JPH11133231A - 偏光素子、光学素子、照明装置及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複屈折が可及的に小さい支持基材を用いた偏
光素子による光利用効率の高さや虹ムラの低さを維持し
つつ、強度や耐熱性や耐湿性等の諸物性に優れる延伸フ
ィルムなどの製造方法や利用形態等に応じた支持基材を
用いうる偏光素子を開発し、輝度や視認性に優れる液晶
表示装置を得ること。 【解決手段】 面内の遅相軸と進相軸及び厚さの各方向
の屈折率をｎ_s、ｎ_f、ｎ_zとしたとき、式：（ｎ_s−
ｎ_z）／（ｎ_s−ｎ_f）によるＮzが２．５以下の複屈折性
基材（１）の上に１層又は２層以上のコレステリック液
晶ポリマー層からなる円偏光分離層（２）を有する偏光
素子、その素子の円偏光分離層上に１層又は２層以上の
位相差層からなる１／４波長板を有する光学素子、裏面
に反射層を有する面光源上に前記の偏光素子又は光学素
子をその円偏光分離層側を介して有する照明装置、及び
その照明装置の光出射側に偏光板を介して液晶セルを有
する液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、液晶表示装置等の輝度の
向上などに好適な偏光素子、光学素子、照明装置に関す
る。

【０００２】

【発明の背景】支持基材上にコレステリック液晶ポリマ
ーからなる円偏光分離層を設けてなる偏光素子を介し自
然光を左右の円偏光に分離し、それを１／４波長板を介
し直線偏光化して液晶セルに供給することにより液晶表
示装置の輝度を向上させるシステムが提案されている。
支持基材は、液晶ポリマー層の配向処理や補強等を目的
に用いられる。

【０００３】従来、前記の支持基材としては、複屈折が
可及的に小さいトリアセチルセルロースフィルムやガラ
ス板が用いられていた。複屈折は、偏光状態を乱して光
の利用効率を低下させると共に、支持基材を斜め透過し
た複屈折光が液晶表示に虹ムラを発生させて視認性を低
下させる原因となるからである。しかしながら、ガラス
板には易破損性、トリアセチルセルロースフィルムには
吸湿性などの問題があるため偏光素子の作製時等にその
厚さや取扱が規制され、製造方法や利用形態等が限定さ
れる問題点があった。

【０００４】

【発明の技術的課題】本発明は、複屈折が可及的に小さ
い支持基材を用いた偏光素子による光利用効率の高さや
虹ムラの低さを維持しつつ、強度や耐熱性や耐湿性等の
諸物性に優れる延伸フィルムなどの製造方法や利用形態
等に応じた支持基材を用いうる偏光素子を開発し、輝度
や視認性に優れる液晶表示装置を得ることを課題とす
る。

【０００５】

【課題の解決手段】本発明は、面内の遅相軸と進相軸の
各方向の屈折率をｎ_s、ｎ_fとし、厚さ方向の屈折率をｎ
_zとしたとき、式：（ｎ_s−ｎ_z）／（ｎ_s−ｎ_f）で定義
されるＮzが２．５以下の複屈折性基材の上に、１層又
は２層以上のコレステリック液晶ポリマー層からなる円
偏光分離層を有することを特徴とする偏光素子を提供す
るものである。

【０００６】また本発明は、前記の偏光素子における円
偏光分離層の上に、１層又は２層以上の位相差層からな
る１／４波長板、その上に必要に応じて二色性物質含有
の偏光板を有することを特徴とする光学素子、及び裏面
に反射層を有する面光源上に前記の偏光素子又は光学素
子をその円偏光分離層側を介して有することを特徴とす
る照明装置、並びにその照明装置の光出射側に偏光板を
介して液晶セルを有することを特徴とする液晶表示装置
を提供するものである。

【０００７】

【発明の効果】本発明の偏光素子によれば、支持基材の
大きい複屈折特性に基づいて円偏光分離層で反射されて
支持基材に再入射した円偏光の偏光状態を解消すること
ができ、その光を照明装置としたときに面光源裏面の反
射層と円偏光分離層の間に閉じ込めて多重反射を介し円
偏光分離層に繰り返し再入射させることができ、それを
光源光と共に利用して、複屈折が可及的に小さい支持基
材を用いた偏光素子に略匹敵する光利用効率の高さや虹
ムラの低さを達成することができる。前記偏光状態が解
消されない複屈折性の支持基材では、上記した如く支持
基材を斜め透過した複屈折光による虹ムラの発生で視認
性が大きく低下し、また偏光状態の残存で円偏光分離層
を透過しにくくなり、輝度の低下が大きくなる。

【０００８】一方、複屈折を許容したことにより、延伸
フィルム等の強度や耐熱性や耐湿性等の目的とする物性
を有する支持基材を適宜に選択して使用でき、支持基材
を薄膜化することもできる。その結果、支持基材に基づ
く製造方法や利用形態等の規制が大幅に緩和されて、輝
度や視認性に優れる液晶表示装置を製造効率よく安定し
て得ることができる。

【０００９】

【発明の実施形態】本発明の偏光素子は、面内の遅相軸
と進相軸の各方向の屈折率をｎ_s、ｎ_fとし、厚さ方向の
屈折率をｎ_zとしたとき、式：（ｎ_s−ｎ_z）／（ｎ_s−ｎ
_f）で定義されるＮzが２．５以下の複屈折性基材の上
に、１層又は２層以上のコレステリック液晶ポリマー層
からなる円偏光分離層を有するものからなる。その例を
図１、図２に例示した。１が複屈折性基材、２が円偏光
分離層で２１，２２がそのコレステリック液晶ポリマー
層である。なお３は支持基材である。

【００１０】本発明において用いる複屈折性基材は、面
内の遅相軸と進相軸の各方向の屈折率をｎ_s、ｎ_fとし、
厚さ方向の屈折率をｎ_zとしたとき、式：（ｎ_s−ｎ_z）
／（ｎ_s−ｎ_f）で定義されるＮzが２．５以下のもので
ある。これにより偏光状態を解消して円偏光分離層を透
過しやすくしつつ、基材を斜め透過する光の複屈折光化
による虹ムラの発生を防止して、正面及び斜め方向の広
い視野角で良好な視認性を示す輝度に優れる液晶表示装
置を形成することができる。

【００１１】斜め透過光による虹ムラの発生防止等の点
より好ましい複屈折性基材は、前記Ｎzが２．２以下、
就中２．０以下のものである。なお当該Ｎz値は、マイ
ナスであることも許容する。また輝度の向上等の点より
は、前記で定義の（ｎ_s−ｎ_f）による複屈折率差が０．
００１以上、就中０．０７以上、特に０．０９以上の複
屈折性基材が好ましく用いうる。

【００１２】複屈折性基材は、前記の複屈折特性を示す
適宜な材料にて形成でき、取扱性や薄膜性などの点より
はポリマーフィルムが好ましい。そのポリマーフィルム
は、キャスティング法や押出法等の適宜な方式で形成し
たものであってよく、また１軸や２軸等の適宜な処理方
式による延伸フィルムであってもよいし、非延伸のフィ
ルムであってもよい。

【００１３】複屈折性基材における前記したＮzや複屈
折差等の特性制御は、基材の結晶性等の材質や厚さ、延
伸倍率や延伸温度等の条件を変えることにより行うこと
ができる。また厚さ方向の屈折率の制御は、例えばポリ
マーフィルムを熱収縮性フィルムとの接着下に加熱延伸
する方式などにより行うことができる。

【００１４】複屈折性基材の厚さは、使用目的等に応じ
て適宜に決定しうるが一般には、強度や薄膜化などの点
より、５〜５００μm、就中１０〜２００μm、特に１５
〜１５０μmとされる。なお複屈折性基材は、単層物で
ある必要はなく、強度や耐熱性、液晶ポリマーの密着性
の向上等の種々の目的で異種ポリマーをラミネートした
フィルムなどの如く複層物であってもよい。

【００１５】なお複屈折性基材を形成する前記のポリマ
ーについては特に限定はなく、透明性に優れて均等な複
屈折を示すものが好ましい。ちなみにそのポリマーの例
としては、ポリエチレンやポリプロピレンの如きポリオ
レフィン系、ノルボルネン系、ポリエステル系、ポリイ
ミド系、ポリカーボネート系、ポリエーテルスルホン
系、ポリスルホン系、セルロース系、ポリアリレート
系、ポリスチレン系、ポリビニルアルコール系、ポリ塩
化ビニル系、ポリ塩化ビニリデン系、ポリアクリル系、
ポリアミド系、エポキシ系、液晶ポリマー系のものなど
があげられる。就中、耐湿性、耐熱性、強度又は／及び
薄膜性などの点よりポリオレフィン系やノルボルネン
系、ポリエステル系やポリイミド系、ポリカーボネート
系やポリエーテルスルホン系、ポリスルホン系やセルロ
ース系、ポリアリレート系やポリアクリル系、エポキシ
系のポリマーが好ましく用いうる。

【００１６】円偏光分離層は、自然光を反射と透過を介
し左右の円偏光に分離するものであり、適宜なコレステ
リック液晶ポリマーを用いて形成することができる。コ
レステリック液晶ポリマーは、液晶層の重畳効率や薄膜
化の点、視角変化に対する光学特性の変化が小さく視野
角の広い液晶表示装置を形成しうる点などで優れてお
り、就中、選択反射の波長域の広さなどの点より複屈折
の大きいものが好ましい。円偏光分離層は、１層又は２
層以上のコレステリック液晶ポリマー層にて形成するこ
とができる。

【００１７】ちなみにコレステリック液晶ポリマーの例
としては、液晶配向性を付与する共役性の直線状原子団
（メソゲン）がポリマーの主鎖や側鎖に導入された主鎖
型や側鎖型のものなどがあげられる。取扱性や実用温度
での配向の安定性などの点よりは、ガラス転移温度が３
０〜１５０℃のコレステリック液晶ポリマーが好ましく
用いうる。なお前記主鎖型のコレステリック液晶ポリマ
ーの具体例としては、屈曲性を付与するスペーサ部を必
要に応じ介してパラ置換環状化合物等からなるメソゲン
基を結合した構造を有する、例えばポリエステル系やポ
リアミド系、ポリカーボネート系やポリエステルイミド
系などのポリマーがあげられる。

【００１８】また側鎖型のコレステリック液晶ポリマー
の具体例としては、ポリアクリレートやポリメタクリレ
ート、ポリシロキサンやポリマロネート等を主鎖骨格と
し、側鎖として共役性の原子団からなるスペーサ部を必
要に応じ介してパラ置換環状化合物等からなる低分子液
晶化合物（メソゲン部）を有するもの、低分子カイラル
剤含有のネマチック系液晶ポリマー、キラル成分導入の
液晶ポリマー、ネマチック系とコレステリック系の混合
液晶ポリマーなどがあげられる。

【００１９】前記の如く、例えばアゾメチン形やアゾ
形、アゾキシ形やエステル形、ビフェニル形やフェニル
シクロヘキサン形、ビシクロヘキサン形の如きパラ置換
芳香族単位やパラ置換シクロヘキシル環単位などからな
るネマチック配向性を付与するパラ置換環状化合物を有
するものにても、不斉炭素を有する化合物等からなる適
宜なキラル成分や低分子カイラル剤等を導入する方式な
どによりコレステリック配向性のものとすることができ
る（特開昭５５−２１４７９号公報、米国特許明細書第
５３３２５２２号等）。なおパラ置換環状化合物におけ
るパラ位における末端置換基は、例えばシアノ基やアル
キル基、アルコキシ基などの適宜なものであってよい。

【００２０】またスペーサ部としては、屈曲性を示す例
えばポリメチレン鎖−（ＣＨ₂）_n−やポリオキシメチレ
ン鎖−（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）_m−などがあげられる。スペー
サ部を形成する構造単位の繰返し数は、メソゲン部の化
学構造等により適宜に決定され、一般にはポリメチレン
鎖の場合にはｎが０〜２０、就中２〜１２、ポリオキシ
メチレン鎖の場合にはｍが０〜１０、就中１〜３であ
る。

【００２１】本発明の偏光素子は、図１、図２に例示の
如く複屈折性基材１の上に１層又は２層以上のコレステ
リック液晶ポリマー層２１，２２からなる円偏光分離層
２を有するものである。その形成は、例えば複屈折性基
材とコレステリック液晶ポリマーのフィルムを必要に応
じ接着層を介してラミネートする方法等にても行いうる
が、一般には基材上にコレステリック液晶ポリマーを塗
工付設する方法にて行われる。

【００２２】円偏光分離層は、コレステリック液晶ポリ
マーを配向処理することにより形成される。その配向処
理は、従来の低分子液晶に準じた方法にて行いうる。ち
なみにその例としては、基材上に設けたポリイミドやポ
リビニルアルコール等の膜をレーヨン布等でラビング処
理したものやＳｉＯ₂の斜方蒸着層等からなる適宜な配
向膜の上に、あるいは延伸等による配向フィルムの上に
液晶ポリマーを展開してガラス転移温度以上、等方相転
移温度未満に加熱し、液晶ポリマー分子がグランジャン
配向した状態でガラス転移温度未満に冷却してガラス状
態とし、当該配向が固定化された固化層を形成する方法
などがあげられる。なお上記した液晶ポリマーのフィル
ムは、かかる固化層を基材より剥離することにより得る
ことができる。

【００２３】前記の液晶ポリマーの展開は、加熱溶融方
式によってもよいし、溶剤による溶液として展開するこ
ともできる。その溶剤としては、例えば塩化メチレンや
シクロヘキサノン、トリクロロエチレンやテトラクロロ
エタン、Ｎ−メチルピロリドンやテトラヒドロフランな
どの適宜なものを用いうる。

【００２４】前記の展開は、スピンコート法やロールコ
ート法、フローコート法やプリント法、ディップコート
法や流延成膜法、バーコート法やグラビア印刷法等の適
宜な方法で行うことができる。展開に際しては、必要に
応じ配向膜を介したコレステリック液晶ポリマー層の重
畳方式なども採ることができる。

【００２５】コレステリック液晶ポリマー層の厚さは、
配向の乱れや透過率低下の防止、選択反射性（円偏光二
色性を示す波長範囲）などの点より、０．５〜１００μ
m、就中１〜５０μm、特に３〜２０μmが好ましい。な
おコレステリック液晶ポリマー層の形成に際しては、安
定剤や可塑剤や金属類などからなる種々の添加剤を必要
に応じて配合することができる。

【００２６】円偏光分離層は、図２に例示の如く２層又
は３層以上のコレステリック液晶ポリマー層２１，２２
の重畳層として形成することもできる。重畳化は、分離
機能の広波長域化や斜め入射光の波長シフトに対処する
点等より有利であり、その場合には反射光の中心波長が
異なる組合せで重畳することが好ましい。

【００２７】すなわち、単層のコレステリック液晶ポリ
マー層では通例、選択反射性（円偏光二色性）を示す波
長域に限界があり、その限界は約１００nmの波長域に及
ぶ広い範囲の場合もあるが、その波長範囲でも液晶表示
装置等に適用する場合に望まれる可視光の全域には及ば
ないから、そのような場合に選択反射性の異なるコレス
テリック液晶ポリマー層を重畳させて円偏光二色性を示
す波長域を拡大させることができる。

【００２８】ちなみに選択反射の中心波長が３００〜９
００nmのコレステリック液晶ポリマー層を同じ偏光方向
の円偏光を反射する組合せで、かつ選択反射の中心波長
が異なる組合せで用いて、その２〜６種類を重畳するこ
とで可視光域をカバーできる円偏光分離層を効率的に形
成することができる。

【００２９】なお前記の同じ偏光方向の円偏光を反射す
るものの組合せとする点は、各層で反射される円偏光の
位相状態を揃えて各波長域で異なる偏光状態となること
を防止し、利用できる状態の偏光の増量を目的とする。

【００３０】なお上記した如く、コレステリック液晶ポ
リマーとしては適宜なものを用いてよいが、位相差の大
きい液晶ポリマーほど選択反射の波長域が広くなり、層
数の軽減や大視野角時の波長シフトに対する余裕などの
点より好ましく用いうる。また視角変化による色変化の
角度依存性を低減する点よりは、選択反射の中心波長が
短いものより順々に重畳し、その長波長側に１／４波長
板を配置することが好ましい。

【００３１】前記したコレステリック液晶ポリマーにお
ける選択反射の中心波長の相違は、クランジャン配向の
螺旋ピッチの相違に基づくが、本発明にては厚さ方向に
螺旋ピッチが変化する円偏光分離層や、螺旋ピッチ相違
の２層以上のコレステリック液晶ポリマー層が反射光の
中心波長に基づいて長短の順序通りに重畳して厚さ方向
に螺旋ピッチが変化する円偏光分離層などの適宜な形態
の円偏光分離層であってよい。

【００３２】前記した螺旋ピッチが厚さ方向に変化する
構造も選択反射の波長域の拡大などに有効である。その
場合、同じ螺旋ピッチのコレステリック液晶ポリマー層
間に、螺旋ピッチの異なるコレステリック液晶ポリマー
層が前記中心波長の長短の順序通りに１層又は２層以上
介在した形態のものの如く、同じ螺旋ピッチのコレステ
リック液晶ポリマー層を２層以上含む層構造なども許容
される。

【００３３】なお上記した螺旋ピッチが厚さ方向に変化
する円偏光分離層の製造は、例えば配向処理したコレス
テリック液晶ポリマー層同士の２枚又は３枚以上の所定
数を熱圧着により接着する操作などにより行うことがで
きる。熱圧着処理には、ロールラミネータ等の適宜な加
熱押圧手段を介してコレステリック液晶ポリマー層をガ
ラス転移温度以上、等方相転移温度未満に加熱して圧着
処理する方式などの適宜な方式を採ることができる。

【００３４】基材との一体物からなる液晶ポリマーの固
化層の場合には、その固化層同士が密接するように前記
に準じて重畳処理することにより厚さ方向に螺旋ピッチ
が変化する円偏光分離層、ひいては本発明による偏光素
子を得ることができる。

【００３５】前記の場合、図２に例示のように偏光素子
の表裏などに２層以上の前記基材１，３が残存する場合
には、複屈折性基材１以外の支持基材３は、トリアセチ
ルセルロースフィルムやアモルファスポリオレフィンフ
ィルムの如き複屈折による位相差が可及的に小さい従来
に準じたものを用いることが視認性の維持などの点より
好ましい。

【００３６】なお厚さ方向に螺旋ピッチが変化する円偏
光分離層は、連続した反射光の波長域を示すものであっ
てもよいし、不連続な反射光の波長域を示すものであっ
てもよい。虹ムラ防止等の点より好ましい円偏光分離層
は、連続した反射光の波長域を示すものである。

【００３７】前記の円偏光分離層の製造は、例えば上記
した熱圧着操作等で形成したコレステリック液晶ポリマ
ー層の重畳体をガラス転移温度以上、等方相転移温度未
満に加熱して、その密着界面に上下の層を形成するコレ
ステリック液晶ポリマーが混合した配向層を形成する方
法などにより行うことができる。

【００３８】前記において、上下の層のコレステリック
液晶ポリマーが混合して形成されたコレステリック液晶
ポリマー層は、螺旋ピッチが上下の層とも異なって厚さ
方向に螺旋ピッチが多段階に変化した円偏光分離層を形
成し、通例その螺旋ピッチは上下の層を形成するコレス
テリック液晶ポリマー層の中間値をとって、上下の層と
共に連続した反射光の波長域を示す領域を形成する。

【００３９】従って上下の層で反射光の波長域が重複し
ないコレステリック液晶ポリマー層の組合せ、すなわち
反射光の波長域に不連続による欠落域が存在する組合せ
で用いた場合に、上下の層の混合により形成されたコレ
ステリック液晶ポリマー層が前記欠落域を埋めて反射光
の波長域を連続化することができる。

【００４０】よって例えば、反射波長域が５００nm以下
のものと６００nm以上のものの２種のコレステリック液
晶ポリマー層を用いて、反射波長域の不連続域である５
００〜６００nmの波長域の光についても反射する円偏光
分離層を得ることができ、これは少ないコレステリック
液晶ポリマー層の重畳で、広い帯域の反射波長域を示す
円偏光分離層を形成しうることを意味する。

【００４１】本発明の偏光素子は、液晶表示装置の形成
などに好ましく用いうる。その場合、偏光素子は、その
少なくとも片面に１層又は２層以上の位相差層からなる
１／４波長板を付加した光学素子として用いることもで
きる。光学素子の例を図３、図４に示した。４が１／４
波長板で、４１，４２が位相差層である。さらに５は偏
光板である。

【００４２】１／４波長板は、図３、図４に例示の如く
円偏光分離層２を透過した円偏光を直線偏光化するため
のものであり、１層又は２層以上の位相差層にて形成さ
れる。１／４波長板は、視角変化による色変化の角度依
存性の低減などの点より円偏光分離層における反射光の
中心波長の長波長側に配置することが好ましい。

【００４３】１／４波長板（位相差層）としては可視光
域の場合、直線偏光化効果や斜め透過光による色変化の
補償などの点より正面位相差が１００〜１８０nmのもの
が好ましく用いられる。すなわち面内の最大屈折率をｎ
_x、それに直交する方向の屈折率をｎ_y、厚さ方向の屈折
率をｎ_z、厚さをｄとした場合に式：（ｎ_x−ｎ_y）ｄ＝
△ｎｄ＝１００〜１８０nmを満足する１／４波長板が好
ましく用いられる。

【００４４】前記１／４波長板機能を示す位相差層と共
に必要に応じて用いられる位相差層は、１／４波長板機
能を示す位相差層を斜め透過した光の色バランスを垂直
透過した光の色バランスに可及的に一致させて、偏光板
を介した視認をより色付きの少ない中間色とすることな
どを目的とする補償用のものであり、正面位相差（△ｎ
ｄ）が１００〜７２０nmものが好ましく用いられる。

【００４５】なお前記において色変化の補償等の点より
好ましく用いうる位相差層は、厚さ方向の屈折率が面内
方向の一方又は両方のそれよりも大きいもの、あるいは
式：（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）で表されるＮzが５以
下、就中２以下、特に１．５以下（いずれもマイナス値
を許容する）のものである。

【００４６】位相差層は、任意な材質で形成してよく透
明性に優れ、就中８０％以上の光透過率を示して均一な
位相差を与えるものが好ましい。一般には上記の複屈折
性基材で例示したポリマーからなる延伸フィルムや液晶
ポリマー、就中、捩じれ配向の液晶ポリマーなどが用い
られる。

【００４７】前記した△ｎｄやＮzや厚さ方向の屈折率
等の特性の制御は、上記した複屈折性基材の場合に準じ
て行いうる。位相差層の一般的な厚さは、単層物に基づ
き５〜５００μm、就中１０〜３００μm、特に２０〜２
００μmであるが、これに限定されない。

【００４８】なお１／４波長板等の位相差層を液晶ポリ
マーにて形成する場合には、上記した円偏光分離層の場
合に準じて、液晶ポリマーの配向フィルムや透明基材で
支持した液晶ポリマーの配向層などの適宜な形態を有す
るものとして得ることができる。液晶ポリマーを用いた
場合には、延伸処理なしに目的の位相差層を形成するこ
ともできる。

【００４９】１／４波長板は、前記の如く単層の位相差
層からなっていてもよいし、位相差が相違する２層又は
３層以上の位相差層の重畳体からなっていてもよい。位
相差が相違する位相差層の重畳化は、目的の１／４波長
板や補償板として機能する波長範囲の拡大などに有効で
ある。位相差層の重畳体とする場合、厚さ方向の屈折率
が面内屈折率の少なくとも一方よりも高い位相差層を１
層又は２層以上配置することが上記した点より好まし
い。

【００５０】輝度の向上効果等の点より好ましい光学素
子は、所定の偏光軸の直線偏光を透過し、それ以外の光
を反射するものである。光学素子は、図４に例示の如く
１／４波長板４の上方に、偏光板５を配置した形態とす
ることもできる。この場合には、別個の偏光板を用いる
ことなくそのまま液晶セルに適用することができる。

【００５１】偏光板としては、二色性物質を含有させた
吸収型偏光板やポリエン配向フィルム、あるいは当該フ
ィルムに透明保護層を設けたものなどの適宜なものを用
いうる。ちなみに吸収型偏光板の例としては、ポリビニ
ルアルコール系フィルムや部分ホルマール化ポリビニル
アルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体
系部分ケン化フィルムの如き親水性高分子フィルムに、
ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて延伸し
たフィルムなどがあげられる。また、ポリエン配向フィ
ルムの例としては、ポリビニルアルコールの脱水処理物
やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物などがあげられる。な
お偏光板の厚さは通例５〜８０μmであるが、これに限
定されない。

【００５２】液晶表示装置の形成には、明るい表示の達
成性、すなわち１／４波長板を介し高度に直線偏光化さ
れた光を可及的に吸収ロスを防止しつつ偏光板を透過さ
せて、液晶セルへの高度な直線偏光の入射による良好な
コントラスト比の表示を得る点などより、二色性物質含
有の吸収型偏光板などの如く偏光度の高いものが好まし
く用いられる。就中、光透過率が４０％以上で、偏光度
が９５．０％以上、特に９９％以上の二色性物質含有の
吸収型偏光板が好ましく用いられる。

【００５３】前記の透明保護層は、特に二色性物質含有
の偏光板の如く耐水性に乏しい場合などに保護目的で設
けられるもので、プラスチックの塗布方式やフィルムと
したものの積層方式などの適宜な方式で形成してよい。
フィルム等の分離物で形成する場合には、接着層で積層
一体化することが反射ロスの防止等の点より好ましい。
透明保護層の厚さは適宜に決定してよく、一般には１mm
以下、就中５００μm以下、特に１〜３００μmとされ
る。なおプラスチックとしては、適宜なものを用いてよ
く、上記の複屈折性基材等で例示のものなどがあげられ
る。

【００５４】なお透明樹脂層は、微粒子を含有させる方
式などにて表面微細凹凸構造の形態に形成することもで
きる。その微粒子には、例えば平均粒径が０．５〜５μ
mのシリカ、アルミナ、チタニア、ジルコニア、酸化
錫、酸化インジウム、酸化カドミウム、酸化アンチモン
等の導電性のこともある無機系微粒子や、架橋又は未架
橋ポリマー等の有機系微粒子などの透明樹脂層中で透明
性を示すものが用いられる。微粒子の含有量は２〜２５
重量％、就中５〜２０重量％が一般的である。

【００５５】偏光板を１／４波長板の上側に配置するに
際して、１／４波長板に対する偏光板の配置角度は、１
／４波長板の位相差特性やそれに入射する円偏光の特性
などに応じて適宜に決定しうるが、光利用効率の向上等
の点より１／４波長板を介し直線偏光化された光の偏光
方向（振動方向）に対し偏光板の透過軸を可及的に平行
に配置することが好ましい。

【００５６】本発明の光学素子は、自然光等の光源から
の光を反射と透過を介して左右の円偏光に分離する偏光
素子を透過した円偏光や楕円偏光を１／４波長板で直線
偏光化して偏光板等に供給しうるようにしたものであ
る。従って図５、図６に例示した如く、かかる偏光素子
や光学素子をサイドライト型導光板やＥＬランプなどの
裏面に反射層を有する適宜な面光源６の上に配置して液
晶表示装置のバックライト等として好適な照明装置を形
成することができる。なお図例の面光源は、裏面に反射
層６１を有する導光板６の側面に光源６２を配置してな
る。

【００５７】前記図例の照明装置によれば、光源６２よ
りの光が導光板６の側面に入射し裏面等での反射を介し
て導光板の表面より出射し、その出射光は、導光板の表
面側に配置した円偏光分離層２を所定の円偏光（垂直）
や楕円偏光（斜め）として透過し、１／４波長板４を介
し直線偏光化されて偏光板５に入射する。一方、所定外
の円偏光として円偏光分離層２で反射された光は、複屈
折性基材１を介し偏光状態が解消された状態で導光板６
に再入射して裏面に配置された反射層６１を介し反射さ
れ、戻り光として再び円偏光分離層２に入射する。

【００５８】前記の円偏光分離層による反射光は、複屈
折性基材１を介し偏光状態が解消されてその一部、就
中、約半分の反射光が円偏光分離層を透過しうる光とな
る。従って円偏光分離層による反射光は、その円偏光分
離層を透過するまで円偏光分離層と導光板との間に閉じ
込められて、それらの間で反射を繰り返す。

【００５９】前記の如くサイドライト型導光板では、反
射光が円偏光分離層と導光板の反射層の間に閉じ込めら
れ、その間で反射を繰り返す内に円偏光分離層を透過す
ることとなり、光源からの入射光の初期透過光と共に出
射されて、これにより反射ロスによる光の未利用分が低
減される。

【００６０】一方、円偏光分離層より出射した光は１／
４波長板を介して直線偏光や直線偏光成分の多い楕円偏
光に変換され、この変換光はその直線偏光方向が偏光板
の透過軸と合致したとき、殆ど吸収されずに偏光板を透
過し、これにより吸収ロスによる光の未利用分も低減さ
れる。その結果、従来では反射ロスや吸収ロスとなって
いた光も有効利用でき、光の利用効率を向上させること
ができる。従って面光源としてはサイドライト型の導光
板が好ましく用いうる。

【００６１】前記の導光板としては、裏面に反射層を有
して光を表面側に出射するようにした適宜なものを用い
うる。好ましくは、光を吸収なく効率的に出射するもの
が用いられる。（冷，熱）陰極管等の線状光源や発光ダ
イオード等の光源を導光板６の側面に配置し、その導光
板に導光板内を伝送される光を拡散や反射、回折や干渉
等により板の片面側に出射するようにした、液晶表示装
置で公知のサイドライト型バックライトなどはその例で
ある。

【００６２】前記において、内部の伝送光を片面側に出
射するようにした導光板は、例えば透明又は半透明の樹
脂板の光出射面又はその裏面にドット状やストライプ状
に拡散体を設けたものや、樹脂板の裏面に凹凸構造、就
中、微細プリズムアレイ状の凹凸構造を付与したものな
どとして得ることができる。

【００６３】なお導光板の裏面に設けた反射層６１は、
偏光素子を介した戻り光の反射と共に、光源からの入射
光が裏面より漏れることを防止して反射ロスをほぼ完全
に防止する点などよりも有効である。反射層は、凹凸面
等で代表される拡散反射層、アルミニウムや銀等の蒸着
層、それを設けた樹脂板、金属箔などからなる金属面で
代表される鏡面反射層などの適宜な反射面にて形成する
ことができる。

【００６４】照明装置の形成に際しては、図６に例示の
如く、光の出射方向を制御するためのプリズムシート等
からなるプリズムアレイ層７、均一な発光を得るための
拡散板、線状光源からの出射光を導光板の側面に導くた
めの光源ホルダなどの補助手段を導光板６の上下面や側
面などの所定位置に必要に応じ１層又は２層以上を配置
して適宜な組合せ体とされる。

【００６５】前記において、導光板の表面側（光出射
側）に配置したプリズムアレイ層や拡散板、あるいは導
光板に付与したドットなどは拡散効果等で偏光状態の解
消手段などとしても機能しうる。なお２層以上のプリズ
ムアレイ層を配置する場合には、各層におけるプリズム
アレイを直交ないし交差させるなどしてアレイの配置角
度をずらせることにより、光学的異方性が解消される状
態に配置することが好ましい。

【００６６】本発明において、偏光素子や光学素子や照
明装置を形成する複屈折性基材や円偏光分離層、１／４
波長板や偏光板や導光板等の各層は、必要に応じて接着
層を介し積層一体化することができる。形成層の積層一
体化は、各界面での反射ロスの抑制や各界面への異物等
の侵入防止による表示品位等の低下予防、光学系のズレ
による補償効率や偏光変換効率等の低下防止などに有効
である。従って複屈折性基材や円偏光分離層、１／４波
長板や偏光板や導光板等がそれぞれ複数の層で形成され
る場合にも、各層を接着層等を介して密着一体化するこ
とが好ましい。

【００６７】前記の積層一体化には適宜な接着剤等を用
いうるが、就中、応力緩和性に優れる粘着層が、光源等
からの熱で円偏光分離層や１／４波長板や偏光板等に生
じる応力を抑制して、光弾性変形により発生する屈折率
の変化を防止し、明るくて視認性や表示品位の信頼性に
優れる液晶表示装置を形成する点などより好ましく用い
うる。

【００６８】粘着層の形成には、例えばアクリル系重合
体やシリコーン系ポリマー、ポリエステルやポリウレタ
ン、ポリエーテルや合成ゴムなどの適宜なポリマーを用
いてなる透明な粘着剤を用いうる。就中、光学的透明性
や粘着特性、耐候性などの点よりアクリル系粘着剤が好
ましく用いうる。

【００６９】また粘着層としては、熱により積層体内部
に発生する内部応力の緩和による光弾性変形の防止性な
どの点より、緩和弾性率が２×１０⁵〜１×１０⁷dyne／
cm²、就中２×１０⁶〜８×１０⁶dyne／cm²のものが好ま
しい。

【００７０】粘着層の厚さは適宜に決定してよい。一般
には、接着力や薄型化等の点より１〜５００μm、就中
２〜２００μm、特に５〜１００μmとされる。なお粘着
層には必要に応じて、石油系樹脂やロジン系樹脂、テル
ペン系樹脂やクマロンインデン系樹脂、フェノール系樹
脂やキシレン系樹脂、アルキド系樹脂の如き粘着付与
剤、フタル酸エステルやリン酸エステル、塩化パラフィ
ンやポリブテン、ポリイソブチレンの如き軟化剤、ある
いはその他の各種充填剤や老化防止剤などの適宜な添加
剤を配合することができる。

【００７１】積層一体化した光学素子等の形成は、例え
ばフィルム等の薄葉体を剥離剤で表面処理してなるセパ
レータ上に設けた粘着層を偏光素子の接着面に移着し、
その上に１／４波長板を圧着し、さらにその１／４波長
板上に粘着層を同様に移着し、その上に偏光板を配置し
て圧着する方式などがあげられる。

【００７２】また導光板等の接着面にセパレータ上に設
けた粘着層を移着し、その上に偏光素子を配置して圧着
した後、その上に粘着層を同様にして移着して１／４波
長板や必要に応じての偏光板を順次圧着する方式、ある
いは予め所定の接着面に設けた粘着層を介して偏光素子
や１／４波長板、偏光板や導光板等の被着体を所定の順
序で積層し、それをプレス処理して一括的に圧着する方
式などもあげられる。

【００７３】本発明による偏光素子や光学素子、照明装
置には、その表面や層間の適宜な位置に光拡散板などの
適宜な光学層を配置することもできる。その場合、光学
層は応力緩和性に優れる粘着層等を介して偏光素子等に
積層一体化してもよい。かかる事前接着方式は、組立て
ラインにおける順次の接着方式よりも品質の安定した信
頼性に優れる素子が得られるなどの利点を有している。

【００７４】なお本発明においては、偏光素子や光学素
子、照明装置を形成する基材や液晶ポリマー層、１／４
波長板や偏光板、導光板や接着層、その他の光学層等の
部品を、例えばサリチル酸エステル系化合物、ベンゾフ
ェノール系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、シア
ノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫
外線吸収剤で処理する方式などにより紫外線吸収能をも
たせることもできる。

【００７５】上記のように本発明の偏光素子や光学素子
は、サイドライト型導光板等の適宜な面光源との組合せ
で用いて、円偏光分離層による反射円偏光を偏光解消し
て出射光として再利用することで反射ロスを防止し、そ
の出射光を１／４波長板を介し位相制御して偏光板透過
性の直線偏光成分をリッチに含む状態に変換することで
偏光板による吸収ロスを防止して輝度の向上をはかりう
るようにしたものである。

【００７６】従って、光の利用効率に優れて偏光板を透
過しやすい光を提供し、大面積化等も容易であることよ
り液晶表示装置等におけるバックライトシステムなどと
して種々の装置に好ましく用いうる。その場合、１／４
波長板を出射した光を光源として利用する点よりは、直
線偏光や楕円偏光の長径方向成分などとして偏光板を透
過しうる直線偏光成分を６５％以上、就中７０％以上含
むことが好ましい。

【００７７】本発明による照明装置をバックライトシス
テムに用いた液晶表示装置を図７、図８に例示した。こ
れは、照明装置を形成する導光板６の光出射面側に、光
学素子を介して液晶セル８を配置したものであり、液晶
セル８は、図例の如く光学素子の１／４波長板４の側に
配置される。なお図中、８１は偏光板、９は視認光拡散
用の光拡散板である。

【００７８】本発明の光学素子や照明装置は、液晶セル
の両側に偏光板を有する液晶表示装置の形成に特に好ま
しく用いることができる。なお１／４波長板の上側に偏
光板を有する光学素子の場合には、液晶セルにおける光
学素子を設ける側の偏光板は省略することができる。

【００７９】液晶表示装置は一般に、偏光板、液晶セ
ル、バックライト、及び必要に応じての補償用位相差板
等の構成部品を適宜に組立てて駆動回路を組込むことな
どにより形成される。本発明においては上記の如く、液
晶セルの視認背面側に１／４波長板側ないし偏光板側を
介して光学素子又は照明装置を配置する点を除いて特に
限定はなく従来に準じて形成することができるが、各構
成部品は粘着層を介して接着一体化されていることが好
ましい。

【００８０】また本発明の光学素子や照明装置は、偏光
状態の光を入射させる必要のある液晶セル、例えばツイ
ストネマチック液晶やスーパーツイストネマチック液晶
を用いたものなどに好ましく用いうるが、非ツイスト系
の液晶や二色性物質を液晶中に分散させたゲストホスト
系の液晶、あるいは強誘電性液晶を用いたものなどにも
用いうる。

【００８１】液晶表示装置の形成に際しては、例えば視
認側の偏光板の上に設ける光拡散板やアンチグレア層、
反射防止膜や保護層や保護板、あるいは液晶セルと視認
側等の偏光板の間に設ける補償用位相差板などの適宜な
光学層を適宜に配置することができる。

【００８２】前記の補償用位相差板は、複屈折の波長依
存性などを補償して視認性を向上させることなどを目的
とするものである。本発明においては、視認側又は／及
びバックライト側の偏光板と液晶セルの間等に必要に応
じて配置される。なお補償用位相差板としては、波長域
などに応じて適宜なものを用いることができ、１層又は
２層以上の位相差層の重畳層として形成されていてよ
い。補償用位相差板は、上記した１／４波長板で例示の
延伸フィルムや液晶ポリマー層などとして得ることがで
きる。

【００８３】

【実施例】

実施例１ ＰＥＴフィルムからなる厚さ２０μm、Ｎz１．９５、面
内の複屈折率差０．０９０の延伸フィルムに設けたポリ
ビニルアルコールラビング処理面（約０．１μm厚）
に、アクリル系サーモトロピックコレステリック液晶ポ
リマーの２０重量％テトラヒドロフラン溶液をワイヤバ
ーにて塗工し、１６０℃で５分間加熱配向処理したのち
室温で放冷して、厚さ４μm、選択反射の波長域４５０
〜５４０nmの右円偏光を反射する円偏光分離層を形成し
た。

【００８４】一方、前記に準じて複屈折を示さない厚さ
５０μmの三酢酸セルロースフィルムのポリビニルアル
コールラビング処理面上に、メソゲン比率の相違により
選択反射の波長域が５７０〜６５０nmで右円偏光を反射
する厚さ４μmの円偏光分離層を形成し、その上に前記
で得た円偏光分離層を液晶ポリマー層同士を重ねあわせ
て１３０℃のラミネートロールに導入し、液晶ポリマー
層が密着した重畳体からなる選択反射の波長域が４５０
〜６５０nmの円偏光分離層を有する偏光素子を得た。

【００８５】ついで、ポリカーボネートの延伸フィルム
からなる正面位相差が１４０nmの１／４波長板を厚さ２
０μmのアクリル系粘着層を介し前記偏光素子の三酢酸
セルロースフィルム側（円偏光分離層の螺旋ピッチの多
きい側）に接着して光学素子を得たのち、それを前記偏
光素子のＰＥＴ延伸フィルム側を介し面光源の上に配置
し厚さ２０μmのアクリル系粘着層を介しプレス圧着し
て照明装置を得た。なお面光源は、裏面にドット印刷を
施した厚さ４mmのアクリル系導光板の側面に直径３mmの
冷陰極管を配置してアルミニウム蒸着フィルムにて包囲
し、前記ドット下面に発泡ポリエステルフィルムからな
る反射シートを設けたものからなる。

【００８６】実施例２ ＰＥＴ延伸フィルムに代えて、Ｎz１．１、面内の複屈
折率差０．００１、正面位相差１１６nmの延伸ポリカー
ボネートフィルムを用いたほかは実施例１に準じて偏光
素子、光学素子及び照明装置を得た。

【００８７】実施例３ ＰＥＴ延伸フィルムに代えて、Ｎz１．１、面内の複屈
折率差０．００４５、正面位相差２７０nmの延伸ポリカ
ーボネートフィルムを用いたほかは実施例１に準じて偏
光素子、光学素子及び照明装置を得た。

【００８８】比較例１ ＰＥＴ延伸フィルムとして、Ｎz３．３、面内の複屈折
率差０．０７３のものを用いたほかは実施例１に準じて
偏光素子、光学素子及び照明装置を得た。

【００８９】比較例２ ＰＥＴ延伸フィルムに代えて、複屈折を示さない厚さ５
０μmの三酢酸セルロースフィルムを用いたほかは実施
例１に準じて偏光素子、光学素子及び照明装置を得た。
従って偏光素子は、両面に同じ三酢酸セルロースフィル
ムを有するものからなる。

【００９０】評価試験 実施例、比較例で得た照明装置の光出射側に、両面に偏
光板を有する市販のＴＦＴ液晶パネルを配置し、その正
面（垂直）方向の輝度を測定（トプコン社製、ＢＭ−
５）すると共に、正面から左右４５度の斜視方向にわた
る視認性を目視観察した。なお液晶パネルの配置に際し
ては、１／４波長板の延伸軸と最寄り偏光板の延伸軸の
交差角を４５度とした。

【００９１】前記の結果を次表に示した。

【図面の簡単な説明】

【図１】偏光素子例の断面図

【図２】他の偏光素子例の断面図

【図３】光学素子例の断面図

【図４】他の光学素子例の断面図

【図５】照明装置例の断面図

【図６】他の照明装置例の断面図

【図７】液晶表示装置例の断面図

【図８】他の液晶表示装置例の断面図

【符号の説明】

１：複屈折性基材 ２：円偏光分離層 ２１，２２：コレステリック液晶ポリマー層 ３：支持基材 ４：１／４波長板 ４１，４２：位相差層 ５：偏光板 ６：導光板（面光源） ６１：反射層 ６２：光源 ７：プリズムアレイ層 ８：液晶セル（液晶表示装置） ８１：偏光板

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 面内の遅相軸と進相軸の各方向の屈折率
   をｎ_s、ｎ_fとし、厚さ方向の屈折率をｎ_zとしたとき、
   式：（ｎ_s−ｎ_z）／（ｎ_s−ｎ_f）で定義されるＮzが
   ２．５以下の複屈折性基材の上に、１層又は２層以上の
   コレステリック液晶ポリマー層からなる円偏光分離層を
   有することを特徴とする偏光素子。
2. 【請求項２】 請求項１において、複屈折性基材が、前
   項で定義の（ｎ_s−ｎ_f）が０．０７以上のものである偏
   光素子。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、複屈折性基材
   が延伸又は非延伸のポリマーフィルムからなる偏光素
   子。
4. 【請求項４】 請求項３において、フィルムがポリオレ
   フィン系、ノルボルネン系、ポリエステル系、ポリイミ
   ド系、ポリカーボネート系、ポリエーテルスルホン系、
   ポリスルホン系、セルロース系、ポリアリレート系、ポ
   リアクリル系又はエポキシ系のポリマーからなる偏光素
   子。
5. 【請求項５】 請求項１〜４に記載の偏光素子における
   円偏光分離層の上に、１層又は２層以上の位相差層から
   なる１／４波長板を有することを特徴とする光学素子。
6. 【請求項６】 請求項５において、１／４波長板が少な
   くとも１層の液晶ポリマーからなる位相差層を有するも
   のである光学素子。
7. 【請求項７】 請求項６において、液晶ポリマーが捻じ
   れ配向したものである光学素子。
8. 【請求項８】 請求項５〜７において、１／４波長板の
   上方に二色性物質含有の偏光板を有する光学素子。
9. 【請求項９】 裏面に反射層を有する面光源上に、請求
   項１〜４に記載の偏光素子又は請求項５〜８に記載の光
   学素子をその円偏光分離層側を介して有することを特徴
   とする照明装置。
10. 【請求項１０】 請求項９において、少なくとも１層の
    プリズムアレイ層を有する照明装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、２層以上のプリ
    ズムアレイ層を有し、それが上下の層でアレイの配列方
    向が交差した状態にある照明装置。
12. 【請求項１２】 請求項９〜１１に記載の照明装置の光
    出射側に、偏光板を介して液晶セルを有することを特徴
    とする液晶表示装置。
13. 【請求項１３】 形成層の全部又は一部が接着層を介し
    積層されてなる請求項１〜４に記載の偏光素子、請求項
    ５〜８に記載の光学素子、請求項９〜１１に記載の照明
    装置又は請求項１２に記載の液晶表示装置。