KR100955445B1 - 편광 소자, 편광 광원 및 이들을 사용한 화상 표시 장치 - Google Patents

Abstract

수직 입사광의 투과 편광 특성을 저해하지 않고 경사 투과광을 효율적으로 광원측으로 반사시킬 수 있는 편광 소자를 제공한다. 편광의 선택 반사 파장 대역이 서로 겹쳐 있는 2 층 이상의 반사 원편광자 사이에, 30°이상 경사진 광에 대한 경사 위상차가 λ/ 8 이상인 C 플레이트를 배치한다. 상기 반사 원편광자 대신에 반사 직선 편광자와 1/4 파장판의 조합을 사용해도 된다. 그밖에, 2 층의 반사 직선 편광자와 이들 사이에 배치된 2 층의 1/4 파장판 (Nz ≥2) 의 조합으로도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 2 층의 반사 직선 편광자와 이들 사이에 배치된 1/2 파장판 (Nz ≥1.5) 의 조합이어도 된다. 또, 반사 직선 편광자를 사용하는 경우에는 축방향을 일정한 각도로 접합할 필요가 있다. 본 발명의 편광 소자는 액정 표시 장치, 유기 EL 표시 장치 등, 각종 화상 표시 장치에 바람직하게 사용할 수 있다.

편광 소자, 액정 표시 장치, 반사 직선 편광자

Description

편광 소자, 편광 광원 및 이들을 사용한 화상 표시 장치{POLARIZER, POLARIZATION LIGHT SOURCE AND IMAGE DISPLAY UNIT USING THEM}

본 발명은 편광 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광원으로부터 출사된 확산광의 광이용효율이 우수하여, 고휘도의 편광 광원이나, 각종 화상 장치 예를 들어 양호한 시인성의 액정 표시 장치, 유기 EL 표시 장치, PDP, CRT 등에 사용하기에 적합한 편광 소자에 관한 것이다.

화상 표시 장치의 시인성 향상 등을 위해, 광원으로부터 출사된 광을 정면방향으로 집광하여 휘도를 향상시키는 기술이 일반적으로 사용되고 있다. 보다 구체적으로는 예를 들어, 렌즈, 미러 (반사층), 프리즘 등을 사용하여, 굴절이나 반사를 이용하여 집광이나 평행광화를 실시하여 휘도를 향상시키는 것이 행해지고 있다.

예를 들어 액정 표시 장치에서는 광원으로부터 출사된 광을 프리즘 시트 등에 의해 정면방향으로 집광하고, 효율적으로 액정 표시 소자에 입사시켜 휘도를 향상시키는 것이 행해지고 있다. 그러나, 프리즘 시트에 의해 집광하는 경우, 원리상, 큰 굴절률차가 필요하기 때문에, 공기층 등을 사이에 두고 설치할 필요가 있다. 이 때문에, 불필요한 반사나 산란에 의한 광손실을 야기하는 경우가 있고, 또한, 다수의 부품점수를 필요로 한다는 문제가 있다.

또한, 편광의 출사휘도를 향상시키는 기술로서는 재귀반사를 이용한 휘도 향상 시스템이 제안되어 있다. 이 휘도 향상 시스템은 구체적으로는 도광판의 하면에 반사층을 형성하고, 출사면에 반사형의 편광자를 형성한 시스템이다. 그리고, 시스템내에 입사된 광을 편광상태에 따라 투과광과 반사광으로 분리하고, 그 반사광을 상기 도광판 하면의 반사층을 통해 반사시켜 출사면으로부터 재출사시킴으로써 휘도를 향상시킨다. 예를 들어, 콜레스테릭 액정에 의한 원편광 반사 분리에 관해서는 일본 공개특허공보 평3-45906호, 일본 공개특허공보 평6-324333호, 일본 공개특허공보 평7-36032호 등에 상세하게 기재되어 있다. 그러나, 이러한 휘도 향상 시스템은 미리 프리즘 시트 등으로 집광성을 향상시킨 광원에 대하여는 확산성이 강한 광원에 적용한 경우에 비하여 충분한 효과가 얻어지기 어렵다는 문제가 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 렌즈, 미러, 프리즘 등을 사용하는 대신에 특수한 광학필름을 사용하여 광원으로부터의 광을 평행광화하는 휘도 향상 기술이 연구되고 있다. 대표적인 방법으로서, 예를 들어, 휘선광원과 밴드 패스 필터의 조합으로 실시하는 수법이 있다. 보다 구체적으로는 예를 들어 필립스사의 일본 공개특허공보 평6-235900호, 일본 공개특허공보 평02-158289호, 일본 특허공표공보 평10-510671호, US6307604, DE3836955, DE4220289, EP578302, US2002-0034009, WO002/25687, 또는 US2001-521643, US2001-516066 과 같이, CRT 나 일렉트로루미네선스 등의 휘선발광하는 광원 또는 표시 장치 상에 밴드 패스 필터를 배치하는 방법이 있다. 또한, 후지사진필름 공업사의 US2002-0036735 와 같이 휘선형 냉음극관에 대하여 3 파장 대응의 밴드 패스 필터를 배치하는 수법 등도 들 수 있다. 그러나, 이들 기술은 광원이 휘선 스펙트럼을 갖지 않으면 기능하지 않는다는 문제나, 특정 파장에 대하여 선택적으로 기능하는 필름의 설계와 제조에 관한 문제가 있다. 또한, 상기 밴드 패스 필터로서는 증착간섭막을 사용하는 경우가 많지만, 가습환경 하에서는 박막의 굴절률 변화로 파장 특성이 변화되는 등의 우려가 있다.

한편, 홀로그램계 재료를 사용한 평행광화 시스템으로서, 예를 들어, 로크웰사의 US4984872A1 에 기재된 시스템 등을 들 수 있다. 그러나, 이러한 종류의 재료는 정면투과율은 높지만, 경사 입사광선의 반사제거율이 그다지 높지 않다는 문제가 있었다. 이러한 시스템에 평행광선을 입사시켜 직행투과율을 구하면, 정면방향에서는 그냥 지나치기 때문에 투과율이 높게 계측되고, 한편으로 경사 입사광선은 산란함으로써 투과율이 낮게 계측되어 버리지만, 확산 광원 상에서는 차이가 생기지 않게 된다. 이 때문에, 실제의 확산 백라이트 광원 상에 배치한 경우에는 집광기능을 충분히 발휘할 수 없는 경우가 있었다. 또한, 홀로그램계 재료는 그 물성상, 내성이나 신뢰성 등의 과제도 있었다.

발명의 개시

따라서, 본 발명은 수직 입사광의 투과 편광 특성을 저해하지 않고 경사 투과광을 효율적으로 광원측으로 반사시킬 수 있는 편광 소자를 제공하는 것을 목적 으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 편광 소자는 2 층의 반사 편광자와 이들 사이에 배치된 위상차층을 적어도 포함하고, 상기 2 층의 반사 편광자가, 우회전 원편광 및 좌회전 원편광 중 일방을 선택적으로 투과시키고 타방을 선택적으로 반사시키는 반사 원편광자이고, 상기 2 층의 반사 원편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹치고, 상기 위상차층이 하기 식 (I) 및 (II) 의 조건을 만족하는 편광 소자이다.

R ≤(λ/ 10) (I)

R' ≥(λ/ 8) (II)

식 (I) 및 (II) 에 있어서,

λ는 상기 위상차층에 입사하는 광의 파장이고,

R 은 Z 축 방향 (법선방향) 으로부터의 입사광에 대한 X 축 방향과 Y 축 방향의 위상차 (면내 위상차) 의 절대치이고, 상기 X 축 방향이란 상기 위상차층의 면내에서 굴절률이 최대가 되는 방향 (면내 지상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Y 축 방향이란 상기 위상차층의 면내에서 상기 X 축 방향에 수직인 방향 (면내 진상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Z 축 방향이란 상기 X 축 방향 및 상기 Y 축 방향에 수직인 상기 위상차층의 두께 방향을 지칭하고,

R' 는 Z 축 방향에 대하여 30°이상 경사진 방향으로부터의 입사광에 대한 X' 축 방향과 Y'축 방향의 위상차의 절대치이고, 상기 X' 축 방향이란 상기 Z 축 방향에 대하여 30°이상 경사진 입사광의 입사방향에 수직인 상기 위상차층 면내의 축 방향을 지칭하고, 상기 Y' 축 방향이란 상기 입사방향 및 상기 X' 축 방향에 수직인 방향을 지칭한다.

도 1 은 본 발명의 편광 소자에 있어서, 반사 원편광자와 C 플레이트를 조합한 일 실시형태의 집광성과 휘도 향상의 동시발현의 메카니즘을 나타내는 도면이다.

도 2 는 본 발명에 있어서의 자연광, 원편광 및 직선 편광을 나타내는 기호에 대해 설명한 도면이다.

도 3 은 직선 편광자와 1/4 파장판의 조합에 의한 원편광화의 모식도이다.

도 4 는 본 발명의 편광 소자에 있어서, 반사 직선 편광자와 C 플레이트와 1/4 파장판을 조합한 일 실시형태의 집광성과 휘도 향상의 동시발현의 메카니즘을 나타내는 도면이다.

도 5 는 도 4 의 편광 소자에 있어서의 각 층이 이루는 각도를 나타내는 모식도이다.

도 6 은 본 발명의 편광 소자에 있어서, 반사 직선 편광자와 Nz ≥2 인 1/4 파장판을 조합한 일 실시형태의 집광성과 휘도 향상의 동시발현의 메카니즘을 나타내는 도면이다.

도 7 은 도 6 의 편광 소자에 있어서의 각 층이 이루는 각도를 나타내는 모식도이다.

도 8 은 본 발명의 편광 소자에 있어서, 반사 직선 편광자와 Nz ≥1.5 인 1/2 파장판을 조합한 일 실시형태의 집광성과 휘도 향상의 동시발현의 메카니즘을 나타내는 도면이다.

도 9 는 도 8 의 편광 소자에 있어서의 각 층이 이루는 각도를 나타내는 모식도이다.

도 10 은 네거티브 C 플레이트의 광학특성의 일례를 나타내는 모식도이다.

도 11 은 호메오트로픽 (homeotropic) 배향한 액정분자를 포함하는 위상차층의 모식도이다.

도 12 는 디스코틱 액정을 포함하는 위상차층의 모식도이다.

도 13 은 무기 층상 화합물을 함유하는 위상차층의 모식도이다.

도 14 는 본 발명의 편광 소자에 있어서, 반사 직선 편광자와 C 플레이트와 1/4 파장판을 조합한 경우의 각 층의 접합 각도의 일례를 나타내는 도면이다.

도 15 는 도 14 의 편광 소자에 있어서의 광의 변환경로를 푸앵카레구로 나타낸 설명도이다.

도 16 은 실시예 1 의 편광 소자의 집광 및 휘도 향상 성능을 나타내는 도면이다.

도 17 은 실시예 5 및 6 의 편광 소자의 집광 및 휘도 향상 성능을 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

다음에, 본 발명의 실시형태에 관해서 설명한다.

본 발명자들은 예의 검토한 결과, 상기 구성을 갖는 본 발명의 편광 소자에 의해, 정면휘도에 기여하는 수직 입사광의 투과 편광 특성을 저해하지 않고 경사 투과광을 효율적으로 광원측으로 반사시킬 수 있음을 발견하였다. 또한, 상기 광원측으로 반사시킨 경사 투과광 (반사 편광) 을 정면휘도의 향상에 기여할 수 있는 광으로 변환시킴으로써 휘도를 더 향상시킬 수도 있다. 또한, 본 발명의 편광 소자는 이러한 집광성과 재귀반사에 의한 휘도 향상기능을 겸비함으로써, 집광기능이나 평행광화 기능에 관한 광원종 의존성이 작다.

본 발명의 위상차층에 있어서, 면내 위상차 R 은 상기한 바와 같이 (λ/ 10) 이하이지만, 상기 Z 축 방향 (법선방향) 으로부터의 입사광의 편광상태를 그대로 유지하는 관점에서 되도록이면 작은 편이 좋고, 바람직하게는 λ/ 20 이하, 보다 바람직하게는 λ/ 50 이하, 이상적으로는 0 이다. 이와 같이 면내 위상차가 없거나 또는 매우 작고, 두께 방향에만 위상차를 갖는 위상차층은 C 플레이트 (C-플레이트) 라고 불리고, 광축이 그 면내방향과 수직인 두께 방향에 존재한다. 상기 C-플레이트 는 그 광학특성조건이 하기 식 (VI) 을 만족하는 경우에는 포지티브 (양의) C-플레이트, 하기 식 (VII) 을 만족하는 경우에는 네거티브 (음의) C-플레이트 라고 불린다. 대표적인 네거티브 C 플레이트로서는 예를 들어, 2 축 연신한 폴리카보네이트 (PC) 나 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 의 필름, 콜레스테릭 액정을 선택 반사 파장 대역을 가시광보다 짧게 설정한 막, 디스코틱 액정을 면에 평행하게 배향시킨 막, 및 음의 위상차를 갖는 무기 결정 화합물을 면내배향시킴으로써 얻어지는 것 등을 들 수 있다. 대표적인 포지티브 C 플레이트로서는 예를 들어 수직배향한 액정막을 들 수 있다.

nx ≒ ny < nz (VI)

nx ≒ ny > nz (VII)

또, 본 발명에 있어서, nx, ny 및 nz 은 상기 C-플레이트 등의 각 광학층에 있어서의 X 축, Y 축 및 Z 축 방향의 굴절률을 나타내고, 상기 X 축 방향이란 상기 층의 면내에서 굴절률이 최대가 되는 방향 (면내 지상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Y 축 방향이란 상기 층의 면내에서 상기 X 축 방향에 수직인 방향 (면내 진상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Z 축 방향이란 상기 X 축 방향 및 상기 Y 축 방향에 수직인 상기 층의 두께 방향을 지칭한다.

본 발명에 있어서의 상기 위상차층은 상기 식 (I) 및 (II) 의 광학특성조건을 만족하는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 플래너 배향상태에서 고정된 콜레스테릭 액정 화합물을 함유하고, 상기 위상차층의 선택 반사 파장 대역이 가시광 영역 (380nm∼780nm) 이외의 파장영역에 존재하는 것이 바람직하다. 여기서, 선택 반사 파장 대역을 가시광 영역 (380nm∼780nm) 이외의 파장영역으로 하는 것은 가시광 영역에 있어서의 착색 등을 일으키지 않기 때문이다. 또, 콜레스테릭 액정층의 선택 반사 파장 대역은 콜레스테릭의 카이럴 피치와 액정의 굴절률로 일의적으로 결정할 수 있고, 선택 반사의 중심파장 λ는 하기 식 (VIII) 로 표현된다.

λ＝ np (VIII)

식 (VIII) 중, n 은 콜레스테릭 액정분자의 평균 굴절률이고, p 는 카이럴 피치이다.

상기 선택 반사 파장 대역의 중심파장의 값은 가시광 영역보다 장파장측, 예를 들어 근적외영역에 존재해도 되지만, 350nm 이하의 자외부에 존재하면, 선광의 영향 등을 받아 복잡한 현상이 발생될 우려가 없어 보다 바람직하다.

상기 콜레스테릭 액정의 종류는 특별히 한정되지 않고 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어, 액정 모노머를 중합시킨 중합 액정, 고온에서 콜레스테릭 액정성을 나타내는 액정 폴리머, 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 또한, 상기 콜레스테릭 액정의 액정성은 리오트로픽이나 서모트로픽이나 어느 것이나 되지만, 제어의 간편성 및 모노도메인의 형성 용이성 관점에서 서모트로픽성의 액정인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 콜레스테릭 액정의 제조법도 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법을 적절히 사용할 수 있다. 콜레스테릭 액정성을 갖는 부분가교 폴리머 재료의 제조에 사용할 수 있는 재료는 특별히 한정되지 않고 임의적이지만, 예를 들어 일본 특허공표 2002-533742 (WO00/37585), EP358208 (US5211877), EP66137 (US4388453) 등에 기재된 재료를 들 수 있다. 또한, 콜레스테릭 액정은 예를 들어, 네마틱 액정 모노머 또는 중합성 메소겐 화합물 등을 카이럴제와 혼합하여 반응시킴으로써도 얻어진다. 중합성 메소겐 화합물은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, WO93/22397, EP0261712, DE19504224, DE4408171, 및 GB2280445 등에 기재된 화합물을 들 수 있고, 비카이럴 화합물이나 카이럴 화합물이어도 되고, 또한 모노, 디 및 다반응성의 어느 것이나 되고, 공지된 방법으로 합성할 수 있다. 중합성 메소겐 화합물의 구체예로서는 예를 들어, BASF 사의 LC242 (상품명), Merck 사의 E7 (상품명), 및 Wacker-Chem 사의 LC-Sillicon-CC3767 (상품명) 등을 들 수 있다. 카이럴제로 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 WO98/00428 에 기재된 방법으로 합성할 수 있다. 카이럴 화합물의 구체예로서는 예를 들어, Merck 사의 S101, R811 및 CB15 (모두 상품명) 등의 비중합성 카이럴 화합물이나, BASF 사의 LC756 (상품명) 등의 카이럴제가 있다.

상기 콜레스테릭 액정 화합물을 함유하는 위상차층의 제조방법은 특별히 한정되지 않고, 종래의 콜레스테릭 액정층 형성방법을 적절히 사용할 수 있지만, 예를 들어 배향막을 그 표면에 형성한 기재, 또는 그 자체가 액정배향능을 갖는 기재 상에 콜레스테릭 액정 화합물을 도공하여 배향시켜, 그 배향상태를 고정하는 방법이 있다.

상기 기재는 예를 들어, 트리아세틸셀룰로스나 비정질 폴리올레핀 등의 복굴절 위상차가 되도록이면 작은 기재 상에, 폴리이미드, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리알릴레이트, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드 등의 막을 형성하고, 레이온포 등으로 러빙처리하여 배향막으로 한 것이나, 동일한 기재 상에 SiO₂ 의 사방증착층 등을 형성하여 배향막으로 한 것을 들 수 있다. 기타, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 나 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 등의 필름을 연신하여 액정배향능을 부여한 기재, 그 연신기재 표면을 추가로 벵가라 등의 미세한 연마제나 러빙포로 처리하여 미세한 배향 규제력을 갖는 미세요철을 형성한 기재, 및 상기 연신 기재 상에 아조벤젠 화합물 등 광조사에 의해 액정규제력을 발생하는 배향막을 형성한 기재 등도 들 수 있다.

상기 기재 상에 콜레스테릭 액정 화합물을 함유하는 위상차층을 형성하는 구 체적인 방법은 예를 들어 다음과 같다. 즉, 우선 상기 기재의 액정배향능을 갖는 면 상에 액정 폴리머의 용액을 도포하고 건조시켜 액정층을 형성시킨다. 상기 용액의 용매는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 염화메틸렌, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에탄 등의 염소계 용매, 아세톤, 메틸에틸케톤 (MEK), 시클로헥사논 등의 케톤계 용매, 톨루엔 등의 방향족 용매, 시클로헵탄 등의 고리형 알칸, N-메틸피롤리돈 등의 아미드계 용매, 및 테트라히드로푸란 등의 에테르계 용매 등을 들 수 있고, 이들은 단독으로 사용해도 되고 2 종류 이상 병용해도 된다. 도포방법도 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 스핀코트법, 롤코트법, 플로코트법, 프린트법, 딥코트법, 유연 막형성법, 바코트법, 그라비아 인쇄법 등을 적절히 사용할 수 있다. 또한, 상기 용액 대신에 액정 폴리머의 가열 용융물, 바람직하게는 등방상을 띠는 상태의 가열용융물을 동일한 방법으로 도포하고, 필요에 따라 그 용융온도를 유지하면서 더욱 박층으로 전개하여 고화시키는 등의 방법을 사용해도 된다. 이러한 방법은 용매를 사용하지 않기 때문에 작업환경의 위생성 등이 양호하다는 이점이 있다.

그리고, 상기 액정층에 있어서의 콜레스테릭 액정분자의 배향상태를 고정화시켜 원하는 위상차층을 얻는다. 이 고정화 방법은 특별히 한정되지 않고, 경우에 따라 적절한 방법을 선택하면 되지만, 예를 들어 상기 액정층을 유리전이온도 이상, 등방상 전이온도 미만으로 가열하고, 액정 폴리머 분자가 플래너 배향된 상태에서 유리전이온도 미만으로 냉각시켜 유리상태로 하여 고화시키는 방법 등이 있다. 또는 배향상태가 형성된 단계에서 자외선이나 이온 빔 등의 에너지 조사에 의해 구조를 고정시켜도 된다. 또, 상기 공정에서, 액정 모노머를 액정 폴리머 대신에 사용하거나 또는 액정 폴리머와 병용하고, 배향시킨 후에 전자선이나 자외선 등의 전리방사선 조사 또는 열에 의해 중합시켜 중합 액정으로 해도 된다. 이 때, 필요에 따라 카이럴제나 배향보조제 등을 첨가해도 된다.

상기 기재는 예를 들어, 복굴절이 작은 경우에는 상기 콜레스테릭 액정 화합물을 함유하는 위상차층과 일체로 편광 소자에 사용해도 된다. 또, 상기 기재의 두께나 복굴절의 크기가 편광 소자의 기능을 저해할 우려가 있는 경우 등에는 상기 위상차층을 상기 기재로부터 박리하거나 또는 별도의 기재 상에 전사하거나 하여 사용해도 된다.

또한, 상기 위상차층으로서는 호메오트로픽 배향상태로 고정된 막대상 액정 화합물을 함유하는 위상차층도 바람직하다. 상기 호메오트로픽 액정의 종류는 특별히 한정되지 않고 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 액정 모노머를 중합시킨 중합 액정, 고온에서 네마틱 액정성을 나타내는 액정 폴리머, 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있다. 상기 중합 액정은 액정 모노머에 필요에 따라 배향보조제 등을 첨가하여 전자선이나 자외선 등의 전리방사선 조사나 열에 의해 중합시켜 얻을 수 있다. 액정성은 리오트로픽이나 서모트로픽성 중 어느 것이나 되지만, 제어의 간편성 및 모노도메인의 형성 용이성 관점에서 서모트로픽성의 액정인 것이 바람직하다. 액정 모노머로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 중합성 메소겐 화합물 등이 있다. 중합성 메소겐 화합물에 관해서도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 상기 콜레스테릭 액정과 동일하다.

이러한 위상차층의 형성방법도 특별히 한정되지 않고 공지된 방법을 적절히 사용할 수 있고, 예를 들어 상기 콜레스테릭 액정의 경우와 같이 배향막 등을 이용하여 형성할 수 있다. 호메오트로픽 배향은 예를 들어, 수직배향막 (장쇄 알킬실란 등) 을 형성한 막 상에 상기 호메오트로픽 액정을 도포하여 액정상태를 발현시켜 고정함으로써 얻어진다.

또한, 상기 위상차층으로서는 네마틱상 또는 컬럼너(columnar)상 배향상태로 고정된 디스코틱 액정 화합물을 함유하는 위상차층도 바람직하다. 이러한 위상차층은 예를 들어, 면내에 분자의 퍼짐을 갖는 프탈로시아닌류, 트리페닐렌류 화합물 등의 음의 1 축성을 갖는 디스코틱 액정재료를, 네마틱상이나 컬럼너상을 발현시키고, 그 상태를 고정하여 형성시킬 수 있다. 구체적인 형성방법은 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법을 적절히 사용할 수 있다.

또한, 상기 위상차층으로서는 음의 1 축성을 갖는 무기 층상 화합물을 함유하고, 상기 무기 층상 화합물의 배향상태는 상기 위상차층의 광축 방향이 면과 수직인 방향 (법선방향) 이 되도록 고정되어 있는 위상차층도 바람직하다. 이러한 위상차층의 형성방법도 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법을 적절히 사용할 수 있다. 음의 1 축성 무기 층상 화합물에 관해서는 일본 공개특허공보 평6-82777호 등에 상세히 기재되어 있다.

도 11∼도 13 의 모식도에, 호메오트로픽 배향상태를 고정시킨 위상차층, 디스코틱 액정을 사용한 위상차층, 무기 층상 화합물로 이루어지는 위상차층을 각각 나타낸다. 도면 중, 1101, 1201 및 1301 의 부호로 표시되는 도형은 각각 호메 오트로픽 액정분자, 디스코틱 액정분자, 및 음의 1 축성 무기 층상 화합물 결정의 박편을 나타낸다.

또한, 상기 위상차층으로서는 2 축 배향된 비액정 폴리머를 포함하는 위상차층도 바람직하다. 이러한 위상차층의 형성방법도 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법을 적절히 사용할 수 있지만, 예를 들어, 정의 굴절률 이방성을 갖는 고분자 필름을 밸런스 양호하게 2 축 연신하는 방법, 열가소성 수지를 프레스하는 방법, 평행배향한 결정체로부터 잘라내는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 비액정 폴리머의 종류에 따라서는 그 용액을 기재 상에 도포하여 건조시켜 필름형상으로 성형함으로써 C-플레이트 가 얻어지는 경우도 있다. 상기 비액정 폴리머는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르계 폴리머, 디아세틸셀룰로스, 트리아세틸셀룰로스 등의 셀룰로스계 폴리머, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴계 폴리머, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴ㆍ스티렌 공중합체 (AS 수지) 등의 스티렌계 폴리머, 비스페놀 Aㆍ탄산 공중합체 등의 폴리카보네이트계 폴리머, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체 등의 직쇄 또는 분지상 폴리올레핀, 폴리노르보르넨 등의 시클로 구조를 포함하는 폴리올레핀, 염화비닐계 폴리머, 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 폴리머, 이미드계 폴리머, 술폰계 폴리머, 폴리에테르술폰계 폴리머, 폴리에테르에테르케톤계 폴리머, 폴리페닐렌술피드계 폴리머, 비닐알코올계 폴리머, 염화비닐리덴계 폴리머, 비닐부티랄계 폴리머, 알릴레이트계 폴리머, 폴리옥시메틸렌계 폴리머, 및 에폭시계 폴리머가 바람직하고, 이들은 단독으로 사용해도 되고 2 종류 이상 병용해도 된다. 또한, 이들 폴리머 재료에는 신장성이나 수축성 부여 등의 임의의 목적으로, 적절한 첨가제를 적절히 첨가해도 된다.

상기 비액정 폴리머로서는 기타, 예를 들어 측쇄에 치환 또는 비치환의 이미드기를 갖는 열가소성 수지와, 측쇄에 치환 또는 비치환의 페닐기 및 시아노기를 갖는 열가소성 수지를 함유하는 수지조성물도 들 수 있다. 이러한 수지조성물로서는 이소부텐과 N-메틸말레이미드로 이루어지는 교호 공중합체와, 아크릴로니트릴ㆍ스티렌 공중합체를 갖는 수지조성물 등을 들 수 있다. 또한, 폴리이미드계 필름재료로서는 예를 들어, US5580950 및 US5580964 등에 기재된 재료도, 비액정성 폴리머로 이루어지는 위상차층으로서 바람직하게 사용할 수 있다.

다음에, 본 발명의 편광 소자는 상기 2 층의 반사 편광자가, 우회전 원편광 및 좌회전 원편광 중 일방을 선택적으로 투과시키고 타방을 선택적으로 반사시키는 편광자 (반사 원편광자) 인 것에 의해, 넓은 각도로 입사한 자연광에 대하여 편광분리기능을 가져, 설계 및 제조가 간편한 등의 이점을 갖는다.

상기 반사 원편광자로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 콜레스테릭 액정의 플래너 배향 상태를 고정시킨 것이 보다 바람직하다. 상기 콜레스테릭 액정의 종류는 특별히 한정되지 않고 적절히 선택할 수 있지만, 예를 들어 상기 위상차층과 동일하게 액정 모노머를 중합시킨 중합 액정, 고온에서 콜레스테릭 액정성을 나타내는 액정 폴리머, 및 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 상기 중합 액정은 액정 모노머에 필요에 따라 카이럴제나 배향보조제 등을 첨가하여 전자선이나 자외선 등의 전리방사선 조사 또는 열에 의해 중합시켜 만들 수 있다. 또한, 상기 콜레스테릭 액정의 액정성은 리오트로픽이나 서모트로픽 중 어느 것이나 되지만, 제어의 간편성 및 모노도메인의 형성 용이성 관점에서 서모트로픽성의 액정인 것이 보다 바람직하다.

상기 반사 원편광자로서는 보다 구체적으로는 예를 들어, 콜레스테릭 액정 폴리머로 이루어지는 층을 포함하는 시트나, 해당 층이 유리판 등의 위에 적층된 시트, 콜레스테릭 액정 폴리머로 이루어지는 필름 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 이러한 콜레스테릭 액정층의 형성방법도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 상기 콜레스테릭 액정 화합물을 함유하는 위상차층과 동일하게 하여 형성할 수 있다. 콜레스테릭 액정은 되도록이면 층내에서 균일하게 배향하고 있는 것이 보다 바람직하다.

상기 반사 원편광자에 있어서는 편광 소자의 성능상의 관점에서 선택 반사 파장 대역이 가시광역이나 광원 발광 파장 대역을 커버하는 것이 보다 바람직하고, 선택 반사 파장 대역은 상기한 바와 같이 콜레스테릭의 카이럴 피치와 액정의 굴절률로 일의적으로 결정할 수 있다. 상기 반사 원편광자를 형성하는 콜레스테릭 액정층은 그 목적으로 따라, 예를 들어 선택 반사 파장 대역이 다른 복수의 층을 적층해도 되고, 단층으로 피치가 두께 방향에서 변화한 것이어도 된다. 복수의 층을 적층하는 경우, 예를 들어 미리, 기재 상에 콜레스테릭 액정층이 적층된 것을 복수 준비하여 이들을 추가로 적층해도 된다. 그러나, 예를 들어 콜레스테릭 액정층 위에 배향막을 형성하고, 그 위에 별도의 콜레스테릭 액정층을 적층시키는 방법을 택하면 박형화 등의 관점에서 보다 바람직하다.

또한, 본 발명의 편광 소자는 적어도 정면방향에서 1/4 파장판 기능을 갖는 또 하나의 층을 추가로 포함하고, 이 층이 상기 2 층의 반사 원편광자 중 시인측에 위치하는 반사 원편광자의 더욱 외측에 배치되어 있는 것이 보다 바람직하다. 이 구성을 가짐으로써, 상기 반사 원편광자를 투과한 원편광을 직선 편광으로 변경하여 효율적으로 이용할 수 있다. 이러한 편광 소자는 흡수 2 색성 편광판을 추가로 포함하고, 이 흡수 2 색성 편광판이, 상기 적어도 정면방향에서 1/4 파장판 기능을 갖는 또 하나의 층의 더욱 외측에 배치되어 있는 것이 특히 바람직하다.

상기 흡수 2 색성 편광판은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리비닐알코올계 필름, 부분 포르말화 폴리비닐알코올계 필름, 에틸렌ㆍ아세트산비닐 공중합체계 부분 비누화 필름 등의 친수성 고분자 필름에 요오드나 2 색성 염료 등의 2 색성 물질을 흡착시켜 연신한 흡수형 편광판, 폴리비닐알코올의 탈수처리물이나 폴리염화비닐의 탈염산처리물 등의 폴리엔 배향 필름 등을 들 수 있다. 또한, 이들 필름의 편면 또는 양면에, 내수성 등을 보호할 목적으로 플라스틱의 도포층이나 필름의 라미네이트층 등으로 이루어지는 투명 보호층을 형성한 편광판 등도 들 수 있다. 또한 그 투명 보호층에 투명 미립자를 함유시켜 표면에 미세요철구조를 부여한 것 등도 들 수 있다. 상기 투명 미립자로서는 예를 들어 평균입경이 0.5∼5μm 인 실리카나 알루미나, 티타니아나 지르코니아, 산화석이나 산화인듐, 산화카드뮴이나 산화안티몬 등의 무기계 미립자를 들 수 있고, 이들은 도전성이어도 되고, 또한 가교 또는 미가교 폴리머 등의 유기계 미립자 등도 들 수 있다.

(실시형태 1)

이하, 도 1 및 도 2 에 기초하여, 본 발명의 편광 소자에 있어서의 집광성과 휘도 향상의 동시발현의 메카니즘에 관해서 설명한다. 단, 이것은 본 발명의 일 실시형태에 지나지 않고, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

도 1 은 본 발명의 편광 소자에 있어서의 상기 일 실시형태를 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이, 이 편광 소자는 콜레스테릭 액정 원편광자 (201; 이하「층 1」이라고 부르는 경우가 있다), C-플레이트 (202; 이하「층 2」라고 부르는 경우가 있다), 및 콜레스테릭 액정 원편광자 (203; 이하「층 3」이라고 부르는 경우가 있다) 의 주요 구성요소가 이 순서로 적층되어 있고, 층 1 의 측에서 광을 입사시킨다. 또, 본 도면에 나타내는 실시형태에서는 2 층의 반사 원편광자를 투과하는 원편광의 회전방향이 서로 같다. 또한, 원편광자와 위상차층은 모두 면내방향에 광축이 존재하지 않기 때문에, 접합방향은 임의이어도 된다. 이 때문에 평행광화의 압축의 각도범위는 등방적이고 대칭적인 특성을 갖는다.

또, 도 2 는 본 발명에 있어서의 자연광, 원편광 및 직선 편광을 나타내는 기호에 대해 설명한 도면이다. 원편광 a 와 원편광 b 는 회전방향이 서로 반대이고, 직선 편광 c 와 직선 편광 d 는 서로 직교한다.

이하, 도 1 의 편광 소자에 광이 입사되었을 때의 이상적인 동작원리에 관해, 동 도면에 기초하여 순서대로 설명한다.

(1) 우선, 백라이트 (광원, 도시하지 않음) 로부터 공급되는 광 중, 수직 입사하는 자연광 1 이 원편광자 (201; 층 1) 에서 편광분리되어 투과광 3 및 반사광 2 의 두 원편광으로 나뉜다. 각각의 원편광의 회전방향은 반대이다.

(2) 투과광 3 은 위상차층 (202; 층 2) 을 그대로 통과하여 투과광 4 로 된다.

(3) 투과광 4 는 원편광자 (203; 층 3) 를 그대로 통과하여 투과광 5 로 된다.

(4) 투과광 5 는 그 위에 배치되는 액정 표시 장치에 사용된다.

(5) 다음에, 백라이트로부터 공급되는 광 중, 경사 입사하는 자연광 6 은 원편광자 (201) 에서 편광분리되어 투과광 8 과 반사광 7 의 두 원편광으로 나뉜다. 각각의 원편광의 회전방향은 반대이다.

(6) 투과광 8 은 위상차층 (202) 을 통과할 때에 위상차값이 1/2 파장 부여되어 투과광 9 로 된다.

(7) 투과광 9 는 위상차의 영향으로 광 8 과는 원편광의 회전방향이 반대가 된다.

(8) 투과광 9 는 원편광자 (203) 에서 반사되어 광 10 으로 된다.

또, 원편광은 일반적으로는 반사할 때에 회전방향이 역전되는 것으로 알려져 있다 (예를 들어, W. A. 샤클리프 저「편광과 그 응용」(WA Shurcliff, Polarized Light: Production and Use, (Harvard University Press, Cambridge, Mass., 1966)) 참조). 단, 예외로서 콜레스테릭 액정층에서 반사한 경우에는 회전방향이 변하지 않는 것으로 알려져 있다 (바이후칸「액정사전」등 참조). 본 도면에서는 반사가 콜레스테릭 액정면에서 행해지기 때문에, 광 9 와 광 10 의 원편광의 회전방향은 변화하지 않는다.

(9) 반사광 10 은 위상차층 (202) 을 통과할 때에 위상차의 영향을 받아 투과광 11 로 된다.

(10) 투과광 11 은 위상차의 영향으로 회전이 반전하고 있다.

(11) 광 11 은 회전방향이 광 8 과 동 방향으로 되돌아가고 있기 때문에, 원편광자 (201) 를 그대로 통과하여 투과광 12 로 된다.

(12) 광 7 및 광 12 는 백라이트측으로 되돌아가 리사이클된다. 이들 복귀광선은 백라이트에 배치된 확산판 등에서 진행방향이나 편광의 방향을 랜덤하게 변경하면서 편광 소자의 법선방향 근방의 투과할 수 있는 광선으로 될 때까지 반사를 반복하여 휘도 향상에 공헌한다.

(13) 또, 투과한 원편광 5 를 1/4 파장판 (도시하지 않음) 에 의해 직선 편광으로 변환시키면, 흡수손실을 발생시키지 않고 액정 표시 장치 등에 이용할 수 있다. 이상과 같이 하여 도 1 의 편광 소자에 의한 집광 및 휘도 향상이 행해진다.

다음에, 상기 반사 편광자의 선택 반사 파장 대역에 관해 설명한다.

본 발명에 있어서의 상기 2 층의 반사 편광자의 선택 반사 파장 대역은 동일해도 되고 상이해도 된다. 예를 들어, 일방의 반사 편광자가 가시광 전체파장으로 반사를 갖는 것으로, 타방이 부분적으로 반사하는 것이면 되지만, 그들 선택 반사 파장 대역 중 적어도 일부는 서로 겹쳐져 있을 필요가 있다. 상기 반사 편광자의 선택 반사 파장 대역은 편광 소자의 사용목적 및 조합하여 사용하는 부재나 광원의 종류 등에 맞춰 적절히 설계하면 되지만, 예를 들어, 파장 550nm 부근의 시감도가 높은 광에 대하여 그 선택 반사가 달성되는 것이 바람직하다. 즉, 구체적으로는 상기 2 층의 반사 편광자에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 서로 겹치는 영역이, 540∼560nm 의 파장범위를 포함하는 것이 바람직하다. 콜레스테릭 액정 화합물을 함유하는 반사 편광자의 경우, 상기한 바와 같이 선택 반사 파장 대역은 콜레스테릭의 카이럴 피치와 액정의 굴절률로 일의적으로 결정할 수 있고, 선택 반사의 중심파장은 상기 식 (VIII) 로 표현된다 (λ＝ np).

또한, 컬러표시를 얻을 필요가 있는 경우에는 백색광이 요구되기 때문에, 가시광역에서 특성이 균일하거나, 적어도 광원의 발광 스펙트럼 영역 (대부분 435nm∼610nm 전후) 을 커버할 수 있는 것이 보다 바람직하다. 경사 입사광선에 대해서는 콜레스테릭 액정의 선택 반사 스펙트럼은 단파장측으로 시프트 (블루 시프트) 하는 것을 고려하면, 상기 겹쳐 있는 파장영역은 610nm 보다 장파장의 영역을 커버하고 있는 것이 더욱 바람직하다. 이 장파장측에 필요한 선택 반사 파장 대역폭은 광원으로부터의 입사광선의 각도와 파장에 크게 의존하기 때문에, 요구 사양에 따라 임의로 장파장단을 설정한다. 구체적으로는 예를 들어, 액정 표시 장치에 많이 사용되고 있는 웨지형 도광판을 사용한 백라이트에서는 도광판으로부터의 출사광의 각도는 법선방향에서 60°전후의 각도이다. 상기 블루 시프트의 양은 입사각도가 클수록 증대되는 경향이 있고, 60°전후에서는 일반적으로 약 100nm 정도이다. 따라서, 백라이트에 3 파장 냉음극관이 사용되고 있고, 빨강의 휘선 스펙트럼이 610nm 인 경우에는 선택 반사 파장 대역의 상기 겹쳐져 있는 영역이 710nm 보다 장파장측에 도달하고 있으면 된다. 또한 착색이나, 액정 표 시 장치 등에 있어서의 RGB 대응 관점에서는 가시광 전체파장영역, 즉 380nm∼780nm 에서 상기 선택 반사 파장 대역이 겹쳐 있는 것이 특히 바람직하다.

또, 백라이트 광원이 특정한 파장밖에 발광하지 않는 경우, 예를 들어 착색되어 냉극음관과 같은 경우에는 얻어지는 휘선만 차폐할 수 있으면 된다. 또한, 백라이트로부터의 출사광선이 동향체 표면에 가공된 마이크로렌즈나 도트, 프리즘 등의 설계로 정면방향으로 처음부터 어느 정도 압축되어 있는 경우에는 큰 입사각에서의 투과광은 무시할 수 있으므로 선택 반사파장을 크게 장파장측으로 연장시키지 않아도 된다.

다음에, 상기 위상차층의 위상차값에 대해 설명한다.

상기 위상차층의 경사 방향 위상차값 R' (상기 식 (II) 참조) 는 상기 위상차층을 투과한 광을 반사 편광자에 의해서 전체 반사하기 위해서, 이상적으로는 λ/ 2 (λ은 입사광의 파장) 이지만, 실제로는 엄밀하게 λ/ 2 가 아니더라도 목적을 달성할 수 있다. 또한, 상기 경사 방향 위상차값 R' 는 광의 입사각도에 따라 변화되고, 일반적으로 입사각이 커지면 증대되는 경향이 있으므로, 효율적으로 편광변환을 일으키기 위해서는 전체 반사시키는 각도 등을 고려하여 적절히 결정할 필요가 있다. 예를 들어, 법선으로부터의 이루는 각도 60°정도에서 완전히 전체 반사시키기 위해서는 60°에서 측정하였을 때의 위상차가 λ/ 2 정도가 되도록 결정하면 된다. 또, 상기 경사 방향 위상차값 R' 의 조정방법은 특별히 한정되지 않고 공지된 방법을 적절히 사용할 수 있고, 예를 들어 상기 위상차층이 2 축 연신 필름인 경우에는 연신율이나 필름두께 등에 의해 제어할 수 있다.

또한, 반사 편광자에 의한 투과광은 반사 편광자 자신의 C 플레이트적인 복굴절성 등에 의해 편광상태가 변화되는 경우가 있다. 예를 들어, 콜레스테릭 액정층을 포함하는 반사 원편광자는 콜레스테릭 액정 화합물의 뒤틀림 구조에 의해, 위상차층, 예를 들어 네거티브 C 플레이트로서의 성질을 어느 정도 갖고 있는 경우가 있다. 따라서, 상기 반사 편광자의 위상차를 고려하여 상기 위상차층의 경사 방향 위상차값 R' 를 λ/2 보다 작은 값으로 조정할 수 있다. 구체적으로는 R'는 상기 식 (II) 과 같이 λ/ 8 이상이면 된다. R' 의 상한치는 특별히 한정되지 않고, 상기한 바와 같이 목적에 따라 적절히 설정하면 된다. 또, 면내 위상차 R (상기 식 (I) 참조) 에 관해서는 되도록이면 작은 편이 좋다는 것은 상기한 바와 같다.

참고를 위해, 도 10 에 C 플레이트의 입사각도에 대한 위상차의 관계와, C 플레이트의 광학적 이방성을 단적으로 나타낸 굴절률 타원체를 나타낸다. 그러나, 이는 단순히 일례에 지나지 않고 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

도 10 은 복굴절 수지의 2 축 배향성이, 정면위상차 ≒ 0, 경사 위상차 ＝ 1/2 파장의 예이고, 동 도면의 경우는 ±40 도의 위치에서 1/2 파장이 된다.

이상, 반사 원편광자를 사용하는 실시형태에 관해서 설명하였지만, 이 실시형태는 상기한 것에 한정되지 않고 여러가지 변경이 가능하다. 예를 들어, 본 발명에서는 상기 위상차층은 C 플레이트 대신에 1/2 파장판 (1/2 파장 위상차판이라고도 한다) 을 사용해도 된다. 즉, 본 발명의 편광 소자는 2 층의 반사 원편광자와 이들 사이에 배치된 1/2 파장판을 적어도 포함하고, 상기 2 층의 반사 원편 광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹치는 편광 소자이어도 된다. 이 경우, 상기 2 층의 반사 원편광자의 각각을 투과하는 원편광의 회전방향이 서로 반대인 것이 바람직하고, 상기 1/2 파장판에 있어서의 경사 방향 위상차값이 0 또는 λ인 것이 이상적이다. 상기 경사 방향 위상차값을 설정할 때, 반사 원편광자의 위상차값을 고려할 필요가 있는 것은 C 플레이트를 사용하는 경우와 같다. 1/2 파장판을 사용한 경우, 경사지는 축의 방위각에 의한 이방성이나 착색의 문제가 발생할 가능성이 있지만, 예를 들어 상기 2 층의 반사 원편광자 및 위상차층의 각 층에 대해서 파장분산특성이 서로 다른 층을 사용하여 착색을 상쇄할 수 있다.

(실시형태 2)

다음에, 본 발명의 다른 실시형태에 관해서 설명한다.

본 발명의 편광 소자는 상기 반사 편광자가 반사 직선 편광자이어도 된다. 보다 구체적으로는 본 발명의 편광 소자는 2 층의 반사 편광자와, 이들 사이에 배치된 중간층을 적어도 포함하고, 상기 2 층의 반사 편광자가, 직교하는 직선 편광 중 일방을 선택적으로 투과시키고 타방을 선택적으로 반사시키는 반사 직선 편광자이고, 상기 2 층의 반사 직선 편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹치고, 상기 중간층은 1 층의 광학층으로 이루어지거나, 또는 2 층 이상의 광학층의 적층구조를 포함하고, 또한 상기 중간층은 입사하는 직선 편광을, 그 입사방향에 따라 편광방향을 변화시키거나 또는 변화시키지 않고 투과시키는 기능을 갖고, 상기 2 층의 반사 직선 편광자는 그 면내 지상축 방향이, 입사하는 직선 편광 중 입사면과 수직인 방향 (법선방향) 으로부터 입사하는 광을 투과시키고 경사 방향으로부터 입사하는 광을 효율적으로 반사시키는 각도로 배치되어 있는 편광 소자이어도 된다.

이러한 편광 소자로서는 예를 들어, 반사 직선 편광자와 1/4 파장판 (1/4 파장 위상차판이라고도 한다) 의 조합으로 C 플레이트를 끼워넣은 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는 2 층의 반사 직선 편광자와, 이들 사이에 배치된 위상차층과 2 층의 1/4 파장판을 적어도 포함하고, 그 1/4 파장판 중 1 층은 상기 반사 직선 편광자 중의 일방과 상기 위상차층 사이에 배치되고, 다른 1 층의 1/4 파장판은 타방의 반사 직선 편광자와 상기 위상차층 사이에 배치되고, 상기 2 층의 반사 직선 편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹치고, 상기 위상차층의 일방의 면측에 위치하는 1/4 파장판은 그 면내 지상축이 동일한 측에 위치하는 반사 직선 편광자의 편광축과 40°∼50°의 각도를 이루고, 상기 위상차층의 타방의 면측에 위치하는 1/4 파장판은 그 면내 지상축이, 동일한 측에 위치하는 반사 직선 편광자의 편광축과 －40°∼－50°의 각도를 이루고, 상기 2 층의 1/4 파장판의 면내 지상축끼리가 이루는 각도는 임의인 편광 소자가 바람직하다. 이 경우, 상기 위상차층은 하기 식 (I) 및 (III) 의 조건을 만족할 필요가 있다.

R ≤(λ/ 10) (I)

R' ≥(λ/ 4) (III)

식 (I) 및 (III) 중, λ, R 및 R' 의 정의는 상기한 바와 같다.

직선 편광자와 1/4 파장판을 조합하면 자연광을 원평광으로 변환시킬 수 있음을 알 수 있다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 자연광 301 을 직선 편광자 (302) 에 입사시키면 직선 편광 (303) 으로 변환되고, 또한 직선 편광 (303) 을 1/4 파장판 (304) 에 통과시키면 원편광 (305) 로 변환된다. 반사 원편광자 및 반사 직선 편광자는 브류스타각 등의 원리에 기초하는 프리즘형의 반사 편광자와 비교하여 입사각 의존성이 없다는 이점이 있다.

반사 직선 편광자 사이에 C 플레이트를 단순히 끼워넣는 것만으로는, C 플레이트에 경사 방향으로부터 입사시키는 광선에 대한 광축은 항상 광선방향과 직교하기 때문에 위상차가 발현되지 않아 편광변환되지 않는다. 그래서, 직선 편광을 상기 반사 직선 편광자의 편광축과 45°또는 －45°로 지상축 방향을 갖는 1/4 파장판으로 원편광으로 변환시킨 후, C 플레이트의 위상차로 역원편광으로 변환시키고, 그 원편광을 다시 1/4 파장판으로 직선 편광으로 변환시키면 된다.

또, 본 발명에서의 1/4 파장판 및 1/2 파장판은 특별히 한정되지 않고 공지된 것을 적절히 사용할 수 있다. 구체적으로는 예를 들어 1 축 연신 또는 2 축 연신한 고분자 필름, 및 액정 화합물을 하이브리드 배향 (평면 방향에서는 1 축 배향시키고, 두께 방향으로 더욱 배향시킨 배향상태) 시킨 층 등을 들 수 있다. 상기 1/4 파장판 및 1/2 파장판에서의 면내 위상차 및 두께 방향 위상차의 제어방법도 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 연신 고분자 필름이면 연신율이나 필름두께 등을 조정함으로써 제어할 수 있다.

상기 고분자 필름에 사용할 수 있는 폴리머도 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르계 폴리머, 디아세틸셀룰로스, 트리아세틸셀룰로스 등의 셀룰로스계 폴리머, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 아크릴계 폴리머, 폴리스티렌, 아크릴로니트릴ㆍ스티렌 공중합체 (AS 수지) 등의 스티렌계 폴리머, 비스페놀 Aㆍ탄산 공중합체 등의 폴리카보네이트계 폴리머, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌ㆍ프로필렌 공중합체 등의 직쇄 또는 분지상 폴리올레핀, 폴리노르보르넨 등의 시클로 구조를 포함하는 폴리올레핀, 염화비닐계 폴리머, 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 폴리머, 이미드계 폴리머, 술폰계 폴리머, 폴리에테르술폰계 폴리머, 폴리에테르에테르케톤계 폴리머, 폴리페닐렌술피드계 폴리머, 비닐알코올계 폴리머, 염화비닐리덴계 폴리머, 비닐부티랄계 폴리머, 알릴레이트계 폴리머, 폴리옥시메틸렌계 폴리머, 및 에폭시계 폴리머가 바람직하고, 이들은 단독으로 사용해도 되고 2 종류 이상 병용해도 된다. 또한, 이들 폴리머 재료에는 신장성이나 수축성 부여 등의 임의의 목적으로, 적절한 첨가제를 적절히 첨가해도 된다.

상기 고분자 필름의 제조방법도 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 캐스트법 (압출성형법) 에 의해 제조한 것이나, 상기 폴리머 재료를 용융하여 막형성한 후 연신하여 제조한 것 등을 들 수 있지만, 기계적 강도 등의 관점에서 후자가 바람직하다.

상기 고분자 필름으로서는 기타, 일본 공개특허공보 2001-343529호 (WO01/37007) 에 기재된 고분자 필름도 들 수 있다. 이 고분자 필름의 재료로서는 예를 들어, 측쇄에 치환 또는 비치환의 이미드기를 갖는 열가소성 수지와, 측쇄에 치환 또는 비치환의 페닐기 및 시아노기를 갖는 열가소성 수지를 함유하는 수지조성물을 사용할 수 있고, 예를 들어, 이소부텐과 N-메틸말레이미드로 이루어지는 교호 공중합체와, 아크릴로니트릴ㆍ스티렌 공중합체를 갖는 수지조성물을 들 수 있다.

또한, 본 발명의 반사 직선 편광자도 특별히 한정되지 않고 공지된 것을 적절히 사용할 수 있지만, 예를 들어 광학적 이방성을 갖는 연신 필름이나 이들의 적층체 등을 사용할 수 있고, 상기 연신 필름의 재질은 예를 들어 상기 1/4 파장판 및 1/2 파장판과 동일한 것을 사용할 수 있다.

도 4 는 본 실시형태의 편광 소자를 나타내는 모식도이다. 단, 본 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 도시한 바와 같이, 이 편광 소자는 반사 직선 편광자 (404; 이하「층 4」라고 부르는 경우가 있다), 1/4 파장판 (405; 이하「층 5」라고 부르는 경우가 있다), C-플레이트 (406; 이하「층 6」이라고 부르는 경우가 있다), 1/4 파장판 (407; 이하「층 7」이라고 부르는 경우가 있다), 및 반사 직선 편광자 (408; 이하「층 8」이라고 부르는 경우가 있다) 의 주요 구성요소가 이 순서로 적층되어 있고, 층 4 의 측으로부터 광을 입사시킨다.

또한, 도 5 는 도 4 의 편광 소자에 있어서의 각 주요 구성요소의 접합 각도를 나타내는 모식도이다. 직선 편광자 (404) 의 편광축과 1/4 파장판 (405) 의 면내 지상축이 이루는 각은 40°∼50°이고, 직선 편광자 (408) 의 편광축과 1/4 파장판 (407) 의 면내 지상축이 이루는 각은 －40°∼－50°이다. 그 이외에는 각 구성요소가 이루는 각도는 특별히 한정되지 않고, 상기 각도를 유지한 채로 세트 1 (직선 편광자 (404) 와 1/4 파장판 (405) 의 조합) 및 세트 2 (직선 편광자 (408) 와 1/4 파장판 (407) 의 조합) 를 임의로 회전시키더라도 동일한 성능을 발휘할 수 있다. 예를 들어, 도 14 는 도 4 및 도 5 에 나타내는 예에서의 세트 2 를 90°회전시킨 경우를 나타내는 일례이지만, 이렇게 하여도 도 4 및 도 5 와 동일한 성능을 발휘할 수 있다. 또한, C 플레이트는 면내에 광축을 갖지 않으므로, 그 접합 각도는 임의적이다.

이하, 도 4 에 기초하여 본 실시형태의 편광 소자에 광선이 입사된 경우의 이상적인 동작원리를 설명한다.

(1) 우선, 자연광 (14) 이, 백라이트 (광원) 로부터 반사 직선 편광자 (404; 층 4) 를 향해 수직으로 입사된다.

(2) 광 14 는 직선 편광 15 및 그것과 직교하는 직선 편광 16 으로 분리되고, 광 15 는 층 4 를 투과하고, 광 16 은 반사된다.

(3) 직선 편광 5 는 1/4 파장판 (405; 층 5) 을 투과하여 원편광 17 로 변환된다.

(4) 원편광 17 은 그 편광상태를 바꾸지 않고, 원편광 18 로서 C-플레이트 (406; 층 6) 를 투과한다.

(5) 원편광 18 은 1/4 파장판 (407; 층 7) 을 투과하여 직선 편광 19 로 변환된다.

(6) 직선 편광 19 는 그 편광상태를 바꾸지 않고, 직선 편광 20 으로서 반사 직선 편광자 (408; 층 8) 를 투과한다.

(7) 직선 편광 20 은 장치 (액정 표시 장치 등) 에 입사하여 손실없이 전송된다.

(8) 한편, 백라이트로부터는 수직방향에서의 자연광 14 에 더하여, 경사 방향으로부터의 자연광 21 이 층 4 로 향해서 입사된다.

(9) 광 21 은 직선 편광 22 및 그것과 직교하는 직선 편광 23 으로 분리되고, 광 22 는 층 4 (반사 직선 편광자) 를 투과하고, 광 23 은 반사된다.

(10) 직선 편광 22 는 층 5 (1/4 파장판) 를 투과하여 원편광 24 로 변환된다.

(11) 원편광 24 는 층 6 (C 플레이트) 을 통과할 때, 1/2 파장의 위상차를 받아, 회전방향이 역전하여 원편광 25 로 된다.

(12) 원편광 25 는 층 7 (1/4 파장판) 을 투과하여 직선 편광 26 으로 변환된다.

(13) 직선 편광 26 은 층 8 (반사 직선 편광자) 로 반사되어 직선 편광 27 로 된다.

(14) 직선 편광 27 은 층 7 (1/4 파장판) 을 투과하여 원편광 28 로 변환된다.

(15) 원편광 28 은 층 6 (C 플레이트) 을 투과할 때에 1/2 파장의 위상차를 받아, 회전방향이 역전하여 원편광 29 로 된다.

(16) 원편광 29 는 층 5 (1/4 파장판) 를 투과하여 직선 편광 30 으로 변환된다.

(17) 직선 편광 30 은 그 편광상태를 바꾸지 않고 직선 편광 31 로서 층 4 (반사 직선 편광자) 를 투과한다.

(18) 반사된 광 16, 23 및 31 은 백라이트측에 되돌려보내져 리사이클된다. 리사이클의 기구는 실시형태 1 과 동일하다.

또, 본 실시형태에 있어서, 상기 세트 1 및 세트 2 (도 5) 에 있어서의 반사 직선 편광자의 편광축과 1/4 파장판의 면내 지상축이 이루는 각은 이상적인 계에서의 이론상으로는 45°및 －45°이다. 그러나, 현실의 반사 편광자나 파장판의 특성은 가시광역에서 완전하지 않고, 파장마다 미묘한 변화가 있기 때문에, 착색 등의 문제가 생기는 경우가 있다. 그래서, 약간 각도를 틀어 색조를 보상하고, 합리적으로 계 전체를 최적화하면 상기 착색 등의 문제를 해소할 수 있다. 여기서 상기 각도가 45°또는 －45°에서 크게 벗어나면 투과율의 저하 등의 다른 문제가 발생되기 때문에 ±5°이내의 범위에서의 조정에 그친다.

또, 상기 반사 직선 편광자의 선택 반사 파장 대역의 바람직한 범위는 반사 원편광자의 경우와 동일하다. 경사 방향의 입사광선에 대하여 투과광선의 파장특성이 단파장측으로 시프트하는 점은 반사 원편광자와 동일하기 때문에, 깊은 각도로 입사하는 광선에 대하여 충분히 기능시키기 위해서는 가시광역외 장파장측에 충분한 편광 특성 및 위상차특성을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태의 위상차층 (C 플레이트) 에 있어서의 경사 방향 위상차값 R' (식(III)) 의 바람직한 범위에 관해서도, 반사 원편광자를 사용하는 경우와 같은 사고방식에 기초하여 조정하면 된다. 단, 반사 직선 편광자는 반사 원편 광자와 비교하여, 일반적으로 그 자체가 갖는 위상차특성이 작기 때문에, 상기 R' 는 1/8 파장 이상이 아니라 1/4 파장 이상 필요해진다.

또, 도 15 에, 도 14 의 편광 소자에 경사 입사광이 입사한 경우의, 2 장의 반사 편광자 사이의 1/4 파장판, C 플레이트 및 1/4 파장판에 의한 편광상태의 변화를 푸앵카레구 상에서 나타낸다. 동 도면은 1 장째의 반사 편광자로부터 입사한 직선 편광이 원편광을 사이에 두고 반대의 직선 편광으로 변환되는 모양을 나타내고 있다. 단, 동 도면은 본 발명의 일례를 나타내는 참고자료일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

(실시형태 3)

다음에, 본 발명의 또 다른 실시형태에 관해서 설명한다.

실시형태에 있어서의 2 장의 1/4 파장판 사이에 C 플레이트를 끼운 구조의 것을 사용하는 대신에, 정면위상차 (면내 위상차) 가 λ/4 이고, 두께 방향 위상차가 λ/2 이상인 2 축성 필름을 직교 또는 평행하게 2 장 적층함으로써도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우의 Nz 계수 (두께 방향 위상차 / 면내 위상차) 는 2 이상이면 요건을 만족한다.

즉, 본 발명의 편광 소자는 2 층의 반사 직선 편광자와 이들 사이에 배치된 2 층의 1/4 파장판을 적어도 포함하고, 상기 2 층의 반사 직선 편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹쳐, 상기 1/4 파장판 중 일방의 면내 지상축이, 동일한 측에 위치하는 반사 직선 편광자의 편광축과 40°∼50°의 각도를 이루고, 타방의 1/4 파장판의 면내 지상축이, 동일한 측에 위치하는 반사 직선 편광자의 편광축과 －40°∼－50°의 각도를 이루고, 상기 2 층의 1/4 파장판의 면내 지상축끼리가 이루는 각도는 임의이며, 상기 각 1/4 파장판이 각각 하기 식 (IV) 의 조건을 만족하는 편광 소자이어도 된다.

Nz ≥2.0 (IV)

단, Nz ＝ (nx－nz) / (nx－ny)

식 (IV) 에 있어서,

nx, ny 및 nz 는 각각 상기 1/4 파장판에 있어서의 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향의 굴절률이고, 상기 X 축 방향이란 상기 1/4 파장판의 면내에서 굴절률이 최대가 되는 방향 (면내 지상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Y 축 방향이란 상기 1/4 파장판의 면내에서 상기 X 축 방향에 수직인 방향 (면내 진상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Z 축 방향이란 상기 X 축 방향 및 상기 Y 축 방향에 수직인 상기 1/4 파장판의 두께 방향을 지칭한다.

1/4 파장판 및 반사 직선 편광자의 재질이나, 면내 위상차 및 두께 방향 위상차의 제어방법에 관해서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 실시형태 2 에서 기술한 바와 같다.

도 6 은 본 실시형태의 편광 소자를 나타내는 모식도이다. 단, 본 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 도시한 바와 같이, 이 편광 소자는 반사 직선 편광자 (609; 이하「층 9」라고 부르는 경우가 있다), 1/4 파장판 (610: 이하「층 10」이라고 부르는 경우가 있다), 1/4 파장판 (611; 이하「층 11」이라고 부르는 경우가 있다), 및 반사 직선 편광자 (612; 이하「층 12」라고 부르는 경우가 있다) 의 주요 구성요소가 이 순서로 적층되어 있고, 층 9 의 측으로부터 광을 입사시킨다.

또한, 도 7 은 도 6 의 편광 소자에 있어서의 각 주요 구성요소의 접합 각도를 나타내는 모식도이다. 직선 편광자 (609) 의 편광축과 1/4 파장판 (610) 의 면내 지상축이 이루는 각은 40°∼50°이고, 직선 편광자 (612) 의 편광축과 1/4 파장판 (611) 의 면내 지상축이 이루는 각은 －40°∼－50°이다. 그 이외에는 각 구성요소가 이루는 각도는 특별히 한정되지 않고, 상기 각도를 유지한 채로 세트 1 (직선 편광자 (609) 와 1/4 파장판 (610) 의 조합) 및 세트 2 (직선 편광자 (612) 와 1/4 파장판 (611) 의 조합) 를 임의로 회전시키더라도 동일한 성능을 발휘할 수 있다. 도 6 및 도 7 에서는 설명의 편의를 위해, 상하의 직선 편광자의 축은 평행하고, 1/4 파장판의 축은 직교시킨 예를 나타내었지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 도 6 에 기초하여 본 실시형태의 편광 소자에 자연광이 입사되었을 때의 이상적인 동작원리를 설명한다.

(1) 우선, 자연광 32 가 백라이트 (광원) 로부터 수직 입사된다.

(2) 자연광 32 는 층 9 (반사 직선 편광자) 에 의해 직선 편광 33 및 그것과 직교하는 직선 편광 34 로 분리되어, 직선 편광 33 은 층 9 를 투과하고, 직선 편광 34 는 반사된다.

(3) 직선 편광 33 은 층 10 및 층 11 (1/4 파장판) 을 투과한다. 본 도면에 나타내는 예에서는 층 10 과 층 11 의 면내 지상축은 직교하고 있기 때문에, 층 10 과 층 11 의 조합으로 생각한 경우, 정면위상차 (면내 위상차) 는 0 이 된다. 따라서, 직선 편광 33 은 층 10 및 층 11 을 투과할 때, 그 편광상태를 바꾸지 않고 직선 편광 35 로 된다.

(4) 직선 편광 35 는 그 편광상태를 바꾸지 않고 층 12 (반사 직선 편광자) 를 투과하여 직선 편광 36 으로 된다.

(5) 직선 편광 36 은 장치 (액정 표시 장치 등) 에 손실없이 전송된다.

(6) 한편, 백라이트로부터는 수직 입사하는 자연광 32 외에, 경사 입사하는 자연광 37 이 입사된다.

(7) 자연광 37 은 층 9 (반사 직선 편광자) 에 의해 직선 편광 38 및 그것과 직교하는 직선 편광 39 로 분리되어, 직선 편광 38 은 층 9 를 투과하고, 직선 편광 39 는 반사된다.

(8) 직선 편광 38 은 층 10 및 층 11 에 경사 입사하여, 이들의 층을 투과할 때, 두께 방향 위상차의 영향에 의해 편광축 방향이 90°변화하여 직선 편광 40 으로 된다.

(9) 직선 편광 40 은 층 12 (반사 직선 편광자) 에 입사한다.

(10) 층 12 는 층 9 와 축 방향이 같기 때문에, 직선 편광 40 은 층 12 에 의해 반사되어 직선 편광 41 로 된다.

(11) 직선 편광 41 은 층 11 및 층 10 을 투과할 때에 (9) 와 동일하게 위상차의 영향을 받아, 편광축 방향이 90°변화하여 직선 편광 42 로 된다.

(12) 직선 편광 42 는 그 편광상태를 바꾸지 않고 층 9 (반사 직선 편광자) 를 투과하여 직선 편광 43 으로 된다.

(13) 반사된 광 34, 39 및 43 은 백라이트측으로 되돌려져 리사이클된다. 리사이클의 기구는 실시형태 1 및 2 와 동일하다.

본 실시형태의 편광 소자는 실시형태 2 의 편광 소자와 동일한 성능을 발휘할 수 있고, 또한, C 플레이트를 생략할 수 있기 때문에 실시형태 2 의 편광 소자보다 더욱 생산효율이 우수하다는 이점이 있다. 본 실시형태에 있어서의 1/4 파장판에 대해서는 특별히 한정되지 않고 상기한 바와 같지만, 예를 들어, 이축연신한 폴리카보네이트 (PC) 나 폴리에틸렌테레프탈레이트 (PET) 필름, 또는 하이브리드 배향시킨 액정 화합물의 층이 보다 바람직하다.

반사 직선 편광자와 1/4 파장판이 이루는 각도의 범위에 관해서는 상기한 바와 같고, 그 미세조정에 관해서는 실시형태 2 와 동일한 사고방식에 기초하여 실시하면 된다.

또한, 상기 반사 직선 편광자의 선택 반사 파장 대역에 관해서도 실시형태 1 및 2 와 동일하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 Nz (식 (IV)) 의 값을 변화시키는 것에 의해 경사 입사광의 이용효율이 변화되지만, 그 바람직한 범위는 특별히 한정되지 않고, 실시형태 1 및 2 와 동일한 사고방식에 기초하여 최적의 광이용효율이 얻어지도록 조정하면 된다. 반사 편광자가 갖는 위상차를 고려할 필요가 있는 점도 상기 각 실시형태와 마찬가지다.

(실시형태 4)

다음에, 본 발명의 또 다른 실시형태에 관해서 설명한다.

실시형태 2 에 있어서의 2 층의 1/4 파장판 사이에 C 플레이트를 끼운 구조의 것을 사용하는 대신에, 정면위상차 (면내 위상차) 가 λ/2 이고, 두께 방향 위상차가 λ/2 이상인 2 축성 필름을 사용함으로써도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우의 Nz 계수는 1.5 이상 필요하다.

즉, 본 발명의 편광 소자는 2 층의 반사 직선 편광자와 이들 사이에 배치된 1/2 파장판을 적어도 포함하고, 상기 2 층의 반사 직선 편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹치고, 상기 1/2 파장판의 면내 지상축이, 일방의 반사 직선 편광자의 편광축과 40°∼50°의 각도를 이루고, 또한 타방의 반사 직선 편광자의 편광축과 －40°∼－50°의 각도를 이루고, 상기 1/2 파장판이 하기 식 (V) 의 조건을 만족하는 편광 소자이어도 된다.

Nz ≥1.5 (V)

단, Nz ＝ (nx－nz) / (nx－ny)

식 (V) 에 있어서,

nx, ny 및 nz 는 각각 상기 1/2 파장판에 있어서의 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향의 굴절률이고, 상기 X 축 방향이란 상기 1/2 파장판의 면내에서 굴절률이 최대가 되는 방향 (면내 지상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Y 축 방향이란 상기 1/2 파장판의 면내에서 상기 X 축 방향에 수직인 방향 (면내 진상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Z 축 방향이란 상기 X 축 방향 및 상기 Y 축 방향에 수직인 상기 1/2 파장판의 두께 방향을 지칭한다.

반사 직선 편광자 및 파장판의 재질 및 제조방법 등에 관해서는 특별히 한정되지 않고 상기 다른 실시형태와 동일하다.

도 8 은 본 실시형태의 편광 소자를 나타내는 모식도이다. 단, 본 실시형태는 이에 한정되지 않는다. 도시한 바와 같이, 이 편광 소자는 반사 직선 편광자 (813; 이하「층 13」이라고 부르는 경우가 있다), 1/2 파장판 (814; 이하「층 14」라고 부르는 경우가 있다), 및 반사 직선 편광자 (815; 이하「층 15」라고 부르는 경우가 있다) 의 주요 구성요소가 이 순서로 적층되어 있고, 층 13 의 측으로부터 광을 입사시킨다.

또한, 도 9 는 도 8 의 편광 소자에 있어서의 각 주요 구성요소의 접합 각도를 나타내는 모식도이다. 직선 편광자 (813) 의 편광축과 1/2 파장판 (814) 의 면내 지상축이 이루는 각은 40°∼50°이고, 직선 편광자 (815) 의 편광축과 1/2 파장판 (814) 의 면내 지상축이 이루는 각은 －40°∼－50°이다. 따라서, 상기 2 층의 직선 편광자의 면내 지상축끼리는 필연적으로 거의 직교하게 된다.

본 실시형태의 편광 소자는 실시 형태 2 및 3 의 편광 소자와 동일한 성능을 발휘하는 것이 가능하고, 적층수가 적기 때문에 생산효율이 더 우수하다는 이점이 있다.

이하, 도 8 에 기초하여 본 실시형태의 편광 소자에 자연광이 입사되었을 때의 이상적인 동작원리를 설명한다.

(1) 우선, 자연광 47 이 백라이트 (광원) 로부터 수직 입사된다.

(2) 자연광 47 은 층 13 에 의해 직선 편광 48 및 그것과 직교하는 직선 편광 49 으로 분리되어, 직선 편광 48 은 층 13 을 투과하고, 직선 편광 49 은 반사된다.

(3) 직선 편광은 층 14 (1/2 파장판) 를 투과할 때, 정면위상차 (면내 위상차) 의 영향을 받아, 편광축 방향이 90°회전하여 직선 편광 50 으로 된다.

(4) 직선 편광 50 은 그 편광상태를 바꾸지 않고 층 15 (반사 직선 편광자) 를 투과하여 직선 편광 51 로 된다.

(5) 투과한 직선 편광 51 은 장치 (액정 표시 장치 등) 에 손실없이 전송된다.

(6) 한편, 백라이트로부터는 수직 입사하는 자연광 47 외에, 경사 입사하는 자연광 52 가 입사된다.

(7) 자연광 52 는 층 13 (반사 직선 편광자) 에 의해 직선 편광 53 및 그것과 직교하는 직선 편광 54 로 분리되어, 직선 편광 53 은 층 13 을 투과하고, 직선 편광 54 는 반사된다.

(8) 직선 편광 53 은 층 14 (1/2 파장판) 에 경사 입사하여 그 편광축 방향을 바꾸지 않고 직선 편광 55 로서 투과한다.

(9) 직선 편광 55 는 층 15 (반사 직선 편광자) 에서 반사되어 직선 편광 56 으로 된다.

(10) 직선 편광 56 은 층 14 에 입사하고, 편광축 방향이 변화하지 않고 투과하여 직선 편광 57 로 된다.

(11) 투과한 직선 편광 57 은 그 편광상태를 바꾸지 않고 층 13 을 투과하여 직선 편광 58 로 된다.

(12) 반사된 광 49, 54 및 58 은 백라이트측에 되돌려져 리사이클된다. 리사이클의 기구는 상기 다른 실시형태와 동일하다.

반사 직선 편광자와 1/2 파장판이 이루는 각도의 범위에 관해서는 상기한 바와 같고, 그 미세조정에 관해서는 실시형태 2 및 3 과 같은 사고방식에 기초하여 실시하면 된다.

또한, 상기 반사 직선 편광자의 선택 반사 파장 대역에 관해서도 실시형태 1∼3 과 동일하다.

또한, 본 실시형태에 있어서는 Nz (식 (V)) 의 값을 변화시킴으로써 경사 입사광의 이용효율이 변화되지만, 그 바람직한 범위는 특별히 한정되지 않고, 실시형태 1∼3 과 동일한 사고방식에 기초하여 최적의 광이용효율이 얻어지도록 조정하면 된다. 반사 편광자가 갖는 위상차를 고려할 필요가 있는 점도 상기 각 실시형태와 동일하다.

이상, 실시형태 1∼4 에 기초하여 본 발명을 설명하여 왔지만 본 발명은 상기 설명에 한정되지 않고, 그 주지를 벗어나지 않는 범위에서 모든 변경이 가능하다. 예를 들어, 본 발명의 편광 소자는 상기 각 구성요소에 추가하여, 그 목적을 달성할 수 있는 범위내에서 다른 광학층이나 그 밖의 구성요소를 적절히 포함하고 있어도 된다.

(제조방법 등)

다음에, 본 발명의 편광 소자의 제조방법 등에 관해서 설명한다. 우선, 상기 C 플레이트, 반사 편광자, 파장판 등의 각 구성요소의 재질이나 제조방법 등에 관해서는 상기한 바와 같다.

본 발명의 편광 소자의 제조방법은 특별히 한정되지 않지만, 상기 각 구성요소 및 필요에 따라 그 밖의 구성요소를 적층하여 제조할 수 있다. 적층의 형태는 특별히 한정되지 않고, 상기 각 구성요소를 단순히 겹치기만 해도 되지만, 작업성이나 광의 이용효율 등의 관점에서, 상기 각 구성요소가, 투광성의 접착제 또는 점착제의 층을 개재시켜 적층되어 있는 것이 바람직하다. 또, 본 발명에서는「접착제」와「점착제」를 명확하게 구별하지는 않지만, 접착제 중 박리나 재접착 등이 비교적 용이한 것을 편의상「점착제」라고 부른다.

상기 접착제 또는 점착제는 특별히 한정되지 않지만, 표면반사의 억제 등의 관점에서, 투명하고, 가시광역에 흡수를 갖지 않고, 굴절률은 각 층의 굴절률과 되도록이면 가까운 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들어, 아크릴계, 에폭시계, 이소시아네이트계 등의 접착제나 점착제를 바람직하게 사용할 수 있다. 또한, 이들 접착제 및 점착제는 용제형 외, 예를 들어 자외선 중합형, 열중합형, 2 액 혼합형 등을 적절히 사용할 수 있다. 각 구성요소의 적층방법은 특별히 한정되지 않고, 그들의 성질에 적합한 임의의 방법을 사용하면 된다. 예를 들어, 각각 별도 배향막 상 등에서 모노도메인을 형성하여, 투광성 기재에 전사하는 등의 방법에 의해 순차 적층해 나갈 수 있다.

상기 각 구성요소가 액정 화합물을 함유하는 층인 경우 등은 접착제 또는 점착제의 층을 사용하는 대신에 배향막 등을 적절히 형성하여, 상기 각 구성요소를 순차적으로 직접 형성하는 방법 (직접 연속 도공) 등도 가능하다. 이 방법은 편광 소자의 박형화 등의 관점에서 유리하다. 또한, 반사 원편광자와 C 플레이트를 사용하는 경우, 각 구성요소가 면내에 광축을 갖지 않고, 접합 각도가 임의이기 때문에, 롤 투 롤법 등에 의한 접합이나 상기 직접 연속 도공 등에 의해 제조가능하고 생산성이 높다는 이점이 있다.

또한, 상기 각 구성요소 및 접착제층 (점착제층) 에는 필요에 따라 각종 첨가제 등을 첨가해도 된다. 예를 들어, 확산 정도 조정용으로 추가로 입자를 첨가하여 등방적인 산란성을 부여하거나, 제막시의 레벨링성 부여 목적으로 계면활성제 등을 적절히 첨가하거나 해도 되고, 기타 자외선 흡수제나 산화방지제 등을 적절히 첨가해도 된다.

(편광 광원 및 화상 표시 장치)

다음에, 본 발명의 편광 소자를 사용한 편광 광원 및 화상 표시 장치에 관해서 설명한다.

우선, 본 발명의 편광 광원 (편광 광원 장치) 은 광원과, 반사층과, 본 발명의 편광 소자를 포함하고, 이 편광 소자가 상기 반사층을 개재시켜 상기 광원 위에 적층되어 있는 편광 광원이다. 편광 광원의 제조방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평10-321025호 등에 기재된 방법 등을 채용할 수 있다.

또한, 본 발명의 화상 표시 장치는 본 발명의 편광 소자를 포함하는 화상 표시 장치이다. 본 발명의 편광 소자 또는 편광 광원을 사용한 화상 표시 장치는 특별히 한정되지 않고, 예를 들어, 유기 EL 표시 장치, PDP, CRT 등의 화상 표시 장치에 바람직하게 사용할 수 있지만, 액정 표시 장치에 특히 바람직하게 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 액정 표시 장치에 관해서 설명한다.

본 발명의 액정 표시 장치는 상기 본 발명의 편광 광원을 포함하고, 그 편광 소자 위에 추가로 액정 셀이 적층되어 있는 액정 표시 장치이다. 그 이외에는 본 발명의 액정 표시 장치의 구성이나 제조방법은 특별히 한정되지 않고, 공지된 구성이나 제조방법을 적절히 사용할 수 있다. 본 발명의 편광 광원은 광의 이용효율이 우수하여 밝고, 출사광의 수직성이 우수하여 명암불균일이 없는 광을 제공하고, 대면적화도 용이하기 때문에, 백라이트 시스템 등으로서 여러 가지의 액정 표시 장치의 형성에 바람직하게 사용할 수 있고, 그 중에서도 직시형의 액정 표시 장치에 특히 바람직하게 사용할 수 있다.

본 발명의 액정 표시 장치에 사용하는 액정 셀에 대해 특별한 한정은 없고, 적당한 것을 사용할 수 있다. 그 중에서도 편광상태의 광을 입사시켜 표시를 실시하는 액정 셀이 적합하고, 예를 들어 트위스트 네마틱 액정이나 슈퍼 트위스트 네마틱 액정을 사용한 액정 셀 등이 바람직하다. 그러나, 이에 한정되지 않고, 비트위스트계의 액정, 2 색성 염료를 액정 중에 분산시킨 게스트 호스트계의 액정, 강유전성 액정 등을 사용한 액정 셀도 적합하다. 액정의 구동방식에 관해서도 특별한 한정은 없다.

또한, 액정 셀 이외의 구성요소도 특별히 한정되지 않고, 공지의 액정 표시 장치용 부재 등을 적절히 사용할 수 있다. 예를 들어, 시인측의 편광판 위에 형성하는 확산판, 안티글레어층, 반사방지막, 보호층, 보호판, 및 액정 셀과 편광판 사이에 형성하는 보상용 위상차판 등의 적당한 광학층을 적절히 배치할 수 있다.

다음에, 본 발명의 유기 일렉트로루미네선스 장치 (유기 EL 표시 장치) 에 관해서 설명한다.

본 발명의 편광 소자나 편광 광원은 액정 표시 장치 이외에도 모든 화상 표시 장치에 사용할 수 있지만, 예를 들어 유기 EL 표시 장치에 적합하다. 본 발명의 유기 EL 표시 장치에 관해서는 본 발명의 편광 소자 또는 편광 광원을 사용하는 것 이외에는 특별히 한정되지 않고, 공지된 구성이나 제조방법을 적용할 수 있다. 이하, 유기 EL 표시 장치에 관해서 설명하겠지만, 이 설명은 본 발명을 한정하는 것이 아니다.

일반적으로, 유기 EL 표시 장치는 투명기판 상에 투명전극과 유기 발광층과 금속전극을 차례로 적층하여 발광체 (유기 일렉트로루미네선스 발광체) 를 형성하고 있다. 여기서, 유기 발광층은 여러 가지의 유기 박막의 적층체이고, 예를 들어 트리페닐아민 유도체 등으로 이루어지는 정공 주입층과 안트라센 등의 형광성의 유기고체로 이루어지는 발광층의 적층체, 또는 이러한 발광층과 페릴렌 유도체 등으로 이루어지는 전자주입층의 적층체, 또는 이들의 정공주입층 및 발광층과 전자주입층의 적층체 등, 각종 조합을 갖는 구성이 알려져 있다.

유기 EL 표시 장치의 발광원리는 다음과 같다. 즉, 우선 투명전극과 금속전극에 전압을 인가함으로써, 유기 발광층에 정공과 전자가 주입된다. 그리고, 이들 정공과 전자의 재결합에 의해 생기는 에너지가 형광물질을 여기하고, 여기된 형광물질이 기저상태로 되돌아갈 때에 광을 방사한다는 원리로 발광한다. 도중의 재결합이라는 메카니즘은 일반적인 다이오드와 동일하고, 이러한 점에서도 예상할 수 있는 바와 같이, 전류와 발광강도는 인가전압에 대하여 정류성을 동반하는 강한 비선형성을 나타낸다.

유기 EL 표시 장치에 있어서는 유기 발광층에서의 발광을 빼내기 위해, 적어도 일방의 전극이 투명해야 하고, 통상 산화인듐주석 (ITO) 등의 투명도전체로 형성한 투명전극을 양극으로서 사용하고 있다. 한편, 전자주입을 쉽게 하여 발광효율을 높이기 위해서는 음극에 일함수가 작은 물질을 사용하는 것이 중요하고, 통상 Mg-Ag, Al-Li 등의 금속전극을 사용하고 있다.

이러한 구성의 유기 EL 표시 장치에 있어서, 유기 발광층은 두께 10nm 정도로 매우 얇은 막으로 형성되어 있다. 이것 때문에, 유기 발광층도 투명전극과 마찬가지로 광을 거의 완전하게 투과한다. 그 결과, 비발광시에 투명기판의 표면으로부터 입사하고, 투명전극과 유기 발광층을 투과하여 금속전극에서 반사된 광이, 다시 투명기판의 표면측으로 나가기 때문에, 외부에서 보았을 때, 유기 EL 표시 장치의 표시면이 경면처럼 보인다.

유기 EL 표시 장치는 상기한 바와 같이, 일반적으로 전압의 인가에 의해 발광하는 유기 발광층의 표면측에 투명전극을, 이면측에 금속전극을 구비하고 있고, 이들 유기 발광층, 투명전극 및 금속전극이 일체로 되어 유기 일렉트로루미네선스 발광체를 형성하고 있다. 이러한 유기 EL 표시 장치에 있어서, 상기 투명전극의 표면측에 편광판을 형성함과 동시에, 상기 투명전극과 편광판 사이에 위상차판을 형성할 수 있다.

위상차판 및 편광판은 외부로부터 입사하여 금속전극에서 반사되어온 광을 편광하는 작용을 갖기 때문에, 그 편광작용에 의해 금속전극의 경면을 외부로부터 볼 수 없게 한다는 효과가 있다. 특히, 위상차판을 1/4 파장판으로 구성하여, 또한 편광판과 위상차판의 편광방향이 이루는 각을 π/4 로 조정하면, 금속전극의 경면을 완전히 차폐할 수 있다.

즉, 이 유기 EL 표시 장치에 입사하는 외부광은 편광판에 의해 직선 편광성분만이 투과한다. 이 직선 편광은 위상차판에 의해 일반적으로 타원편광으로 되지만, 특히 위상차판이 1/4 파장판이며 또한 편광판과 위상차판의 편광방향이 이루는 각이 π/4 일 때에는 원편광으로 된다.

이 원편광은 투명기판, 투명전극, 유기 박막을 투과하고, 금속전극에서 반사되어, 다시 유기 박막, 투명전극, 투명기판을 투과하여 위상차판에 다시 직선 편광으로 된다. 그리고, 이 직선 편광은 편광판의 편광방향과 직교하고 있기 때문에, 편광판을 투과할 수 없다. 그 결과, 금속전극의 경면을 완전히 차폐할 수 있다.

이상, 본 발명의 편광 소자를 사용한 편광 광원 및 화상 표시 장치에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 설명에 한정되지 않는다. 본 발명의 편광 소자는 사용하는 반사 편광자와 위상차층이 본 발명의 요건을 만족함으로써, 정면방향의 광만 투과시키고, 경사 방향의 광은 반사에 의해 커트시킨다는 효과를 발휘할 수 있다. 또한, 반사 편광자의 선택 반사 파장 대역을 조정함으로써, 상기 효과를 넓은 파장영역에서 파장 의존성이 적게 발휘할 수도 있다. 또한, 종래 기술의 간섭 필터와 휘선 발광 광원의 조합에 의한 평행광화 및 집광 시스템과 비교하여 광원의 특성에 대한 의존성이 적기 때문에, 모든 편광 광원 및 화상 표시 장치에 사용할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예를 사용하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하겠지만 본 발명이 이하의 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

(측정기기 등)

실시예 및 비교예에서 사용한 기기는 다음과 같다. 즉, 냉음극관은 엘레밤 (Elevam) 사의 냉음극관 CCFL 각 종류를 사용하였다. 백라이트는 스탠리 전기사 및 타마 전기공업사의 각종 백라이트를 사용하였다. 라이트 테이블은 HAKUBA 사의 것을 사용하였다.

측정기기는 다음과 같은 것을 사용하였다.

(1) 선택 반사 파장 대역측정에는 오오츠카 전자 제 순간 멀티 측광 시스템인 MCPD 2000 (상품명) 을 사용하였다.

(2) 헤이즈 측정에는 무라카미 색채 제 헤이즈 미터인 HM150 (상품명) 을 사용하였다.

(3) 투과반사의 분광특성 측정에는 히타치 제작소 제 분광광도계인 U4100 ( 상품명) 을 사용하였다.

(4) 편광판의 특성 측정에는 무라카미 색채 제 DOT3 (상품명) 을 사용하였다.

(5) 위상차판 등의 위상차 측정에는 Oji Scientific Instruments 의 복굴절 측정장치인 KOBRA21D (상품명) 를 사용하였다.

(6) 휘도계측에는 토푸콘 제의 휘도계인 BM7 (상품명) 을 사용하였다.

(실시예 1)

이하와 같이 하여, 반사 원편광자와 네거티브 C 플레이트를 포함하는 편광 소자를 제작하여 그 특성을 조사하였다.

즉, 우선 콜레스테릭 액정층을 포함하는 반사 편광자 (반사 원편광자) 를, 시판하는 중합성 네마틱 액정 모노머 (중합성 메소겐 화합물) 와 카이럴제를 사용하여 제작하였다. 이들의 종류 및 혼합비는 완성된 콜레스테릭 액정층의 선택 반사 파장 대역의 중심치가 550nm, 폭이 약 60nm 가 되도록 선택하였다. 구체적으로는 중합성 메소겐 화합물로서 BASF 사 제 LC242 (상품명), 중합성 카이럴제로서 BASF 사 제 LC756 (상품명) 을 사용하고, 혼합비가 다음과 같이 되도록 사용하였다.

메소겐 화합물 : 카이럴제 ＝ 4.9 : 95.1 (중량비)

반사 원편광자 제작의 구체적인 조작은 다음과 같다. 즉, 우선 상기 중합성 카이럴제와 상기 중합성 메소겐 화합물의 혼합물을 시클로펜탄에 용해하고, 용질농도가 20wt% 가 되도록 조정하였다. 또한, 이 용액에 대하여, 1wt% 의 반 응개시제 (치바가이기 제, Irg907 (상품명)) 를 첨가하여 도공용 용액을 조제하였다.

한편, PET 필름 (도오레 제, 루미라 (상품명), 두께 75μm) 을 준비하고, 그 표면을 러빙포로 배향처리하여 배향기판으로 하였다. 다음에, 이 배향기판의 상기 배향처리면 상에, 상기 도공용 용액을 와이어바로 도포하였다. 이 때의 용액도포량은 건조 후의 두께가 5μm 가 되도록 조정하였다. 이것을 90℃ 에서 2 분간 건조시키고, 추가로 액정의 등방성 전이온도 130℃ 까지 일단 가열 후, 서랭시켜 균일한 배향상태를 유지하였다. 그리고, 80℃ 에서 자외선 조사 (10mW/평방 cm ×1 분) 에 의해 경화시켜 콜레스테릭 액정 화합물을 함유하는 반사 편광자층 A 를 얻었다. 또한 유리판을 준비하고, 이것에 투광성의 이소시아네이트계 접착제 (특수 색료 공업주식회사 제, AD 249 (상품명)) 를 5μm 두께로 도포하고, 그 도포면 상에 상기 반사 편광자층 A 를 전사하여 원하는 반사 원편광자를 얻었다. 이 반사 원편광자의 선택 반사 파장 대역을 측정한 결과, 520∼580nm 로 설계대로의 값이 얻어졌다.

다음에, 중합 액정 화합물을 함유하는 네거티브 C 플레이트층을, 콜레스테릭 선택 반사 파장 대역의 중심치가 350nm 가 되도록 제작하였다. 구체적으로는 중합성 메소겐 화합물로서 BASF 사 제 LC242 (상품명), 중합성 카이럴제로서 BASF 사 제 LC756 (상품명) 을 사용하여 혼합비가 다음과 같이 되도록 사용하였다.

메소겐 화합물 : 카이럴제 ＝ 11.0 : 88.0 (중량비)

네거티브 C 플레이트층 제작의 구체적인 조작은 다음과 같다. 즉, 우선 상기 중합성 카이럴제와 상기 중합성 메소겐 화합물의 혼합물을 시클로펜탄에 용해시켜, 용질농도가 30wt% 가 되도록 조정하였다. 또한, 이 용액에 1wt% 의 반응개시제 (치바가이기 제, Irg907 (상품명)), 및 0.013wt% 의 계면활성제 (빅케미저팬 (BYK-Chemie Japan) 제, BYK-361 (상품명)) 를 첨가하였다.

한편, PET 필름 (도오레제, 루미라 (상품명), 두께 75μm) 을 준비하고, 그 표면을 러빙포로 배향처리하여 배향기판으로 하였다. 다음에, 이 배향기판의 상기 배향처리면 상에 상기 도공용 용액을 와이어바로 도포하였다. 이 때의 용액 도포량은 건조 후의 두께가 6μm 가 되도록 조정하였다. 이것을 90℃ 에서 2 분간 건조시키고, 추가로 액정의 등방성 전이온도 130℃ 까지 일단 가열 후, 서랭시켜 균일한 배향상태를 유지하였다. 그리고, 80℃ 에서 자외선 조사 (10 mW/평방 cm ×1 분) 에 의해 경화시켜 콜레스테릭 액정 화합물을 함유하는 원하는 네거티브 C 플레이트층이 상기 배향기판 상에 형성된 적층체를 얻었다.

또, 이 네거티브 C 플레이트층의 위상차를 측정한 바, 550nm 파장의 광에 대하여 정면방향 (면내 위상차) 에서는 2nm (실질상 0 이라고 간주할 수 있는 값) 이고, 또한 30°경사시켰을 때의 위상차는 160nm (> λ/ 8) 이었다.

또한, 얻어진 반사 원편광자 및 네거티브 C 플레이트층을 사용하여 편광 소자를 제작하였다. 즉, 우선 유리판 위에 반사 원편광자층 A 가 적층된 상기 반사 원편광자를 준비하였다. 다음에, 그 반사 원편광자층 A 위에 상기 네거티브 C 플레이트층을 전사하였다. 즉, 상기 반사 원편광자층 A 위에 투광성 접착제 (특수 색료 공업주식회사 제, AD249 (상품명)) 를 5μm 두께로 도포하고, 그 위에 상기 배향기판 (PET 필름) 상에 형성된 네거티브 C 플레이트층을 접착하고, 배향기판을 박리하여 네거티브 C 플레이트층만을 남겼다. 또한, 그 네거티브 C 플레이트층 상에, 다른 1 층의 반사 원편광자층 A 를 동일하게 하여 전사하여 목적으로 하는 편광 소자를 얻었다. 이 편광 소자는 유리판 상에, 1 층째의 반사 원편광자층 A 와, 네거티브 C 플레이트층과, 2 층째의 반사 원편광자층 A 가 이 순서로 적층되어 있고, 각 층은 접착제층을 개재시켜 접착되어 있다.

다음에, 얻어진 편광 소자의 성능을 평가하였다. 즉, 우선, 상기 편광 소자에, 544nm 에 휘선을 갖는 녹색 확산 광원을 조합하여 편광 광원을 제작하였다. 구체적으로는 엘레밤 제 G0 형 냉음극관과 광산란판 (헤이즈 90% 이상) 을 조합하여 확산 광원으로 하고, 또한 추가로 상기 편광 소자를 조합하여 편광 광원으로 하고, 이것을 직하형 백라이트 장치내에 배치하였다. 또, 상기 광산란판은 상기 편광 소자와 냉음극관 사이에 배치하였다.

상기 편광 광원의 특성을 조사한 바, 법선방향으로는 광선이 출사되지만, 경사 30℃ 이상에서는 투과광선이 감소하고, 경사 45°전후에서는 출사광선이 거의 없었다. 도 16 에, 상기 확산 광원만을 사용하였을 때와, 본 실시예의 편광 소자를 조합하여 편광 광원으로 하였을 때의 각각에 있어서의 출사광선의 출사각도와 상대휘도의 관계를 더불어 나타낸다.

도 16 을 통해, 본 실시예의 편광 소자에 의하면 광을 정면방향으로 효율적으로 집광할 수 있음을 알 수 있다. 사이드라이트형 백라이트와 달리 직하형 백라이트에서는 정면방향으로 렌즈나 프리즘으로 집광하는 것은 일반적으로 곤란하기 때문에, 이것은 해당 편광 소자의 특징이라고 할 수 있다.

다음에, 3 파장 냉음극관을 사용한 액정 표시 장치용 백라이트 (스탠리 전기 제, 사이드라이트ㆍ웨지형 백라이트) 상에 본 실시예의 편광 소자를 배치하여 그 특성을 평가하였다. 이 경우도 법선방향으로는 광선이 출사되지만 경사 30℃ 이상에서는 투과광선이 감소하였다. 편광 소자가 가시광 전역에 대응되지 못했기 때문에 파랑 (435nm) 과 빨강 (610nm) 은 각도를 좁히지 못하고 빠져나왔으나, 시감도가 가장 높은 초록 (545nm) 의 스펙트럼은 커트할 수 있으므로, 집광장치로서의 기능은 확인 할 수 있었다.

(실시예 2)

네거티브 C 플레이트층 대신에 포지티브 C 플레이트층을 사용하는 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 편광 소자를 제작하여 그 성능을 평가하였다. 즉, 우선 하기 구조식으로 표현되는 액정 모노머 (중합성 네마틱 모노머 A 라고 한다) 를 사용하여 중합 액정 화합물을 함유하는 포지티브 C 플레이트층을 제작하였다.

포지티브 C 플레이트층 제작의 구체적인 조작은 다음과 같다. 즉, 우선 중합성 네마틱 모노머 A 를 시클로펜탄에 용해시키고, 용질농도가 30wt% 가 되도록 조정하였다. 추가로, 이 용액에 1wt% 의 반응개시제 (치바가이기 제, Irg907 (상품명)) 를 첨가하여 도공용 용액으로 하였다. 한편, PET 필름 (토오레 제, 루미라 (상품명), 두께 75μm) 을 준비하고, 그 위에 이형처리제 (옥타데실트리메톡시실란) 의 시클로헥산 용액 (0.1 wt%) 을 얇게 도포하고, 건조시켜 수직배향막을 형성하여 배향기판으로 하였다. 그리고, 이 배향기판의 수직배향막 형성면 상에 상기 도공용 용액을 와이어바로 도포하였다. 이 때의 용액도포량은 건조 후의 두께가 2μm 가 되도록 조정하였다. 이것을 90℃ 에서 2 분간 건조시키고, 추가로 액정의 등방성 전이온도 130℃ 까지 일단 가열 후, 서랭시켜 균일한 배향상태를 유지하였다. 그리고, 80℃ 에서 자외선 조사 (10 mW / 평방 cm ×1 분) 에 의해 경화시켜 원하는 포지티브 C 플레이트층이 상기 배향기판 상에 형성된 적층체를 얻었다. 이 포지티브 C 플레이트의 위상차를 측정한 결과, 550nm 의 파장의 광에 대하여는 정면방향에서는 0nm, 30°경사시켜 측정하였을 때의 위상차는 약 170nm (> λ/ 8) 이었다.

또한, 이 포지티브 C 플레이트를 실시예 1 의 네거티브 C 플레이트층 대신에 사용하는 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 편광 소자를 얻었다. 얻어진 편광 소자를 실시예 1 과 동일하게 사용하여 성능을 평가한 결과, 실시예 1 과 대략 동등하였다.

(실시예 3)

다음과 같이 하여, 반사 직선 편광자와 1/4 파장판과 C 플레이트를 포함하는 편광 소자를 제작하여 그 성능을 평가하였다.

우선, 반사 직선 편광자를 제작하였다. 즉, 우선 폴리에틸렌나프탈레이트 (PEN) 와, 나프탈렌디카르복실산-테레프탈산 코폴리에스테르 (co-PEN) 가 교대로 적층되도록, 박막을 피드블록법으로 두께 제어하면서 교대로 겹쳐 쌓아 20 층 적층한 다층막을 얻었다. 또한 이 다층막을 1 축 연신하였다. 이 때의 연신온도는 약 140 도, 연신배율은 TD 방향으로 약 3 배이었다. 이렇게 해서 얻어진 연신 필름 중의 각 박층의 두께는 대략 0.1μm 정도이었다. 이 20 층 적층 필름 연신품을 5 장 더 적층하여 계 100 장 적층품으로서 원하는 반사 직선 편광자 (반사 편광자 B 라고 한다) 를 얻었다. 반사 편광자 B 는 전체의 반사율에 의해, 500nm 이상 600nm 이하의 파장 대역에 있어서의 직선 편광에 대하여 반사기능을 갖는다.

또한, 반사 편광자 B 를 사용하여 편광 소자를 제작하였다. 즉, 우선 네거티브 C 플레이트층을 실시예 1 과 동일하게 하여 제작하고, 그 양측에 폴리카보네이트 제 1 축 연신 필름으로 이루어지는 1/4 파장 위상차판 (닛토덴코 제, NRF 필름 (상품명), 550nm 에서 위상차 (면내 위상차) 135nm) 을 접착하고, 추가로 그 외측에 반사 편광자 B 를 접착하여 원하는 편광 소자를 얻었다. 각 층의 접합 각도는 입사측의 반사 편광자 B 의 투과 편광축 방향을 0°로 하고, 입사측의 1/4 파장판의 면내 지상축 방향이 45°, C 플레이트는 축방위 없음, 출사측의 1/4 판의 면내 지상축 방향이 －45°, 출사측의 편광자의 투과 편광축 방향이 90°가 되도록 접합하였다. 또한, 각 층의 접착은 각 층간에 아크릴계 점착제 (닛토덴코 제 No. 7) 를 25μm 두께로 도포하여 실시하고, 네거티브 C 플레이트층으로부터는 배향기판은 박리되어 액정함유층만을 사용하였다. 얻어진 편광 소자를 실시예 1 과 동일하게 사용하여 성능을 평가한 결과, 실시예 1 과 대략 동등하였다.

(실시예 4)

다음과 같이 하여, 반사 직선 편광자와 1/2 파장 위상차판을 포함하는 편광 소자를 제작하여 그 성능을 평가하였다. 즉, 우선 실시예 3 과 동일하게 하여 제작한 2 개의 반사 편광자 B 와, 폴리카보네이트제 필름 (가네가후치 화학 제) 을 2 축 연신하여 얻어진 정면위상차 270nm (계측파장 550nm), Nz 계수 2.0 의 위상차필름 (1/2 파장판) 을 준비하였다. 그리고, 상기 1/2 파장판을 상기 2 개의 반사 편광자 B 사이에 끼워넣는 배치로 이들 각 층을 접착하여 원하는 편광 소자를 얻었다. 각 층의 접합 각도는 입사측의 반사 편광자 B의 투과 편광축 방향을 0°로 하고, 1/2 파장판의 면내 지상축 방향이 45°, 출사측의 편광자의 투과 편광축 방향이 90°가 되도록 접합하였다. 각 층의 접착은 각 층간에 아크릴계점착제 (닛토덴코 제 No. 7) 를 25μm 두께로 도포하여 사용하여 실시하였다. 이 편광 소자를 실시예 3 과 같이 평가한 결과, 실시예 3 과 동등한 성능을 갖는 것을 알 수 있었다.

(실시예 5)

다음과 같이 하여, 광파장영역에 선택 반사 파장 대역을 갖는 반사 원편광자 (광대역 반사 원편광자) 를 제작하고, 또한 그것과 C 플레이트를 사용하여 편광 소자를 제작하여 성능을 평가하였다.

우선, 광대역 반사 원편광자를 제작하였다. 즉, 우선 하기 구조식으로 표현되는 네마틱 모노머 A (상기와 동일한 것) 및 카이럴 모노머 B 를 준비하였다.

다음에, 상기 네마틱 모노머 A 와 카이럴 모노머 B 를 소정의 비로 혼합하여 중합시키고, 또한 그것을 사용하여 콜레스테릭 액정층을 제작하였다. 또한, 네마틱 모노머 A 와 카이럴 모노머 B 의 혼합비를 바꿔, 선택 반사 파장 대역이 다른 콜레스테릭 액정층을 4 층 제작하였다. 유럽특허출원공개 0834754 호 명세서를 참조하여 제작하였다. 구체적으로는 다음과 같다.

우선, 네마틱 모노머 A 와 카이럴 모노머 B 의 혼합비 (중량비) 및 그것으로부터 계산되는 각 콜레스테릭 액정층의 선택 반사 파장 대역과 그 중심파장은 하기 표 1 과 같다.

A/B	선택 반사 파장 대역	중심파장
9.2/1 10.7/1 12.8/1 14.9/1	430∼490㎚ 480∼550㎚ 540∼620㎚ 620∼710㎚	460㎚ 510㎚ 580㎚ 660㎚

다음에, 네마틱 모노머 A 와 카이럴 모노머 B 를 중합시켜 콜레스테릭 액정 화합물을 합성하였다. 즉, 우선 표 1 에 나타내는 각각의 조성에 의한 혼합물을, 각각 33wt% 테트라히드로푸란 용액으로 하고, 또한 0.5wt% 의 반응개시제 (아조비스이소부티로니트릴) 를 첨가하였다. 이것을 60℃ 에서 질소퍼지한 후, 정법에 의해 중합처리하고, 생성물을 디에틸에테르로 재침분리하고 정제하여 원하는 콜레스테릭 액정 화합물을 얻었다.

한편, 80μm 두께 트리아세틸셀룰로스 (TAC) 필름 (후지사진필름 공업 제, TD-TAC (상품명)) 을 준비하고, 그 표면에 약 0.1μm 두께의 폴리이미드층을 도공하고, 그 폴리이미드층 표면을 레이온 제 러빙포로 러빙처리하여 배향기판으로 하였다. 다음에, 그 러빙처리면 상에, 상기 콜레스테릭 액정 화합물의 10wt% 염화메틸렌 용액을, 와이어바로 건조 후의 두께가 1.5μm 가 되도록 도포하였다. 이것을 140℃ 에서 15 분간 가열처리하고, 그 후 실온으로 서랭시켜 콜레스테릭 액정 화합물의 배향상태를 고정시켜 콜레스테릭 액정층을 얻었다. 합성한 각 콜레스테릭 액정 화합물에 관해서 각각 상기 조작을 실시하고, 표 1 에 나타내는 각 선택 반사 파장 대역을 갖는 콜레스테릭 액정층을 각각 얻었다.

그리고, 얻어진 4 층의 콜레스테릭 액정층을 단파장측으로부터 차례로 접착하여, 약 10μm 두께의 액정복합층을 얻어 원하는 광대역 반사 원편광자로 하였다. 접착은 투명 이소시아네이트계 접착제 (특수 색료 공업제, AD244 (상품명)) 를 각 액정층 표면에 도포하여, 접착후에 편측의 배향기판 (TAC 필름) 을 박리하는 방법으로 순차적으로 실시하였다. 얻어진 광대역 반사 원편광자의 선택 반사기능을 측정한 결과, 430nm∼710nm 에서 선택 반사기능을 갖고 있음을 알 수 있었다.

그리고, C 플레이트층을 실시예 1 과 동일하게 하여 제작하고, 그 양측에 상기 광대역 반사 원편광자를 접착하여 원하는 편광 소자를 얻었다. 접착은 투광성 점착제 (닛토덴코 제 No. 7) 를 각 층간에 25μm 두께로 도포하여 실시예 1 과 같은 조작에 의해 실시하였다. 또, 상하의 반사 원편광자에서, 투과하는 (반사하는) 원편광의 회전방향이 동일해지도록 하였다.

다음에, 본 실시예의 편광 소자의 성능을 실시예 1 과 동일한 방법으로 평가하였다. 녹색 확산 광원을 사용한 평가에서는 실시예 1 의 편광 소자와 동일한 집광성능을 갖고 있는 것이 확인되었다. 또한, 3 파장 냉음극관을 사용한 액정 표시 장치용 백라이트에 의한 평가에서도 실시예 1 과 같이 우수한 집광성능을 나타내었지만, 본 실시예의 편광 소자는 가시광 전역에서 동일한 집광성능을 발휘하는 점에서 실시예 1 의 편광 소자 보다 더욱 우수함을 알 수 있었다.

또, 다른 백라이트 (냉음극관을 사용한 직하형 백라이트, 다마 전기공업 제) 상에 본 실시예의 편광 소자를 배치하여 집광성능을 평가하였다. 이 경우도 법선방향으로는 광선이 출사되지만 경사 30°이상에서는 투과광선이 감소하였다. 그리고, 가시광 전역에서 동일한 집광성능을 발휘함을 알 수 있었다.

(실시예 6)

C 플레이트층의 두께 및 위상차값을 변경하는 것 이외에는 실시예 5 와 동일하게 하여 편광 소자를 제작하고, 또한 실시예 5 와 동일하게 집광성능을 평가하였다. 본 실시예에서는 C 플레이트의 두께는 4μm 로 하고, 그 위상차를 측정한 결과, 정면위상차 1nm, 30°경사시의 위상차 100nm (> λ/ 8) 이었다.

도 17 에, 실시예 5 및 6 의 편광 소자를 각각 확산 광원과 조합하여 편광 광원으로 한 경우, 및 상기 확산 광원만을 사용한 경우의 각각에 있어서의 출사광선의 출사각도와 상대휘도의 관계를 함께 나타낸다. 동 도면을 통해, 모든 편광 소자가 우수한 집광성능을 나타내기는 하지만, 실시예 5 가 보다 집광각도가 샤프하고 정면의 휘도상승도 큰 것을 알 수 있었다.

(실시예 7)

실시예 5 의 편광 소자를 액정 표시 장치에 장착하여 그 표시성능을 평가하였다. 구체적으로는 다음과 같다. 우선, 액정 표시 장치로서는 도시바 제 DynabookSS3430 (상품명) 으로부터 얻은 TFT 액정 표시 장치 (대각 11.3 인치) 를 준비하였다. 이 장치는 사이드라이트형 도광체의 광원을 사용하여 프리즘 시트에 의해 정면으로 집광하는 타입이다. 다음에, 이 액정 표시 장치로부터 프리즘 시트를 제거하고, 장치 이면측 편광자에 대하여, 편광축에 45°의 각도로 1/4 파장판 (닛토덴코 제 NRF-140 (상품명)) 을 접착하고, 추가로 그 위에 실시예 5 에서 얻어진 편광 소자를 접착하였다. 접착은 투광성 점착제 (닛토덴코 제 No.7) 를 두께 25μm 로 도포하여 실시하였다. 이렇게 하여 시판중인 액정 표시 장치를 가공하여, 실시예 5 의 편광 소자가 장착된 원하는 액정 표시 장치를 얻었다. 얻어진 편광 소자가 부착된 액정 표시 장치의 성능을 가공 전 (프리즘 시트 사용시) 과 비교한 결과, 정면에의 집광특성은 프리즘 시트 사용시와 동등하고, 또한 가공 전보다 정면휘도가 20% 향상되어 있음을 알 수 있었다. 이 결과는 프리즘 시트 등의 종래 기술에 대한 본 발명의 편광 소자의 우위성을 나타낸다.

(비교예 1)

C 플레이트층을 사용하지 않고, 2 층의 반사 원편광자를 직접 접합하는 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 편광 소자를 제작하였다. 이 편광 소자의 성능을 평가한 결과, 단일의 반사 원편광자와 동일한 광학기능밖에 얻어지지 않고, 경사 방향에서의 선택적인 반사율의 향상이나 투과율의 저하같은 현상은 보이지 않았다.

(비교예 2)

C 플레이트층 대신에 1/4 파장판을 사용하는 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 하여 편광 소자를 제작하였다. 상기 1/4 파장판으로서는 폴리카보네이트 제 필름의 연신 필름으로 이루어지는 정면위상차 λ/4, Nz 계수 ＝ 1.0 의 A 플레이트 (닛토덴코 제 NRF-140 필름 (상품명), 두께 50μm) 를 사용하였다. 얻어진 편광 소자의 성능을 평가한 결과, 정면투과율이 실시예 1 에 비해 약 1/2 로 저하되는 것 외에, 경사 입사방향의 투과율이 내려가지 않고, 집광이나 평행광화의 기능은 갖지 않았다.

(비교예 3)

시판중인 요오드계 흡수 2 색성 편광자 (닛토덴코 제, NPF-EG1425DU (상품 명)) 를 반사 편광자 B 대신에 사용하는 것 이외에는 실시예 3 과 동일하게 하여 편광 소자를 얻었다. 이 편광 소자의 성능을 평가한 결과, 정면방향의 투과특성과 경사 방향의 흡수특성에 의한 시야각 제한효과는 얻어지지만, 흡수손실이 현저하고, 정면의 밝기는 향상되지 않았다.

(라이트 테이블을 사용한 휘도평가)

실시예 1∼6 및 비교예 1∼3 의 각 편광 소자를, 시판중인 라이트 테이블 (하쿠바 제, 3 파장 형광등, 직하형 확산 광원) 상에 배치하여 연직 상방에 있어서의 휘도 (2°시야) 를 휘도계 (토푸콘 제, BM7 (상품명)) 를 사용하여 측정하였다. 측정치는 라이트 테이블만으로 측정하였을 때의 값을 100 으로 하여 규격화하였다. 측정결과를 표 2 에 나타낸다.

상대휘도
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6 비교예 1 비교예 2 비교예 3	80 78 72 70 82 90 67 21 39

표 2 를 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예의 편광 소자는 라이트 테이블에 사용한 경우에도 정면방향에 대한 우수한 휘도 향상효과를 나타내었다. 또, 실시예의 편광 소자는 도 16 및 도 17 에 나타낸 바와 같이, 액정 표시 장치용 직하형 백라이트에 사용한 경우에는 정면의 상대휘도가 100 (원래의 백라이트의 정면휘도) 을 상회하였지만, 표 2 에서의 상대휘도는 100 을 약간 하회하였다. 이는 시판중인 라이트 테이블에서는 상기 직하형 백라이트의 경우와 비교하여 반사 편광자에서 반사된 복귀광이 다시 법선방향으로 되돌아가는 효율이 약간 나쁘기 때문이다. 그러나, 비교예의 편광 소자와 비교하면 현저히 우수한 정면방향의 휘도 향상효과를 갖고 있음을 알 수 있었다.

삭제

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 편광 소자에 의하면, 정면휘도에 기여하는 수직 입사광의 투과 편광 특성을 저해하지 않고 경사 투과광을 효율적으로 광원측으로 반사시킬 수 있다. 또한, 상기 광원측으로 반사된 경사 투과광 (반사 편광) 을 정면휘도의 향상에 기여할 수 있는 광으로 변환시킴으로써 더욱 휘도를 향상시킬 수도 있다. 그리고, 반사 편광자의 선택 반사 파장 대역을 조정함으로써, 상기 효과를 넓은 파장영역에서 파장의존성이 적게 발휘시킬 수도 있다. 또한, 본 발명의 편광 소자는 종래 기술의 간섭 필터와 휘선 발광 광원의 조합에 의한 평행광화 및 집광 시스템 등과 비교하여 광원의 특성에 대한 의존성이 적기 때문에, 모든 편광 광원 및 화상 표시 장치에 사용할 수 있다. 예를 들어, 액정 표시 소자의 백라이트측의 편광자로서 이용한 경우에는 밝은 시인성에 우수한 표시를 얻을 수 있다. 또한, 광원으로부터 출사된 확산광의 광이용효율이 우수하기 때문에, 고휘도의 편광 광원 장치, 유기 EL 표시 장치, PDP, CRT 등의 화상 표시 장치를 형성할 수도 있다.

Claims (21)

1. 2 층의 반사 편광자와 이들 사이에 배치된 위상차층을 적어도 포함하고, 상기 2 층의 반사 편광자는, 우회전 원편광 및 좌회전 원편광 중 일방을 선택적으로 투과시키고 타방을 선택적으로 반사시키는 반사 원편광자이고, 상기 2 층의 반사 원편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹치며, 상기 위상차층이 하기 식 (I) 및 (II) 의 조건,

   R ≤(λ/ 10) (I)

   R' ≥(λ/ 8) (II)

   을 만족하고,

   식 (I) 및 식 (II) 에 있어서,

   λ는 상기 위상차층에 입사하는 광의 파장이고,

   R 은 Z 축 방향 (법선방향) 으로부터의 입사광에 대한 X 축 방향과 Y 축 방향의 위상차 (면내 위상차) 의 절대치이고, 상기 X 축 방향이란 상기 위상차층의 면내에서 굴절률이 최대가 되는 방향 (면내 지상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Y 축 방향이란 상기 위상차층의 면내에서 상기 X 축 방향에 수직인 방향 (면내 진상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Z 축 방향이란 상기 X 축 방향 및 상기 Y 축 방향에 수직인 상기 위상차층의 두께 방향을 지칭하고,

   R' 는 Z 축 방향에 대하여 30°이상 경사진 방향으로부터의 입사광에 대한 X' 축 방향과 Y'축 방향의 위상차의 절대치이고, 상기 X' 축 방향이란 상기 Z 축 방향에 대하여 30°이상 경사진 입사광의 입사방향에 수직인 상기 위상차층 면내의 축 방향을 지칭하고, 상기 Y' 축 방향이란 상기 입사방향 및 상기 X' 축 방향에 수직인 방향을 지칭하는, 편광 소자.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 2 층의 반사 원편광자를 투과하는 원편광의 회전방향이 서로 동일한, 편광 소자.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 2 층의 반사 편광자와, 이들 사이에 배치된 중간층을 적어도 포함하고,

   상기 2 층의 반사 편광자는, 직교하는 직선 편광 중 일방을 선택적으로 투과시키고 타방을 선택적으로 반사시키는 반사 직선 편광자이고,

   상기 2 층의 반사 직선 편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹치고,

   상기 중간층은 1 층의 광학층으로 이루어지거나, 또는 2 층 이상의 광학층의 적층구조를 포함하고,

   또한 상기 중간층은 입사하는 직선 편광을, 그 입사방향에 따라 편광방향을 변화시키거나 또는 변화시키지 않고 투과시키는 기능을 갖고,

   상기 2 층의 반사 직선 편광자는 그 면내 지상축 방향이, 입사하는 직선 편광 중 입사면과 수직인 방향 (법선방향) 으로부터 입사하는 광을 투과시키고 경사 방향으로부터 입사하는 광을 반사시키는 각도로 배치되어 있는, 편광 소자.
7. 2 층의 반사 직선 편광자와, 이들 사이에 배치된 위상차층과 2 층의 1/4 파장판을 적어도 포함하고,

   상기 1/4 파장판 중 1 층은 상기 반사 직선 편광자 중의 일방과 상기 위상차층 사이에 배치되고,

   다른 1 층의 1/4 파장판은 타방의 반사 직선 편광자와 상기 위상차층 사이에 배치되고,

   상기 2 층의 반사 직선 편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹치고,

   상기 위상차층의 일방의 면측에 위치하는 1/4 파장판은 그 면내 지상축이 동일한 측에 위치하는 반사 직선 편광자의 편광축과 40°∼50°의 각도를 이루고,

   상기 위상차층의 타방의 면측에 위치하는 1/4 파장판은 그 면내 지상축이 동일한 측에 위치하는 반사 직선 편광자의 편광축과 －40°∼－50°의 각도를 이루고,

   상기 2 층의 1/4 파장판의 면내 지상축끼리가 이루는 각도는 임의이며,

   상기 위상차층이 하기 식 (I) 및 (III) 의 조건,

   R ≤(λ/ 10) (I)

   R' ≥(λ/ 4) (III)

   을 만족하고,

   식 (I) 및 (III) 에 있어서,

   λ는 상기 위상차층에 입사하는 광의 파장이고,

   R 은 Z 축 방향 (법선방향) 으로부터의 입사광에 대한 X 축 방향과 Y 축 방향의 위상차 (면내 위상차) 의 절대치이고, 상기 X 축 방향이란 상기 위상차층의 면내에서 굴절률이 최대가 되는 방향 (면내 지상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Y 축 방향이란 상기 위상차층의 면내에서 상기 X 축 방향에 수직인 방향 (면내 진상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Z 축 방향이란 상기 X 축 방향 및 상기 Y 축 방향에 수직인 상기 위상차층의 두께 방향을 지칭하고,

   R' 는 Z 축 방향에 대하여 30°이상 경사진 방향으로부터의 입사광에 대한 X' 축 방향과 Y'축 방향의 위상차의 절대치이고, 상기 X' 축 방향이란 상기 Z 축 방향에 대하여 30°이상 경사진 입사광의 입사방향에 수직인 상기 위상차층 면내의 축 방향을 지칭하고, 상기 Y' 축 방향이란 상기 입사방향 및 상기 X' 축 방향에 수직인 방향을 지칭하는, 편광 소자.
8. 2 층의 반사 직선 편광자와 이들 사이에 배치된 2 층의 1/4 파장판을 적어도 포함하고,

   상기 2 층의 반사 직선 편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹쳐, 상기 1/4 파장판 중 일방의 면내 지상축이, 동일한 측에 위치하는 반사 직선 편광자의 편광축과 40°∼50°의 각도를 이루고,

   타방의 1/4 파장판의 면내 지상축이, 동일한 측에 위치하는 반사 직선 편광자의 편광축과 －40°∼－50°의 각도를 이루고,

   상기 2 층의 1/4 파장판의 면내 지상축끼리가 이루는 각도는 임의이며, 상기 각 1/4 파장판이 각각 하기 식 (IV) 의 조건,

   Nz ≥2.0 (IV)

   단, Nz ＝ (nx－nz) / (nx－ny)

   을 만족하고,

   식 (IV) 에 있어서,

   nx, ny 및 nz 는 각각 상기 1/4 파장판에 있어서의 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향의 굴절률이고, 상기 X 축 방향이란 상기 1/4 파장판의 면내에서 굴절률이 최대가 되는 방향 (면내 지상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Y 축 방향이란 상기 1/4 파장판의 면내에서 상기 X 축 방향에 수직인 방향 (면내 진상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Z 축 방향이란 상기 X 축 방향 및 상기 Y 축 방향에 수직인 상기 1/4 파장판의 두께 방향을 지칭하는, 편광 소자.
9. 2 층의 반사 직선 편광자와 이들 사이에 배치된 1/2 파장판을 적어도 포함하고,

   상기 2 층의 반사 직선 편광자는 편광의 선택 반사에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 적어도 일부가 서로 겹치고,

   상기 1/2 파장판의 면내 지상축이, 일방의 반사 직선 편광자의 편광축과 40°∼50°의 각도를 이루고,

   또한 타방의 반사 직선 편광자의 편광축과 －40°∼－50°의 각도를 이루고,

   상기 1/2 파장판이 하기 식 (V) 의 조건,

   Nz ≥1.5 (V)

   단, Nz ＝ (nx－nz) / (nx－ny)

   을 만족하고,

   식 (V) 에 있어서,

   nx, ny 및 nz 는 각각 상기 1/2 파장판에 있어서의 X 축 방향, Y 축 방향 및 Z 축 방향의 굴절률이고, 상기 X 축 방향이란 상기 1/2 파장판의 면내에서 굴절률 이 최대가 되는 방향 (면내 지상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Y 축 방향이란 상기 1/2 파장판의 면내에서 상기 X 축 방향에 수직인 방향 (면내 진상축 방향) 을 지칭하고, 상기 Z 축 방향이란 상기 X 축 방향 및 상기 Y 축 방향에 수직인 상기 1/2 파장판의 두께 방향을 지칭하는, 편광 소자.
10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 2 층의 반사 직선 편광자에 있어서의 선택 반사 파장 대역의 서로 겹치는 영역이, 540∼560nm 의 파장범위를 포함하는, 편광 소자.
11. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 위상차층은 플래너 배향상태에서 고정된 콜레스테릭 액정 화합물을 함유하고, 상기 위상차층의 선택 반사 파장 대역이 가시광 영역 (380nm∼780nm) 이외의 파장영역에 존재하는, 편광 소자.
12. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 위상차층은 호메오트로픽 배향상태로 고정된 막대상 액정 화합물을 함유하는, 편광 소자.
13. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 위상차층은 네마틱상 또는 컬럼너상 배향상태로 고정된 디스코틱 액정 화합물을 함유하는, 편광 소자.
14. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 위상차층은 2 축 배향된 비액정 폴리머를 포함하는, 편광 소자.
15. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,

    상기 위상차층이 음의 1 축성을 갖는 무기 층상 화합물을 함유하고, 상기 무기 층상 화합물의 배향상태는 상기 위상차층의 광축 방향이 면과 수직인 방향 (법선방향) 이 되도록 고정되어 있는, 편광 소자.
16. 제 1 항에 있어서,

    적어도 정면방향에서 1/4 파장판 기능을 갖는 또 하나의 층을 추가로 포함하고, 상기 층은 상기 2 층의 반사 원편광자 중 시인측에 위치하는 반사 원편광자의 더욱 외측에 배치되어 있는, 편광 소자.
17. 제 16 항에 있어서,

    흡수 2 색성 편광판을 추가로 포함하고, 상기 흡수 2 색성 편광판은 상기 적어도 정면방향에서 1/4 파장판 기능을 갖는 또 하나의 층의 더욱 외측에 배치되어 있는, 편광 소자.
18. 제 1 항, 또는 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

    각 구성요소는 투광성의 접착제 또는 점착제의 층을 개재시켜 적층되어 있는, 편광 소자.
19. 광원;

    반사층; 및

    제 1 항, 또는 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 소자를 포함하고, 상기 편광 소자는 상기 반사층을 개재시켜 상기 광원 위에 적층되어 있는, 편광 광원.
20. 제 19 항에 기재된 편광 광원을 포함하고, 상기 편광 소자 위에 추가로 액정 셀이 적층되어 있는, 액정 표시 장치.
21. 제 1 항, 또는 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 편광 소자를 포함하는, 화상 표시 장치.

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