardation in an oblique direction was prepared from a polymerizable liquid crystal.
  • the polymerizable mesogen compound LC242 manufactured by BASF was used, and as the polymerizable chiral agent, LC756 manufactured by BASF was used.
  • a specific production method is as follows.
  • the polymerizable chiral agent and the polymerizable mesogen conjugate were dissolved in toluene (20% by weight), and a reaction initiator (IRGACURE 907 manufactured by Ciba Specialty Chemicals, 1% by weight based on the mixture) was added.
  • a solution was prepared.
  • the orientation substrate used was a polyethylene terephthalate film manufactured by Toray Industries: Nore Miller (thickness: 75 ⁇ m), which was subjected to orientation treatment with a rubbing cloth.
  • the solution was applied with a wire bar at a coating thickness of 4 ⁇ m when dried, dried at 90 ° C for 2 minutes, heated once to an isotropic transition temperature of 130 ° C, and then gradually heated. Cooled down. While maintaining a uniform alignment state, the composition was cured by irradiation with ultraviolet light (10 mWZcm 2 ⁇ 1 minute) in an environment of 80 ° C to obtain a negative C plate. When the phase difference of this negative C plate was measured, 55
  • phase difference about 1 when tilted at 30 °
  • a polarizing element (A1-1), a half-wave plate (B), a retardation layer (C), a 1Z4 wavelength plate (D), and a linearly-polarized reflective polarizer (E) are arranged in this order.
  • An acrylic adhesive (N O. 7) manufactured by Nitto Denko: 25 zm in thickness was used and laminated to obtain an optical element (XI).
  • the transmission axis of the linearly polarized light reflection type polarizer (E) was arranged in the same direction as the direction of the linearly polarized light obtained by transmitting through the quarter-wave plate (D).
  • the optical element (XI) was placed on a diffused light source with the polarizing element (A1-1) facing down, and emitted light was measured. The results are shown in FIG.
  • a cholesteric liquid crystal laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymerizable nematic liquid crystal monomer A and the polymerizable chiral agent B were used in the ratios (weight ratios) shown below. .
  • Selective reflection center wavelength Monomer A / Chiral agent B (mixing ratio): Selective reflection wavelength band (nm)
  • the obtained cholesteric liquid crystal laminate had a selective reflection function at 400 750 nm. This was designated as a polarizing element (A1-2).
  • the polarizing element (A1-2) had a distortion rate of about 0.65 in the front direction and about 0.03 in the 60 ° tilt direction. Outgoing light transmitted through the polarizing element (A1-2) has a large incident angle The emitted light was linearly polarized light, and the linearly polarized light had a polarization axis in a direction substantially perpendicular to the normal direction (front) of the polarizing element surface.
  • a polarizing element (A1-2) and a half-wave plate were prepared in the same manner as in Example 1 except that the polarizing element (A1-2) was used instead of the polarizing element (A1-1).
  • B retardation layer
  • C 1/4 wavelength plate
  • D 1/4 wavelength plate
  • E linear polarization reflection type polarizer
  • NO. 7 Nitto Denko's acrylic adhesive
  • the optical element (X2) was placed on a diffused light source with the polarizing element (A1-2) facing down, and emitted light was measured. The results are shown in FIG.
  • a cholesteric liquid crystal laminate was obtained in the same manner as in Example 1 except that the polymerizable nematic liquid crystal monomer A and the polymerizable chiral agent B were used in the ratios (weight ratios) shown below. .
  • Selective reflection center wavelength Monomer A / Chiral agent B (mixing ratio): Selective reflection wavelength band (nm)
  • the obtained cholesteric liquid crystal laminate had a selective reflection function at 400 lOOOnm. This was designated as a polarizing element (A1-3).
  • the polarizing element (A1-3) had a distortion rate of about 0.68 in the front direction and about 0.03 in the 60 ° tilt direction.
  • the outgoing light transmitted through the polarizing element (A1-3) has a large incident angle, and the outgoing light is linearly polarized light, and the linearly polarized light is polarized in a direction substantially orthogonal to the normal direction (front) of the polarizing element surface. Had an axis.
  • Example 1 was repeated except that the mixture ratio (weight ratio) of the polymerizable mesogen compound / polymerizable chiral agent was set to 92/8 so that the selective reflection center wavelength of the obtained cholesteric liquid crystal was about 300 nm.
  • a retardation layer (negative C plate) was prepared in the same manner as in 1 using a polymerizable liquid crystal. When the phase difference of this negative C plate was measured, the phase difference was about lnm in the front direction and about 220nm when tilted by 30 ° with respect to light having a wavelength of 550nm. Four of these were laminated using Nitto Denko's acrylic adhesive (NII. 7): Thickness to obtain a negative C plate with high retardation.
  • NII. 7 Nitto Denko's acrylic adhesive
  • Example 1 in place of the polarizing element (A1-1), a polarizing element (A1-3) was used, and in the same manner as in Example 1 except that the retardation layer (C) was used, Polarizing element (A1-3), 1/2 wavelength plate (B), retardation layer (C), 1/4 wavelength plate (D), linear polarization reflection type polarizer (E), Nitto Denko acrylic Adhesive (NO. 7): laminated using a thickness of 25 / m to obtain an optical element (X2).
  • the optical element (X3) was placed on a diffused light source with the polarizing element (A1-3) facing down, and emitted light was measured. The results are shown in FIG.
  • a polarizing element (A1-1), a half-wave plate (B), a quarter-wave plate (D) were obtained in the same manner as in Example 1 except that the retardation layer (C) was not used.
  • a linearly polarized light-reflecting polarizer (E) were laminated using an acrylic adhesive (No. 7) made by Nitto Denko: 25 / m in thickness to obtain an optical element.
  • the optical element was placed on a diffusion light source with the polarizing element (A1-1) facing down, and emission light measurement was performed. The results are shown in FIG.
  • Table 1 summarizes the luminance viewing angle characteristics of the optical elements obtained in Examples 13 and 13 and Comparative Example 1. Visual evaluation was performed for oblique coloring.
  • a coating solution (solid content: 20% by weight) was prepared by adding 5% by weight of a photopolymerization initiator (Circa Specialty Chemicals Co., Ltd., Irgacure 184) to the solid content.
  • the coating liquid was cast on a stretched PET film (oriented substrate), dried at 80 ° C for 2 minutes, and then the other PET substrate was laminated.
  • cholesteric liquid crystal layer was 9 ⁇ m in thickness, and the selective reflection band was 430 nm and 860 nm.
  • the pitch length was measured by a cross-sectional TEM photograph.
  • the cholesteric pitch changed almost continuously in the thickness direction. This was designated as a polarizing element (A1-4).
  • the polarizing element (A1-4) had a distortion rate of about 0.99 in the front direction and about 0.10 in the 60 ° tilt direction.
  • the outgoing light transmitted through the polarizing element (A1-4) has a large incident angle.
  • the outgoing light is linearly polarized light, and the linearly polarized light is polarized in a direction substantially orthogonal to the normal direction (front) of the polarizing element surface. Had an axis.
  • An optical element (X4) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the polarizing element (A1-4) was used instead of the polarizing element (A1-4).
  • the optical element (X4) was placed on a diffusion light source, and emitted light was measured. The result was almost equivalent to that of Example 1.
  • a photopolymerization initiator Irgacure 907, manufactured by Ciba-Sharti Chemika Norezu.
  • the coating liquid was cast on a stretched PET film (oriented substrate) using a wire bar so that the thickness after drying was 7 / im, and the solvent was dried at 100 ° C for 2 minutes.
  • the obtained film was subjected to first UV irradiation at 40 mW / cm 2 for 1.2 seconds in an air atmosphere at 40 ° C. from the PET side.
  • the second UV irradiation was performed at 4 mW / cm 2 for 60 seconds in an air atmosphere while increasing the temperature to 90 ° C. at a rate of 3 ° C./sec.
  • a third cholesteric liquid crystal layer having a selective reflection band of 425 to 900 nm was obtained by performing a third UV irradiation from the PET side at 60 mW / cm 2 for 10 seconds in a nitrogen atmosphere.
  • the pitch length was measured by a cross-sectional TEM photograph.
  • the cholesteric pitch changed almost continuously in the thickness direction. This was designated as a polarizing element (A1-5).
  • the polarizing element (A1-5) had a distortion rate of about 0.99 in the front direction and about 0.10 in the 60 ° tilt direction.
  • the outgoing light that has passed through the polarizing element (A1-5) has a large incident angle, and the outgoing light is linearly polarized light, and the linearly polarized light is polarized in a direction substantially orthogonal to the normal direction (front) of the polarizing element surface. Had an axis.
  • the optical element (X5) was placed on a diffusion light source, and emitted light was measured. The result was almost equivalent to that of Example 1.
  • a photopolymerizable mesogen compound (polymerizable nematic liquid crystal monomer) represented by the above formula (4) and 4 parts by weight of a polymerizable chiral agent (LC756 manufactured by BASF) and a solvent (cyclobentanone) are selectively reflected at a center wavelength of 550 nm.
  • a coating solution (solid content 30% by weight) was added to a solution adjusted and blended so that 3% by weight of a photopolymerization initiator (Circa Specialty Chemanolaz Co., Ltd., Irgacure 907) was added to the solid content.
  • a photopolymerization initiator (Circa Specialty Chemanolaz Co., Ltd., Irgacure 907) was added to the solid content.
  • the coating liquid was cast on a stretched PET film (oriented substrate) using a wire bar so that the thickness after drying was 6 ⁇ m, and the solvent was dried at 100 ° C. for 2 minutes.
  • the obtained film was subjected to a first UV irradiation at 50 mW / cm 2 for 1 second in an air atmosphere at 40 ° C from the PET side. Thereafter, heating was performed at 90 ° C for 1 minute without UV irradiation (the selective reflection band at this time was 420 to 650 nm).
  • a second UV irradiation was performed in an air atmosphere at 90 ° C. for 5 seconds at 5 mW / cm 2 (the selective reflection band at this time was 420 to 900 nm).
  • a third cholesteric liquid crystal layer having a selective reflection band of 425 to 900 nm was obtained by performing a third UV irradiation from the PET side at 80 mW / cm 2 for 30 seconds in a nitrogen atmosphere.
  • the pitch length was measured by a cross-sectional TEM photograph.
  • the cholesteric pitch changed almost continuously in the thickness direction. This was designated as a polarizing element (A1-6).
  • the polarizing element (A1-6) had a distortion rate of about 0.99 in the front direction and about 0.04 in the 60 ° tilt direction.
  • the outgoing light transmitted through the polarizing element (A1-6) has a large incident angle.
  • the outgoing light is linearly polarized light, and the linearly polarized light is polarized in a direction substantially orthogonal to the normal direction (front) of the polarizing element surface. Had an axis.
  • An optical element (X6) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the polarizing element (A1-6) was used instead of the polarizing element (A1-1).
  • Band-pass filters having the wavelength transmission characteristics shown in Fig. 24 were fabricated using evaporated thin films.
  • the total thickness was about 53 zm.
  • the above band-pass filter was arranged on a diffusion light source, and emitted light was measured.
  • the light collection characteristics shown in Fig. 25 were obtained.
  • the transmission spectrum was measured again after leaving this filter in a room temperature and normal humidity environment for 3 months, the transmission spectrum changed as shown in FIG. This was considered to be due to moisture adsorption to the deposited film due to moisture absorption.
  • the light-collecting characteristics of this sample were confirmed in the same manner as described above, a change was observed in the light-collecting characteristics as shown in FIG. Thus, it was considered to be practically difficult to maintain the wavelength characteristics of the bandpass filter for three wavelengths.
  • Comparative Example 3 Bandpass filters were fabricated by thin film coating of cholesteric liquid crystal polymer. A three-wavelength bandpass filter that reflects right circularly polarized light and a broadband circularly polarizing plate that reflects left circularly polarized light are combined. Only the intended three wavelengths transmit circularly polarized light in the vicinity of the vertical direction, reflect and recycle inverse circularly polarized light, and reflect all obliquely incident light.
  • a selective reflection circularly polarized bandpass filter that reflects right circularly polarized light with a selective reflection wavelength range of S440 490 nm, 540 600 nm, and 615-700 nm for the emission spectra of three-wavelength cold cathode tubes of 435 nm, 535 nm, and 610 nm was fabricated. .
  • cholesteric liquid crystal polymers having selective reflection central wavelengths of 480 nm, 550 nm, and 655 nm are produced based on EP0834754A1 similar to that in Example 1 for the liquid crystal material used.
  • the cholesteric liquid crystal polymer was prepared by mixing the polymerizable nematic liquid crystal monomer A (formula 2) and the polymerizable chiral agent (enantiomer of formula 3) used in Example 1 in the following ratio (weight ratio).
  • AZ chiral agent ⁇ (mixing ratio)
  • Each of the liquid crystal mixtures was made into a 33% by weight solution dissolved in tetrahydrofuran, and then purged with nitrogen under an environment of 60 ° C. to react with a reaction initiator (azobisisobutyronitrile, 0% with respect to the mixture). (5% by weight).
  • a reaction initiator azobisisobutyronitrile, 0% with respect to the mixture.
  • the obtained polymer was purified by reprecipitation separation with ethyl ether.
  • the cholesteric liquid crystal polymer was dissolved in methylene chloride to prepare a 10% by weight solution.
  • the solution was coated on an alignment substrate with a wire bar so that the thickness when dried was about 1.5 zm.
  • a polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 75 x m was used, and a polybutyl alcohol alignment film was coated on the surface at about 0.1 x m and rubbed with a rayon rubbing cloth. After coating, it was dried at 140 ° C for 15 minutes. After this heat treatment, the liquid crystal was cooled and fixed at room temperature to obtain a thin film.
  • PET polyethylene terephthalate
  • FIG. 26 shows the transmittance of the obtained cholesteric liquid crystal laminate.
  • the cholesteric liquid crystal laminate had a distortion rate of about 0.90 in the front direction and about 0.54 in the 60 ° tilt direction.
  • NIPOCS film (with PCF400-SEG1465DU) manufactured by Nitto Denko was laminated on the cholesteric liquid crystal laminate (bandpass filter).
  • This film is a polarizing plate with a circularly polarizing reflective polarizing plate used for the purpose of improving brightness, and a 1Z 4 wavelength plate is arranged between the circularly polarizing plate and the polarizing plate.
  • the cholesteric liquid crystal surfaces were bonded together in the same manner as described above to obtain an integrated product.
  • the above band-pass filter was arranged on a diffusion light source, and emitted light was measured. Although it had a light condensing characteristic with a half-value width of about ⁇ 15 degrees, a change in color tone was noticed with a sharp drop in brightness when observed with the naked eye from an oblique direction. This is probably because the set values of the transmission wavelengths do not exactly match the emission spectrum of the light source, resulting in a difference in the degree of the shielding effect due to the angle change.
  • the outgoing light was measured for a Sharp TFT liquid crystal display (model number LQ10 D362 / 10.4 / TFT) using a conventional sidelight type light guide plate. The results are shown in FIG. The outgoing light peak is slightly shifted from the front direction.
  • a solvent methyl ethyl ketone
  • PET substrate Toray's Lumilar 75 / m thickness
  • the thickness of the obtained cured liquid crystal was about 6 zm.
  • the optical rotation of this sample was about 85 °.
  • the polarizing element obtained by laminating the linearly polarized light reflection type polarizer (E), the optical rotator, and the linearly polarized light reflection type polarizer (E) had a selective reflection function at 380-1 100 nm.
  • the cholesteric liquid crystal laminate had a strain rate in the front direction of 0.01 or less and a strain rate of 60 ° or less in the tilt direction of 0.01 or less, and there was no specific incident angle dependence for transmittance. .
  • the performance of this polarizing element was almost the same as that of a polarizing element in which DBEF was bonded to DBEF at an axis angle of about 85 °.
  • the optical element using the polarizing element of the present invention is suitably used for a condensing backlight system and further for a liquid crystal display device.
  • FIG. 1 (A) is a conceptual diagram showing a polarization axis direction of emitted light transmitted through a polarizing element (A1).
  • FIG. 1 (B) is a conceptual diagram showing a polarization axis direction of emitted light when FIG. 1 (A) is viewed from the normal direction of the polarizing element (A1).
  • FIG. 2 (A) is a conceptual diagram showing a polarization axis direction of emitted light transmitted through a polarizing element (A2).
  • FIG. 2 (B) is a conceptual diagram showing the polarization axis direction of emitted light when FIG. 2 (A) is viewed from the direction of the normal to the polarizing element (A2).
  • FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating polarization components and the like.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing polarization separation by a conventional cholesteric liquid crystal layer.
  • FIG. 5 is a conceptual diagram showing polarization separation by a conventional cholesteric liquid crystal layer.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram showing polarization separation by a polarizing element (A).
  • FIG. 7 is a conceptual diagram showing polarization separation by a polarizing element (A).
  • FIG. 8 is a conceptual diagram showing a polarization axis direction of emitted light transmitted through a half-wave plate (B) at a polarizing element (A1) and at the next stage.
  • FIG. 9 is a conceptual diagram showing a polarization axis direction of emitted light transmitted through a polarizing element (Al), a half-wave plate (B), and then a retardation layer (C).
  • Garden 10 is a conceptual diagram showing the polarization axis direction of the outgoing light transmitted through the polarizing element (Al), the half-wave plate (B), the retardation layer (C), and then the quarter-wave plate (D).
  • FIG. 14 is an example of a cross-sectional view when a polarizing plate (P) is laminated on the optical element (X) of the present invention.
  • FIG. 15 is a conceptual diagram showing conversion of a polarization type by a wavelength plate.
  • Garden 16 is an example of a sectional view of a liquid crystal display device using the optical element (X) of the present invention.
  • Garden 17 is an example of a sectional view of a liquid crystal display device using the optical element (X) of the present invention.
  • FIG. 20 is a diagram showing a transmitted light intensity angular distribution of the optical element (XI) of Example 1.
  • FIG. 21 is a diagram showing a transmitted light intensity angle distribution of an optical element (X2) of Example 2.
  • FIG. 22 is a diagram showing a transmitted light intensity angular distribution of the optical element (X3) of Example 3.
  • FIG. 23 is a diagram illustrating a transmitted light intensity angle distribution of the optical element of Comparative Example 1.
  • FIG. 24 is a diagram illustrating a transmission spectrum of a bandpass filter of Comparative Example 2.
  • FIG. 25 is a diagram illustrating a light-collecting state of the bandpass filter of Comparative Example 2.
  • FIG. 26 is a diagram illustrating a transmission spectrum of a bandpass filter of Comparative Example 3.
  • FIG. 27 is a diagram illustrating a transmitted light intensity angle distribution of the liquid crystal display device of Comparative Example 4.

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Abstract

　入射光を偏光分離して出射する、コレステリック液晶により形成されている偏光素子（Ａ）であって、法線方向の入射光に対する出射光は、歪み率が０．５以上であり、法線方向から６０°以上傾けて入射した入射光に対する出射光は、歪み率が０．２以下であり、入射角度が大きくなるに従って出射光の直線偏光成分が増大する偏光素子（Ａ）と、１／２波長板（Ｂ）と、正面位相差（法線方向）が略ゼロで、法線方向に対し傾斜した入射光に対して位相差を発生する層（Ｃ）と、１／４波長板（Ｄ）とが、この順で配置されており、さらに、前記１／４波長板（Ｄ）には、直交する直線偏光の内一方を透過し他方を選択的に反射する直線偏光反射型偏光子（Ｅ）が、その透過軸の方向と、前記偏光素子（Ａ）乃至１／４波長板（Ｄ）をこの順で透過する透過光の軸とが同一方向になるように配置されている光学素子。この光学素子は、光源からの入射光を集光化、平行光化でき、任意の方向の光の透過を抑えることができる。

Description

明 細 書
光学素子、集光バックライトシステムおよび液晶表示装置
技術分野
[0001] 本発明は、偏光素子を利用した光学素子に関する。また本発明は、当該光学素子 を用いた集光バックライトシステム、さらにはこれらを用いた液晶表示装置に関する。 背景技術
[0002] 表面が平坦な光学フィルムを用いて拡散光源を集光もしくは平行光化、または特定 方向のみに透過率を制御する試みは古くから行われてきた。その代表的な例として は、輝線光源とバンドパスフィルターを組み合わせる方法がある（たとえば、特許文献 1、特許文献 2、特許文献 3、特許文献 4、特許文献 5、特許文献 6、特許文献 7、特 許文献 8、特許文献 9等参照。）。また CRTやエレクト口ルミネッセンスのように輝線発 行する光源と表示装置上にバンドパスフィルターを配置して集光'平行光化する方法 等が提案されている (たとえば、特許文献 10、特許文献 11、特許文献 12、特許文献 13、特許文献 14等参照)。
[0003] また、偏光と位相差を組み合わせた方式が提案されている（特許文献 15参照）。ま た、反射偏光子一旋光板一反射偏光子からなる光学素子としては他にも提案されてい る（特許文献 16、特許文献 17、特許文献 18参照）。また、ホログラム材料を用いたも のが提案されてレ、る（特許文献 19参照）。
[0004] しかし、拡散光源に指向性を付与する光学フィルムとして輝線スペクトルを利用した 方式では、光源種とバンドパスフィルターとの波長整合性に係わる精密度が高ぐ作 製が困難であった。一方、単色光では大きな問題とはならないが、三原色に対応さ せる場合には各色の透過率変化が入射角によって同一比率で変化しなければ着色 を感じてしまう。したがって、輝線光源とバンドパスフィルターの組み合わせでは光源 波長とバンドパスフィルターの精密なマッチングが必要であり、技術難易度が高かつ た。
[0005] 例えば、特許文献 13、特許文献 14では左円偏光分離板と右円偏光分離板の組み 合わせて得られる反射板、または同じ方向の円偏光分離板の間に 1/2波長板を配 置して得られる反射板を用いて正面方向の集光を行っている。しかし、この系では光 源の波長ごとに対応した層を形成する必要があり、カラー化のためには三組積層が 必要であった。これは構成が複雑であり高コストであった。
[0006] また、偏光と位相差を利用する場合において、出射可能な角度を絞り込んだ場合 には、副次透過する領域がさらに大きな入射角角度にて出現する傾向があった。
[0007] 一般的に位相差板に斜め入射する際には光路長が増大し、光路長増大に応じて 光路長差も増大する傾向にある。この特性と偏光子を組み合わせれば特許文献 15 のように透過率に角度依存性を有する偏光素子を作製できる。力、かる偏光素子は透 過率を入射角に応じて変化させることが可能である。例えば、かかる偏光素子によれ ば、正面方向の透過率を高ぐ斜め入射光線の透過率を低くすることが可能である。
[0008] さらに、同じ向きの円偏光を分離する光学素子の間に、正面は位相差が無く斜め 方向で 1/2波長の位相差を付与する層を揷入すれば、斜め方向は全反射されるの で正面方向にしか光は透過しなレ、（特許文献 20参照）。しかし、この手法では特定の 角度で全反射する条件を設定するとそれよりも大きな入射角度で再び透過する領域 が発生する問題が残っていた。入射角度が大きくなると光路長が増大し、受ける位相 差が増大する。このため 3/4波長の位相差を受ける入射角で再び透過する性質を 持ってしまう。このため正面のみへの透過特性を絞り込むと斜め方向での透過成分 が却って発生し障害が生じた。
[0009] 特許文献 17、特許文献 18、特許文献 19は、いずれも半透過反射板用途の反射 偏光子積層品について、これらを角度をずらして貼り合わすことによって生じていた 生産性低下と面積歩留まり劣化の問題を、旋光子の使用によりロール toロールによ る生産を可能として生産性を改善したものである。このような一般的な反射偏光子一 旋光板一反射偏光子の組み合わせでは透過率の角度依存性は生じることはなかつ た。また、水晶ゃショ糖のようの一般的なキラル材料や位相差板の積層体などによる 旋光子では入射角度によって旋光特性が変化する位相差板を意図的に制御して作 製することは困難であった。 TN液晶層は旋光板として機能するが、斜め入射方向に 対しても正面方向と同様に概略 90° の旋光子として機能し入射角によって旋光角が 変化するような現象は特には見られなかった。 [0010] 一方、ホログラム材料は高価で機械特性が悪く軟弱な材質のものが大半であり、長 期耐久性に問題があった。
[0011] このように従来の上記光学素子は、作製が困難であったり、狙い通りの光学特性が 得にくかったり、信頼性が乏しいなどの問題を有するものであった。
特許文献 1：特開平 6 - 235900号公報
特許文献 2：特開平 2 - 158289号公報
特許文献 3：特開平 10 - 321025号公報
特許文献 4：米国特許第 6307604号明細書
特許文献 5 :独国特許出願公開第 3836955号明細書
特許文献 6 :独国特許出願公開第 422028号明細書
特許文献 7：欧州特許出願公開第 578302号明細書
特許文献 8：米国特許出願公開第 2002/34009号明細書
特許文献 9：国際公開第 02/25687号パンフレット
特許文献 10 :米国特許出願公開第 2001/521643号明細書
特許文献 11 :米国特許出願公開第 2001/516066号明細書
特許文献 12：米国特許出願公開第 2002/036735号明細書
特許文献 13：特開 2002 - 90535号公報
特許文献 14 :特開 2002 - 258048号公報
特許文献 15：特許第 2561483号明細書
特許文献 16 :米国特許第 4984872号明細書
特許文献 17 :米国特許出願公開第 2003/63236号明細書
特許文献 18 :国際公開第 03/27731号パンフレット
特許文献 19：国際公開第 03/27756号パンフレット
特許文献 20 :特開平 10 - 321025号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0012] 本発明は、光源からの入射光を集光化、平行光化できる光学素子であって、任意 の方向の光の透過を抑えることができる光学素子を提供することを目的とする。 [0013] また本発明は、当該光学素子を用いた集光バックライトシステムを提供すること、さ らには液晶表示装置を提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0014] 本発明者らは前記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、下記光学素子を見 出し本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、下記の通りである。
[0015] 1.入射光を偏光分離して出射する、コレステリック液晶により形成されている偏光 素子（A)であって、
法線方向の入射光に対する出射光は、歪み率が 0. 5以上であり、
法線方向から 60° 以上傾けて入射した入射光に対する出射光は、歪み率が 0. 2 以下であり、
入射角度が大きくなるに従って出射光の直線偏光成分が増大する偏光素子 (A)と 1/2波長板 (B)と、
正面位相差 (法線方向）が略ゼロで、法線方向に対し傾斜した入射光に対して位 相差を発生する層（C)と、
1/4波長板（D)とが、この順で配置されており、
さらに、前記 1Z4波長板（D)には、直交する直線偏光の内一方を透過し他方を選 択的に反射する直線偏光反射型偏光子 (E)が、その透過軸の方向と、前記偏光素 子 (A)乃至 1/4波長板（D)をこの順で透過する透過光の軸とが同一方向になるよう に配置されてレ、ることを特徴とする光学素子。
[0016] 2.偏光素子 (A)が、入射角度が大きくなるに従って増大する出射光の直線偏光成 分は、偏光素子面の法線方向に対し実質的に直交方向に直線偏光の偏光軸を有 するものであることを特徴とする上記 1の光学素子。
[0017] 3.偏光素子 (A)が、入射角度が大きくなるに従って増大する出射光の直線偏光成 分は、偏光素子面の法線方向に対し実質的に平行方向に直線偏光の偏光軸を有 するものであることを特徴とする上記 1の光学素子。
[0018] 4.偏光素子 (A)は、入射光の非透過成分を実質的に反射するものであることを特 徴とする上記 1一 3のいずれかに記載の光学素子。 [0019] 5.偏光素子（A)の厚みが 2 μ ΐη以上であることを特徴とする上記 1一 4のいずれか に記載の光学素子。
[0020] 6.偏光素子 (A)の反射帯域巾が 200nm以上であることを特徴とする上記 1一 5の いずれかに記載の光学素子。
[0021] 7. 1Z2波長板（B)が、可視光全域において略 1/2波長板として機能する広帯域 波長板であることを特徴とする上記 1一 6のいずれかに記載の光学素子。
[0022] 8. 1Z2波長板（B)が、面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向を
Y軸、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、厚さ d (nm)とした場合に、
光源波長帯域 (420— 650nm)における各波長での正面位相差値：（nx— ny) X d が、 1Z2波長 ± 10%以内であることを特徴とする上記 7記載の光学素子。
[0023] 9. 1Z2波長板（B)が、厚み方向の位相差を制御し、角度変化に対する位相差変 化を低減したものであることを特徴とする上記 1一 8のいずれかに記載の光学素子。
[0024] 10. 1/2波長板（B) 1 面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向 を Y軸、フィルムの厚さ方向を Z軸とし、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、 nz、と した場合に、
Nz= (nx-nz) / (nx-ny)で表される Nz係数力 -2. 5< Nz≤ 1であることを特徴 とする上記 9記載の光学素子。
[0025] 11.位相差層（C)が、
選択反射波長域を可視光領域以外に有するコレステリック液晶相のブラナー配向 を固定したもの、
棒状液晶のホメオト口ピック配向状態を固定したもの、
ディスコティック液晶のネマチック相またはカラムナー相配向状態を固定したもの、 ポリマーフィルムが 2軸配向されたもの、
負の 1軸性を有する無機層状化合物を面の法線方向に光軸がなるように配向固定 したもの、ならびに、
ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリ（エーテルケトン）、ポリ（アミド—イミド）および ポリ（エステル一イミド）からなる群から選ばれる少なくとも 1種の重合体力 得られたフ イノレム、 力 なる群から選ばれる少なくとも 1種であることを特徴とする上記 1一 10のいずれ かに記載の光学素子。
[0026] 12. 1/4波長板（D)が、可視光全域において略 1/4波長板として機能する広帯 域波長板であることを特徴とする上記 1一 11のいずれかに記載の光学素子。
[0027] 13. 1Z4波長板（D)が、面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向 を Y軸、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、厚さ d (nm)とした場合に、
光源波長帯域 (420— 650nm)における各波長での正面位相差値：（nx— ny) X d が、 1Z4波長 ± 10%以内であることを特徴とする上記 12記載の光学素子。
[0028] 14. 1Z4波長板（D)が、面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向 を Y軸、フィルムの厚さ方向を Z軸とし、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、 nz、と した場合に、
Nz= (nx_nz) / (nx_ny)で表される Nz係数力 —2. 5 < Nz≤ 1であることを特徴 とする上記 1一 13のいずれかに記載の光学素子。
[0029] 15.直線偏光反射型偏光子 (E)が、グリッド型偏光子であることを特徴とする上記 1 一 14のいずれかに記載の光学素子。
[0030] 16.直線偏光反射型偏光子 (E)が、屈折率差を有する 2種以上 2層以上の多層薄 膜積層体であることを特徴とする上記 1一 14のいずれかに記載の光学素子。
[0031] 17.多層薄膜積層体が蒸着薄膜であることを特徴とする上記 16記載の光学素子。
[0032] 18.直線偏光反射型偏光子 (E)が、複屈折を有する 2種以上 2層以上の多層薄膜 積層体であることを特徴とする上記 1一 14のいずれかに記載の光学素子。
[0033] 19.多層薄膜積層体が複屈折を有する 2種以上 2層以上の樹脂積層体を延伸した ものであることを特徴とする上記 18記載の光学素子。
[0034] 20.直線偏光反射型偏光子 (E)の外側に、直線偏光反射型偏光子 (E)の偏光透 過軸と、偏光板の偏光軸方向とが揃うように偏光板が配置されていることを特徴とす る上記 1一 19のいずれかに記載の光学素子。
[0035] 21.各層を、透光性の接着剤または粘着剤を用いて積層したことを特徴とする上記
1一 20のいずれかに記載の光学素子。
[0036] 22.上記 1一 21のいずれかに記載の光学素子に、少なくとも光源を配置してなるこ とを特徴とする集光バックライトシステム。
[0037] 23.上記 22に記載の集光バックライトシステムに、少なくとも液晶セルを配置してな ることを特徴とする液晶表示装置。
[0038] 24.上記 23記載の液晶表示装置に、後方散乱、偏光解消を有さない拡散板を液 晶セル視認側に積層して用いたことを特徴とする液晶表示装置。
発明の効果
[0039] 上記本発明の光学素子は、入射光を偏光分離して出射する、コレステリック液晶に より形成されている偏光素子 (A)と、 1/2波長板 (B)と、位相差層（C)と、 1/4波長 板（D)と、直線偏光反射型偏光子 (E)とを、この順で配置したものである。かかる本 発明の光学素子 (X)の断面図の一例を図 13に示す。
[0040] 本発明の光学素子 (X)は、偏光素子 (A)の特異な現象を利用している。すなわち 、本発明の光学素子 (X)は、入射角が有る程度大きくなると、出射光が直線偏光化し 、入射角度がさらに増大しても直線偏光の偏光軸方向が変化せず、偏光状態が一 定に保たれる、偏光素子 (A)の特異な性質を利用し、これを 1/2波長板 (B)、位相 差層（C)、 1/4波長板 (D)、直線偏光反射型偏光子 (E)と組み合わせることにより、 出射光が所定方向になるように制御し、また副次透過成分を抑制したものである。
[0041] 上記偏光素子 (A)は、いずれも法線方向の入射光に対する出射光は、歪み率が 0 . 5以上であり、垂直入射光またはその垂直入射に近い入射角度では円偏光が出射 する。前記法線方向の入射光に対する出射光の歪み率は大きいほど円偏光の割合 が多くなるため、 0. 7以上、さらには 0. 9以上であるのが好ましい。一方、法線方向 力 60° 以上傾けて入射した入射光に対する出射光は、歪み率が 0. 2以下であり、 深い入射角度では直線偏光が出射する。法線方向から 60° 以上傾けて入射した入 射光に対する出射光の歪み率は小さいほど直線偏光の割合が多くなるため、 0. 2以 下、さらには 0. 1以下であるのが好ましい。このように本発明の偏光素子 (A)は、入 射角度が大きくなるに従って出射光の直線偏光成分が増大する特徴を有する。
[0042] 前記偏光素子 (A)としては、入射角度が大きくなるに従って増大する出射光の直 線偏光成分は、偏光素子面の法線方向に対し実質的に直交方向に直線偏光の偏 光軸を有するものを例示できる。図 1 (A)は、光学面 (X軸 - y軸平面）である偏光素子 (Al)を透過した出射光（e)は、入射光 (i)の入射角度の違いによって偏光成分が異 なることを示す概念図である。図 1 (B)は、出射光（e)を z軸方向力 観た場合の概念 図である。なお、図 3に示す通り、（i)直線偏光、（ii)自然光、（iii)円偏光、 (iv)楕円 偏光である。
[0043] 出射光（el)：偏光素子 (A1)に対する z軸方向（法線方向）の入射光 (il)に対する 出射光であり、円偏光である。
[0044] 出射光（e2)、 (e4)：偏光素子 (Al)に斜め入射した入射光 (i2)、（i4)に対する出 射光であり、楕円偏光である。出射光（e2)は、 z軸と y軸を含む面上に存在し、当該 面に対して直交する軸を有する楕円偏光である。出射光（e4)は、 z軸と X軸を含む面 上に存在し、当該面に対して直交する軸を有する楕円偏光である。
[0045] 出射光（e3)、 (e5)：偏光素子 (Al)に大きな角度で斜め入射した入射光 (i3)、 (15 )に対する出射光であり、直線偏光である。出射光（e3)は、 z軸と y軸を含む面上に 存在し、当該面に対して直交する軸を有する直線偏光である。出射光（e5)は、 z軸と X軸を含む面上に存在し、当該面に対して直交する軸を有する直線偏光である。この ように直線偏光である出射光（e3)、（e5)は、その偏光軸が、 z軸に対し実質的に直 交方向、すなわち光学面 (X軸 y軸平面）に平行方向になっている。
[0046] また、前記偏光素子 (A)としては、入射角度が大きくなるに従って増大する出射光 の直線偏光成分は、偏光素子面の法線方向に対し実質的に平行方向に直線偏光 の偏光軸を有するものを例示できる。図 2 (A)は、光学面 (X軸 y軸平面）である偏光 素子 (A2)を透過した出射光（e)は、入射光 (i)の入射角度の違いによって偏光成分 が異なることを示す概念図である。図 2 (B)は、出射光（e)を z軸方向から観た場合の 概念図である。
[0047] 出射光（e41 )：偏光素子 (A2)に対する z軸方向（法線方向）の入射光 (i41)に対 する出射光であり、円偏光である。
[0048] 出射光（e42)、 (e44)：偏光素子 (A2)に斜め入射した入射光（i42)、 (144)に対 する出射光であり、楕円偏光である。出射光（e42)は、 z軸と y軸を含む面上に存在し 、当該面に対して平行な軸を有する楕円偏光である。出射光（e44)は、 z軸と X軸を 含む面上に存在し、当該面に対して平行な軸を有する楕円偏光である。 [0049] 出射光（e43)、（e45)：偏光素子 (A2)に大きな角度で斜め入射した入射光（i43) 、（i45)に対する出射光であり、直線偏光である。出射光（e43)は、 z軸と y軸を含む 面上に存在し、当該面に対して平行な軸を有する直線偏光である。出射光（e45)は 、 z軸と X軸を含む面上に存在し、当該面に対して平行な軸を有する直線偏光である 。このように直線偏光である出射光（e43)、 （e45)は、その偏光軸が、 z軸に対し実質 的に平行方向、すなわち光学面 (X軸一 y軸平面）に直交方向になっている。
[0050] 前記偏光素子 (A)は、コレステリック液晶層により形成する。偏光素子の反射帯域 巾は 200nm以上であることが好ましい。従来はコレステリック液晶層は入射角に関わ らず円偏光を透過/反射するとされていた。図 4を参照。実際これまで単一ピッチの 狭帯域コレステリック液晶層（al)では入射光の入射角度に関わりなく出射光は円偏 光であった。本発明は広帯域選択反射波長帯域を有するコレステリック液晶層は、前 述のような入射光の入射角度が大きい場合に直線偏光を透過する現象を見出し、こ れを利用したものである。すなわち、本現象は特定波長のみに選択反射機能を有す る単一ピッチコレステリック液晶層では得られず、広帯域化されたピッチ長が変化す るコレステリック液晶層にのみ得られている。
[0051] なお、過去には竹添 Jpn. J. Appl. Phys. , 22, 1080 (1983) )により、複屈折が 大きなコレステリック液晶層を数十 mにまで厚く配向させた場合（a2)には、入射角 が大きな入射光は全反射し、透過が得られない現象の報告はされている。図 5を参 照。しかし、当該文献には入射角が大きな入射光が直線偏光化されることは記載さ れていない。
[0052] 上記現象を有する偏光素子 (A)は、たとえば、異なる中心波長を有するコレステリッ ク液晶層を積層することにより、可視光全域を覆う選択反射波長帯域を有するコレス テリック液晶層とすることにより得ることができる。図 6を参照。図 6は R (赤色波長領域 )、 G (緑色波長領域）、 B (青色波長領域)の三層を積層した場合である。またコレス テリック液晶層の捻れピッチ長が厚み方向で変化することで広帯域化したものを用い ること力 Sできる。図 7を参照。このように、上記現象を有する偏光素子は、図 6のように 複数の異なる選択反射波長帯域を有するコレステリック液晶層の積層品であってもよ く、図 7のように厚み方向でピッチ長が連続変化するコレステリック液晶層のいずれも 使用することができ、両者とも同様な効果が得られる。
[0053] 上記現象が起こる理由は定かではない。単純に液晶層界面でのブリュースター角 による偏光分離ならば単一ピッチのコレステリック液晶層でも特定波長に対しては直 線偏光が生じるはずである。また、コレステリック液晶層の積層品と厚み方向でピッチ 長が連続変化するコレステリック液晶層とで差がないことから積層界面による反射効 果で無いことも明らかである。従って、上記現象は、コレステリック液晶層を透過した 時に分離された円偏光に対して、異なる波長帯域のコレステリック液晶層が位相差を 付与し直線偏光化したものと考えられる。
[0054] 上記現象を有効に機能せしめるには、十分に広い選択反射帯域幅が必要であり、 望ましくは 200nm以上、より望ましくは 300nm以上、さらに望ましくは 400nm以上あ る。可視光域をカバーするためには具体的には 400 600nmの範囲をカバーする こと力 S必要となる。なお、入射角に応じて選択反射波長は短波長側にシフトすること から、可視光域を入射角に関わらずカバーするには、広げられた選択反射波長帯は 長波長側に延ばして置くことが望ましいが、これに限定するものではない。
[0055] 本発明の偏光素子が有する現象を有効に機能させるには、コレステリック液晶層は 十分に厚いことが好ましい。一般的に単一ピッチ長のコレステリック液晶層の場合、 厚みは数ピッチ (選択反射中心波長の 2— 3倍)程度有れば十分な選択反射を得る こと力 Sできる。選択反射中心波長が 400— 600nmの範囲であればコレステリック液晶 の屈折率を考慮すれば、厚み 1一 1. 5 / m程度あれば偏光素子として機能する。本 発明の偏光素子に用いるコレステリック液晶層は広帯域に反射帯域を有することから 、厚み 2 /i m以上であるのが好ましい。望ましくは 4 /i m以上、より望ましくは 6 /i m以 上ある。
[0056] 偏光素子 (A)を得るのに選択反射帯域が可視光域を覆うような広帯域コレステリッ ク液晶を用いるのも好適である。広帯域コレステリック液晶層は層厚みが厚ぐ位相 差を有効に付与し得るからである。
[0057] 偏光素子 (A)は、正面方向（法線方向）の入射光からは円偏光が得られ、深い入 射角度の入射光からは、法線に直交または平行方向に直線偏光が出射する。したが つて、選択反射波長帯域が十分に長波長側に延びていれば可視光域での反射率に 変化はなぐ色調変化のない鏡面反射材のように視認できる。
[0058] 本発明の光学素子 (X)は、図 13に示す通り、偏光素子 (A)、 1/2波長板（B)、位 相差層（C)、 1/4波長板 (D)、直線偏光反射型偏光子 (E)の順で積層されており、 この順で、入射光が透過していく。偏光素子 (A)として偏光素子 (A1)を用いた場合 について説明する。
[0059] なお、図 15に、波長板により偏光が変化する概念図を示す。 F :進相軸、 S :遅相軸 、である。 15-1, 15—2は、 1/4波長板を用いた直線偏光から円偏光への変換を示 すものである。 15—3、 15— 4は 1/4波長板を用いた円偏光から直線偏光への変換 を示すものである。 15-5, 15—6は 1Z2波長板を用いた軸方向または回転方向の 変換を示すものである。
[0060] 偏光素子 (A1)から出射光は図 1に示す通りである。偏光素子 (A1)を透過した出 射光が 1Z2波長板（B)を透過すると、図 8に示すように、正面方向（法線方向）の円 偏光は回転方向が逆転した円偏光になり、斜め方向に透過した直線偏光は偏光軸 方向が 90度回転する（図 15— 5、 6参照）。
[0061] 出射光（el l)： z軸上に存在する。偏光素子 (A1)を垂直透過した出射光（el)に対 応する。 1/2波長板（B)の位相差を受け、出射光（el)とは回転方向が逆転してい る円偏光である。
[0062] 出射光（el 2)：出射光（e2)力 波長板（B)の位相差を受け、軸角度が 90度回 転している。出射光（el2)は、 z軸と y軸を含む面に対して平行な軸を有する楕円偏 光である。
[0063] 出射光（el 3)：出射光（e3)力 波長板（B)の位相差を受け、軸角度が 90度回 転している。出射光（el3)は、 z軸と y軸を含む面に対して平行な軸を有する直線偏 光である。
[0064] 出射光（el4)：出射光（e4)力 波長板 (B)の位相差を受け、軸角度が 90度回 転している。出射光（el4)は、 z軸と X軸を含む面に対して平行な軸を有する楕円偏 光である。
[0065] 出射光（el 5)：出射光（e5)が 1/2波長板 (B)の位相差を受け、軸角度が 90度回 転している。出射光（el5)は、 z軸と X軸を含む面に対して平行な軸を有する直線偏 光である。
[0066] 次いで 1/2波長板（B)を透過した出射光が、位相差層（C)を透過する。位相差層
(C)は、正面位相差 (法線方向）が略ゼロであり、正面方向への出射光は偏光を変え ることなく出射する。一方、法線方向に対して傾斜した入射光に対して位相差を発生 するため直線偏光を円偏光に変える。上記偏光素子 (Al)、 1/2波長板 (B)、位相 差層（C)の順で透過した出射光は、図 9に示される。
[0067] 出射光（e21) : z軸上に存在する。出射光（el 1)が位相差層（C)を垂直透過した光 線である。位相差層（C)は正面位相差が略ゼロであるため、出射光（el l)と同様の 円偏光である。
[0068] 出射光（e22)： z軸と y軸を含む面上に存在する。出射光（el2)が位相差層（C)を 斜め透過した光線である。位相差層（C)の位相差により、出射光（e22)は、出射光（ el 2)とは回転方向が逆の円偏光になっている。
[0069] 出射光（e23) : z軸と y軸を含む面上に存在する。出射光（el3)が位相差層（C)を 斜め透過した光線である。位相差層（C)の位相差により、出射光（e23)は、出射光（ el 2)とは回転方向が逆の円偏光になっている。
[0070] 出射光（e24)： z軸と x軸を含む面上に存在する。出射光（el4)が位相差層（C)を 斜め透過した光線である。位相差層（C)の位相差により、出射光（e24)は、出射光（ el4)とは回転方向が逆の円偏光になっている。
[0071] 出射光（e25)： z軸と x軸を含む面上に存在する。出射光（el4)が位相差層（C)を 斜め透過した光線である。位相差層（C)の位相差により、出射光（e25)は、出射光（ el4)とは回転方向が逆の円偏光になっている。
[0072] 次いで位相差層（C)を透過した出射光力 1Z4波長板（D)を透過する。 1Z4波 長板（D)は、位相差層（C)から出射した円偏光を直線偏光とすることができる（図 15
_5、 6参照）。 1/4波長板（D)は、その軸方向が、 X軸と y軸に対して 45度程度にな るように配置するのが好ましい。なお、軸角度は、 45度 ± 5度程度の範囲とするのが 好ましい。上記偏光素子 (Al)、 1Z2波長板 (B)、位相差層（C)、 1Z4波長板 (D) の順で透過した出射光は、図 10に示される。
[0073] 出射光（e31)： z軸上に存在する。円偏光の出射光（e21)が 1 4波長板 (D)によ つて、 y軸方向に偏光軸を有する直線偏光になっている。
[0074] 出射光（e32) : z軸と y軸を含む面上に存在する。円偏光の出射光（e22)が 1/4波 長板（D)によって、 X軸方向に偏光軸を有する直線偏光になっている。
[0075] 出射光（e33)： z軸と y軸を含む面上に存在する。円偏光の出射光（e23)が 1 4波 長板（D)によって、 X軸方向に偏光軸を有する直線偏光になっている。
[0076] 出射光（e34) : z軸と X軸を含む面上に存在する。円偏光の出射光（e24)が 1/4波 長板（D)によって、 y軸方向に偏光軸を有する直線偏光になっている。
[0077] 出射光（e35) : z軸と y軸を含む面上に存在する。円偏光の出射光（e25)が 1 4波 長板（D)によって、 y軸方向に偏光軸を有する直線偏光になっている。
[0078] 次いで位相差層（C)を透過した出射光が、直線偏光反射型偏光子 (E)を透過する 。前記直線偏光反射型偏光子 (E)は直交する直線偏光の内一方を透過し他方を選 択的に反射する。図 8は、光学面 (X軸 - y軸平面)である直線偏光反射型偏光子 (E) を透過した出射光（e51乃至 e55)は、入射光 (i)の入射角度に係わらず同じ方向の 直線偏光を出射することを示す概念図である。図 8では、 y軸方向に透過軸を有し、 X 軸方向に反射軸を有する。なお、図 8では入射光 (i)は示していない。また出射光（e )に直交する直線偏光は、反射されている。
[0079] 前記直線偏光反射型偏光子 (E)は、その透過軸の方向と、前記偏光素子 (A)乃 至 1/4波長板（D)をこの順で透過する透過光の透過軸とが同一方向になるように配 置される。図 10では、直線偏光反射型偏光子 (E)は、 y軸方向が透過軸となるように 配置されている。上記偏光素子 (Al)、 1/2波長板（B)、位相差層（C)、 1/4波長 板 (D)、直線偏光反射型偏光子 (E)を順で透過した出射光は、すなわち本発明の 光学素子 (X)を透過光は、図 10に示される。
[0080] 出射光（e61)： z軸上に存在する。直線偏光の出射光（e31)の偏光軸の方向と、直 線偏光反射型偏光子 (E)の透過軸は、いずれも y軸方向に平行であり、直線偏光が そのまま出射する。
[0081] 非出射光（e62)： z軸と y軸を含む面上に存在する。直線偏光の出射光（e32)が、 直線偏光反射型偏光子 (E)により、すべて反射され、遮蔽される。直線偏光の出射 光（32)の偏光軸の方向が y軸、一方、直線偏光反射型偏光子 (E)の透過軸の方向 は X軸であり、これらの直線偏光の軸角度が直交関係にあるためである。
[0082] 非出射光（e63)： z軸と y軸を含む面上に存在する。直線偏光の出射光（e33)が、 直線偏光反射型偏光子 (E)により、すべて反射され、遮蔽される。直線偏光の出射 光（33)の偏光軸の方向が y軸、一方、直線偏光反射型偏光子 (E)の透過軸の方向 は X軸であり、これら直線偏光の軸角度が直交関係にあるためである。
[0083] 出射光（e64)： z軸と x軸を含む面上に存在する。直線偏光の出射光（e34)の偏光 軸の方向と、直線偏光反射型偏光子 (E)の透過軸は、いずれも y軸方向に平行であ り、直線偏光がそのまま出射する。
[0084] 出射光（e65)： z軸と x軸を含む面上に存在する。直線偏光の出射光（35)の偏光 軸の方向と、直線偏光反射型偏光子 (E)の透過軸は、いずれも y軸方向に平行であ り、直線偏光がそのまま出射する。
[0085] 図 9では、偏光素子 (A)として偏光素子 (A1)を用いた場合を例示したが、偏光素 子 (A)として偏光素子 (A2)を用いた場合には、図 9において X軸と y軸との関係が逆 転した構図の出射光を得ることができる。
[0086] 上記の通り光学素子 (X)に正面方向（垂直方向）に入射した光は、偏光素子 (A)、 1/2波長板（B)、位相差層（C)において同一方向の円偏光として透過し、 1/4波 長板（D)では直線偏光に変換される。さらにその直線偏光は、その直線偏光の透過 軸と同軸に配置した直線偏光反射型偏光子 (E)を直線偏光のまま透過する。一方、 斜め方向に入射した光は、偏光素子 (A)を透過後に 1/2波長板（B)により 90度軸 方向が回転した直線偏光に変換され、位相差層（C)で円偏光に変換する。さらに、 1 /4波長板（D)で 90度軸方向が回転した直線偏光に変換されるため、直線偏光反 射型偏光子 (E)にて遮蔽 *反射される。偏光素子 (A1)、直線偏光反射型偏光子 (E )の偏光度が十分に高ければ吸収損失なども少なく高効率の直線偏光を得ることが できる。
[0087] 上記光学素子 (X)は、直線偏光を出射光として得られるので液晶表示装置の光源 側に配置することで輝度向上と集光の両立機能を有する。また吸収損失を本質的に 有さないため、液晶表示装置に入射しない角度の光線は全て光源側に反射してリサ イタルされる。斜め方向の光源出射光は正面方向にしか出口が無ぐ実質的に集光 されるからである。
[0088] 本発明の光学素子 (X)は、集光特性は任意方位のみの光を反射して正面を含む 必要な方位に光を集約させることができる。具体的には液晶ディスプレイが必須とす るノートパソコンなどでは、パネル上下方向には光は不要であり、横方向の光があれ ばよいので、本発明の光学素子 (X)を好適に用いることができる。
[0089] 一般に、面光源の上にプリズムシートを設置することにより、全方向の光を正面方向 に集光させることが可能となる。従来、プリズムシートは横 (左右)方向の光を正面に 集光させるための縦プリズムシートと、縦 (上下）方向の光を正面に集光させるための 横プリズムシートを積層して用いることが多かった。本発明により、プリズムシートを取 り除ぐまたは 1枚だけにすることができる。
[0090] 本発明を用いることで、従来の光学素子では得られなかった特性を容易に得ること が出来る。本発明による光学素子を用いると正面方向に高い透過率を有し、斜め方 向の良好な遮蔽効果を有し、コレステリック液晶の選択反射特性と合わせて吸収損 失の無い光学素子を得ることが出来る。斜め方向での副次透過や波長特性の精密 な調整が不要で安定した性能を容易に得ることが出来る。
[0091] また本発明の光学素子は、従来のレンズシートやプリズムシートと異なり、空気界面 を必要としないので偏光板などと積層一体品として貼り合わせて使用が可能であり、 ハンドリング面においても有利である。薄型化に大きな効果を有する。プリズム構造 のような視認される規則性構造を有さないためにモアレなどが発生しにくぐ全光線 透過率を低下させる拡散板類の省略や低ヘイズ化 (一般的に全光線透過率が向上 する）が容易に行える利点も有する。もちろんプリズムシートなどと併用して用いること に問題はない。例えば急峻な正面への集光をプリズムシート類で行レ、、プリズムシー トで大出射角に現れる副次透過ピークを本発明の光学素子で遮蔽する組み合わせ で用いることが好ましい。
[0092] また、プリズムシートのみ用いた従来型のバックライト装置では、出射光ピークの方 向が光源冷陰極管より遠ざかる方向へ偏る傾向がある。これは導光板から斜め方向 に出射する光線が光源冷陰極管より遠ざかる方向へ多く出射するためであり、画面 垂直方向にピーク強度を位置させることは困難である。これに対して、本発明による 光学素子を用いると容易に正面方向に出射ピークを一致させることができる。
[0093] これら光学素子を用いた集光バックライト光源と後方散乱が少なく偏光解消を発生 しない拡散板を組み合わせることで視野角拡大システムの構築が可能である。
[0094] このようにして得られた光学素子を用いた集光バックライトシステムは、従来に比べ 平行度の高い光源を容易に得られる。しかも、本質的に吸収損失を有さない反射偏 光による平行光化が得られるので、反射された非平行光成分はバックライト側に戻り 、散乱反射等により、その中の平行光成分だけが取り出されるリサイクルが繰り返され 、実質的に高レ、透過率と高レ、光利用効率を得ることができる。
発明を実施するための最良の形態
[0095] 本発明の偏光素子 (A)は、前述の通り、反射帯域巾が 200nm以上のコレステリッ ク液晶層により形成することができる。当該コレステリック液晶層は、複数の異なる選 択反射波長帯域を有するコレステリック液晶層を積層体により形成することができる。 また厚み方向でピッチ長が連続変化するコレステリック液晶層を使用することができ る。なお、出射光を図 1の偏光素子 (A1)または図 2の偏光素子 (A2)に示すように制 御 (斜め出射光の偏光軸の方向を制御）するには、コレステリック液晶層を適宜に選 択して行なう。
[0096] 偏光素子 (A1)、偏光素子 (A2)のような斜め透過光の直線偏光の軸方向の違い はコレステリック液晶層の積層順、作製方法の違いによって任意に作製できる。一般 的なブリュースター角による偏光分離素子の場合には斜め方向の透過光線は一義 的に定義され、光学面の法線に対し実質的に平行方向に直線偏光の偏光軸を有す る物しか得られない。偏光素子 (A)の選択反射波長帯域は少なくとも 550nmを含む ものが好ましい。
[0097] (コレステリック液晶層を積層体）
偏光素子が、複数の異なる選択反射波長帯域を有するコレステリック液晶層を積層 体である場合、各コレステリック液晶層は、積層体の反射帯域巾が 200nm以上とな るように、適宜に複数のコレステリック液晶層を選択して積層する。
[0098] コレステリック液晶層には、適宜なものを用いてよぐ特に限定はない。例えば、高 温でコレステリック液晶性を示す液晶ポリマー、または液晶モノマーと必要に応じての カイラル剤および配向助剤を電子線や紫外線などの電離放射線照射や熱により重 合せしめた重合性液晶、またはそれらの混合物などがあげられる。液晶性はリオトロ ピックでもサーモト口ピック性のどちらでもよいが、制御の簡便性およびモノドメインの 形成しやすさの観点よりサーモト口ピック性の液晶であることが望ましい。
[0099] 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。
例えば、トリァセチルセルロースやアモルファスポリオレフインなどの複屈折位相差が 可及的に小さな支持基材上に、ポリイミド、ポリビュルアルコール、ポリエステル、ポリ ァリレート、ポリアミドイミド、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、または SiOの斜方蒸着層、またはポリエチレンテレフタレートや ポリエチレンナフタレートなどの延伸基材表面性状を配向膜として利用した基材、ま たは上記基材表面をラビング布ゃベンガラに代表される微細な研磨剤で処理し、表 面に微細な配向規制力を有する微細凹凸を形成した基材、または上記基材フィルム 上にァゾベンゼン化合物など光照射により液晶規制力を発生する配向膜を形成した 基材、等からなる適当な配向膜上に、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ブラナー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。また配向状態が形成された段階で紫外線やイオンビーム 等のエネルギー照射で構造を固定してもよレ、。
[0100] 液晶ポリマーの製膜は、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、口 ールコート法、フローコート法、プリント法、ディップコート法、流延成膜法、バーコート 法、グラビア印刷法等で薄層展開し、さらに、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、トリクロロエチレン 、テトラクロロェタンのような塩素系溶媒；アセトン、メチルェチルケトン、シクロへキサ ノンのようなケトン系溶媒；トルエンのような芳香族溶媒；シクロヘプタンのような環状ァ ルカン；または N-メチルピロリドンゃテトラヒドロフラン等を適宜に用いることができる。
[0101] 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 ィ匕させる方法などを採用することができる。当該方法は、溶媒を使用しない方法であ り、従つて作業環境の衛生性等が良好な方法によつても液晶ポリマーを展開させるこ とができる。
[0102] なお液晶ポリマー等の展開に際しては、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層の重畳方式なども採ることができる。こうして得られるコレ ステリック液晶層は、成膜時に用レ、る支持基材 Z配向基材から剥離して他の光学材 料に転写して、または剥離することなく用いることができる。
[0103] コレステリック液晶層の積層方法は、個別に作製した複数のコレステリック液晶層を 接着材ゃ粘着材にて貼り合わせる方法、溶媒などで表面を膨潤 ·溶解せしめた上で 圧着する方法、熱や超音波などを加えつつ圧着方法があげられる。また、コレステリ ック液晶層を作製した後、当層上に別の選択反射中心波長を有するコレステリック液 晶層を重ね塗りする等の手法を用いることができる。
[0104] (厚み方向でピッチ長が連続変化するコレステリック液晶層）
厚み方向でピッチ長が連続変化するコレステリック液晶層は、前記同様の液晶モノ マーを含有する組成物を用いて、下記方法により当該組成物を電子線や紫外線など の電離放射線照射する方法があげられる。たとえば、厚み方向で紫外線透過率の差 による重合速度の差を利用する方法（特開 2000-95883号公報）、溶媒にて抽出を 行い厚み方向に濃度差を形成する方法（特許第 3062150号明細書）、一回目の重 合後に温度を変えて二回目の重合を行う方法 (米国特許第 6057008号明細書)等 があげられる。
[0105] また、重合性メソゲン化合物（a)および重合性カイラル剤 (b)を含む液晶混合物を 配向基材に塗布する工程、および前記液晶混合物に酸素を含む気体と接触してレヽ る状態で基材側から紫外線照射を行い重合硬化する工程を施し、酸素重合阻害に よる厚み方向での重合速度差を、基材側からの紫外線照射にて増大する方法 (特開 2000—139953号公報）等が好適に用いられる。
[0106] 特開 2000—139953号公報に記載の方法に関しては、下記方法により、さらに広 帯域の反射波長帯域を有するコレステリック液晶層を得ることができる。
[0107] たとえば、前記紫外線重合工程を、前記液晶混合物が酸素を含む気体と接触して いる状態で、 20°C以上の温度下に、 20 200mWZcm2の紫外線照射強度で、 0. 2— 5秒間、配向基材側から紫外線照射する工程（1)、次いで、液晶層が、酸素を含 む気体と接触している状態で、 70— 120°Cで、 2秒間以上、加熱する工程（2)、次い で、液晶層が、酸素を含む気体と接触している状態で、 20°C以上の温度下に、工程 (1)よりも低い紫外線照射強度で、 10秒間以上、配向基材側から紫外線照射するェ 程（3)、次いで、酸素不存在下で、紫外線照射する工程 (4)により行なう方法があげ られる（特願 2003— 93963号）。
[0108] また前記紫外線重合工程を、前記液晶混合物が酸素を含む気体と接触している状 態で、 20°C以上の温度下に、 1一 200mW/cm2の紫外線照射強度、 0. 2— 30秒 間の範囲内の紫外線照射を、回数が増える毎に、紫外線照射強度を低ぐかつ紫外 線照射時間を長くしながら、 3回以上、配向基材側から紫外線照射する工程（1)、次 いで、酸素不存在下で、紫外線照射する工程（2)により行なう方法があげられる（特 願 2003— 94307号）。
[0109] また前記紫外線重合工程を、前記液晶混合物が酸素を含む気体と接触している状 態で、 20°C以上の温度下に、 20— 200mW/cm2の紫外線照射強度で、 0. 2— 5 秒間、配向基材側から紫外線照射する工程（1)、次いで、液晶層が酸素を含む気体 と接触している状態で、工程（1)よりも高ぐかつ 60°C以上の到達温度になるまでは 、昇温速度 2°C/秒以上で、工程（1)よりも低い紫外線照射強度で、 10秒間以上、 配向基材側から紫外線照射する工程 (2)、次いで、酸素不存在下で、紫外線照射す る工程（3)により行なう方法があげられる（特願 2003-94605号)。
[0110] さらには下記方法を利用することができる。下記方法では広帯域の反射波長帯域 を有し、耐熱性の良好なコレステリック液晶層が得られる。たとえば、重合性メソゲン 化合物 (a)、重合性カイラル剤 (b)および光重合開始剤（c)を含む液晶混合物を、二 枚の基材間で、紫外線重合する方法があげられる（特願 2003 - 4346号、特願 200
3— 4101号)。また、前記液晶混合物に、さらに重合性紫外線吸収剤（d)を加えても のを二枚の基材間で、紫外線重合する方法があげられる（特願 2003-4298号)。ま た、重合性メソゲン化合物（a)、重合性カイラル剤 (b)および光重合開始剤 (c)を含 む液晶混合物を、配向基材上に塗布し、不活性ガス雰囲気下で、紫外線重合する 方法があげられる（特願 2003—4406号）。 [0111] 以下にコレステリック液晶層を形成する重合性メソゲン化合物（a)、重合性カイラル 剤（b)等を説明するが、これら材料は厚み方向でピッチ長が連続変化するコレステリ ック液晶層および積層体にするコレステリック液晶層のいずれにも用いることができる
[0112] 重合性メソゲン化合物 (a)は、重合性官能基を少なくとも 1つ有し、これに環状単位 等からなるメソゲン基を有するものが好適に用いられる。重合性官能基としては、ァク リロイル基、メタクリロイノレ基、エポキシ基、ビュルエーテル基等があげられる力 これ らのなかでもアタリロイル基、メタクリロイル基が好適である。また重合性官能基を 2つ 以上有するものを用いることにより架橋構造を導入して耐久性を向上させることもでき る。メソゲン基となる前記環状単位としては、たとえば、ビフヱニル系、フエニルベンゾ エート系、フエニルシクロへキサン系、ァゾキシベンゼン系、ァゾメチン系、ァゾベンゼ ン系、フエニルピリミジン系、ジフヱニルアセチレン系、ジフヱニルベンゾエート系、ビ シクロへキサン系、シクロへキシルベンゼン系、ターフェニル系等があげられる。なお 、これら環状単位の末端は、たとえば、シァノ基、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲ ン基等の置換基を有してレ、てもよレ、。前記メソゲン基は屈曲性を付与するスぺーサ 部を介して結合していてもよい。スぺーサ部としては、ポリメチレン鎖、ポリオキシメチ レン鎖等があげられる。スぺーサ部を形成する構造単位の繰り返し数は、メソゲン部 の化学構造により適宜に決定されるがポリメチレン鎖の繰り返し単位は 0— 20、好ま しくは 2— 12、ポリオキシメチレン鎖の繰り返し単位は 0— 10、好ましくは 1一 3である
[0113] 重合性メソゲン化合物（a)のモル吸光係数は、 0.
Figure imgf000022_0001
mであり、 10— SOOOOdm o cm— 334應であり、力、つ 1000 lOOOOOdmV ol^cm— 1@ 314nmであることが好ましレ、。前記モル吸光係数を有するものは紫外線 吸収能を有する。モル吸光係数は、 0. 1
Figure imgf000022_0002
、 50— 1 OOOOdmVol— 1 @ 334讓であり、 10000— SOOOOdm ol— 1 @ 314nm がより好適である。モル吸光係数は、 0. 1
Figure imgf000022_0003
、 100 0— AOOOdm ol— ^ SS nmであり、 30000— AOOOOdm ol— 1® 314η mであるのがより好ましレ、。モル吸光係数が 0. 1 dm or'cm"1 @ 365nm, 10dm3m
Figure imgf000023_0001
Mnmより小さレヽと十分な重合速度差 がっかずに広帯域化し難レヽ。一方、
Figure imgf000023_0002
30000dm mol —
Figure imgf000023_0003
14nmより大きいと重合が完全に進行 せずに硬化が終了しない場合がある。なお、モル吸光係数は、各材料の分光光度ス ぺクトルを測定し、得られた 365nm、 334nm、 314nmの吸光度から測定した値であ る。
[0114] 重合性官能基を 1つ有する重合性メソゲン化合物（a)は、たとえば、下記化 1の一 般式：
[0115] [化 1]
Figure imgf000023_0004
[0116] (式中、 R— R は同一でも異なっていてもよぐ _F
12 、― H、― CH
3、― C Hまたは _OC
1 2 5
Hを示し、 R は—Hまたは—CHを示し、 Xは一般式（2)：
3 13 3 1
- (CH CH〇） - (CH ) _ (〇） -、を示し、 Xは—CNまたは—Fを示す。但し、一般
2 2 a 2 b C 2
式（2)中の aは 0 3の整数、 bは 0— 12の整数、 cは 0または 1であり、かつ a = l— 3 のときは b = 0、 c = 0であり、 a = 0のときは b = l 12、 c = 0— 1である。）で表される 化合物があげられる。
[0117] また、重合性カイラル剤 (b)としては、たとえば、 BASF社製 LC756があげられる。
[0118] 上記重合性カイラル剤 (b)の配合量は、重合性メソゲン化合物（a)と重合性カイラ ノレ剤（b)の合計 100重量部に対して、 1一 20重量部程度が好ましぐ 3— 7重量部が より好適である。重合性メソゲン化合物（a)と重合性カイラル剤 (b)の割合により螺旋 ねじり力（HTP)が制御される。前記割合を前記範囲内とすることで、得られるコレス テリック液晶フィルムの反射スペクトルが長波長域をカバーできるように反射帯域を選 択すること力 Sできる。
[0119] また液晶混合物には、通常、光重合開始剤 (c)を含む。光重合開始剤 (c)としては 各種のものを特に制限なく使用できる。例えば、チバスペシャルティケミカノレズ社製の イノレガキュア 184、ィルガキュア 907、ィルガキュア 369、ィルガキュア 651等があげ られる。光重合開始剤の配合量は、重合性メソゲン化合物（a)と重合性カイラル剤（b )の合計 100重量部に対して、 0. 01— 10重量部程度が好ましぐ 0. 05— 5重量部 力 り好適である。
[0120] 重合性紫外線吸収剤（d)は、重合性官能基を少なくとも 1つ有し、かつ紫外線吸収 機能を有する化合物を特に制限なく使用することができる。かかる重合性紫外線吸 収剤（d)の具体例としては、たとえば、大塚化学社製の1¾1^八_93、 BASF社製の UVA935LH等があげられる。重合性紫外線吸収剤（d)の配合量は、重合性メソゲ ン化合物（a)と重合性カイラル剤（b)の合計 100重量部に対して、 0. 01— 10重量部 程度が好ましぐ 2— 5重量部がより好適である。
[0121] 前記混合物には、得られるコレステリック液晶フィルムの帯域幅を広げるために、紫 外線吸収剤を混入して厚み方向での紫外線露光強度差を大きくすることができる。ま た、モル吸光係数の大きな光反応開始剤を用いることで同様の効果を得ることもでき る。
[0122] 前記混合物は溶液として用いることができる。溶液を調製する際に用いられる溶媒 としては、通常、クロ口ホルム、ジクロロメタン、ジクロロェタン、テトラクロロェタン、トリク ロロエチレン、テトラクロロエチレン、クロ口ベンゼンなどのハロゲン化炭化水素類、フ ェノール、パラクロロフエノールなどのフエノール類、ベンゼン、トルエン、キシレン、メ トキシベンゼン、 1, 2—ジメトキベンゼンなどの芳香族炭化水素類、その他、アセトン、 メチルェチルケトン、酢酸ェチル、 tert—ブチルアルコール、グリセリン、エチレングリ コール、トリエチレングリコール、エチレンブリコールモノメチルエーテル、ジエチレン グリコールジメチルエーテル、ェチルセルソルブ、ブチルセルソルブ、 2_ピロリドン、 N_メチル _2_ピロリドン、ピリジン、トリエチノレアミン、テトラヒドロフラン、ジメチルホル ムアミド、ジメチルァセトアミド、ジメチルスルホキシド、ァセトニトリル、ブチロニトリル、 二硫化炭素、シクロペンタノン、シクロへキサノンなどを用いることができる。使用する 溶媒としては、特に制限されなレ、が、メチルェチルケトン、シクロへキサノン、シクロぺ ンタノン等が好ましい。溶液の濃度は、サーモト口ピック液晶性化合物の溶解性ゃ最 終的に目的とするコレステリック液晶フィルムの膜厚に依存するため一概には言えな レ、が、通常 3— 50重量％程度とするのが好ましい。
[0123] なお、厚み方向でピッチ長が連続変化するコレステリック液晶層を作製する場合に も、前記例示の配向基材を用いることができる。配向方法も同様の方法を採用できる
[0124] (1/2波長板（B) )
1/2波長板（B)としては例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレ ート、ポリカーボネートや、 JSR製アートンに代表されるノルボルネン系樹脂、ポリビニ ルアルコール、ポリスチレン、ポリメチルメタタリレート、ポリプロピレンやその他のポリ ォレフィン、ポリアリレート、ポリアミドの等の樹脂フィルムを一軸延伸して得られるもの 、あるいは 2軸延伸して視野角特性を改善したもの、あるいは棒状液晶のネマチック 配向状態を固定したもの等を用いることができる。
[0125] 1/2波長板 (B)は、各色での光学特性を揃え着色を抑制するために、可視光全 域において略 1/2波長板として機能する位相差特性を有する広帯域波長板である ことが好ましい。余りに波長ごとでの位相差値変化が大きいと波長ごとの偏光特性に 差が生じ、これが波長ごとの遮蔽性能に影響するため着色して視認されるため好まし くないからである。力かる 1/2波長板（B)は、面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向を Y軸、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、厚さ d (nm)とした 場合に、光源波長帯域 (420— 650nm)における各波長での正面位相差値： (ηχ-η y) X dが、 1/2波長 ± 10%以内であることが好ましい。光源波長帯域内での位相差 値の変動は小さい方が好ましぐ望ましくは ± 7%以内、さらに望ましくは ± 5%以下 である。
[0126] かかる 1/2波長板（B)は、異種の位相差板の異軸積層、または分子設計による波 長分散特性の制御により入射光の波長に関わらず 1/2波長相当の位相差を付与で きる。
[0127] 機能する波長帯域幅は広い方が良好であるが、少なくとも光源の発光中心波長が 冷陰極管の場合、青 =435nm、緑 = 545nm、赤 = 610nm近傍に位置し、それぞ れの輝線がある程度の半値幅を有して発光することから、 1/2波長板（B)の特性は 、少なくとも 420nm— 650nm程度の範囲内で機能することが望まれる。このような特 性を有した位相差板の素材としてはポリビュルアルコールが代表的であり、光学用に 分子設計された材料としては、 JSR製アートンゃ日本ゼオン製ゼォノアに代表される ノルボルネン系樹脂フィルム、帝人製ピュアエース WR等が挙げられる。
[0128] また 1Z2波長板（B)は、斜め入射する光線に対しても 1Z2波長板として機能する ことがより望ましい。斜め入射光線に対して 1Z2波長板の光路長が増大することから 位相差値が変化してしまレ、、本来求められている位相差値から乖離してしまう現象が 一般的に生じる。これを防止するべぐ 1Z2波長板（B)は、厚み方向の位相差を制 御し、角度変化に対する位相差変化を低減したものを用いるのが好ましい。これによ り、斜め入射光線に対しても垂直入射光線と同等の位相差を付与できる。
[0129] 厚み方向の位相差値の制御係数として一般的に Nz係数による定義が行われる。 N z係数は、面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向を Y軸、フィルムの 厚さ方向を Z軸とし、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、 nz、とした場合に、 Nz = (nx-nz) / (nx-ny)で表される。斜め方向からの入射光線に対して垂直入射光線 と同等の位相差値を付与するには- 2· 5く Nz≤lであるのが好ましい。より好ましく は _2< Nz≤0. 5である。このような厚み方向の制御を行った位相差板としては日東 電工製 NRZフィルムなどが代表としてあげられる。なお、特許文献 17に見られるよう な手法では斜め方向での副次透過を防ぐことはできない。斜め方向での位相差発現 と斜め方向での位相差増大の抑制を両立できないからである。ここに本発明の優位 力 sある。
[0130] 1/2波長板（B)は、 1枚の位相差板から構成されていもよぐ所望の位相差になる ように、 2枚以上の位相差板を積層して用いることができる。 1/2波長板（B)の厚さ は、通常 0. 5— 200 z mであること力 S好ましく、特に 1一 100 μ ΐηであることが好まし レ、。
[0131] (位相差層（C) )
位相差層（C)は、正面方向の位相差が略ゼロであり、法線方向から傾斜した入射 光に対して位相差を発生するものである。正面位相差は垂直入射された偏光が保持 される目的であるので、 λ /10以下であることが望ましい。
[0132] また、位相差層（C)は、法線方向から傾斜した入射光に対して位相差を発生するも のである。斜め方向からの入射光に対しては効率的に偏光変換されるべく全反射さ せる角度などによって適宜決定される。例えば、法線からのなす角 60° 程度で完全 に全反射させるには 60° で測定したときの位相差がえ /4程度になるように決定す ればよレ、。ただし、位相差層（C)： C—プレートと 1/2波長板（B)を組み合わせ、さら に C一プレートの選択反射波長帯域を可視光域よりも長波長側に設定することで C一 プレートの位相差を、法線方向から 30° 傾斜して測定した位相差が 1Z32波長程度 でも必要な特性を得ることができる。これは、偏光素子 (A)と、 1/2 (B)と、選択反射 波長を有する位相差層（C)と、 1Z4波長板 (D)と、直線偏光反射型偏光子 (E)を組 み合わせた場合に固有の現象である。 C—プレートとして、選択反射波長を短波長側 に有するものを用いた場合にも必要な位相差が大きくなること以外は変わらず同様に 前記同様に所定の性能を得ることができる。
[0133] 上記のように円偏光型反射偏光子 (a)の位相差を考慮して、これらを補正するため に、位相差層（C)は、法線方向力 傾斜した入射光に対して位相差を発生するもの が用いられている。位相差層（C)の斜め入射光に対する位相差は、偏光素子 (A)に 応じて適宜に調整される。
[0134] 位相差層（C)の材質は上記のような光学特性を有するものであれば、特に制限は なレ、。例えば、可視光領域（380nm— 780nm)以外に反射波長を有するコレステリッ ク液晶のブラナー配向状態を固定したものや、棒状液晶のホメオト口ピック配向状態 を固定したもの、ディスコティック液晶のカラムナー配向ゃネマチック配向を利用した もの、負の 1軸性結晶を面内に配向させたもの、 2軸性配向したポリマーフィルムなど があげられる。また、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリ（エーテルケトン）、ポリ（ アミドーイミド）およびポリ（エステル一イミド）力 なる群から選ばれる少なくとも 1種の重 合体から得られるフィルムがあげられる。これらフィルムは、前記重合体を溶媒に溶解 した溶液を基材に塗工し、乾燥工程を経て得られる。基材は乾燥工程における寸法 変化率が 1%以下である基材を用いて形成したものが好ましい。また、ネマチック液 晶、ディスコティック液晶の配向方向を厚み方向に連続的に変化するように配向固定 したものなどがあげられる。
[0135] 可視光領域（380nm 780nm)以外に選択反射波長を有するコレステリック液晶 のブラナー配向状態を固定した cプレートは、コレステリック液晶の選択反射波長とし ては、可視光領域に色付きなどがないことが望ましい。そのため、選択反射光が可視 領域になレ、必要がある。選択反射はコレステリックのカイラルピッチと液晶の屈折率 によって一義的に決定される。選択反射の中心波長の値は近赤外領域にあっても良 いが、旋光の影響などを受けるため、やや複雑な現象が発生するため、 350nm以下 の紫外部にあることがより望ましい。コレステリック液晶層の形成については、前記し た反射偏光子におけるコレステリック層形成と同様に行われる。
[0136] ホメオト口ピック配向状態を固定した Cプレートは、高温でネマチック液晶性を示す 液晶性熱可塑樹脂または液晶モノマーと必要に応じての配向助剤を電子線や紫外 線などの電離放射線照射や熱により重合せしめた重合性液晶、またはそれらの混合 物が用いられる。液晶性はリオトロピックでもサーモト口ピック性のいずれでもよいが、 制御の簡便性やモノドメインの形成しやすさの観点より、サーモト口ピック性の液晶で あることが望ましい。ホメオト口ピック配向は、例えば、垂直配向膜 (長鎖アルキルシラ ンなど）を形成した膜上に前記複屈折材料を塗設し、液晶状態を発現させ固定する ことによって得られる。
[0137] ディスコティック液晶を用いた Cプレートとしては、液晶材料として面内に分子の広 力 Sりを有したフタロシアニン類やトリフエ二レン類化合物のごとく負の 1軸性を有するデ イスコティック液晶材料を、ネマチック相やカラムナー相を発現させて固定したもので ある。負の 1軸性無機層状化合物としては、たとえば、特開平 6 - 82777号公報など に詳しい。
[0138] ポリマーフィルムの 2軸性配向を利用した Cプレートは、正の屈折率異方性を有する 高分子フィルムをバランス良く 2軸延伸する方法、熱可塑樹脂をプレスする方法、平 行配向した結晶体力 切り出す方法などにより得られる。
[0139] 前記各位相差層（C)は、 1枚の位相差板から構成されてレ、もよぐ所望の位相差に なるように、 2枚以上の位相差板を積層して用いることができる。
[0140] ( 1/4波長板（D) )
1/4波長板（D)は、 1Z2波長板（B)と同様の材料を用いて位相差を制御したもの を用レ、ることができる。 1Z4波長板（D)も、可視光全域において略 1Z4波長板とし て機能する広帯域波長板であることが好ましぐ光源波長帯域 (420— 650nm)にお ける各波長での正面位相差値力 1/4波長 ± 10%以内であるものが好ましい。望 ましくは ± 7%以内、さらに望ましくは ± 5%以下である。また一 2. 5く Nz≤lであるの が好ましい。より好ましくは _2く Nz≤0. 5である。
[0141] 1/4波長板（D)は、 夂の位相差板から構成されていもよぐ所望の位相差になる ように、 2枚以上の位相差板を積層して用いることができる。 1/4波長板（D)の厚さ は、通常 0. 5— 200 z mであること力 S好ましく、特に 1一 100 μ ΐηであることが好まし レ、。
[0142] (直線偏光反射型偏光子 (E) )
直線偏光反射型偏光子 (E)としては、グリッド型偏光子、屈折率差を有する 2種以 上の材料による 2層以上の多層薄膜積層体、ビームスプリツターなどに用いられる屈 折率の異なる蒸着多層薄膜、複屈折を有する 2種以上の材料による 2層以上の複屈 折層多層薄膜積層体、複屈折を有する 2種以上の樹脂を用いた 2層以上の樹脂積 層体を延伸したもの、直線偏光を直交する軸方向で反射/透過することで分離する ものなどがあげられる。
[0143] 例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートに代 表される延伸により位相差を発生する材料やポリメチルメタタリレートに代表されるァ クリル系樹脂、 JSR社製のアートンに代表されるノルボルネン系樹脂等の位相差発現 量の少ない樹脂を交互に多層積層体として一軸延伸して得られるものを用いることが できる。直線偏光反射型偏光子 (E)の具体例としては、 3M社製の DBEF、 日東電 エネ土製の PCF等があげられる。
[0144] 直線偏光反射型偏光子 (E)の選択反射波長帯域幅は偏光素子 (A)と同様に望ま しくは 200nm以上、より望ましくは 300nm以上、さらに望ましくは 400nm以上ある。 可視光域をカバーするためには具体的には 400 600nmの範囲をカバーすること が好ましい。可視光域を入射角に関わらずカバーするには入射角に応じて選択反射 波長は短波長側にシフトする事から広げられた選択反射波長帯は主に長波長側に 延ばして置くことが望ましいが限定する物ではない。
[0145] また偏光素子 (A)と直線偏光反射型偏光子 (E)は、選択反射波長帯域は少なくと も 550nmを含み、望ましくは lOOnm以上、さらに望ましくは 200nm以上、さらに望ま しくは 300nm以上の重なりを有する事が好ましい。
[0146] (各層の積層）
本発明の光学素子は単に光路に配置するだけではなぐ貼り合わせて用いる事も 出来る。表面形状ではなく光学素子の偏光特性による透過率制御であるから空気界 面を必要としなレ、ためである。
[0147] 前記各層の積層は、作業性や、光の利用効率の観点より各層を接着剤や粘着剤を 用いて積層することが望ましい。その場合、接着剤または粘着剤は透明で、可視光 領域に吸収を有さず、屈折率は、各層の屈折率と可及的に近いことが表面反射の抑 制の観点より望ましい。かかる観点より、例えば、アクリル系粘着剤などが好ましく用 レ、うる。各層は、それぞれ別途配向膜状などでモノドメインを形成し、透光性基材へ 転写などの方法によって順次積層してレ、く方法や、接着層などを設けず、配向のた めに、配向膜などを適宜形成し、各層を順次直接形成して行くことも可能である。
[0148] 各層および (粘)接着層には、必要に応じて拡散度合レ、調整用に更に粒子を添カロ して等方的な散乱性を付与することや、紫外線吸収剤、酸化防止剤、製膜時のレべ リング性付与の目的で界面活性剤などを適宜に添加することができる。
[0149] (集光バックライトシステム）
光源 (液晶セルの配置面とは反対側）には拡散反射板の配置が望ましい。平行光 化フィルムにて反射される光線の主成分は斜め入射成分であり、平行光化フィルム にて正反射されてバックライト方向へ戻される。ここで背面側の反射板の正反射性が 高い場合には反射角度が保存され、正面方向に出射できずに損失光となる。従って 反射戻り光線の反射角度を保存せず、正面方向へ散乱反射成分を増大させるため 拡散反射板の配置が望ましレ、。
[0150] 本発明による集光特性は直下型バックライトや無機/有機 EL素子のような拡散面 光源であっても正面方向に集光制御できる。
[0151] 本発明の光学素子 (X)とバックライト光源 (L)の間には適当な拡散板 (DF)を設置 することが望ましい。斜め入射し、反射された光線をバックライト導光体近傍にて散乱 させ、その一部を垂直入射方向へ散乱せしめることで光の再利用効率が高まるため である。拡散板としては、表面凹凸形状による物の他、屈折率が異なる微粒子を樹脂 中に包埋する等の方法で得られる。この拡散板は光学素子 (X)とバックライト間に挟 み込んでも良いし、光学素子 (X)に貼り合わせてもよい。
[0152] 光学素子 (X)を貼り合わせた液晶セル (LC)をバックライトと近接して配置する場合 、フィルム表面とバックライトの隙間でニュートンリングが生じる恐れがあるが、本発明 における光学素子 (X)の導光板側表面に表面凹凸を有する拡散板を配置すること によってニュートンリングの発生を抑制することができる。また、本発明における光学 素子 (X)の表面そのものに凹凸構造と光拡散構造を兼ねた層を形成しても良い。
[0153] (液晶表示装置）
上記光学素子 (X)は、液晶セル (LC)の両側に偏光板 (P)が配置されている液晶 表示装置に好適に適用され、上記光学素子 (X)は液晶セルの光源側面の偏光板（ P)側に適用される。図 14は、直線偏光反射型偏光子 (E)に、偏光板 (P)が積層した ものである。上記光学素子 (X)は、偏光素子 (A)が光源側になるように配置される。
[0154] 図 16乃至図 19に、液晶表示装置を例示している。図 16乃至図 19では光学素子（ Y)を用いた場合を例示している。光源 (L)とともに反射板 (RF)も示す。図 16は、光 源 (L)として直下型バックライト（L)を用いた場合である。図 17は、導光板（S)にサイ ドライト型光源 (L)を用いた場合である。図 18は、面状光源 (L)を用いた場合である 。図 19は、プリズムシート（Z)を用いた場合である。
[0155] 上記平行光化されたバックライトと組み合わされた液晶表示装置に、後方散乱、偏 光解消を有さなレ、拡散板を液晶セル視認側に積層することにより、正面近傍の良好 な表示特性の光線を拡散し、全視野角内で均一で良好な表示特性を得ることによつ て視野角拡大化ができる。
[0156] ここで用いられる視野角拡大フィルムは実質的に後方散舌しを有さない拡散板が用 いられる。拡散板は、拡散粘着材として設けることができる。配置場所は液晶表示装 置の視認側であるが偏光板の上下いずれでも使用可能である。ただし画素のにじみ 等の影響やわずかに残る後方散乱によるコントラスト低下を防止するために偏光板 一液晶セル間など、可能な限りセルに近い層に設けることが望ましい。またこの場合 には実質的に偏光を解消しないフィルムが望ましい。例えば特開 2000—347006号 公報、特開 2000-347007号公報に開示されているような微粒子分散型拡散板が 好適に用いられる。
[0157] 偏光板より外側に視野角拡大フィルムを位置する場合には液晶層 -偏光板まで平 行光化された光線が透過するので TN液晶セルの場合は特に視野角補償位相差板 を用いなくともよい。 STN液晶セルの場合には正面特性のみ良好に補償した位相差 フィルムを用いるだけでよい。この場合には視野角拡大フィルムが空気表面を有する ので表面形状による屈折効果によるタイプの採用も可能である。
[0158] 一方で偏光板と液晶層間に視野角拡大フィルムを揷入する場合には偏光板を透 過する段階では拡散光線となっている。 TN液晶の場合、偏光子そのものの視野角 特性は補償する必要がある。この場合には偏光子の視野角特性を補償する位相差 板を偏光子と視野角拡大フィルムの間に揷入する必要がある。 STN液晶の場合に は STN液晶の正面位相差補償に加えて偏光子の視野角特性を補償する位相差板 を挿入する必要がある。
[0159] 従来力 存在するマイクロレンズアレイフィルムやホログラムフィルムのように、内部 に規則性構造体を有する視野角拡大フィルムの場合、液晶表示装置のブラックマトリ タスや従来のバックライトの平行光化システムが有するマイクロレンズアレイ/プリズム アレイ/ルーバー/マイクロミラーアレイ等の微細構造と干渉しモアレを生じやすか つた。し力し本発明における平行光化フィルムは面内に規則性構造が視認されず、 出射光線に規則性変調が無いので視野角拡大フィルムとの相性や配置順序を考慮 する必要はない。従って視野角拡大フィルムは液晶表示装置の画素ブラックマトリク スと干渉/モアレを発生しなければ特に制限はなく選択肢は広い。
[0160] 本発明においては視野角拡大フィルムとして実質的に後方散乱を有さなレ、、偏光 を解消しなレ、、特開 2000-347006号公報、特開 2000— 347007号公報に記載さ れているような光散乱板で、ヘイズ 80。/o— 90。/oの物が好適に用いられる。その他、 ホログラムシート、マイクロプリズムアレイ、マイクロレンズアレイ等、内部に規則性構 造を有していても液晶表示装置の画素ブラックマトリクスと干渉/モアレを形成しなけ れば使用可能である。このような一次集光手段は、 ± 60度以内に集光するもの、さら には ± 50度以内に集光するものが好ましい。 [0161] (その他の材料）
なお、液晶表示装置には、常法に従って、各種の光学層等が適宜に用いられて作 製される。
[0162] 偏光板は、通常、偏光子の片側または両側に保護フィルムを有するものが一般に 用いられる。
[0163] 偏光子は、特に制限されず、各種のものを使用できる。偏光子としては、たとえば、 ポリビュルアルコール系フィルム、部分ホルマール化ポリビュルアルコール系フィル ム、エチレン '酢酸ビュル共重合体系部分ケンィ匕フィルム等の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一軸延伸したもの、ポリビュル 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等ポリェン系配向フィノレ ム等があげられる。これらのなかでもポリビュルアルコール系フィルムとヨウ素などの 二色性物質からなる偏光子が好適である。これら偏光子の厚さは特に制限されない 、一般的に、 5— 80 μ ΐη程度である。
[0164] ポリビニルアルコール系フィルムをヨウ素で染色し一軸延伸した偏光子は、たとえば 、ポリビニルアルコールをヨウ素の水溶液に浸漬することによって染色し、元長の 3— 7倍に延伸することで作製することができる。必要に応じてホウ酸や硫酸亜鉛、塩ィ匕 亜鉛等を含んでいてもよいヨウ化カリウムなどの水溶液に浸漬することもできる。さら に必要に応じて染色の前にポリビュルアルコール系フィルムを水に浸漬して水洗して もよレ、。ポリビニルアルコール系フィルムを水洗することでポリビエルアルコール系フィ ルム表面の汚れやブロッキング防止剤を洗浄することができるほかに、ポリビエルァ ルコール系フィルムを膨潤させることで染色のムラなどの不均一を防止する効果もあ る。延伸はヨウ素で染色した後に行っても良いし、染色しながら延伸してもよいし、ま た延伸してからヨウ素で染色してもよレ、。ホウ酸やヨウ化カリウムなどの水溶液中や水 浴中でも延伸すること力 Sできる。
[0165] 前記偏光子の片面または両面に設けられる透明保護フィルムを形成する材料とし ては、透明性、機械的強度、熱安定性、水分遮蔽性、等方性などに優れるものが好 ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエス テノレ系ポリマー、ジァセチノレセノレロースやトリァセチノレセノレロース等のセノレロース系 ポリマー、ポリメチルメタタリレート等のアクリル系ポリマー、ポリスチレンやアタリロニトリ ノぃスチレン共重合体 (AS樹脂）等のスチレン系ポリマー、ポリカーボネート系ポリマ 一などがあげられる。また、ポリエチレン、ポリプロピレン、シクロ系ないしはノルボルネ ン構造を有するポリオレフイン、エチレン 'プロピレン共重合体の如きポリオレフイン系 ポリマー、塩化ビュル系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミド等のアミド系ポリマー、 イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテ ノレエーテルケトン系ポリマー、ポリフエ二レンスルフイド系ポリマー、ビュルアルコール 系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビュルブチラール系ポリマー、ァリレート系ポ リマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、エポキシ系ポリマー、または前記ポリマーのブ レンド物なども前記透明保護フィルムを形成するポリマーの例としてあげられる。透明 保護フィルムは、アクリル系、ウレタン系、アクリルウレタン系、エポキシ系、シリコーン 系等の熱硬化型、紫外線硬化型の樹脂の硬化層として形成することもできる。
[0166] また、特開 2001— 343529号公幸 (W〇01/37007) tこ記載のポリマーフイノレム、 たとえば、（A)側鎖に置換および/または非置換イミド基を有する熱可塑性樹脂と、 (B)側鎖に置換および/または非置換フエニルならびに二トリル基を有する熱可塑 性樹脂を含有する樹脂組成物があげられる。具体例としてはイソブチレンと N—メチ ルマレイミドからなる交互共重合体とアクリロニトリル 'スチレン共重合体とを含有する 樹脂組成物のフィルムがあげられる。フィルムは樹脂組成物の混合押出品などからな るフィルムを用いることができる。
[0167] 保護フィルムの厚さは、適宜に決定しうるが、一般には強度や取扱性等の作業性、 薄層十生などの, より 1一 500 /i m程度である。特に 1一 300 μ ΐη力 S好ましく、 5— 200 z mがより好ましい。
[0168] また、保護フィルムは、できるだけ色付きがなレ、ことが好ましレ、。したがって、 Rth=
[ (nx + ny) /2_nz] . d (ただし、 nx、 nyはフィルム平面内の主屈折率、 nzはフィノレ ム厚方向の屈折率、 dはフィルム厚みである）で表されるフィルム厚み方向の位相差 値カ 90nm— + 75nmである保護フィルムが好ましく用いられる。かかる厚み方向 の位相差値（Rth)が _90nm + 75nmのものを使用することにより、保護フィルムに 起因する偏光板の着色 (光学的な着色）をほぼ解消することができる。厚み方向位相 差値（Rth)は、さらに好ましくは _80nm— + 60nm、特に _70nm— + 45nmが好ま しい。
[0169] 保護フィルムとしては、偏光特性や耐久性などの点より、トリァセチルセルロース等 のセルロース系ポリマーが好ましレ、。特にトリァセチルセルロースフィルムが好適であ る。なお、偏光子の両側に保護フィルムを設ける場合、その表裏で同じポリマー材料 力 なる保護フィルムを用いてもよぐ異なるポリマー材料等からなる保護フィルムを 用いてもよレ、。前記偏光子と保護フィルムとは通常、水系粘着剤等を介して密着して いる。水系接着剤としては、イソシァネート系接着剤、ポリビュルアルコール系接着剤 、ゼラチン系接着剤、ビュル系ラテックス系、水系ポリウレタン、水系ポリエステル等を 例示できる。
[0170] 前記透明保護フィルムの偏光子を接着させない面には、ハードコート層や反射防 止処理、ステイツキング防止や、拡散ないしアンチグレアを目的とした処理を施したも のであってもよい。
[0171] ハードコート処理は偏光板表面の傷付き防止などを目的に施されるものであり、例 えばアクリル系、シリコーン系などの適宜な紫外線硬化型樹脂による硬度や滑り特性 等に優れる硬化皮膜を透明保護フィルムの表面に付加する方式などにて形成するこ とができる。反射防止処理は偏光板表面での外光の反射防止を目的に施されるもの であり、従来に準じた反射防止膜などの形成により達成することができる。また、ステ イツキング防止処理は隣接層との密着防止を目的に施される。
[0172] またアンチグレア処理は偏光板の表面で外光が反射して偏光板透過光の視認を 阻害することの防止等を目的に施されるものであり、例えば、サンドブラスト方式ゃェ ンボス加工方式による粗面化方式や透明微粒子の配合方式などの適宜な方式にて 透明保護フィルムの表面に微細凹凸構造を付与することにより形成することができる 。前記表面微細凹凸構造の形成に含有させる微粒子としては、例えば、平均粒径が 0. 5— 50 μ mのシリカ、ァノレミナ、チタニア、ジルコユア、酸化錫、酸化インジウム、 酸化カドミウム、酸化アンチモン等からなる導電性のこともある無機系微粒子、架橋又 は未架橋のポリマー等からなる有機系微粒子などの透明微粒子が用いられる。表面 微細凹凸構造を形成する場合、微粒子の使用量は、表面微細凹凸構造を形成する 透明樹脂 100重量部に対して一般的に 2— 50重量部程度であり、 5— 25重量部が 好ましレ、。アンチグレア層は、偏光板透過光を拡散して視角などを拡大するための拡 散層（視角拡大機能など）を兼ねるものであってもよい。
[0173] なお、前記反射防止層、ステイツキング防止層、拡散層やアンチグレア層等は、透 明保護フィルムそのものに設けることができるほか、別途光学層として透明保護フィル ムとは別体のものとして設けることもできる。
[0174] また位相差板を、視角補償フィルムとして偏光板に積層して広視野角偏光板として 用いられる。視角補償フィルムは、液晶表示装置の画面を、画面に垂直でなくやや 斜めの方向から見た場合でも、画像が比較的鮮明にみえるように視野角を広げるた めのフィルムである。前記位相差板は、使用目的に応じた適宜な 1/4波長板、 1/2 波長板が用いられる。これらの材料は、 1Z2波長板（B)と同様の材料を用いて位相 差を制御したものを用いることができる。
[0175] このような視角補償位相差板としては、他に二軸延伸処理や直交する二方向に延 伸処理等された複屈折を有するフィルム、傾斜配向フィルムのような二方向延伸フィ ルムなどが用いられる。傾斜配向フィルムとしては、例えばポリマーフィルムに熱収縮 フィルムを接着して加熱によるその収縮力の作用下にポリマーフィルムを延伸処理又 は/及び収縮処理したものや、液晶ポリマーを斜め配向させたものなどが挙げられる 。視角補償フィルムは、液晶セルによる位相差に基づく視認角の変化による着色等 の防止や良視認の視野角の拡大などを目的として適宜に組み合わせることができる
[0176] また良視認の広い視野角を達成する点などより、液晶ポリマーの配向層、特にディ スコティック液晶ポリマーの傾斜配向層からなる光学的異方性層をトリアセチルセル ロースフィルムにて支持した光学補償位相差板が好ましく用レ、うる。
[0177] 前記のほか実用に際して積層される光学層については特に限定はないが、例えば 反射板や半透過板などの液晶表示装置等の形成に用いられることのある光学層を 1 層または 2層以上用いることができる。特に、楕円偏光板または円偏光板に、更に反 射板または半透過反射板が積層されてなる反射型偏光板または半透過型偏光板が あげられる。 [0178] 反射型偏光板は、偏光板に反射層を設けたもので、視認側 (表示側)からの入射光 を反射させて表示するタイプの液晶表示装置などを形成するためのものであり、バッ クライト等の光源の内蔵を省略できて液晶表示装置の薄型化を図りやすいなどの利 点を有する。反射型偏光板の形成は、必要に応じ透明保護層等を介して偏光板の 片面に金属等からなる反射層を付設する方式などの適宜な方式にて行うことができ る。
[0179] 反射型偏光板の具体例としては、必要に応じマット処理した保護フィルムの片面に 、アルミニウム等の反射性金属からなる箔ゃ蒸着膜を付設して反射層を形成したもの などがあげられる。また前記保護フィルムに微粒子を含有させて表面微細凹凸構造 とし、その上に微細凹凸構造の反射層を有するものなどもあげられる。前記した微細 凹凸構造の反射層は、入射光を乱反射により拡散させて指向性ゃギラギラした見栄 えを防止し、明暗のムラを抑制しうる利点などを有する。また微粒子含有の保護フィ ルムは、入射光及びその反射光がそれを透過する際に拡散されて明暗ムラをより抑 制しうる利点なども有している。保護フィルムの表面微細凹凸構造を反映させた微細 凹凸構造の反射層の形成は、例えば真空蒸着方式、イオンプレーティング方式、ス パッタリング方式等の蒸着方式ゃメツキ方式などの適宜な方式で金属を透明保護層 の表面に直接付設する方法などにより行うことができる。
[0180] 反射板は前記の偏光板の保護フィルムに直接付与する方式に代えて、その透明フ イルムに準じた適宜なフィルムに反射層を設けてなる反射シートなどとして用いること もできる。なお反射層は、通常、金属からなるので、その反射面が保護フィルムや偏 光板等で被覆された状態の使用形態が、酸化による反射率の低下防止、ひいては 初期反射率の長期持続の点や、保護層の別途付設の回避の点などより好ましい。
[0181] なお、半透過型偏光板は、上記において反射層で光を反射し、かつ透過するハー フミラー等の半透過型の反射層とすることにより得ることができる。半透過型偏光板は 、通常液晶セルの裏側に設けられ、液晶表示装置などを比較的明るい雰囲気で使 用する場合には、視認側 (表示側)からの入射光を反射させて画像を表示し、比較的 暗い雰囲気においては、半透過型偏光板のバックサイドに内蔵されているバックライ ト等の内蔵光源を使用して画像を表示するタイプの液晶表示装置などを形成できる 。すなわち、半透過型偏光板は、明るい雰囲気下では、バックライト等の光源使用の エネルギーを節約でき、比較的暗い雰囲気下においても内蔵光源を用いて使用でき るタイプの液晶表示装置などの形成に有用である。
[0182] また、偏光板は上記の偏光分離型偏光板の如ぐ偏光板と 2層又は 3層以上の光 学層とを積層したものからなっていてもよい。従って、上記の反射型偏光板や半透過 型偏光板と位相差板を組み合わせた反射型楕円偏光板や半透過型楕円偏光板な どであってもよい。
[0183] 上記の楕円偏光板や反射型楕円偏光板は、偏光板または反射型偏光板と位相差 板を適宜な組合せで積層したものである。力、かる楕円偏光板等は、 （反射型)偏光板 と位相差板の組合せとなるようにそれらを液晶表示装置の製造過程で順次別個に積 層することよって形成することができるが、予め積層して楕円偏光板等の光学フィル ムとしたのものは、品質の安定性や積層作業性等に優れて液晶表示装置などの製 造効率を向上させうる利点がある。
[0184] 本発明の光学素子には、粘着層または接着層を設けることもできる。粘着層は、液 晶セルへの貼着に用いることができる他、光学層の積層に用いられる。前記光学フィ ルムの接着に際し、それらの光学軸は目的とする位相差特性などに応じて適宜な配 置角度とすることができる。
[0185] 接着剤や粘着剤としては特に制限されない。例えばアクリル系重合体、シリコーン 系ポリマー、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミド、ポリビエルエーテル、酢酸ビニル /塩化ビエルコポリマー、変性ポリオレフイン、エポキシ系、フッ素系、天然ゴム、合成 ゴム等のゴム系などのポリマーをベースポリマーとするものを適宜に選択して用いるこ と力 Sできる。特に、光学的透明性に優れ、適度な濡れ性と凝集性と接着性の粘着特 性を示して、耐候性や耐熱性などに優れるものが好ましく用レ、うる。
[0186] 前記接着剤や粘着剤にはベースポリマーに応じた架橋剤を含有させることができる 。また接着剤には、例えば天然物や合成物の樹脂類、特に、粘着性付与樹脂や、ガ ラス繊維、ガラスビーズ、金属粉、その他の無機粉末等からなる充填剤や顔料、着色 剤、酸化防止剤などの添加剤を含有していてもよい。また微粒子を含有して光拡散 性を示す接着剤層などであってもよい。 [0187] 接着剤や粘着剤は、通常、ベースポリマーまたはその組成物を溶剤に溶解又は分 散させた固形分濃度が 10— 50重量％程度の接着剤溶液として用いられる。溶剤と しては、トルエンや酢酸ェチル等の有機溶剤や水等の接着剤の種類に応じたものを 適宜に選択して用いることができる。
[0188] 粘着層や接着層は、異なる組成又は種類等のものの重畳層として偏光板や光学フ イルムの片面又は両面に設けることもできる。粘着層の厚さは、使用目的や接着力な どに応じて適宜に決定でき、一般には 1一 500 x mであり、 5— 200 z m力 S好ましく、 特に 10 100 μ mが好ましい。
[0189] 粘着層等の露出面に対しては、実用に供するまでの間、その汚染防止等を目的に セパレータが仮着されてカバーされる。これにより、通例の取扱状態で粘着層に接触 することを防止できる。セパレータとしては、上記厚さ条件を除き、例えばプラスチック フィルム、ゴムシート、紙、布、不織布、ネット、発泡シートや金属箔、それらのラミネー ト体等の適宜な薄葉体を、必要に応じシリコーン系や長鏡アルキル系、フッ素系ゃ硫 化モリブデン等の適宜な剥離剤でコート処理したものなどの、従来に準じた適宜なも のを用いうる。
[0190] なお本発明において、上記光学素子等、また粘着層などの各層には、例えばサリ チル酸エステル系化合物やべンゾフエノール系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物 ゃシァ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 る方式などの方式により紫外線吸収能をもたせたものなどであってもよい。
実施例
[0191] 以下に本発明を実施例および比較例をあげて具体的に説明するが、本発明は、こ れらの実施例により何ら制限されるものではなレ、。各測定は下記の通りである。
[0192] (反射波長帯域）：反射スペクトルを分光光度計 (大塚電子株式会社製、瞬間マル チ測光システム， MCPD— 2000)にて測定し、最大反射率の半分の反射率を有する 反射波長帯域とした。
[0193] (歪み率）：偏光素子の歪み率を評価するために、サンプルの透過スペクトルを瞬間 マルチ測光計（大塚電子株式会社製 MCPD-2000)により測定した。 自然光を投 光させ、サンプノレを投光に対して垂直に設置 (正面からの出射光を測定)した場合と 、垂直方向から 60° サンプルを傾けて設置（60° 出射光の測定）した場合のそれぞ れについて、それらを透過した光の状態を、出射側に配置した偏光板で、偏光板を 1 0度づっ回した時の透過スペクトルを測定した。偏光板は、シグマ光器製グラムトムソ ンプリズム偏光子を用いた（消光比 0. 00001以下)。歪み率は下記の計算式から求 めた。歪み率 =最小透過率/最大透過率。
[0194] (位相差）：位相差は、面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向を Y 軸、フィルムの厚さ方向を Z軸とし、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、 nzとして、 550nmにおける屈折率 nx、 ny、 nzを自動複屈折測定装置 (王子計測機器株式会 社製， 自動複屈折計 KOBRA21ADH)により計測した。厚さ d (nm)から、正面位相 差: (nx— ny) X dを算出した。傾斜させて測定したときの位相差は、上記自動複屈折 測定装置により測定できる。傾斜位相差は:傾斜時の（nx-ny) X dである。また、 Nz 係数を算出した。
[0195] 光源装置（拡散光源）にはハクバ製のライトテーブル KLV7000を用いた。他の測 定器は、ヘイズ測定 (村上色彩製，ヘイズメーター HM150)、透過反射の分光特性 ( 日立製作所，分光光度計 U4100)、偏光板の特性 (村上色彩製， DOT3)、輝度計 測（トプコン製，輝度計 BM7)、輝度、色調の角度分布計測器 (ELDIM製， Ez-Co ntrast)、紫外線照射器（ゥシォ電機製， UVC321AM1)を用いた。
[0196] 実施例 1
(偏光素子 (A) )
欧州特許出願公開第 0834754号明細書に基づき、選択反射中心波長が 420nm 、 460應、 510應、 580應、 660應、 710應の 6種のコレステリック液晶ポリマー を作製した。
[0197] コレステリック液晶ポリマーは、下記化 2 :
[0198] [化 2]
C H2 = C H C 02 C H 2
Figure imgf000040_0001
[0199] で表される重合性ネマチック液晶モノマー Aと、下記化 3 : [0200] [化 3]
Figure imgf000041_0001
で表される重合性カイラル剤 Bを、下記に示す割合 (重量比）
選択反射中心波長：モノマー AZカイラル剤 B (配合比）：選択反射波長帯域 (nm)
420讓： 8/1 :400-一 460應
460nm: 9.2/1 :430- 490讓
510nm: 10.7/1 :480 ~550nm
580nm: 12.8/1 :540 620應
660nm: 14.7/1 :620 810應
7l0nm: 16/1 :660- -880nm
で配合した液晶混合物を重合することにより作製した。
[0202] 前記液晶混合物は、それぞれはテトラヒドロフランに溶解した 33重量％溶液にした 後、 60°C環境下にて窒素パージし、反応開始剤（ァゾビスイソプチロニトリル，前記 混合物に対して 0.5重量％)を添加して重合処理を行った。得られた重合物はジェ チルエーテルにて再沈分離し精製した。
[0203] 上記コレステリック液晶ポリマーを塩化メチレンに溶解して 10重量％溶液を調製し た。当該溶液を、配向基材に、乾燥時の厚みが約 1.5 zmになるようワイヤーバーで 塗工した。配向基材として、 75 xm厚のポリエチレンテレフタレート（PET)フィルムを 用レ、、その表面にポリイミド配向膜を約 0. l zm塗工し、レーヨン製ラビング布でラビ ングしたものを用いた。塗工後、 140°Cで 15分間乾燥した。この加熱処理終了後、液 晶を室温にて冷却固定し薄膜を得た。
[0204] 得られた液晶薄膜上に同様の工程を経て各色を重ね塗りし、長波長側から短波長 側に順次積層を行った。これにより、各液晶層を短波長側から順に 6層を積層した約 8 μ m厚のコレステリック液晶の積層体を得た。得られたコレステリック液晶の積層体 は PET基材より剥離して用いた。得られたコレステリック液晶の積層体は 400nm— 8 80nmで選択反射機能を有した。これを偏光素子 (A1-1 )とした。
[0205] 偏光素子 (A1— 1 )は、正面方向での歪み率が約 0. 55、 60° 傾斜方向での歪み 率が約 0. 05であった。偏光素子 (A1-1 )を透過した出射光は、入射角度が大きい 出射光は直線偏光であり、当該直線偏光は、偏光素子面の法線方向（正面）に対し 実質的に直交方向に偏光軸を有していた。
[0206] ( 1/2波長板（B) )
日東電工製ポリカーボネート製位相差フィルム (TRフィルム）を用いた。正面位相 差値 270讓、 Nz =約 1. 0、厚み 35 z m、 430讓での位相差値は約 + 8%、 650η mでの位相差値は約— 5%であった。
[0207] (位相差層（C) )
正面位相差が略 0、斜め方向で位相差を発生する位相差層（ネガティブ Cプレート) を重合性液晶にて作製した。重合性メソゲン化合物として、 BASF社製の LC242、 重合性カイラル剤として、 BASF社製の LC756を用いた。
[0208] 重合性メソゲン化合物と重合性カイラル剤は、得られるコレステリック液晶の選択反 射中心波長が約 1500nmとなるように、重合性メソゲン化合物/重合性カイラル剤の 混合比（重量比） = 100/2、とした。
[0209] 具体的な製法は、以下の通りである。重合性カイラル剤と重合性メソゲンィ匕合物をト ルェンにて溶解（20重量％)し、反応開始剤（チバスペシャルティケミカルズ社製のィ ルガキュア 907，前記混合物に対して 1重量％)を添加した溶液を調製した。配向基 板は、東レ製のポリエチレンテレフタレートフィルム：ノレミラー（厚さ 75 μ m)をラビング 布にて配向処理したものを用いた。
[0210] 前記溶液をワイヤーバーにて乾燥時塗布厚みが 4 μ m厚にて塗布し、 90°Cで 2分 間乾燥した後、等方性転移温度 130°Cまで一旦加熱した後、徐冷した。均一な配向 状態を保持し、 80°Cの環境にて紫外線照射（10mWZcm2 X 1分間）にて硬化して ネガティブ Cプレートを得た。このネガティブ Cプレートの位相差を測定したところ、 55
Onmの波長の光に対して正面方向では約 2nm、 30° 傾斜させた時の位相差は約 1
5nmであつ 7こ。
[0211] ( 1/4波長板（D) ) 帝人製の WRFフィルム（正面位相差 140nm)を用いた。 Nz =約 1、 430nmでの位 相差値は約 + 3%、 650nmでの位相差値は約 + 1 %であった。
[0212] (直線偏光反射型偏光子 (E) )
3M社製の DBEFを使用した。
[0213] (光学素子 (X) )
図 13に示すように、偏光素子 (A1 - 1)、 1/2波長板 (B)、位相差層（C)、 1Z4波 長板 (D)、直線偏光反射型偏光子 (E)の順に、 日東電工製のアクリル系粘着材 (N O. 7)：厚み 25 z mを用レ、て積層して、光学素子 (XI)を得た。直線偏光反射型偏 光子 (E)の透過軸は、 1/4波長板（D)を透過して得られる直線偏光の方向と同じ方 向になるように配置した。
[0214] (特性評価）
上記光学素子 (XI)を偏光素子 (A1-1)を下側にして拡散光源上に配置し、出射 光計測を行った。結果を図 20に示す。
[0215] 実施例 2
(偏光素子 (A) )
実施例 1において、重合性ネマチック液晶モノマー Aと、重合性カイラル剤 Bを、下 記に示す割合 (重量比）で用いたこと以外は実施例 1と同様にしてコレステリック液晶 の積層体を得た。
選択反射中心波長：モノマー A/カイラル剤 B (配合比）：選択反射波長帯域 (nm)
420nm : 8/1 : 400— 460應
460nm : 9. 2/1 : 430— 490應
510nm : 10. 7/1 : 480 550讓
580nm : 12. 8/1 : 540 620讓
620nm : 14/1 : 580— 750讓
得られたコレステリック液晶の積層体は 400 750nmで選択反射機能を有した。こ れを偏光素子 (A1-2)とした。
[0216] 偏光素子 (A1—2)は、正面方向での歪み率が約 0. 65、 60° 傾斜方向での歪み 率が約 0. 03であった。偏光素子 (A1— 2)を透過した出射光は、入射角度が大きい 出射光は直線偏光であり、当該直線偏光は、偏光素子面の法線方向（正面）に対し 実質的に直交方向に偏光軸を有していた。
[0217] (光学素子 (X) )
実施例 1において、偏光素子 (A1-1)の代わりに、偏光素子 (A1-2)を用いたこと 以外は実施例 1と同様にして、偏光素子 (A1— 2)、 1/2波長板 (B)、位相差層（C) 、 1/4波長板 (D)、直線偏光反射型偏光子 (E)を、 日東電工製のアクリル系粘着材 (NO. 7)：厚み 20 x mを用いて積層して、光学素子 (X2)を得た。
[0218] (特性評価）
上記光学素子 (X2)を偏光素子 (A1-2)を下側にして拡散光源上に配置し、出射 光計測を行った。結果を図 21に示す。
[0219] 実施例 3
(偏光素子 (A) )
実施例 1において、重合性ネマチック液晶モノマー Aと、重合性カイラル剤 Bを、下 記に示す割合 (重量比）で用いたこと以外は実施例 1と同様にしてコレステリック液晶 の積層体を得た。
選択反射中心波長：モノマー A/カイラル剤 B (配合比）：選択反射波長帯域 (nm)
390nm : 7/1 : 400— 460應
460nm : 9. 2/1 : 430— 490應
510應： 10. 7/1 : 480— 550應
580應： 12. 8/1 : 540— 620應
660應： 14. 7/1 : 620— 810應
850nm : 20/1 : 700— lOOOnm
得られたコレステリック液晶の積層体は 400 lOOOnmで選択反射機能を有した。こ れを偏光素子 (A1-3)とした。
[0220] 偏光素子 (A1— 3)は、正面方向での歪み率が約 0. 68、 60° 傾斜方向での歪み 率が約 0. 03であった。偏光素子 (A1— 3)を透過した出射光は、入射角度が大きい 出射光は直線偏光であり、当該直線偏光は、偏光素子面の法線方向（正面）に対し 実質的に直交方向に偏光軸を有していた。 [0221] (位相差層（C) )
実施例 1において、得られるコレステリック液晶の選択反射中心波長が約 300nmと なるように重合性メソゲン化合物/重合性カイラル剤の混合比（重量比） = 92/8、と したこと以外は、実施例 1と同様にして位相差層（ネガティブ Cプレート）を重合性液 晶にて作製した。このネガティブ Cプレートの位相差を測定したところ、 550nmの波 長の光に対して正面方向では約 lnm、 30° 傾斜させた時の位相差は約 220nmで あった。これを 4枚、 日東電工製のアクリル系粘着材（N〇. 7)：厚み を用いて 積層して、高位相差のネガティブ Cプレートを得た。
[0222] (光学素子 (X) )
実施例 1において、偏光素子 (A1—1)の代わりに、偏光素子 (A1—3)を用レ、、また 上記位相差層（C)を用いたこと以外は実施例 1と同様にして、偏光素子 (A1— 3)、 1 /2波長板 (B)、位相差層（C)、 1/4波長板 (D)、直線偏光反射型偏光子 (E)を、 日東電工製のアクリル系粘着材 (NO. 7)：厚み 25 / mを用いて積層して、光学素子 (X2)を得た。
[0223] (特性評価）
上記光学素子 (X3)を偏光素子 (A1-3)を下側にして拡散光源上に配置し、出射 光計測を行った。結果を図 22に示す。
[0224] 比較例 1
実施例 1において、位相差層（C)を用いなかったこと以外は実施例 1と同様にして 、偏光素子 (A1 - 1)、 1/2波長板 (B)、 1/4波長板 (D)、直線偏光反射型偏光子（ E)を、 日東電工製のアクリル系粘着材 (NO. 7)：厚み 25 / mを用いて積層して、光 学素子を得た。
[0225] (特性評価）
上記光学素子を偏光素子 (A1-1)を下側にして拡散光源上に配置し、出射光計 測を行った。結果を図 23に示す。
[0226] 上記実施例 1一 3、比較例 1で得られた光学素子の輝度視角特性を表 1にまとめた 。斜めの色付きに関しては目視評価を行った。
[0227] [表 1] 半値幅での集光特性 斜めの色付き
実施例 1 ± 4 4 △
実施例 2 ± 4 0 〇
実施例 3 ± 3 8
比較例 1 ± 6 0 〇
[0228] 表中、◎:良好、〇：良い、△:若干悪い、である。
[0229] 実施例 4
(偏光素子 (A) )
[0230] [化 4]
Figure imgf000046_0001
[0231] で表される光重合性メソゲン化合物（重合性ネマチック液晶モノマー） 96重量部お よび重合性カイラル剤（BASF社製 LC756) 4重量部および溶媒 (メチルェチルケト ン）を調整配合した溶液に、その固形分に対し、光重合開始剤（チバスペシャルティ ケミカルズ社製，ィルガキュア 184)を 5重量％添加した塗工液（固形分含有量 20重 量％)を調製した。当該塗工液を、延伸 PETフィルム (配向基材)上にキャストし、 80 °Cで 2分間乾燥させた後、もう一方の PET基材をラミネートした。次いで、 120°Cでカロ 熱しながら 3mW/cm2で 5分間紫外線照射し、コレステリック液晶層を得た。一方の PET基材面に他の基材をイソシァネート系接着剤を用いて転写し片方の PET基材 を取り除いた。得られたコレステリック液晶層は厚み 9 μ mであり選択反射帯域は 430 nm 860nmで ¾>つた。
[0232] ピッチ長は断面 TEM写真により測定した。コレステリックピッチはおおむね連続に 厚み方向で変化していた。これを偏光素子 (A1— 4)とした。
[0233] 偏光素子 (A1— 4)は、正面方向での歪み率が約 0. 99、 60° 傾斜方向での歪み 率が約 0. 10であった。偏光素子 (A1— 4)を透過した出射光は、入射角度が大きい 出射光は直線偏光であり、当該直線偏光は、偏光素子面の法線方向（正面）に対し 実質的に直交方向に偏光軸を有していた。 [0234] (光学素子 (X) )
実施例 1において、偏光素子 (A1-4)の代わりに、偏光素子 (A1-4)を用いたこと 以外は実施例 1と同様にして、光学素子 (X4)を得た。
[0235] (特性評価）
上記光学素子 (X4)を拡散光源上に配置し、出射光計測を行った。結果は実施例 1と概略同等であった。
[0236] 実施例 5
(偏光素子 (A) )
上記化 4で表される光重合性メソゲン化合物（重合性ネマチック液晶モノマー） 96 重量部および重合性カイラル剤（BASF社製 LC756) 4重量部および溶媒（シクロべ ンタノン）を調整配合した溶液に、その固形分に対し、光重合開始剤（チバスぺシャ ルティケミカノレズ社製，ィルガキュア 907)を 0. 5重量％添加した塗工液（固形分含 有量 30重量％)を調製した。当該塗工液を、延伸 PETフィルム (配向基材)上にワイ ヤーバーを用いて乾燥後の厚みで 7 /i mとなるようにキャストし、溶媒を 100°Cで 2分 間乾燥させた。得られた膜に PET側から 40°Cの空気雰囲気下で第 1UV照射を 40 mW/cm2で 1. 2秒間行った。引き続き空気雰囲気下で、 3°C/秒の昇温速度で 90 °Cまで昇温させながら、第 2UV照射を 4mW/cm2で 60秒間行った。次に窒素雰囲 気下で PET側から第 3UV照射を 60mW/cm2で 10秒間行うことで選択反射帯域が 425— 900nmのコレステリック液晶層を得た。
[0237] ピッチ長は断面 TEM写真により測定した。コレステリックピッチはおおむね連続に 厚み方向で変化していた。これを偏光素子 (A1— 5)とした。
[0238] 偏光素子 (A1—5)は、正面方向での歪み率が約 0. 99、 60° 傾斜方向での歪み 率が約 0. 10であった。偏光素子 (A1— 5)を透過した出射光は、入射角度が大きい 出射光は直線偏光であり、当該直線偏光は、偏光素子面の法線方向（正面）に対し 実質的に直交方向に偏光軸を有していた。
[0239] (光学素子 (X) )
実施例 1において、偏光素子 (A1—1)の代わりに、偏光素子 (A1—5)を用いたこと 以外は実施例 1と同様にして、光学素子 (X5)を得た。 [0240] (特性評価）
上記光学素子 (X5)を拡散光源上に配置し、出射光計測を行った。結果は実施例 1と概略同等であった。
[0241] 実施例 6
(偏光素子 (A) )
上記化 4で表される光重合性メソゲン化合物（重合性ネマチック液晶モノマー） 96 重量部および重合性カイラル剤（BASF社製 LC756) 4重量部および溶媒（シクロべ ンタノン）を選択反射中心波長が 550nmとなるように調整配合した溶液に、その固形 分に対し、光重合開始剤（チバスペシャルティケミカノレズ社製，ィルガキュア 907)を 3 重量％添加した塗工液（固形分含有量 30重量％)を調製した。当該塗工液を、延伸 PETフィルム（配向基材）上にワイヤーバーを用いて乾燥後の厚みで 6 μ mとなるよう にキャストし、溶媒を 100°Cで 2分間乾燥させた。得られた膜に PET側から 40°Cの空 気雰囲気下で第 1UV照射を 50mW/cm2で 1秒間行った。その後 UV照射なしの状 態で 90°Cで 1分間加熱した（このときの選択反射帯域は 420— 650nmであった）。 次に第 2UV照射を 90°Cの空気雰囲気下で 5mW/cm2、 60秒間行った（このときの 選択反射帯域は 420— 900nmであった)。次に窒素雰囲気下で PET側から第 3UV 照射を 80mW/ cm2で 30秒間行うことで選択反射帯域が 425— 900nmのコレステリ ック液晶層を得た。
[0242] ピッチ長は断面 TEM写真により測定した。コレステリックピッチはおおむね連続に 厚み方向で変化していた。これを偏光素子 (A1— 6)とした。
[0243] 偏光素子 (A1— 6)は、正面方向での歪み率が約 0. 99、 60° 傾斜方向での歪み 率が約 0. 04であった。偏光素子 (A1— 6)を透過した出射光は、入射角度が大きい 出射光は直線偏光であり、当該直線偏光は、偏光素子面の法線方向（正面）に対し 実質的に直交方向に偏光軸を有していた。
[0244] (光学素子 (X) )
実施例 1において、偏光素子 (A1-1)の代わりに、偏光素子 (A1-6)を用いたこと 以外は実施例 1と同様にして、光学素子 (X6)を得た。
[0245] (特性評価） 上記光学素子 (X6)を拡散光源上に配置し、出射光計測を行った。結果は実施例 1と概略同等であった。
[0246] 比較例 2
(バンドパスフィルター作成方法）
図 24に示す波長透過特性を有するバンドパスフィルターを蒸着薄膜にて作製した
[0247] [表 2]
Figure imgf000049_0001
[0248] 表 2に示すように、 Ti〇 /SiO積層枚数 15層とした。基材は 50 μ m厚 PETフィノレ
2 2
ムを用い、全体厚みは約 53 z mであった。
[0249] (特性評価）
上記バンドパスフィルターを拡散光源上に配置し、出射光計測を行った。図 25に 示すような集光特性を得た。しかし、このフィルターを常温常湿環境下にて 3ヶ月放 置後に再度透過スペクトルを計測すると図 24の経時後のように透過スペクトルが変 化した。これは吸湿による蒸着膜への水分吸着が原因と見られた。このサンプノレを前 述同様に集光特性を確認したところ、図 25の経時後のように集光特性に変化が見ら れた。このように三波長対応でバンドパスフィルターの波長特性を維持することは実 質的に困難と見られた。
[0250] 比較例 3 バンドパスフィルターをコレステリック液晶ポリマーの薄膜塗工によって作製した。右 円偏光反射の三波長対応バンドパスフィルターと左円偏光反射の広帯域円偏光板と を組み合わせた。 目的とする三波長のみを、垂直方向近傍において円偏光を透過し 、逆円偏光は反射してリサイクルし、斜め入射光線は全て反射するものである。
[0251] 三波長冷陰極管の発光スペクトル 435nm、 535nm、 610nmに対し選択反射波長 域力 S440 490nm、 540 600nm、 615— 700nmで右円偏光を反射する選択反 射円偏光バンドパスフィルターを作製した。
[0252] 用いた液晶材料は実施例 1と同様の EP0834754A1に基づき選択反射中心波長 480nm、 550nm、 655nmとなる 3種のコレステリック液晶ポリマーを作製する。コレ ステリック液晶ポリマーは、実施例 1で用いた重合性ネマチック液晶モノマー A (化 2) と重合性カイラル剤 （化 3の鏡像異性体)を下記に示す割合 (重量比） 選択反射中心波長：モノマー AZカイラル剤^ (配合比）
480nm : 9. 81/1
550nm : 11. 9/1
655nm : 14. 8/1
で配合した液晶混合物を重合することにより作製した。
[0253] 前記液晶混合物は、それぞれはテトラヒドロフランに溶解した 33重量％溶液にした 後、 60°C環境下にて窒素パージし、反応開始剤（ァゾビスイソプチロニトリル，前記 混合物に対して 0. 5重量％)を添加して重合処理を行った。得られた重合物はジェ チルエーテルにて再沈分離し精製した。
[0254] 上記コレステリック液晶ポリマーを塩化メチレンに溶解して 10重量％溶液を調製し た。当該溶液を、配向基材に、乾燥時の厚みが約 1. 5 z mになるようワイヤーバーで 塗工した。配向基材として、 75 x m厚のポリエチレンテレフタレート（PET)フィルムを 用レ、、その表面にポリビュルアルコール配向膜を約 0. l x m塗工し、レーヨン製ラビ ング布でラビングしたものを用いた。塗工後、 140°Cで 15分間乾燥した。この加熱処 理終了後、液晶を室温にて冷却固定し薄膜を得た。
[0255] 同様の工程を経て各色のコレステリック液晶薄膜を作製し、イソシァネート系接着剤
(特殊色料化学社製 AD126)にて貼り合わせた後、 PET基材を除去する操作を繰り 返し、各コレステリック液晶層を短波長側から順に 3層を積層して約 5 μ m厚のコレス テリック液晶積層体 (バンドパスフィルター）を得た。得られたコレステリック液晶積層 体の透過率を図 26に示す。コレステリック液晶の積層体は、正面方向での歪み率が 約 0. 90、 60° 傾斜方向での歪み率が約 0. 54であった。
[0256] 日東電工製 NIPOCSフィルム（PCF400—SEG1465DU付き）を上記コレステリッ ク液晶積層体 (バンドパスフィルター）に積層した。このフィルムは輝度向上目的で用 レ、られている円偏光反射偏光板付き偏光板であり、円偏光板と偏光板の間には 1Z 4波長板が配置されたものである。コレステリック液晶面同士が面するように前述同様 に貼り合わせ、一体品を得た。
[0257] (特性評価）
上記バンドパスフィルターを拡散光源上に配置し、出射光計測を行った。 ± 15度 程度の半値幅での集光特性を有していたが斜め方向からの肉眼観察時に急峻な輝 度低下に伴って色調の変化が感じられた。これは各透過波長の設定値が光源の輝 線スペクトルに対して正確に一致していないため、角度変化に伴う遮蔽効果の程度 に差が生じるためと考えられる。
[0258] 比較例 4
従来型サイドライト型導光板を用いた、シャープ製 TFT液晶表示装置 (型番 LQ10 D362/10. 4/TFT)について出射光計測を行った。結果を図 27に示す。出射光 ピークが正面方向より若干ずれてレ、ること力 S分力る。
[0259] 比較例 5
国際公開第 03/27756号パンフレットの実施例に準じて以下のようなサンプルを 作製した。実施例 1で用いた直線偏光反射型偏光子 (E)に対し旋光子を貼り合わせ 、さらに旋光子に対して直線偏光反射型偏光子 (E)を貼り合わせた。貼り合わせに は日東電工製アクリル系粘着材 N〇. 7 (厚み25 111)を用レ、、直線偏光反射型偏光 子 (E)同士の偏光透過軸は概略平行とした。
[0260] 上記旋光子は以下のように作製した。液晶モノマー（BASF社製， LC242)、カイラ ル材（BASF社製， LC756)、重合開始材（チバスペシャルティケミカルズ社製，ィル ガキュア 369)を、！^ 2427し。7567ィノレガキュァ369 = 96. 4/0. 1/3. 5の重 量比で、溶媒 (メチルェチルケトン）に 20重量％溶液となるように溶解した。ワイヤー バーコータを用い、 PET基材 (東レ製ルミラー 75 / m厚）に塗布し、 80°Cで 2分間加 熱して溶媒を除去乾燥し、窒素ガスパージ環境下にて紫外線照射器にて重合硬化 した。得られた液晶硬化物の厚みは約 6 z mであった。本サンプノレの旋光能は約 85 ° であった。
[0261] 直線偏光反射型偏光子 (E)、旋光子、直線偏光反射型偏光子 (E)を積層すること で得られた偏光素子は 380— 1 lOOnmで選択反射機能を有した。コレステリック液 晶の積層体は、正面方向での歪み率が 0. 01以下、 60° 傾斜方向での歪み率が 0 . 01以下であり、透過率に関しては特異な入射角依存性は生じなかった。当該偏光 素子は、 DBEFに対して DBEFを約 85° の軸角度で貼り合わせた偏光素子と概略 同等の性能を示した。
産業上の利用可能性
[0262] 本発明の偏光素子を利用した光学素子は、集光バックライトシステム、さらには液晶 表示装置に好適に用いられる。
図面の簡単な説明
[0263] [図 1(A)]偏光素子 (A1)を透過した出射光の偏光軸方向を示す概念図である。
[図 1(B)]図 1 (A)を偏光素子 (A1)の法線方向から観た場合の出射光の偏光軸方向 を示す概念図である。
[図 2(A)]偏光素子 (A2)を透過した出射光の偏光軸方向を示す概念図である。
[図 2(B)]図 2 (A)を偏光素子 (A2)の法線方向力 観た場合の出射光の偏光軸方向 を示す概念図である。
[図 3]偏光成分等を説明する概念図である。
[図 4]従来のコレステリック液晶層による偏光分離を示す概念図である。
[図 5]従来のコレステリック液晶層による偏光分離を示す概念図である。
[図 6]偏光素子 (A)による偏光分離を示す概念図である。
[図 7]偏光素子 (A)による偏光分離を示す概念図である。
[図 8]偏光素子 (A1)、次レ、で 1/2波長板 (B)を透過した出射光の偏光軸方向を示 す概念図である。 [図 9]偏光素子 (Al)、 1/2波長板 (B)、次いで位相差層（C)を透過した出射光の 偏光軸方向を示す概念図である。
園 10]偏光素子 (Al)、 1/2波長板 (B)、位相差層（C)、次いで 1/4波長板 (D)を 透過した出射光の偏光軸方向を示す概念図である。
園 11]直線偏光反射型偏光子 (E)のみを透過した出射光の偏光軸方向を示す概念 図である。
園 12]偏光素子 (Al)、 1Z2波長板 (B)、位相差層（C)、 1/4波長板 (D)、次いで 直線偏光反射型偏光子 (E)を透過した出射光の偏光軸方向を示す概念図である。 園 13]本発明の光学素子 (X)の断面図の一例である。
[図 14]本発明の光学素子 (X)に偏光板 (P)を積層した場合の断面図の一例である。 園 15]波長板による偏光種の変換を示す概念図である。
園 16]本発明の光学素子 (X)を用いた液晶表示装置の断面図の一例である。
園 17]本発明の光学素子 (X)を用いた液晶表示装置の断面図の一例である。
園 18]本発明の光学素子 (X)を用いた液晶表示装置の断面図の一例である。
園 19]本発明の光学素子 (X)を用いた液晶表示装置の断面図の一例である。
園 20]実施例 1の光学素子 (XI)の透過光強度角度分布を表す図である。
[図 21]実施例 2の光学素子 (X2)の透過光強度角度分布を表す図である。
園 22]実施例 3の光学素子 (X3)の透過光強度角度分布を表す図である。
園 23]比較例 1の光学素子の透過光強度角度分布を表す図である。
[図 24]比較例 2のバンドパスフィルターの透過スペクトルを表す図である。
園 25]比較例 2のバンドパスフィルターの集光状態を表す図である。
[図 26]比較例 3のバンドパスフィルターの透過スペクトルを表す図である。
[図 27]比較例 4の液晶表示装置の透過光強度角度分布を表す図である。
符号の説明
A 偏光素子
i 入射光
e 出射光
B 1/2波長板 c 位相差層
D 1/4波長板
E 直線偏光反射型偏光子
X 光学素子
P 偏光板
DF 拡散板
L 光源
LC 液晶セル

Claims

請求の範囲
[1] 入射光を偏光分離して出射する、コレステリック液晶により形成されている偏光素子
(A)であって、
法線方向の入射光に対する出射光は、歪み率が 0. 5以上であり、
法線方向から 60° 以上傾けて入射した入射光に対する出射光は、歪み率が 0. 2 以下であり、
入射角度が大きくなるに従って出射光の直線偏光成分が増大する偏光素子 (A)と 1/2波長板 (B)と、
正面位相差 (法線方向）が略ゼロで、法線方向に対し傾斜した入射光に対して位 相差を発生する層（C)と、
1/4波長板（D)とが、この順で配置されており、
さらに、前記 1/4波長板（D)には、直交する直線偏光の内一方を透過し他方を選 択的に反射する直線偏光反射型偏光子 (E)が、その透過軸の方向と、前記偏光素 子 (A)乃至 1/4波長板（D)をこの順で透過する透過光の軸とが同一方向になるよう に配置されてレ、ることを特徴とする光学素子。
[2] 偏光素子 (A)が、入射角度が大きくなるに従って増大する出射光の直線偏光成分 は、偏光素子面の法線方向に対し実質的に直交方向に直線偏光の偏光軸を有する ものであることを特徴とする請求項 1の光学素子。
[3] 偏光素子 (A)が、入射角度が大きくなるに従って増大する出射光の直線偏光成分 は、偏光素子面の法線方向に対し実質的に平行方向に直線偏光の偏光軸を有する ものであることを特徴とする請求項 1の光学素子。
[4] 偏光素子 (A)は、入射光の非透過成分を実質的に反射するものであることを特徴 とする請求項 1一 3のいずれかに記載の光学素子。
[5] 偏光素子 (A)の厚みが 2 / m以上であることを特徴とする請求項 1一 4のいずれか に記載の光学素子。
[6] 偏光素子 (A)の反射帯域巾が 200nm以上であることを特徴とする請求項 1一 5の いずれかに記載の光学素子。
[7] 1/2波長板（B)が、可視光全域において略 1/2波長板として機能する広帯域波 長板であることを特徴とする請求項 1一 6のいずれかに記載の光学素子。
[8] 1/2波長板（B) 1 面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向を Y 軸、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、厚さ d (nm)とした場合に、
光源波長帯域 (420— 650nm)における各波長での正面位相差値：（nx— ny) X d が、 1Z2波長 ± 10%以内であることを特徴とする請求項 7記載の光学素子。
[9] 1/2波長板 (B)が、厚み方向の位相差を制御し、角度変化に対する位相差変化 を低減したものであることを特徴とする請求項 1一 8のいずれかに記載の光学素子。
[10] 1/2波長板（B)が、面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向を Y 軸、フィルムの厚さ方向を Z軸とし、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、 nz、とした 場合に、
Nz= (nx_nz) / (nx_ny)で表される Nz係数力 —2. 5< Nz≤ 1であることを特徴 とする請求項 9記載の光学素子。
[11] 位相差層（C)が、
選択反射波長域を可視光領域以外に有するコレステリック液晶相のブラナー配向 を固定したもの、
棒状液晶のホメオト口ピック配向状態を固定したもの、
ディスコティック液晶のネマチック相またはカラムナー相配向状態を固定したもの、 ポリマーフィルムが 2軸配向されたもの、
負の 1軸性を有する無機層状化合物を面の法線方向に光軸がなるように配向固定 したもの、ならびに、
ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、ポリ（エーテルケトン）、ポリ（アミド—イミド）および ポリ（エステル一イミド）からなる群から選ばれる少なくとも 1種の重合体力 得られたフ イノレム、
力もなる群から選ばれる少なくとも 1種であることを特徴とする請求項 1一 10のいず れかに記載の光学素子。
[12] 1/4波長板（D)が、可視光全域において略 1Z4波長板として機能する広帯域波 長板であることを特徴とする請求項 1一 11のいずれかに記載の光学素子。
[13] 1/4波長板（D)力 S、面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向を Y 軸、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、厚さ d (nm)とした場合に、
光源波長帯域 (420— 650nm)における各波長での正面位相差値：（nx— ny) X d が、 1Z4波長 ± 10%以内であることを特徴とする請求項 12記載の光学素子。
[14] 1/4波長板（D)が、面内屈折率が最大となる方向を X軸、 X軸に垂直な方向を Y 軸、フィルムの厚さ方向を Z軸とし、それぞれの軸方向の屈折率を nx、 ny、 nz、とした 場合に、
Nz= (nx_nz) / (nx_ny)で表される Nz係数力 —2. 5 < Nz≤ 1であることを特徴 とする請求項 1一 13のいずれかに記載の光学素子。
[15] 直線偏光反射型偏光子 (E)が、グリッド型偏光子であることを特徴とする請求項 1 一 14のいずれかに記載の光学素子。
[16] 直線偏光反射型偏光子 (E)が、屈折率差を有する 2種以上 2層以上の多層薄膜積 層体であることを特徴とする請求項 1一 14のいずれかに記載の光学素子。
[17] 多層薄膜積層体が蒸着薄膜であることを特徴とする請求項 16記載の光学素子。
[18] 直線偏光反射型偏光子 (E)が、複屈折を有する 2種以上 2層以上の多層薄膜積層 体であることを特徴とする請求項 1一 14のいずれかに記載の光学素子。
[19] 多層薄膜積層体が複屈折を有する 2種以上 2層以上の樹脂積層体を延伸したもの であることを特徴とする請求項 18記載の光学素子。
[20] 直線偏光反射型偏光子 (E)の外側に、直線偏光反射型偏光子 (E)の偏光透過軸 と、偏光板の偏光軸方向とが揃うように偏光板が配置されていることを特徴とする請 求項 1一 19のいずれかに記載の光学素子。
[21] 各層を、透光性の接着剤または粘着剤を用いて積層したことを特徴とする請求項 1 一 20のレ、ずれかに記載の光学素子。
[22] 請求項 1一 21のいずれかに記載の光学素子に、少なくとも光源を配置してなること を特徴とする集光バックライトシステム。
[23] 請求項 22に記載の集光バックライトシステムに、少なくとも液晶セルを配置してなる ことを特徴とする液晶表示装置。
[24] 請求項 23記載の液晶表示装置に、後方散乱、偏光解消を有さない拡散板を液晶 セル視認側に積層して用レ、たことを特徴とする液晶表示装置。
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