JPH11231130A

JPH11231130A - 偏光素子、光学素子、照明装置及び液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11231130A
Application number: JP10044387A
Authority: JP
Inventors: Tadayuki Kameyama; 忠幸亀山; Hironori Motomura; 弘則本村; Naoki Takahashi; 直樹高橋
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 1999-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】円偏光二色性の広帯域性と偏光度に優れ、し
かも配向性に優れる偏光素子を得て、輝度と視角特性に
優れる液晶表示装置を形成できる光学素子、照明装置の
開発。【解決手段】厚さが５μm以下で、ヘイズが１０％以
下のコレステリック液晶層（１２，１３，１４）の重畳
層からなる偏光素子、及びその偏光素子と１／４波長
板、視角補償板又は偏光板の１層又は２層以上との積層
体からなる光学素子、並びに前記の偏光素子又は光学素
子と面光源又は液晶セルを有する照明装置又は液晶表示
装置。【効果】配向性に優れるコレステリック液晶層の重畳
方式により容易に厚さを増大でき、円偏光二色性の広帯
域性と偏光度と配向性に優れて視角変化による色変化が
少ない偏光素子が得られる。

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向
上や表示ムラの抑制などに好適な偏光素子、並びにそれ
を用いた光学素子及び照明装置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、入射光の約半分が吸収されてロスと
なる偏光板の難点を克服して液晶表示装置の輝度を向上
させうる偏光素子として、円偏光二色性、すなわち自然
光を円偏光からなる反射光と透過光に分離する性質を示
すコレステリック液晶層と１／４波長板の積層体からな
る素子が知られていた。この素子は、それを光源と液晶
セルの間に配置してコレステリック液晶層を透過した円
偏光を１／４波長板にて直線偏光に変換し、それを偏光
板に偏光軸を一致させて入射させ、吸収ロスを防止する
ようにしたものである。

【０００３】前記において、通例のコレステリック液晶
層では円偏光二色性を示す波長域が狭いためその広帯域
化を目的に円偏光二色性の波長域が相違する複数のコレ
ステリック液晶層を重畳したものや、螺旋ピッチを厚さ
方向に変化させたものが知られていた（特開平１−１３
３００３号公報、特開平６−２８１８１４号公報）。

【０００４】またコレステリック液晶層の配向性を高め
てモニター等に好適な広視角特性を付与したり、ノート
型パソコン等に好適な視認方向に集光性をもたせたもの
や（特開平９−２８７６７７号公報、特開平９−２９３
２７７号公報、特開平９−３１４５００号公報、特開平
９−３１４５０１号公報）、コレステリック液晶層の厚
さを増やして円偏光二色性の偏光度を向上させたものな
ども知られていた（J.Phys.D:Appl.Phys.,8,1975）。

【０００５】しかしながら、前記の従来技術では、例え
ば円偏光二色性の広帯域化と偏光度の向上を目的にコレ
ステリック液晶層の厚さを増やすと配向性が低下する問
題などを生じて、配向度と偏光度の両方を向上させるこ
とが困難な問題点があった。

【０００６】

【発明の技術的課題】本発明は、円偏光二色性の広帯域
性と偏光度に優れ、しかも配向性に優れる偏光素子を得
て、輝度と視角特性に優れる液晶表示装置を形成できる
光学素子、照明装置の開発を課題とする。

【０００７】

【課題の解決手段】本発明は、厚さが５μm以下で、ヘ
イズが１０％以下のコレステリック液晶層の重畳層から
なることを特徴とする偏光素子、及びその偏光素子と１
／４波長板、視角補償板又は偏光板の１層又は２層以上
との積層体からなることを特徴とする光学素子を提供す
るものである。

【０００８】また本発明は、前記の偏光素子又は光学素
子と液晶セルを有することを特徴とする液晶表示装置、
及び前記の偏光素子又は光学素子を面光源の上方に有す
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。

【０００９】

【発明の効果】本発明によれば、配向性に優れるコレス
テリック液晶層の重畳方式により容易に厚さを増大させ
ることができて、円偏光二色性の広帯域性と偏光度と配
向性に優れ、視角変化による色変化が少ない偏光素子を
得ることができ、それを用いて輝度と視角特性に優れる
液晶表示装置を形成できる光学素子と照明装置を得るこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施形態】本発明による偏光素子は、厚さが５
μm以下で、ヘイズが１０％以下のコレステリック液晶
層の重畳層からなる。その例を図１、図２に示した。１
が偏光素子で、１２，１３，１４，１５がコレステリッ
ク液晶層であり、１１は必要に応じての透明基材であ
る。なお図２は、偏光素子１の上に１／４波長板２を設
けてなる光学素子を例示したものである。

【００１１】重畳に用いるコレステリック液晶層は、厚
さが５μm以下で、ヘイズが１０％以下のものである。
これにより配向性に優れるものとすることができる。配
向性等の点より好ましく用いうるコレステリック液晶層
は、厚さが４．５μm以下、就中１〜４μm、特に２〜３
μmで、ヘイズが９％以下、就中８％以下、特に５％以
下のものである。配向性に優れる偏光素子とすることに
より、１／４波長板と組合せて液晶表示装置に適用した
場合に、輝度を向上させて表示ムラ等の視認不良を抑制
することができる。

【００１２】コレステリック液晶は、グランジャン配向
により自然光を反射と透過を介して左右の円偏光に分離
する円偏光分離機能を示すものであるが、本発明におい
てはかかる円偏光分離機能を示す適宜なコレステリック
液晶層を用いうる。従ってコレステリック液晶層は、低
分子量コレステリック液晶のセル体などからなっていて
もよいが、取扱性や薄膜性などの点よりコレステリック
液晶ポリマーからなるものが好ましい。

【００１３】前記の場合、偏光素子の形成に用いるコレ
ステリック液晶ポリマーからなるコレステリック液晶層
は、例えばコレステリック液晶ポリマーフィルム等の単
層物やそれをプラスチックフィルム等で支持した複層物
などとして得ることができる。液晶表示装置等の視野角
拡大などの点より好ましいコレステリック液晶層は、コ
レステリック液晶ポリマーがドメイン等の欠陥の少ない
状態でグランジャン配向したものである。

【００１４】前記コレステリック液晶ポリマーには、適
宜なものを用いてよく、特に限定はない。従って液晶配
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等の種
々のものを用いうる。複屈折率差の大きいコレステリッ
ク液晶ポリマーほど円偏光二色性（選択反射）の波長域
が広くなり、重畳層数の軽減や大視野角時の波長シフト
に対する余裕等の点より好ましい。なお液晶ポリマーと
しては、取扱い性や実用温度での配向の安定性などの点
より、ガラス転移温度が３０〜１５０℃のものが好まし
い。

【００１５】ちなみに、前記した主鎖型の液晶ポリマー
の例としては、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。

【００１６】また側鎖型の液晶ポリマーの例としては、
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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】コレステリック液晶ポリマーからなるコレ
ステリック液晶層の形成は、従来の低分子液晶の配向処
理に準じた方法にて行うことができる。ちなみにその例
としては、透明基材上にポリイミドやポリビニルアルコ
ール、ポリエステルやポリアリレート、ポリアミドイミ
ドや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、又はＳｉＯ₂の斜方蒸着
層、又は延伸処理による配向膜等からなる適宜な配向膜
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。

【００２０】前記の透明基材としては、例えばトリアセ
チルセルロースやポリビニルアルコール、ポリイミドや
ポリアリレート、ポリエステルやポリカーボネート、ポ
リスルホンやポリエーテルスルホン、アモルファスポリ
オレフィンや変性アクリル系ポリマー、エポキシ系樹脂
の如きプラスチックからなる単層フィルム又は積層フィ
ルムあるいは延伸フイルム、あるいはガラス板などの適
宜なものを用いうる。薄型化等の点よりは、プラスチッ
クフィルムが好ましい。

【００２１】液晶ポリマーの展開は、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
方法で薄層展開し、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。

【００２２】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て展開
し、必要に応じその溶融温度を維持しつつ更に薄層に展
開して固化させる方法などの、溶媒を使用しない方法、
従って作業環境の衛生性等が良好な方法によっても液晶
ポリマーを展開させることができる。

【００２３】液晶ポリマーの展開層を配向させるための
加熱処理は、上記した如く液晶ポリマーのガラス転移温
度から等方相転移温度までの温度範囲、すなわち液晶ポ
リマーが液晶相を呈する温度範囲に加熱することにより
行うことができる。また配向状態の固定化は、ガラス転
移温度未満に冷却することで行うことができ、その冷却
条件については特に限定はない。通例、前記の加熱処理
を３００℃以下の温度で行いうることから、自然冷却方
式が一般に採られる。なおコレステリック液晶ポリマー
の展開液には安定剤や可塑剤や金属類などの種々の添加
剤を必要に応じて配合することができる。

【００２４】前記において透明基材上に形成する液晶ポ
リマーの固化層の厚さは、上記した如く配向乱れや透過
率低下の防止などの点より５μm以下とされるが、その
透明基材上に形成された液晶ポリマー固化層は、透明基
材との一体物としても用いうるし、透明基材より剥離し
てフィルム等として用いることもできる。従ってコレス
テリック液晶層を重畳してなる偏光素子は、図１に例示
した如くその重畳層の中間又は外側に透明基材１１を有
するものであってもよい。

【００２５】またかかる透明基材の一部又は全部は、コ
レステリック液晶層を重畳するための、あるいは偏光素
子を他部材と積層するための透明接着層と置換すること
もできる。従って偏光素子は、その重畳層の中間又は外
側に必要に応じて透明基材と共に透明接着層を有するも
のであってもよい。透明接着層の形成には、粘着剤など
の適宜な接着剤を用いうる。なお前記において、コレス
テリック液晶層を透明基材との一体物として用いる場合
その全厚は、薄型化などの点より５００μm以下、就中
５〜３００μm、特に１０〜２００μmであることが好ま
しい。

【００２６】重畳するコレステリック液晶層の組合せ
は、任意であるが、円偏光二色性の波長範囲の拡大（広
帯域化）などの点よりは、円偏光二色性の中心波長が異
なるコレステリック液晶層の組合せとすることが好まし
い。すなわちコレステリック液晶は、クランジャン配向
の螺旋ピッチの相違に基づいて波長特性の異なる円偏光
分離機能を示し、円偏光二色性の中心波長が異なるコレ
ステリック液晶層を重畳することでそれらの円偏光二色
性が複合して、分離機能の波長域を拡大することができ
る。

【００２７】ちなみに、円偏光二色性の中心波長が３０
０〜９００nmの範囲にあるコレステリック液晶層の数種
を螺旋ピッチの異なる組合せにて、かつ同じ方向の円偏
光を反射する組合せにて重畳することにより、可視光域
をカバーできる偏光素子を効率的に形成することができ
る。なお同じ方向の円偏光を反射するもの同士の組合せ
にて重畳する点は、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。

【００２８】コレステリック液晶層の重畳は、前記した
円偏光二色性の広帯域化に加えて厚さの増大による偏光
度の向上にも有効であり、偏光度の点では重畳によりコ
レステリック液晶層の厚さを大きくするほど有利であ
る。従ってコレステリック液晶層の重畳数は、目的とす
る円偏光二色性の広帯域化や偏光度などに応じて２層以
上の適宜な数とすることができ、一般には２０層以下、
就中２〜１５層、特に３〜１０層の重畳数とされる。

【００２９】コレステリック液晶層の重畳は、例えば単
なる重ね置き方式や上記した如く透明接着層を介した接
着処理方式などの適宜な方式で行うことができる。その
場合、コレステリック液晶層の重畳順序は、視角変化に
よる色変化の抑制などの点より、ひいては液晶表示装置
等に適用した場合の視角特性などの点より重畳方向に、
すなわち厚さ方向にコレステリック液晶層の円偏光二色
性の中心波長に基づきグランジャン配向の螺旋ピッチが
増加又は減少する順序が好ましい。

【００３０】前記において、重畳方向に円偏光二色性の
中心波長に基づく螺旋ピッチの逆転層があると、すなわ
ち螺旋ピッチの変化が極大点又は極小点を示すものとな
ると、透過光が視角変化で大きく色変化して液晶表示装
置等に適用した場合に視角特性が著しく低下する場合が
ある。

【００３１】偏光素子を形成するコレステリック液晶層
は、厚さ方向に螺旋ピッチが変化しないものであっても
よいし、変化するものであってもよい。厚さ方向に螺旋
ピッチが変化するコレステリック液晶層は、上記した如
くその螺旋ピッチに幅を有することに基づいて広い円偏
光二色性の波長域を示す利点を有している。

【００３２】螺旋ピッチが厚さ方向に変化するコレステ
リック液晶層の製造は、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、円偏光二色性の中心波長が異なるものの組合せにて
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で行うことができる。

【００３３】上記した透明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コレステリック液晶層、ひい
ては本発明による偏光素子を得ることができる。

【００３４】なお厚さ方向に螺旋ピッチが変化するコレ
ステリック液晶層は、連続した円偏光二色性の波長域を
示すものであってもよいし、不連続な円偏光二色性の波
長域を示すものであってもよい。色ムラ防止等の点より
好ましいコレステリック液晶層は、連続した円偏光二色
性の波長域を示すものである。

【００３５】連続した円偏光二色性の波長域を示すコレ
ステリック液晶層の製造は、例えば上記した熱圧着操作
等で形成した厚さ方向に螺旋ピッチが変化するコレステ
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層
を形成する方法などにより行うことができる。

【００３６】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コレステリック液
晶層を形成し、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円偏光二色性の波長域を示す領域
を形成する。

【００３７】従って、上下の層で円偏光二色性の波長域
が重複しないコレステリック液晶ポリマー層の組合せ、
すなわち円偏光二色性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
を埋めて円偏光二色性の波長域を連続化することができ
る。

【００３８】よって例えば、円偏光二色性の波長域が５
００nm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、前記波長域の不連続
域である５００〜６００nmの波長域の光についても円偏
光二色性を示すコレステリック液晶層を得ることがで
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、広い円偏光二色性の波長域を示すコレステリック液
晶層を形成しうることを意味する。

【００３９】偏光素子の形成に用いる、厚さ方向に螺旋
ピッチが変化するコレステリック液晶層は、円偏光二色
性の低下防止などの点よりその螺旋ピッチ差が１００nm
以下、就中８５nm以下、特に８０nm以下であることが好
ましい。なお、厚さ方向に螺旋ピッチが変化するコレス
テリック液晶層を部分的に又は全体として用いてなる偏
光素子の場合にも、上記した厚さ方向に螺旋ピッチが増
加又は減少する重畳順序構造を満足することが好まし
い。

【００４０】本発明による偏光素子は、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、
１／４波長板や視角補償板、あるいは偏光板などからな
る適宜な光学層の１層又は２層以上と積層してなる光学
素子として用いることもできる。光学層は、偏光素子の
片面又は両面の適宜な位置に配置することができる。

【００４１】光学素子の例を図２、図３に示した。２は
１／４波長板で、２１，２２は位相差層、３は偏光板で
ある。図例の如く１／４波長板２は、１層又は２層以上
の位相差層２１，２２の重畳体からなっていてもよく、
光学素子の形成に用いる光学層は単層物や複層物の如く
適宜な層形態を有するものであってよい。

【００４２】１／４波長板は、図２、図３に例示の如く
偏光素子１の片面又は両面に設けて偏光素子を透過した
又は偏光素子で反射され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。

【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
の補償等の点より正面位相差が１００〜１８０nmのもの
が好ましく用いうる。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
好ましく用いうる。

【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】前記において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好ましく用いうる１／４波長
板、ないし位相差層は、１／４波長板を偏光素子におけ
る螺旋ピッチが大きいコレステリック液晶ポリマー層側
に配置する場合には、式：（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−ｎ_y）
で表されるＮ_zが１．１〜−１、就中−０．２〜−０．
８のものである。一方、偏光素子における螺旋ピッチが
小さいコレステリック液晶ポリマー層側に配置する場合
には、Ｎ_zが−０．５〜−２．５、就中−０．８〜−
２．０の１／４波長板ないし位相差層が好ましい。

【００４６】上記した位相差層は、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。一般には例え
ばポリカーボネートやポリエステル、ポリスルホンやポ
リエーテルスルホン、ポリスチレンやポリエチレン、ポ
リプロピレンの如きポリオレフィン、ポリビニルアルコ
ールや酢酸セルロース系ポリマー、ポリ塩化ビニルやポ
リ塩化ビニリデン、ポリアリレートやポリメチルメタク
リレート、ポリアミド等のプラスチックからなる延伸フ
ィルム、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】上記した厚さ方向の屈折率が大きい位相差
層は、前記のポリマー等をキャスティング法や押出法等
の適宜な方式で形成したフィルムを、例えば熱収縮性フ
ィルムとの接着下に一軸や二軸等の方式で加熱延伸する
方式などの適宜な方式で形成することができる。位相差
層における上記△ｎｄやＮ_z等の特性は、フィルムの材
質や厚さ、延伸倍率や延伸温度等の条件を変えることに
より制御することができる。位相差層の一般的な厚さ
は、単層物に基づき１０〜５００μm、就中２０〜２０
０μm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
マーで形成する場合、上記コレステリック液晶層の場合
に準じ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等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３に例示の如く
１／４波長板２の上方に、偏光板３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、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うる。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、上記の透明基材や位相差層等で例示
したものなどの適宜なものを用いうる。

【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】本発明による偏光素子や光学素子は、照明
装置や液晶表示装置などの各種装置の形成に好ましく用
いることができ、例えば照明装置や液晶表示装置は、偏
光素子又は光学素子と面光源又は液晶セルを組合せるこ
とにより形成することができる。ちなみに上記した偏光
素子と１／４波長板からなり、必要に応じて１／４波長
板の上側に偏光板を有する光学素子は、自然光等の光源
からの光を偏光素子を介し反射光と透過光として左右の
円偏光に分離し、その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などに供給
しうるようにしたものである。

【００５７】従って図４、図５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
プなどの適宜な面光源４の上方に配置して、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、導光板４の側面に光
源４２を配置してなる。

【００５８】前記図例の照明装置によれば、光源４２よ
りの光が導光板４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
面側に配置した偏光素子１を所定の円偏光や楕円偏光と
して透過し、１／４波長板２を介し直線偏光化されて偏
光板３に入射する。一方、所定外の円偏光として偏光素
子１で反射された光は、導光板に再入射して裏面等に配
置された反射層４１を介し反射され、戻り光として再び
偏光素子１に入射する。

【００５９】前記の偏光素子による反射光は、導光板の
裏面で反射される際に偏光状態が変化させられ、一部又
は全部の反射光が偏光素子を透過しうる所定の円偏光と
なる。従って偏光素子による反射光は、その偏光素子を
透過しうる所定の円偏光となるまで偏光素子と導光板と
の間に閉じ込められて、それらの間で反射を繰り返す。

【００６０】前記の如くサイドライト型導光板では、反
射光が偏光素子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偏光状態が変換されて偏光
素子を透過しうる状態となり、入射光の初期透過光と共
に出射され、これにより反射ロスによる光の未利用分が
低減される。

【００６１】一方、偏光素子より出射した光は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。

【００６２】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４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。

【００６３】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。

【００６４】一方の面側に光を出射する導光板は、それ
自体で偏光素子で反射された光を偏光変換する機能を有
しうるが、導光板の裏面に反射層４１を設けることで反
射ロスをほぼ完全に防止することができる。拡散反射層
や鏡面反射層などの反射層は、偏光素子で反射された光
を偏光変換する機能に優れ、本発明においては好ましく
用いうる。

【００６５】ちなみに凹凸面等で代表される拡散反射層
は、その拡散に基づいて偏光状態がランダムに混在して
偏光状態を解消する。また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は、円偏光が反射されるとその偏
光状態が反転する。

【００６６】照明装置の形成に際しては、図５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５、均一な発光を得るための
拡散板、漏れ光を戻すための反射手段、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４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。

【００６７】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反射光の位相
を変化させる偏光変換手段として機能しうる。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。

【００６８】本発明において、光学素子や照明装置を形
成する偏光素子や１／４波長板、偏光板や導光板等の各
部品は、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。形成部品の積層一体化は、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、偏光素子
や１／４波長板、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。

【００６９】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
からの熱で偏光素子や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。

【００７０】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。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２×１０⁵〜１×１０⁷dy
ne／cm²、就中２×１０⁶〜８×１０⁶dyne／cm²のものが
好ましい。

【００７１】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。

【００７２】積層一体化した光学素子等の形成方式とし
ては、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。

【００７３】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。

【００７４】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。

【００７５】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コレステリック液晶層や１／４
波長板、偏光板や導光板、接着層や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。

【００７６】上記のように本発明による偏光素子や光学
素子は、サイドライト型導光板等の適宜な面光源と組合
せて、偏光素子による反射円偏光を偏光変換して出射光
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
することもできる。

【００７７】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。

【００７８】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６、図７に例示した。こ
れは、照明装置を形成する導光板４の光出射面側に、偏
光素子ないし光学素子を介して液晶セル６を配置したも
のであり、液晶セル６は、図例の如く光学素子の１／４
波長板２の側、すなわち照明装置の光出射側に配置され
る。なお図中、６１は偏光板、７は視認光拡散用の光拡
散板である。

【００７９】本発明による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。

【００８０】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視角補償板等の
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
ルの視認背面側に偏光素子あるいは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。

【００８１】また本発明による偏光素子や光学素子や照
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。

【００８２】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視角補償板などの適宜な光学
層を適宜に配置することができる。ちなみに輝度の向上
等を目的に通例、バックライトと液晶セル間に配置され
る複数のポリマーの薄膜を積層した光学層（特開平４−
２６８５０５号公報、ＰＣＴ公開９５／１７６９１号公
報）なども配置することができる。

【００８３】前記の視角補償板は、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
るものであり、本発明においては上記した如く偏光素子
等と積層した光学素子としても用いうる。視角補償板
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。

【００８４】なお視角補償板としては、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。視角補
償板は、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。

【００８５】

【実施例】実施例１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、厚さ５０μ
m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（約０．１μm厚）にワイヤバーにて塗
工し、１５０±２℃で５分間加熱配向処理したのち室温
で放冷して、厚さ２μmのコレステリック液晶層を形成
する方式にて、円偏光二色性の波長域が４００〜５００
nm、４５０〜５５０nm、５００〜６００nm又は６００〜
７００nmで、左円偏光を透過し、ヘイズが２％の４種の
コレステリック液晶層を得た。

【００８６】ついで、前記の円偏光二色性の波長域が４
００〜５００nmのコレステリック液晶層と４５０〜５５
０nmのコレステリック液晶層を液晶面を密着させて１５
０±２℃で２分間加熱配向処理して、厚さ方向の螺旋ピ
ッチ差が３５nmで、４００〜５５０nmの波長域で円偏光
二色性を示す（重畳）コレステリック液晶層を得た。ま
た円偏光二色性の波長域が５００〜６００nmのコレステ
リック液晶層と６００〜７００nmのコレステリック液晶
層を用いて前記に準じ厚さ方向の螺旋ピッチ差が６５nm
で、５００〜７００nmの波長域で円偏光二色性を示す
（重畳）コレステリック液晶層を得た。

【００８７】次に、前記で得た４００〜５５０nmの波長
域で円偏光二色性を示す（重畳）コレステリック液晶層
の螺旋ピッチが大きい側に、５００〜７００nmの波長域
で円偏光二色性を示す（重畳）コレステリック液晶層を
螺旋ピッチが小さい側を接着面として厚さ２０μmの透
明なアクリル系粘着層を介して重畳し、偏光素子を得
た。

【００８８】前記で得た偏光素子の螺旋ピッチの大きい
側に、ポリカーボネートの延伸フィルムからなる正面位
相差１４０nm、Ｎ_z−０．３５の１／４波長板を厚さ２
０μmのアクリル系粘着層を介し接着して光学素子を
得、その偏光素子側に面光源を配置して照明装置を得
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
けたものからなり、それを厚さ２０μmのアクリル系粘
着層を介し偏光素子の下に配置し、プレス圧着して積層
一体化した。

【００８９】実施例２Ｎ_zが−１．５の１／４波長板を偏光素子の螺旋ピッチ
の小さい側に接着したほかは実施例１に準じ光学素子と
照明装置を得た。

【００９０】比較例１１／４波長板を偏光素子の螺旋ピッチの小さい側に接着
したほかは実施例１に準じ光学素子と照明装置を得た。

【００９１】比較例２実施例１に準じて得た円偏光二色性の波長域が４００〜
５００nm、４５０〜５５０nm、５００〜６００nm又は６
００〜７００nmで、左円偏光を透過し、ヘイズが２％の
４種のコレステリック液晶層を、先ず実施例１に準じて
円偏光二色性の波長域が４００〜５００nmのコレステリ
ック液晶層と４５０〜５５０nmのコレステリック液晶層
を用いて（重畳）コレステリック液晶層としたのち、そ
の螺旋ピッチの大きい側の三酢酸セルロースフィルムを
剥離し、その剥離面に液晶層を密着させる方式で円偏光
二色性の波長域が５００〜６００nmのコレステリック液
晶層と６００〜７００nmのコレステリック液晶層を前記
に準じ螺旋ピッチ順に重畳処理して、厚さ方向の螺旋ピ
ッチ差が１２５nmで、４００〜７００nmの波長域で円偏
光二色性を示す４層重畳のコレステリック液晶層からな
る偏光素子を得た後、それを用いて実施例１に準じ光学
素子と照明装置を得た。

【００９２】評価試験ヘイズ実施例、比較例で得た偏光素子を形成する（重畳）コレ
ステリック液晶層のヘイズを調べた（日本電色工業社
製、ＮＤＨ−２０Ｄ）。

【００９３】偏光度実施例、比較例で得た照明装置の出射光における偏光度
を調べた。

【００９４】輝度向上度実施例、比較例で得た照明装置の光出射側に偏光板を、
最大輝度を示す軸角度に調節して配置し、その正面方向
の輝度を調べて（トプコン社製、ＢＭ−７）、光学素子
がない状態での正面輝度を１００とした場合の割合によ
る輝度向上度を求めた。

【００９５】視角特性実施例、比較例で得た照明装置の光出射側に偏光板を最
大輝度を示す軸角度に調節して配置して視角変化による
色変化を調べると共に、偏光板上より目視観察により表
示ムラを調べて、視角特性を評価した。

【００９６】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】光学素子例の断面図

【図３】他の光学素子例の断面図

【図４】照明装置例の断面図

【図５】他の照明装置例の断面図

【図６】液晶表示装置例の断面図

【図７】他の液晶表示装置例の断面図

【符号の説明】

１：偏光素子１１：支持基材１２，１３，１４，１５：コレステリック液晶層２：１／４波長板２１，２２：位相差層３：偏光板４：導光板（面光源）４１：反射層４２：光源５：プリズムアレイ層６：液晶セル（液晶表示装置）６１：偏光板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚さが５μm以下で、ヘイズが１０％以
下のコレステリック液晶層の重畳層からなることを特徴
とする偏光素子。
【請求項２】請求項１において、グランジャン配向の
螺旋ピッチが厚さ方向に変化し、その螺旋ピッチ差が１
００nm以下のコレステリック液晶層を円偏光二色性の中
心波長が異なる組合せにて重畳したものからなる偏光素
子。
【請求項３】請求項１又は２において、グランジャン
配向の螺旋ピッチが厚さ方向に増加又は減少する偏光素
子。
【請求項４】請求項１〜３において、重畳層の中間又
は外側に透明基材又は透明接着層を有する偏光素子。
【請求項５】請求項１〜４に記載の偏光素子と１／４
波長板、視角補償板又は偏光板の１層又は２層以上との
積層体からなることを特徴とする光学素子。
【請求項６】請求項５において、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としたとき、式：（ｎ_x−ｎ_z）／（ｎ_x−
ｎ_y）で表されるＮ_zが１．１〜−１の１／４波長板を偏
光素子における螺旋ピッチが大きいコレステリック液晶
ポリマー層側に有する、又は前記のＮ_zが−０．５〜−
２．５の１／４波長板を偏光素子における螺旋ピッチが
小さいコレステリック液晶ポリマー層側に有する光学素
子。
【請求項７】請求項１〜４に記載の偏光素子又は請求
項５若しくは６に記載の光学素子と面光源又は液晶セル
を有することを特徴とする照明装置又は液晶表示装置。
【請求項８】請求項７において、面光源を有する照明
装置の光出射側に液晶セルを有する液晶表示装置。