WO1997043671A1 - Polarization converter, optical converter, electronic apparatus and process for producing polarization converter - Google Patents

Description

明 細 書 偏光変換装置、 光学変換装 g、 電子機器及び偏光変換装置の製造方法 枝術分野

本発明は、 複数の偏光面を持つ自然光を入射させて、 その中の特定の偏光面を 多く持つ光束を取り出すときに、 他の偏光面を持つ光束を回転させて加えること で、 特定の偏光面を持つ光束を増加させて取り出すことのできる偏光変換装置及 びその製造方法に関する。 さらに本発明は、 この偏光変換装置を用いた光学変換 装置、 およびこの光学変換装置を用いた電子機器に関する。 背景枝術

偏光作用を用いる光学変換装置の一例として液晶表示装置が挙げられる。 この 液晶表示装置としては、 例えば図 2 3に示すバックライ ト方式の液晶表示装置 3 0 0が知られている。 この液晶表示装置 3 0 0にあっては、 バックライ 卜 3 1 0 から液晶セル 3 2 0に向かう光入射方向において、 液晶セル 3 2 0の前段に偏光 子 3 3 0を配置し、 その液晶セル 3 2 0を透過した光束を検光子 3 4 0を通過さ せる構成を有する。

二こで、 バックライ ト 3 1 0より出射される光は、 あらゆる方向に偏光面を有 するが、 その光は例えば、 縱軸にベク トル成分を有する光束と、 その縦軸に直交 する横軸にべク 卜ル成分を有する光束とを合成したものと考えることができる。 光学的には、 前者が P波と称され、 後者が S波と称され Iる。

偏光子 3 3 0では、 例えば縦軸にベク トル成分を持つ光束を透過させ、 横軸に べク トル成分を持つ光束は透過せずに吸収乂は反射するものであり、 液晶表示装 置に用いられるのはこのうち一方を吸収する夕イブである。 ノーマリーホワイ ト の液晶表示装置では、 検光子 3 4 0を通過できる光の偏光面は、 偏光子 3 3 0を 通過した光を、 さらに液晶セル 3 2 0にて所定の'リイス ト角度だけ捻った偏光面 に一致させている。

自然光の場合、 偏光面の縦軸、 ¾軸のベク トル成分はそれぞれ 5 0 %ずつであ 1

り、 偏光子 3 3 0を通過させることで、 理想上でも 5 0 %の光；まカッ トされる。 実際には、 入射光の強度を 1 0 0 %とすると、 光の損失のために偏光子 3 3 0を 通過する光は 3 5 %以下である。

反射型の液晶表示装置においても、 光の入射側に位置する偏光子の光通過能力 は上記のバックライ ト方式の液晶表示装置と同様である。

このように、 偏光子 3 3 0を用いた従来の液晶表示装置 3 0 0では、 入射光の —部しか表示に利用できず、 液晶表示装置の低消費電力化/高揮度化に障害とな つていた。

例えば、 バックライ ト方式の液晶表示装置 3 0 0では、 偏光子 3 3 0での光利 用率が悪いために、 偏光子 3 3 0を通過できる光通過量の 2倍以上の光量を出力 可能な光源が必要とされている。 このため従来では、 例えば液晶表示装置を備え たノー卜パソコン等に要する電力の多くはパックライ トの光源にて消費されてい た。 従って、 バックライ 卜のパワーを小さくできない限り、 液晶表示装置の消費 電力を低減するには限界があつた。

また、 バックライ 卜からの光は偏光子 （偏光板） に吸収され、 熱に変換される ので、 パネル面の温度が上昇し、 パネル上の素子、 液晶の化学組成等に悪影響を 与え、 液晶表示装置の光学的性能や信頼性を低下させていた。

本発明の目的は、 このような従来の問題に鑑みてなされたもので、 表示のため に入射させた光の偏光方向を揃えるときに生じる無駄を極力排除し、 光の利用率 を向上させることのできる偏光 換装置を提供することにある- 本発明の別の目的は、 上記偏光変換装置を製造するのに適する偏光変換装置の 製造方法を提供することにある。

本発明のさらに別の目的は、 上記偏光変換装置を用いて液晶表示装置などの光 学変換装置を構成することで、 光利用率を高め、 明るい表示画面を形成したり、 あるいは光源の消費電力を大幅に低減することができる光学変換装置を提供す； ことにある。

本発明のさらに別の目的は、 上記光学 '変換装置を用いて電子璣器を構成するこ とで、 光利用率を高め、 明るい表示画面を形成したり、 あるいは光源の消費鼋カ を大幅に低減することができ、 さらには光利用率の向上に起因した機能の信頼性 向上や小形化までをも可能にした電子機器を提供することにある。 発明の開示

本発明の一態様によれば、 複数の偏光面を有する入射光を 1つの特定の偏光面 を持つ光に変換する偏光変換装置であって、

旋光性に異方性を生じるように配置した施光性物質を備え、 この旋光性物質に よって前記特定の偏光面を持つ光束の強度を増加させ、 かつ前記特定の偏光面と 直交する偏光面を持つ光束の強度を低下させるようにしたことを特徴とする。 本発明に用いられる旋光性物質における旋光性とは、 直線偏光が物質内を通過 して出てきた透過光の偏光面が、 入射光の偏光面に対して、 ある角度だけ回転す る現象を言う。 その現象を呈する物質が、 旋光性物質あるいは光学活性物質と称 される。

この種の旋光性物質は、 分子にはカイラルセン夕一（chiral center)を持たない が結晶体において光学活性を示す物質と、 分子内に不斉炭素原子（asymmetric ca rbon atom)等の力イラルセンタ一を持つ有機物質とに大別される。 前者の物質と して、 水晶、 シンシャ、 硫酸リチウムカリウム、 L i K S 04、 過塩素酸ナトリウ ム、 臭素酸ナトリウムなどを挙げることができる。 後者の物質として、 乳酸、 酒 石酸、 酒石酸塩、 ショ糖、 ァラニン、 ブドウ糖、 グルコース等の有機物質を挙げ ることができる。

ここで、 例えば分子内にカイラルセンタ一を有する有機物質を例に挙げれば、 その分子単体の状態では、 図 1に示すように、 入射光のある一つの偏光面例えば 図 1の水平な偏光面を持つ光束の第 1の入射べク トル成分 1 0は、 旋光性物質 1 内にて、 水平な偏光面に対して旋光角 6> 1だけ回転される。 また、 入射光のうち 他の偏光面例えば図 1の垂直な偏光面を持つ光束の第 2の入射べク トル成分 2 0 は、 旋光性物質 1内において、 垂直な偏光面に対して旋光角 0 2だけ回転される。 旋光角の大きさの比は、 例えば 0 1く 0 2となる。 このように、 一つの分子に着 目すると、 この分子は旋光角に異方性を有する。

ところが、 多数の分子から成るアモルファス状態の固体やポリマ一ないしは水 溶液等の状態では、 分子毎の異方性があらゆる角度で生じ、 その異方性が互いに P

4

相殺されるため、 いずれの偏光面でも旋光角は同じになり、 異方性がなくなって しま ό。

本発明では、 旋光性に異方性を生ずるように配置した旋光性物質を用いている _c このために、 前記施光性物質は複数の旋光性分子を有し、 前記複数の旋光性分子 の三次元的な配置をそれぞれ揃えることで、 バルク状態でも旋光性に異方性を生 じさせるようにしている。

図 1の場合、 水平な偏光面を持つ光束の第 1の入射べク トル成分 1 0は旋光角 θ 1にて回転されて第 1の出射べク トル成分 1 2となる。 一方、 垂直な偏光面を 持つ光束の第 2の入射べク トル成分 2 0は旋光角 < 2にて回転され、 第 2の出射 ベク トル成分 2 2となる。 このとき、 0 1く S 2となるように異方性を持つ旋光 性物質を配置してある。

ここで、 回転後の第 1の出射ベク トル成分 1 2は、 第 1の水平ベク トル成分 1 2 aと、 第 1の垂直べク トル成分 1 2 bとに分解できる。 同様に、 回転後の第 2 の出射べク トル成分 2 2は、 第 2の水平べク トル成分 2 2 aと、 第 2の垂直べク トル成分 2 2 bとに分解できる。

ここで、 元の第 1の入射ベク トル成分 1 0と比較して、 透過後の第 1の水平べ ク トル成分 1 2 aは、 その水平成分がほとんど減らず、 透過後の第 1の垂直べク トル成分 1 2 bが少し増える。 一方、 元の第 2の入射ベク トル成分 2 0と比較し て、 透過後の第 2の垂直ベクトル成分 2 2 bはかなり減少し、 透過後の第 2の水 平べク トル成分 2 2 aが増える。

従って、 出射光の水平ベク トル成分の総和は、 垂直ベク トル成分の総和より大 きくなることがわかる。

このように、 異方性のある旋光性物質に入射した光を入射させると、 ある特定 の偏光面を持つ光束についての光量が増大するように偏光変換されることがわか る。

各々の前記旋光性分子は、 例えば剛直な分子部分と、 それに結合するカイラル センターと、 前記カイラルセン夕一に結合する 1以上の置換基と、 を有し、 前記 剛直な分子部分を、 延伸配向、 液晶状態での流動配向、 壁面による配向などによ り、 前記カイラルセン夕一に至る方向がほぼ一定方向に揃えられ、 かつ、 前記力 ィラルセン夕一から見た前記置換基の立体的配置がほぼ一定方向に揃られている。 こうすると、 上述の旋光性の異方性を確保できる。

前記旋光性物質をポリマーにて形成することができる。 この場合、 ボリマーを 一軸又は直交 2軸等に延伸配向することで、 各々の前記旋光性分子の立体的配置 をほぼ揃えて、 旋光性の異方性を確保することができる。

前記旋光性物質は、 前記光の通過方向に偏光変換するのに必要な所定長さを有 し、 前記所定艮さの領域を分割して得られる各層における各々の前記旋光性分子 の立体的配置を、 前記特定の偏光面を持つ光束の強度を増加させるように各層間 でずらして配置することができる。 このとき、 層同士の配置として、 前記特定の 偏光面を持つ光束の強度を最大に増加させるように、 各層を構成する各々の前記 旋光性分子の立体的配置をずらすことが好ましい。 つまり、 後段の層では、 前段 の層で得られた最も大きな偏光面の成分をさらに増大するように配置すると良い。 すなわち、 各層は、 前記旋光性物質で形成される偏光変換層を光の透過方向に 複数積層して構成できる。 こうすると、 各層にて図 1の例えば水平ベク トル成分 が増加され、 垂直ベク トル成分は減少し、 ある偏光面を持つ光の光量をさらに増 加することが可能となる。 このとき、 前記偏光変換層間では、 前記特定の偏光面 を持つ光束の強度を最大に増加させるように、 前記偏光変換層を構成する各々の 前記旋光性分子の立体的配置がずらしてあることが好ましい。

さらに、 前記旋光性物質は、 入射した自然光が透過するときに特定の偏光方向 の光を増加させ、 かつその偏光方向と直交する方向の光を減少させるように光透 過方向の厚さを設定した異方性結晶であってもよい。

さらに本発明では、 前記旋光性物質が混合されるベースポリマ一をさらに有す ることができる。

こうすると、 旋光物質のみにて構成する場合よりも、 偏光変換装置を製造し易 くなる。

このとき、 前記ベースポリマーに溶解した状態で前記旋光性物質を混合させる ことができる。

この場合に用いる前記べ一スポリマ一は、 ポリビニルアルコール、 ポリビニル ピロリ ドンまたはポリアミノ酸のうちいずれか一つ以上からなる水溶性ポリマー とすることができ、 さらに前記旋光性物質は、 酒石酸、 乳酸、 酒石酸塩、 糖また はァミノ酸若しくはその誘導体のうちいずれか一つ以上からなる水溶性旋光性物 質とすることができる。

他の組合せとして、 前記ベースポリマ一は、 ポリ酢酸ビニル、 ボリメタクリル 酸メチル、 ポリメ夕クリル酸ェチル、 エポキシ樹脂、 アルキド樹脂、 尿素樹脂、 ニトロセルロース、 酢酸セルロース、 ポリエチレンテレフ夕レート、 ナイロン、 フエノール樹脂、 フエノール ·レゾ一ル樹脂、 ポリ塩化ビニル、 ポリ塩化ビニリデ ン、 塩化ビニル '酢酸ビニル共重合体、 ボリスチレンまたはスチレン .ァクリロ 二ト リル共重合体のいずれか一つ以上からなる有機溶媒可溶性ポリマーとするこ とができ、 前記旋光性物質は、 カイラルスメクティック C相又は I相を示す液晶 および液晶組成物、 ァミノ酸エステルのうちいずれか一つ以上からなる有機溶媒 可溶性物質とすることができる。

本発明では、 前記べ一スポリマーに、 旋光性に異方性を有する旋光性物質の結 晶を分散させてもよい。

この場合の組み合わせてとして、 前記ベースポリマーは、 ポリビニルアルコ一 ル、 ポリビニルビ口リ ドンまたはポリアミノ酸のうちいずれか一つ以上からなる 水溶性ポリマーとすることかでき、 前記旋光性物質は、 カイラルスメクティ ック C相若しくは I相の液晶、 水晶、 またはシンシャの結晶のうちいずれか一つ以上 からなる非水溶性旋光性物質とすることができる。

他の組合せとして、 前記ベースポリマーは、 ポリ酢酸ビニル、 ポリメ夕クリル 酸メチル、 ポリメ夕クリル酸ェチル、 エポキシ樹脂、 アルキド樹脂、 尿素樹脂、 ニトロセルロース、 酢酸セルロース、 ポリエチレンテレフ夕レート、 ナイロン、 フエノール樹脂、 フエノール ' レゾ一ル樹脂、 ポリ塩化ビニル、 ポリ塩化ビニリ デン、 塩化ビニル ·酢酸ビニル共重合体、 ポリスチレンまたはスチレン ·ァクリ ロニトリル共重合体のうちいずれか一つ以上からなる有機溶媒可溶性ポリマーと することができ、

前記旋光性物質は、 水晶、 シンンャ、 硫酸リチウムカリウム、 過塩素酸ナ卜リ ゥムまたは臭素酸ナト リウム、 糖若しくはその誘導体、 糖タンパクの結晶のうち いずれか一つ以上からなる有機溶媒非可溶性旋光性物質とすることができる。 ベースポリマーに混合される前記旋光性物質として、 下式により表される物質 を含むことができる。

CeHn - oV-@H COO-@>- CH₂C*H(CH3)C₂H5

ベースポリマーに混合される他の前記旋光性物質として、 下式により表される 物質を含むことができる c

C₈Hi₇0 -^o)-{oV- COO Hgh CH₂C*H(CH₃)C₂H5

ここで、 上述の 2式で示される前記旋光性物質は、 各前記旋光性分子の C B H , マから不斉炭素原子までの剛直な分子部分の主たる連接方向が略同一方向に揃えら れ、 かつ、 当該不斉炭素原子から見た置換基 C H ₂、 C : H ₅および Hの三次元的配 置が略同一とする。 これにより、 前記旋光性物質の旋光性に異方性を持たせるこ とができる。

さらに本発明では、 前記べ一スポリマ一は、 水溶性高分子からなり、 その構成 物質として、 ポリアミノ酸、 主鎖型若しくは側鎖型高分子液晶、 または多糖類若 しくは糖蛋白質若しくはそれらの誘導体のうち一つ以上の旋光性物質が混合され ることが好ましい。 これに代えて、 前記ベースポリマーには、 有機溶媒可溶性高 分子であるポリエステル系高分子液晶で単分子構造にカイラルセン夕一を持つ旋 光性物質が混合されることが好ましい。

ベースボリマーに旋光性があると、 ベースポリマーに混合される旋光性物質自 体の旋光性によっても旋光回転を行うことができ、 より大きな旋光回転を入射光 に与えることができる。

このとき、 前記ベースポリマーは、 当該べ一スポリマーに混ぜられた前記旋光 性物質の旋光性に対する波長分散特性を補償するような波長分散特性を備えるこ とが好ましい。

これにより、 偏光変換装置での波長分散特性を平坦化することができ、 偏光変 換装置から出射される光が色づくことを防止できる。

本発明ではさらに、 ベースポリマー以外の前記旋光性物質が、 複数の旋光性物 質からなり、 一方の旋光性物質は、 他方の旋光性物質の旋光性に対する波長分散 特性を補償するような波長分散特性を備えることができる。

この場合にも、 偏光変換装置ての波長分散特性を平坦化することができる。 本発明では、 旋光性物質として液体を用いることができる。

この場合の偏光変換装置は、 K向性膜を対向させて設けられた 2枚の透明基板 の問に、 旋光性を備えた流動性のある糖を含む旋光性物質を挟持させて構成する ことができる。 このとき、 2つの ¾向性膜の配向方向のなす角度を、 最終的に旋 光回転させたい方向に一-致させることで、 特定偏光面を有する光の光量を増大さ せることができる。

あるいは、 表面に透明電極が設けられた 2枚の透明基板の間に、 旋光性を備え た流動性のある強誘電性液晶を含む旋光性物質を挟持させ、 前記 2枚の透明電極 間に亀圧を印加するように、 偏光変換装置を構成することができる。

旋光性物質である強誘電液晶が電場に対する配向性を備えているため、 電圧印 加によって特定方向に配向させて、 特定偏光面の光の光量を増大させることがで きる。

上述の偏光変換装置の用途として、 偏光変換装置を光学変換装置の偏光子の前 段に配置し、 あるいは偏光子自体を偏光変換装置にて構成することができる。 この偏光変換装置は、 特定の偏光面を有する光を、 入射光よりも光量を増加さ せて、 偏光子を介して液晶セルに導き、 あるいは液晶セルに直接導くことができ る。 この結果、 従来の偏光板では偏光子に吸収されていた偏光面の異なる光を表 示用の光として利用でき、 液晶表示をより明るくすることが可能となる。 また、 バックライ 卜等の光源を用いる光学変換装置 （液晶表示装置など） にあっては、 その光源の定格を下げても従来の明るさを確保できるので、 液晶表示に多く消費 されていた光源用電力を低減でき、 装置を小型化できる効果がある。

また光学変換装置は、 光源としてのランプユニッ トを備え、 前記偏光変換装置 を前記ランプユニッ トの光出力側の直後に配置してもよい。 これにより、 偏光変 換装置の必要数を減らし、 光学設計を容易にするなどの利点が得られる。

さらに、 光学変換装置は透過型または反射型の液晶表示装置のどちらでも構成 可能である。

さらにまた、 上述した光学変換装置を備えることで、 前記液晶セルの液晶分子 の挙動に依存した情報表示用の表示両面を有する電子機器を構成できる。

この鼋子機器は、 液晶プロジェクタであってもよいし、 マルチメディア対応の パーソナルコンピュー夕またはエンジニアリング · ワークステーション （E W S ) であってもよいし、 さらにはページャ、 携帯電話、 ワードプロセッサ、 テレビ, ビューフアインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、 デジタルカメ ラ、 電子手帳、 電子卓上計算機、 力一ナビゲ一シヨン装置、 P O S端末、 または タツチパネルを備えた装置であってもよい。

さらに例えば、 このような電子機器としては、 ポケッ トベル、 携帯端末、 ゥォ ツチなども挙げられる。

また、 液晶表示装置のように液晶を用いた装置に限らず、 電圧印加によって特 定の偏光面を回転させる電気光学効果を持つ素子や、 それを用いた光スィツチな ど、 偏光作用を用いた光学素子に応用することができる。

本発明方法は、 入射光を所定の偏光面を有する光に変換する偏光変換装置の製 造方法であって、

ベースポリマーと旋光性物質とを混合する混合工程と、

混合された溶液を膜状にして流すキャスト工程と、

膜状にされた溶液を乾燥させ、 硬化させる乾燥工程と、

硬化した膜に張力を加え、 延伸させる延伸工程と、

を備えたことを特徴とする。

本発明方法によれば、 ベースポリマーと旋光性物質としの混合溶液を膜状に流 すキャス ト工程にて、 旋光性分子が抵抗の少ない向きに自然に配向される。 そし て、 乾燥後の延伸工程では、 キャスト工程にてある程度配向された旋光性分子が、 延伸によりさらに配向性が高められる。 これにより、 旋光性に異方性を持たせる ことができる。

この本発明方法において、 前記キャス 卜工程では、 前記混合された溶液をー以 上の溝に沿って流すことが好ましい。 この溝に沿って旋光性分子が配向されやす くなるからである。 図面の簡単な説明

図 1は、 本発明にて用いられる旋光性物質の旋光現象の異方性を説明するため の概略説明図である。 図 2は、 本発明を適用した第 1実施例に係る光学変換装置としての液晶表示装 置の概略説明図である。

図 3は、 本発明を適用した第 2実施例に係る光学変換装置としての液晶表示装 置の概略説明図である。

図 4は、 図 3に示す多層の偏光変換装置の各層での旋光現象を説明するための 概略説明図である。

図 5は、 本発明を適用した第 4実施例に係る光学変換装置としての液晶表示装 置の概略説明図である。

図 6は、 本発明の第 5実施例の液晶表示装置の全体構成図である。

図 7は、 第 5実施例の偏光変換装置の製造装置の構成図である。

図 8は、 第 6実施例の液晶表示装置の全体構成図である。

図 9は、 第 6実施例のラビング法による偏光変換装置の断面図である。

図 1 0は、 第 6実施例の磁場印加法による偏光変換装置の断面図である。

図 1 1は、 旋光性物質の旋光性の波長分散特性の例である。

図 1 2は、 図 1 1の旋光性物質の旋光性の波長分散特性を補償する波長分散特 性の例である。

図 1 3は、 図 1 1の波長分散特性を有する旋光性物質と図 1 2の波長分散特性 を有する旋光性物質とを混合した場合の波長分散特性である。

図 1 4は、 本発明の第 7実施例に係る、 光学変換装置としての液晶表示装置を 適用した電子機器の電気的な概略構成を示すプロック図である。

図 1 5は、 本発明の第 7実施例の第 1の例に係る電子機器としてのブロジェク 夕を説明する概略平面図である。

図 1 6は、 本発明の第 7実施例の第 2の例に係る電子機器としてのパーソナル コンピュータ、 または、 エンジニアリング ' ワークステーション （E W S ) を説 明する概略平面図である。

図 1 7は、 本発明の第 7実施例の第 3の例に係る電子機器としてのページャを 説明する概略平面図である。

図 1 8は、 本発明の第 7実施例の第 3の例に対する変形例を説明する図である < 図 1 9は、 本発明の第 8実施例の第 1の例に係る電子機器としてのプロジヱク タを説明する概略平面図である。

図 2 0は、 本発明の第 8実施例の第 2の例に係る携帯電話を説明する概略斜視 図である。

図 2 1は、 本発明の第 8実施例の第 2の例に係る腕時計型電子機器を説明する 概略斜視図である。

図 2 2は、 本発明の第 8実施例の第 2の例に係る携帯型情報処理装置を説明す る概略斜視図である。

図 2 3は、 従来の液晶表示装置を示す概略説明図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の卖施例を図面を参照して具体的に説明する。

(第 1実施例）

装置全体の説明

図 2は、 本発明を適用した光学変換装置としての液晶表示装置の概略説明図で ある。 図 2において、 この液晶表示装置は、 バックライ ト 3 0、 偏光変換装置 4 0、 偏光子 5 0、 液晶セル 6 0及び検光子 7 0を有する。 バックライ ト 3 0から 出射される光は、 あらゆる方向に偏光面を有する。 このバックライ ト 3 0からの 光が入射される偏光変換装置 4 0は、 一つの特定の偏光面を持つ光を増加して出 力する。 偏光変換装置 4 0の後段には、 この偏光変換装置 4 0を通過した光のう ち、 前記特定の偏光面を持つ光のみを通過させ、 他の偏光面を持つ光を吸収する 偏光子 5 0が設けられている。 従って、 この偏光子 5 0を通過できる光の偏光面 は、 偏光変換装置 4 0にて増加された光の特定の偏光面と方向が一致しており、 すなわち平行である。

さらに偏光子 5 0の後段に、 2枚のガラス基板 6 2， 6 4内に例えば T N (ッ イステヅ ド ネマティ ヅク） 液晶 6 6が封入された T N液晶セル 6 0が設けられ ている。 2枚のガラス基板 6 2 , 6 4の一方のガラス基板には、 例えば 2端子 （ 例えば金属層ー絶緣層—金属層 M I M ) 又は 3端子 （例えば薄膜トランジスタ T F T ) のアクティブ素子に接続された透明画素電極が設けられ、 他方のガラス基 板には透明対向鼋極が設けられている。 この T N液晶セル 6 0は、 透明画素電極 及び透明対向電極問の電位差が少ないときに、 入射した光の偏光面を所定のヅィ スト角だけ回転させ、 前記電位差が大きいときに、 人射した光の偏光面を回転さ せずに透過させる。 液晶セル 6 0の光出射側には、 検光子 7 0が設けられている。 検先子 7 0は、 一定の偏光面を有する光のみを透過させるものである。 この検光 子 7 0を通過する光の偏光面は、 偏光子 5 0を通過した光の偏光面に対して、 液 晶セル 6 0のッイスト角だけずれている。

この液晶表示装置では、 液晶セル 6 0中の点灯状態の画素では、 入射光の偏光 面がツイスト角だけ回転される。 回転後の偏光面は、 検光子 7 0を通過できる偏 光面と一致するため、 検光子 7 0への入射光はそのまま通過される。 一方、 液晶 セル 6 0中の非点灯状態の画素では、 入射光の偏光面は回転されることが無く、 そのまま検光子 7 0に人射される。 従って、 この光は検光子 7 0を通過すること ができない。 本実施例では、 画素の点灯状態を、 透明画素電極及び透明対向電極 間の電位差が小さい状態で実現する、 ノーマリ一ホワイ 卜の画像表示が行われる。

偏光変換装置の説明

偏光変換装置 4 0は、 異方性を持った施光性物質からなり、 この旋光性物質と して、 下記の化学式に示す旋光性分子の繰り返し単位を有するポリマーを挙げる ことができる。

(以下余白）

nは 2， 3,4,5,6である CH₃

は一 CH一 であり、 カ イ ラ ルセ ンク一を表す

F

R Iは H， CH3である

R2は 0CH₃ , 0CH3を表す

ここで、 上記の化学式中の構成要素は、 側鎖のうちの剛直な分子部分を aみ、 で示す部分が不斉炭素原子すなわちカイラルセン夕一である。 このカイラルセ ンター R*には、 剛直な分子部分の他に、 置換基 （CH₂) _nが結合されている。 カイラルセン夕一 R*の炭素原子に対して、 剛直な分子部分、 置換基 （CH

,へ メチル基、 フ 'ソ素原子が結合しており、 その立体的な配置は各々の旋光性分子 で一定であり、 立体的な異方性の根元をなしている。

そして、 本実施例では、 偏光変換装置 40を構成するポリマーを延伸配向して いる。 この結果、 各々の旋光性分子は、 剛直な分子部分及びカイラルセンター R *の向きがほぼ一定方向に揃っており、 かつ、 剛直な分子部分、 置換基 （CH _nの立体的配置がほぼ一定方向に揃っている。

このような偏光変換装置 40によれば、 図 1を用いて既に説明した通り、 特定 の偏先面を持つ光のぺクトル成分が增加きれ、 それと垂直な偏光面を持つ光のベ ク トル成分は減少される。

従って、 この偏光変換装置 40を通過した光を偏光子 50に入射させると、 特 定の偏光面を持つ光のみが強度を増して出射され、 偏光子荦独のときのように入 射光の 1 /2以下に透過光量を減らすことなく偏光子 50を通過することになる。 従来例を示す図 2 3と比較して、 本実施例では偏光変換装置 4 0にて偏光面を 回転させて増加された特定偏光面の光 S:の分だけ、 液晶セル 6 0に入射される光 の *を増大させることができる。

液晶セル 6 0では、 各画素毎に配置されたァクティブ素子の駆動状態に応じて 液晶 6 6により入射光の偏光面を変化させ、 液晶セル 6 0からの出射光が検光子 7 0を介して出力されることになる。 この液晶画面は、 液晶セル 6 0に入射する 光が従来のものより増加されていることから明るい画面とすることができる。 あ るいは、 バ 、リクライ ト 3 0の定格を従来よりも消費電力が小さいものとしても、 従来と同等以上の画面の明るさを確保できるので、 結果として液晶表示装置で消 費される電力を大幅に低減できる。 また、 装置を小型化することもできる。

このように、 第 1実施例によれば、 偏光子によって吸収され熱として捨てられ る光が少なくなるため、 より明るい液晶表示が可能となり、 あるいはバックライ 卜 3 0の消費電力を大幅に低減することができ、 装置も小型化できる。 また、 偏 光子によって液晶セルゃァクティブ素子等を加熱することなく、 所定の性能を安 定して引き出せる。

(第 2実施例）

この第 2実施例は、 図 2に示す偏光変換装置 4 0の代わりに、 図 3に示すよう に、 ポリマ一シート 8 0 a〜 8 0 dを積層した偏光変換装置 8 0を用いている点 が、 第 1実施例と相違している。

各ポリマーシート 8 0 a〜 8 G dは、 第 1実施例と同じ化学式を持つポリマー にて形成され、 第 1実施例と同様に該ポリマーを延伸配向して、 各ポリマーシー 卜での旋光性に異方性を持たせてある。 ここでは、 各ポリマーシート 8 0 a ~ 8 0 dはいずれも、 図 1の場合と同様に、 水平な偏光面を持つ光を旋光角 0 1で回 転させ、 垂直な偏光面を持つ光を旋光角 Θ 2 ( > ^ 1 ) で回転させるものとする。 各ポリマーシート 8 0 a〜 8 0 dは、 延伸配向されている方向が各層毎にずら して配置することができる。 各 は、 好ましくは前段の層にて変換されて得られ るだ円偏光の成分のうち最も大きい方位の偏光成分が、 次段の層での偏光変換に より最も増加するように、 各ポリマーシート 8 0 a〜 8 0 dの延伸配向方向を各 層毎にずらして配置してある。 このことを、 図 4を参照して説明する。 図 4は、 説明の便宜上、 各ポリマーシ —ト 8 0 a〜8 0 dを空間的に離して配置し、 各ポリマーシ一卜にて偏光変換さ れる光の状態を示している。

第 1のポリマーシー卜 8 0 aには、 水平べク トル成分 2 0 0と垂直べク トル成 分 2 1 0とに分解される光が入身でされる。 この第 1のポリマ一シ一ト 8 0 aを通 過する光は、 水平な偏光面を持つ水平ベク トル成分 2 0 0を、 水平面に対して旋 光角 0 1で回転させ、 通過光として水平な偏光面より旋光角 6> 1だけ傾斜した偏 光面を持つ通過光 2 0 1が得られる。 同様に、 この第 1のポリマーシート 8 0 a を通過する光として、 垂直な偏光面を持つ垂直べク トル成分 2 1 0を垂直な偏光 面より旋光角 0 2で回転させ、 通過光として垂直な偏光面より旋光角 S 2だけ傾 斜した偏光面を持つ通過光 2 1 〗が得られる。

第 2のポリマーシート 8 0 bにて最も大きく回転される偏光面は、 前段のポリ マシート 8 0 aより（9 1だけ傾けて設定してある。

第 3のポリマーシート 8 0 c以降の各層は、 前段の層にて変換された各方位の 偏光成分のうち最も大きい特定方位の偏光成分が、 次段の層での偏光変換により 最も増加するように、 各ポリマーシート 8 0 c、 8 0 dの延伸配向方向を各層毎 にずらして配置してある。

以降、 水平な偏光面を持つ水平べク トル成分の偏光変換についてのみ説明する と、 第 2のポリマーシート 8 0 bを通過する光として、 通過光 2 0 1及び通過光 2 1 1の合成水平べク トル成分をある旋光角で回転させ、 特定偏光面の光が増大 された通過光 2 0 2が得られる。 同様に、 第 3のポリマーシート 8 0 cを通過す る光として、 第 2のポリマ一シート 8 0 bを通過した光の水平べク トル成分をあ る旋光角で回転させ、 特定偏光面を持つ光がさらに増大された通過光 2 0 3が得 られる。

最終的には、 第 4のポリマ一シート 8 0 dを通過する光として、 第 3のポリマ 一シート 8 0 cを通過した光の水平べク トル成分をある旋光角で回転させ、 特定 偏光面を持つ光がさらに増大された通過光 2 0 4が得られる。 同様に、 第 4のポ リマーシート 8 0 dを通過する光として、 図示していないが、 第 3のポリマーシ ート 8 0 cを通過した光の垂直べク トル成分をある旋光角で回転させた通過光が 得られる。

この結果、 第 1〜第 4のポリマーシート 8 0 a〜 8 0 dを通過することで、 特 定偏光面を持つ光が増加される。

ここで、 偏光子 5 0を通過する光の偏光面は、 光量が増加された特定偏光面に 一致している。

このため、 多層のポリマーシートにて複数回の光増加を繰り返すことで、 偏光 子 5 0を通過できる偏光面を持つ光が増加され、 偏光子 5 0を通過できない偏光 面を持つ光の量が低減される。 また、 本実施例では層数 4で説明したが、 実際に は各層における旋光性の異方性の大きさにより適する層数を決める必要がある。 このように、 第 2実施例においても、 偏光子によって吸収され熱として捨てら れる光が少なくなるため、 より明るい液晶表示が可能となり、 あるいはバ クラ イ ト 3 0の消費電力を大幅に低減す.ることができる。 また、 偏光子によって液晶 セルゃァクティブ素子等を加熱することなく、 所定の性能を安定して引き出せる。

(第 3実施例）

第 2実施例は、 複数回繰り返される旋光による光増加作用を、 多層のポリマー シートにより実現したが、 第 3実施例では、 光の通過方向に所定の厚さを有しか つ偏光の方向に異方性のある旋光性物質の結晶を用意し、 入射した自然光が通過 するときに特定の偏光方向の光を増し、 それと直交する方向の光を減らすように、 その光通過方向の所定厚さを決めてある。 そして、 この所定厚さを分割した単位 長さ領域毎に、 上述した旋光性物質の構成要素の立体的配置をずらしている。 こ のとき好ましくは、 後段の単位^さの旋光性物質は、 前段の単位長さの旋光性物 質中にて最も偏光変換された偏光面を持つ光を最大に増加するように、 各段の旋 光性物質の構成要素の立体的配置をずらすことも可能である。

この第 3実施例においても、 偏光子によって吸収され熱として捨てられる光が 少なくなるため、 より明るい液晶表示が可能となり、 あるいはバックライ ト 3 0 の消費鼋カを大幅に低減することができる。 また、 偏光子によって液晶セルゃァ クティブ素子等を加熱することなく、 所定の性能を安定して引き出せる。

(第 4実施例）

この第 4実施例は、 図 5に示すように、 液晶セル 6 0の前段に、 偏光変換装置 から成る偏光子 9 0のみを配置している。

第 2実施例 Xは第 3実施例のように、 多層の旋光性物質または単一の旋光性物 質にて、 旋光現象が繰り返し実施されると、 ある一定の偏光面を持つ光がほとん どを占め、 他の偏光面を持つ光をほとんど消滅させることが可能となる。 この多 段の旋光現象を呈する旋光性物質にて偏光子 9 0を構成している。 この偏光子 9 0は光増加作用と共に、 ある一 の偏光面を持つ光のみを通過させる本来の偏光 子としての機能を併せ持つことができる。

このようにすれば、 第 1〜第 3実施例と比較して部材点数を低減できることに 加えて、 偏光子によって吸収され熱として捨てられる光が少なくなるため、 より 明るい液晶表示が可能となり、 あるいはバックライ ト 3 0の消費電力を大幅に低 减することができる。 また、 偏光子によって液晶セルやアクティブ素子等を加熱 することなく、 所定の性能を安定して引き出せる。

(第 5実施例）

図 6は、 本発明の他の偏光変換装置を用いた液晶表示装置の概略説明図である _c 図 6に示す液晶表示装置は、 図 2に示す液晶表示装置の偏光変換装置 4 0に代え て、 偏光変換装置 4 2を有している点が、 第 1実施例と相違している。

本実施例の偏光変換装置 4 2は、 ベースポリマーに旋光性物質を混ぜて構成さ れる。 表 1に、 ベースポリマーの組成とそれに混ぜる旋光性物質の組成について 示す。

(表 1 ) 組み合わせの性質 ベースポリマ一 旋光性物資

(パターン 1 ) ポリビニルアルコール、 酒石酸、 乳酸、 酒石 水溶性ベースポリマー ボリビニルピロリ ドンま 酸塩、 糖又はアミノ

+水溶性旋光性物資 たはポリアミノ酸 酸

(パターン 2 ) 同 上 カイラルスメクティ 水溶性べ一スポリマー ック C相若しくは I +非水溶性旋光性物資 相の液晶、 水晶、 ま たはシンシャの結晶

(パターン 3 ) ポリ酢酸ビニル、 ポリメタ 8 S I、 8 S I 0等 有機溶媒可溶性ポリ ク リル酸メチル、 ポリメ夕 のカイラルスメクテ マ一 +有機溶媒可溶 クリル酸ェチル、 エポキシ イ ツク C相又は I相 性旋光性物資 樹脂、 アルキド樹脂、 尿素 を示す液晶および液 樹脂、 二トロセルロース、 晶組成物、 アミノ酸 醉酸セルロース、 ポリェチ エステル

レンテレフ夕レート、 ナイ

ロン、 フエノール樹脂、

フエノ一ル · レゾール樹脂

ポリ塩化」ビニル ポリ塩化

ビニリデン、 塩化ビニル ·

酢酸ビニル共重合体、 ポリ

スチレンまたはスチレン ·

ァクリロ二トリル共重合体

(パターン 4 ) 同 上 水晶、 シンシャ、 硫 有機溶媒可溶性ポリ 酸リチウムカリウム マ一 +有機溶媒非可 過塩素酸ナト リウム 溶性旋光性物資 又は臭素酸ナ卜リゥ ム、 糖、 糖夕ンパク の糸口日ロ なお、 上記表 1の 8 S Iは下記の組成式 （ 1 ) を有する C₈Hi₇ -^θ}-@- COO-^θ)- CH₂C*H(CH₃)C₂H5 8SI* 4-(2-methylbutyI)phenyl4'-octylbiphenyl-4-carboxylate · · · ( 1 ) また、 十., ¾ 1 8 S Iはド の ftj穸 を起こす物 !fである。

また、 上 '〕 S CJ S Iは ド記の組成式 （2 ) を有する。

C₈Hi₇0-@-^)- C00-<O/- CH₂C*H(CH3)C₂H₅

80SI* 4"(2-methylbutyl)phenyl-4し oct loxybiphenyl-4"Carboxylate . . (つ、 さらに、 上記表 1の 8 0 S Iはトー^の相変化を起こす物質である。

Cryst— S_K* S〖* S_C* S _Sa Z2 N* !^^

上記表 1のパターン 3およびパターン 4では、 有機溶媒にベースポリマーと旋 光性物質を溶解させる。 有機溶媒としては、 メチルアルコール、 アセトン、 メチ ルェチルケトン、 メチルイッブチルケ トン、 テ トラヒ ドロフラン、 酢酸ェチル、 酢酸 n—ブチル、 酢酸イソアミル、 モルホリン、 ピリジン、 四塩化炭素、 クロ口 ホルム、 二塩化ェチルン、 ト リクロロエチレン、 m—クレゾール、 ベンゼン、 ト ルェン、 ェチルベンゼン、 キシレン、 クロ口ベンゼン、 へキサン、 シクロへキサ ン、 酢酸または蟻酸等が挙げられる。 また、 表 1のパターン 2およびパターン 4 では、 分散される旋光性物資の結晶形状に異方性のある、 例えば棒状結晶を用い ることができ、 これを用いることで旋光性の異方性を容易に作ることができる。 また、 旋光性物資のベースポリマーに対する溶解性が低い場合には、 溶媒除去 時に旋光性物資が析出するため、 結果としてパターン 1および 3の組み合わせで もパターン 2および 4に相当するベースポリマー中に旋光性物資の結晶を分散し た構成が可能である。

偏光変換の原理

次に、 本偏光変換装置の原理を説明する。 上記表 1に示す旋光性物質は、 旋光 性分子内にある炭素原子が 4個の互いに異なる原子または基と結合しているとき、 旋光性を有することが多い。 この炭素原子を不斉炭素原子（asymmetric carbon a torn)という。 互いに異なる原子または基と結合するとき、 この分子は対称性を持 たず対掌体を備えることになる。 この性質をキラリティー（chiraiity)といい、 キ ラリティ一のある場合の不斉炭素原子をカイラルセン夕一（chiral center)ともい う。 キラリティーを持つ分子は旋光性を示すのである c

上記表 1に示す 8 S Iを例に採ると、 不斉炭素原子 に C _e H _{1 7}から不斉炭素 原子までの基、 水素原子 H、 ェチル基 C 2 H ₅およびメチル基 C H _:,の 4つの原子ま たは基が結合しており、 キラりティーを有する。 本実施例の偏光変換装置では、 後述する製造方法により、 C « H _{1 7}から不斉炭素原子までの剛直な分子部分の主た る連接方向が略同一方向に揃えられ、 不斉炭素原子から見た置換基 C H 、 C , H 5および Hの三次元的配置が略同一に揃えられる。

このような旋光性に異方性を有する分子では、 入射光の偏光面の向きにより旋 光性が異なる。 例えば、 図 2に示すように、 その分子単体の状態では、 入射光の 平行な偏光面を持つ光の入射ベク トル成分 1 0に対しては、 偏光変換装置 4 2内 の旋光性分子により、 水平な偏光面に対して旋光角 6> 1だけ回転させられる。 ま た、 入射光のうち垂直な偏光面を持つ光の入射ベク トル成分 2 0に対しては、 旋 光性分子により、 垂直な偏光面に対して旋光角 0 2だけ回転させられる。 このと き、 旋光性分子は旋光性に異方性があるため、 旋光角の大きさの関係は、 例えば (9 1 < 0 2となる。

したがって、 水平な偏光面を有する光の入射べクトル成分 1 0は旋光角 0 1だ け回転させられ、 射出ベク トル成分 1 2となる。 一方、 垂直な偏光面を有する光 の入射べクトル成分 2 0は旋光角 3 2だけ回転させられ、 射出べク トル成分 2 2 となる。 この回転後の射出ベク トル成分 1 2は、 水平ベク トル成分 1 2 aと垂直 べク トル成分 1 2 bとに分解できる。 同梂に、 回転後の射出べク トル成分 2 2は、 水平べク トル成分 2 2 aと垂直べク トル成分 2 2 bとに分解できる。

ここで、 旋光角は、 6> 1 < 6> 2であるから、 元の入射ベク トル成分 1 0と比較 し、 透過後の水平ベク トル成分 1 2 aはその水平成分がほとんど減らず、 さらに、 元の入射べク トル成分 2 0のうち、 透過後の水平べク トル成分 2 2 bが生ずる。 つまり、 両者の和をとつた水平ベク トル成分はかなり大きくなる。 これに対し、 元の入射べク トル成分 2 0と比較して、 透過後の垂直べク トル成分 2 2 bはかな り減り、 しかも元の入射べク トル成分 1 0から透過後の垂直べク トル成分 1 2 b はほとんど増えていない。 つまり、 両者の和をとつても、 垂直ベク トル成分は相 当減っている。 したがって、 射出光の水平ベク トル成分の総和は、 垂直ベク トル成分の総和よ り大きくなるのである。

偏光変換装置 4 2の光の進行方向への厚みを調節すれば、 両者の旋光角を調整 でき、 一方向の偏光面を有する光に、 これに直交する偏光面を有する光を旋光回 転させて加え、 相当に大きい射出光の光量を得ることができる。

偏光変換装置の製造方法

図 7に、 本実施例の製造装置を、. 一部断面を交えて示す。 当該製造装置は、 ベ ースポリマー容器 1 0 2、 旋光性物質容器 1 0 3、 混合容器 1 0 7、 キャス トボ ー ド 1 0 9、 乾燥ヒータ 1 1 1、 電源 1 1 2、 駆動ローラ 1 1 3、 1 1 4、 搬送 ベルト 1 1 5、 ブレー ド 1 1 6、 延伸ローラ 1 1 8、 1 1 9および巻き取りロー ラ 1 2 1を備える。

混合工程 （ S 1 ) ： ベースポリマ容器 1 0 2には表 1に掲げたベースポリマ 一 1 0 0が入れられ、 旋光性物質容器 1 0 3には表 1に掲げた旋光性物質 1 0 1 が入れられる。 ベースポリマーの混合量はバルブ 1 0 4を調節することにより、 旋光性物質の混合量はバルブ 1 0 5を調節することにより、 それぞれ制御できる _c 混合容器 1 0 7ではベースポリマと旋光性物質とが混合され、 混合溶液 1 1 0と なる。

キャス ト工程 （S 2 ) ： 混合溶液 1 1 0は、 バルブ 1 0 8で流出量が調整さ れ、 キャス卜ベルト上に流される。 キャストポー ド 1 0 9は水準面に対してわず かな角度だけ傾けられているので、 混合溶液 1 1 0はゆつく り流れながら膜状に 広げられる。

ここで、 キャストポード 1 0 9は、 その延在方向に沿って微細な溝 1 1 7が設 けられており、 この上を混合溶液 1 1 0が流れることによって旋光性物質 1 0 1 の旋光性分子の配向性が揃えられる。 すなわち、 旋光性分子は、 不斉炭素原子に 分子量の多い剛直な直線状鎖部分を有しているため、 旋光性物質が平面上を流れ ると、 その旋光性分子が抵抗の少ない向きに自然に配向する。 これを流動配向と いう。 このとき、 流動面に配向させる向きに沿って溝が設けられていると、 分子 が形状効果で配向しやすい。 このとき、 混合溶液が液晶状態を取っているときや、 混合 （分散） 液中の結晶の形状に異方性がある （例えば棒状結晶） ときに、 流動 配向や形状効果による配向の効 が大きくなる。

乾燥工程 （S 3 ) ： 乾燥ヒータ 1 1 1には電源 1 1 2が接続されているので、 膜状に広がった混合溶液 1 1 0が熱せられ溶媒が蒸発し乾燥する。 これにより、 液体であった混合溶液 1 1 0が固形化し、 フィルム状化する。 搬送ベルト 1 1 5 はキャス トボード 1 0 9上の混合溶液 1 1 0の流れと同等の速度で、 固形化を始 めた混合溶液 1 1 0を搬送する。

延伸工程 （S 4 ) ： 混合溶液 1 1 0が乾燥させられ、 形成されたフィルム 1 2 0はブレー ド 1 1 6により剥離させられ、 延伸ローラ 1 1 8、 1 1 9により一 定の張力で引っ張られる。 キャス ト工程によりある程度配向性が揃った旋光性分 子は、 この延伸によりさらに配向性を高められる。 配向性の高められたフィルム 1 2 0は、 巻き取りローラ 1 2 1により巻き取られる。 フィルムの厚みは延伸口 ーラ 1 1 8と 1 1 9との間隙により調節する。

以上の工程により製造されたフイルム 1 2 0は、 その配向方向と垂直の方向、 すなわちフィルムの厚み方向からの光に対し旋光性を示すことになる。 偏光変換 装置に求められる旋光回転角の異方性がこのフィルムの厚みで確保できない場合 には、 フィルムを複数積層し、 必要とされる旋光性を確保する。 積層したフィル ムを所定の大きさに切断すれば、 偏光変換装置 1が完成する。 フィルムを積層す る場合には、 層ごとに旋光性物質の配向性を変化させるのが好ましい。 例えば、 図 2で説明したように一層あたり水平な偏光面を有する光に対して 0 1だけ旋光 角を有する旋光性物質であれば、 光の入射側から一層経るごとに、 最も大きい旋 光角を与えることができる偏光面が <9 1ずつずれるように、 旋光性物質の延伸配 向方向を異ならせて設定すればよい。

なお、 上記製造装置において、 混合の方法、 キャス 卜の方法、 乾燥の方法およ び延伸の方法は、 ベースポリマーと旋光性物質の混合溶液からフィルム状に固形 化し延伸しうるものであれば、 七記実施例の方法によらず他の公知の方法を適用 可能である。

また、 図 6の液晶表示装置の構成のうち、 偏光子 5 0は省略することか'可能で ある。 すなわち、 単一の旋光性物 にて、 あるいは多層の旋光性のあるフィルム にて旋光現象を繰り返すと、 特定の偏光面を有する光がほとんどを占め、 他の偏 光面を有する光をほとんど消滅させることが可能となる。 このような偏光変換装 置は他方の偏光面を有する光の旋光回転による光増加作用とともに、 特定の偏光 面を有する光のみを通過させる偏光子としての役割を兼用することになるからで ある。

上述したように、 第 5実施例によれば、 ベースポリマーに旋光性物質を混合し 膜状に成形し乾燥させ延伸させることにより、 旋光性分子の配向性が揃った偏光 変換装置を製造できる。 この偏光変換装置は、 表 1に示すようなベースポリマー と偏光性物質との組み合わせを用いることにより、 入射光に対し旋光性の異方性 を示す。

(第 6実施例）

本発明の第 6実施例は、 上記第 5実施例の固形化された旋光性物質の代わりに、 液状の旋光性物質を用いた偏光変換装置を提供する。

図 8に、 第 6実施例の液晶表示装置の概略構成図を示す。 この液晶表示装置は、 図 6の偏光変換装置 4 2 0本実施例の偏光変換装置 1 6 0に変更した点のみが、 第 5実施例と相違している。

本実施例の変更変換装置 1 6 0は、 透明基板 1 6 1および 1 6 2に旋光性物質 1 6 3を狭持させて構成される。

透明基板 1 6 1 , 1 6 2としては、 各種のガラス基板やプラスチック基板等、 光透過率の高い材料を用いる。

偏光変換装置 1 6 0の態様には、 図 9の配向膜を用いるラビング法によるもの、 図 1 0の電圧を印加する電場印加法によるもの等がある。 図 9のラビング法によ る偏光変換装置 1 6 O Aを説明 る。 まず、 旋光性のある糖などの高分子膜を透 明基板 1 6 1および 1 6 2の内面側の表面に塗布し、 その旋光性物質に接する面 を一定の方向にこすって配向膜 1 6 4 A、 1 6 5 Bを形成する。 一般に、 高分子 膜の表面をこすって一定の方向 （ラビング方向） に高分子の分子長軸を揃えると、 高分子膜に接する分子の分子長軸がこのラビング方向に配向することが知られて いる。 配向膜 1 6 4 Aの配向方向と 1 6 5 Aの配向方向とのなす角度を、 最終的 に旋光回転させたい角度に一致するように配置すれば、 特定の偏光面を有する光 の光量を最も大きくすることができる。 ラビング法による旋光性分子の分子長蚰 の配向方向は、 透明基板にほぼ平行なものになる。

配向膜 164 A、 165Aの組成としては、 可溶性のセルロース、 ポリエチレ ン、 ポリ ビニルアルコール、 ナイ コン 66、 ナイ ロン 6TPA、 ポリブチレンテ レフタレー ト、 ポリエチレンテレフタレ一 卜、 ポリエステル、 ポリイ ミ ド、 ノヽ 'リ レンポリパラキシレン、 ポリシクロへキシルメタクリ レート、 架橋ナイ ロン、 ポ リビニルメチルケトン、 ポリアセタル、 ポリベンジルメタクリレート、 ポリブレ ン等の旋光性を示すまたは旋光性を示さないポリマーの双方が挙げられる。

また、 ラビング法を用いる場合の旋光性物質 163 Aとしては、 表 1に掲げた 旋光性物質の糖、 アミノ酸、 旋光性を示す上述の組成式 （ 1) 若しくは （2) に 示されるような液晶および液晶組成物が挙げられる。

図 10の電場印加法による偏光変換装置 160 Bを説明する。 この偏光変換装 置では、 透明電極 16 1と 162との互いに対向する面に透明電極 164 Bおよ び 165Bが形成される。 両透明電極の間は、 液晶分子からなる旋光性物質 16 3 Bで満たされている。

透明電極 1 64Bと 165Bは、 例えば I TO (indium tin oxide) 膜で構成 される。 旋光性物質 163Bは、 電場に対する配向性を備えた物質である必要が あり、 例えば、 カイラルスメクティ ック C ( Sm*C) やカイラルスメクティ ック I ( Sm⁺ 1 ) 等の強誘電性液晶が好ましい。 透明電極間には鼋源 166により所 定の電圧が印加される。

電場印加法では、 旋光性物質たる液晶の性質により、 旋光性分子の分子長軸の 配向方向が異なる。 例えば、 液晶がネマティ ック相でデホメオト口ビック配向を 示すときや、 スメクティ ック相で基板に垂直に配向する性質の有する場合には、 図 10に示すように、 液晶分子の分子長軸が透明基板にほぼ垂直な方向を向く。 —方、 液晶がネマティ ック相でホモジニァス配向を示すときや、 スメクティ ヅク 相で基板に平行に配向する性質を有する場合は、 分子長軸が透明基板にほぼ平行 になる。

なお、 旋光性物質の配向制御は、 上記方法に限らず、 公知の種々の方法を適用 可能である。 例えば、 ずり応力法、 温度勾配法や S i 0斜法蒸着法等を用いるこ とができる。 また、 上記旋光性物質としては、 一種類の旋光性物質のみならず、 複数の旋光 性物質の混合溶液を用いることもできる。 さらに、 液体中に微細な結晶が分散し ている液状体を用いることもできる。

上述したように本第 6実施例によれば、 旋光性物質が液状体であっても透明基 板で狭持することにより、 上記第 5実施例と同様の旋光性を有する偏光変換装置 を提供できる。

<第 8実施例〉

本発明の第 8実施例は、 上記第 5実施例で、 旋光性を補償しうるベースポリマ -と旋光性物質との組み合わせを提供するものである。

本実施例では、 上記第 5実施例のベースポリマー（表 1参照）に旋光性のあるも のを用いる。 旋光性を有するベースポリマ一として、 水溶性ベースボリマ一では、 ポリアミノ酸、 多糖類、 糖蛋白質、 それらの誘導体が考えられ、 有機溶媒可溶性 ベースポリマーでは、 ポリエステル糸高分子液晶でモノマーユニッ ト （単分子構 造） にキラルセンターを持つもの （例えばこの高分子の例を組成式 （3 ) に示す ) が考えられる。

-(C8Hi₇0-@-<O - COOH@>- CH₂C*H(CH₃)) · · · ( 3 ) ベースポリマーに旋光性があると、 ベースポリマ一も、 キャスト工程（図 7 : S 2 )でそのベースポリマーを構成する旋光性分子の分子長軸を配向させ、 入射光に 対して偏光の異方性を有する出射光を得ることが可能である。 このような偏光変 換装置に入射した光は、 ベースポリマーに混合される旋光性物質自体の旋光性に よって旋光回転させられるほか、 このベースポリマー自体を構成する旋光性分子 によっても旋光回転させられる。

したがって、 旋光性物質のみか入射光を旋光回転させる場合よりも、 より大き な旋光回転を入射光に与えることができる。

光性の補償

さらに、 ベースポリマーの旋光特性は、 旋光性物質の波長に対する旋光性の変 動（旋光性の波長分散特性という）を補償するような波長分散特性を備えることが 好ましい。 これを図 1 1乃至図 1 3を参照して説明する。

図 1 1に、 旋光性物質自体の 光性の波長分散特性を示す。 同図に示すように、 通常の旋光性物質は、 可視光線の波長領域でも波長に対応する旋光性（旋光回転角 の大きさ等）が変化する。 例えば、 可視光領域の短波長における旋光性 P 1と長波 長における旋光性 P 2には大きな差がある。 このような波長分散特性を有する旋 光性物質を用いた偏光変換装置ては、 ある波長では旋光回転角が大きく、 この波 長の光の光量増幅が行われるのに対し、 他の波長では旋光回転角が小さく、 この 波長の光の光量があまり増幅されないという現象を生じる。 特定の波長のみ光量 が多くなるのであるから、 偏光変換装置から射出された光が色づいてしまうこと が考えられる。

そこで、 本実施例では、 ベースポリマー自体のあるいはべ一スポリマーに含ま れる物質に、 上記旋光性物質の有する波長分散特性を補償しうる波長分散特性を 備えたものを用いる。

例えば、 旋光性物質が図 1 1に示す波長分散特性を示す場合には、 図 1 2のよ うな波長分散特性を有するベースポリマーを用いたり、 またはその波長分散特性 を有する物質をベースポリマーに含ませる。 図 1 2では、 短波長における旋光性 P 3が高く、 長波長における旋光性 P 4が低く、 可視光領域における波長分散特 性が、 図 1 1の波長分散特性と逆の変化をしている。 この両者をほぼ等しい分子 数となるよう混合すれば、 旋光性物質の旋光特性と、 ベースポリマーあるいはべ ースポリマーに含まれる旋光性物質の旋光特性とが加算され、 図 1 3のように可 視光領域において平均した旋光性を示すことになる。 図 1 3で短波長における旋 光性 P 5と長波長における旋光性 P 6とはほぼ同じ旋光性を示すしているのが判 る。

このような、 旋光性の補償が行えるベースポリマーと旋光性物質の組み合わせ としては、 例えばベースポリマーがポリアミノ酸で旋光性物質が糖の組み合わせ が挙げられる。

なお、 上記実施例では、 ペースポリマー自体あるいはベースポリマーに含まれ る物質が、 旋光性物質の波長分散特性を補償する旋光性を有するものとしたが、 ベースポリマーには旋光性を持たせなくても、 複数の旋光性物質を用いることに より同様の効果を得ることが可能である。 すなわち、 複数の旋光性物質として、 一方の旋光性物質を、 他方の旋光性の波長分散特性を補償しうる旋光性の波長分 散特性を有するものとすることで、 偏光変換装置の波長分散特性を平坦化できる のである。

このように互いに旋光性を補償し合う旋光性物質として、 アミノ酸と糖との組 み合わせが挙げられる。

上記したように第 8実施例によれば、 ベ一スポリマ一自体やベースポリマーに 含まれる物質に旋光性を与えるので、 より旋光性の強い偏光変換装置を提供でき る。 また、 ベースポリマ一自体やベースポリマーに含まれる物質を、 旋光性物質 の旋光性の波長分散特性を補償しうる波長分散特性を有するものとすれば、 波長 分散特性が平坦な、 色づきのない偏光変換装置を提供できる。

なお、 本発明に係る偏光変換装置を偏光子として利用できる光学変換装置とし ての液晶表示装置は、 上述したバックライ 卜方式 （透過型） に限らず、 反射型の 液晶表示装置であってもよい。 この場合、 液晶セルの光入射側の前面に偏光変換 装置を配置すればよい。

また、 本発明に係る偏光変換装置を用いる光学変換装置としての液晶表示装置 は、 液晶の種類やその駆動方法は特定のものに限定されることなく、 従来、 偏光 子を使用していた種々の液晶表示装置に用いることができる。

さらに、 本発明の偏光変換装置は、 必ずしも液晶表示装置に使用されるものに 限らず、 一定の偏光面を持つ偏光光束を利用する各種の装置、 例えばブロジェク ター用の液晶ライ トバルブ、 光学的分析装置、 液晶表示装置等の各種偏光子とし ても利用できる。

(第 7実施例）

次に、 本発明に関する第 7実施例として、 上述した光学変換装置としての液晶 表示装置を用いた種々の電子機器の例を図 1 4〜図 2 2に基づき説明する。 最初に、 図 1 4を参照して、 このような電子機器の一般的な電気回路構成を説 明する。 かかる電子機器は、 図 1 4に示すように、 表示情報を出力する表示情報 出力源 4 0 0、 その表示情報を処理する表示情報処理回路 4 0 2、 表示駆動用の 表示駆動回路 4 0 4、 液晶パネルなどで構成される光スィッチ 4 0 6、 クロック 信号を発生するクロック発生回路 4 0 8、 および電源回路 4 1 0を備えている。 この内、 表示情報出力源 4 0 0は、 R O Mや R A Mなどのメモリと、 テレビ信 号を同調して出力する同調回路を有して構成される。 これにより、 表示情報出力 源 4 0 0は、 クロック発生回路 4 0 8から送られてくるクロック信号に応答して、 ビデオ信号などの表示情報を表示情報処理回路 4 0 2に出力する。 表示情報処理 回路 4 0 2は、 例えば、 増幅 '極性反転回路、 相展開回路、 ローテーション回路、 ガンマ補正回路あるいはクランプ回路などを搭載して構成される。 これにより、 表示情報処理回路 4 0 2はクロック発生回路 4 0 8から送られてくるクロック信 号に同期した状態で、 表示情報を処理し、 その処理情報を表示駆動回路 4 0 4に 出力する。 また、 表示駆動回路 4 0 4は走査側駆動回路およびデータ側駆動回路 を有して構成され、 光スィッチ 4 0 6を駆動して情報を表示させる。 電源回路 4 1 0は、 機器内部の回路や要素に鼋カを供給する。

液晶プロジェクタの説明

上述した回路構成を有する電子機器の第 1の例として、 図 1 5に、 液晶プロジ ェクタを示す。

この液晶プロジェクタは、 透過型液晶パネルをライ トバルブとして用いた投射 型液晶プロジェクタである。 このプロジェクタは、 --例として、 3枚プリズム方 式の光学系を用いている。 図 1 5に示すプロジェクタ 5 0 0は、 白色光源のラン ブュニヅ ト 5 0 2を備える。 このランプュニッ ト 5 0 2から射出された投写光は ライ トガイ ド 5 0 4に案内され、 その内部で複数のミラー 5 0 6および 2枚のダ ィクロイツク 5 0 8により R , G , Bの 3原色の光に分けられる。 この 3原色の 光はそれそれ、 対応する色の画像衷示を担う 3枚の液晶パネルを用いた光スィッ チ 5 1 0 R、 5 1 0 G、 および 5 1 0 Bに導かれ、 表示情報に応じて変調される。 ここで、 3個の光スイッチ 5 1 ύ R、 5 1 0 G、 および 5 1 0 Bは、 夫々、 本 発明に係る透過型の光学変換装置として構成されている。 すなわち、 この光スィ ツチは図 2 , 図 3， 図 6及び図 8に示したように、 光入射側から順に、 偏光変換 装置、 偏光子、 液晶セル、 および検光子を備える構成であったり、 図 5に示した ように、 光入射側から順に、 偏九変換装置 （偏光子を兼ねる） 、 液晶セル、 およ び検光子を備える構成である。 また、 偏光変換装置 （必要に応じてさらに偏光子 ) をランプユニッ ト直後に配置すろこともできる。 これにより、 偏光変換装置の 必要数を減らし、 さらには光学設計を容易にし、 高信頼性と低コス トとを両立さ せることができる。

3個の光スィッチ 5 1 0 R、 5 1 0 G、 および 5 1 0 Bによって変調された 3 原色の光 R , G , Bは、 図 1 5に示す如く、 ダイクロイツクプリズム 5 1 2に 3 方向から入射するようになっている。 このダイクロイヅクプリズム 5 1 2におい て、 レッ ド Rとブルー Bの光の伝搬方向が 9 0度曲げられ、 またグリーン Gの光 が直進するから、 3原色の画像が合成される。 合成画像の光は投写レンズ 5 1 4 を通ってスクリーンなどの被投写体に投写され、 これにより表示情報を反映した カラ一画像が得られる。

パーソナルコンピュータの説明

かかる ¾子機器の第 2の例として、 図 1 6に、 マルチメディア対応のパ一ソナ ルコンピュータ、 または、 エンジニアリング ' ワークステーション （E W S ) を 示す。

これをパーソナルコンビユー夕として説明する。 パーソナルコンピュータ夕 5 2 0は、 キーボード 5 2 2を備えた本体部 5 2 4と、 液晶表示画面 5 2 6を備え た表示部 5 2 8とを有する。 この内、 液晶表示画面 5 2 6を形成する透過型液晶 パネルの部分に、 前述した本発明の光学変換装置を実施している。

ページャの説明

かかる電子機器の第 3の例として、 図 1 7にページャを示す。 なお、 このべ一 ジャの代わりに、 携帯電話、 ワードプロセッサ、 テレビ、 ビューファイ ング型ま たはモニタ直視型のビデオテ一フレコーダ、 デジタルカメラ、 電子手帳、 電子卓 上計算機、 力一ナビゲーシヨン装置、 P O S端末、 さらには、 夕ツチパネルを備 えた装置などを挙げることもできる。

第 3の例として、 それらの装置を代表し、 ページャを説明する。 図 1 7に示す ページャ 5 3 0は、 金属製フレーム 5 3 2を備えるとともに、 このフレーム内に、 液晶表示基板 5 3 4、 ノ ックライ ト 5 3 6 aを備えたライ トガイ ド 5 3 6、 回路 基板 5 3 8、 第 1、 第 2のシ一 ド板 5 4 0、 5 4 2、 2個の弾性導電体 5 4 4、 5 4 6、 およびフィルムキャリアテ一ブ 5 4 8を備える。 弾性導電体 5 4 4 , 5 4 6およびフイルムキヤリアテ一ブ 5 4 8は、 液晶表示基板 5 3 4と回路基板 5 3 8とを相互に接続するために用いられる。 液晶表示基板 5 3 4は、 本発明の光学変換装置の一例である。 この液晶表示基 板 5 3 4は例えば、 2枚の透明基板 5 3 4 a， 5 3 4 bと、 偏光変換装置 5 3 4 c (偏光子を兼ねる） とを備える。 透明基板 5 3 4 a， 5 3 4 bは液晶を封入す るもので、 これにより少なくとも ドッ トマト リクス型の液晶表示パネル （光スィ ツチ） が形成される。 また偏光変換装置 5 3 4 cは基板 5 3 4の光入射側に配置 される。 偏光変換装置 5 3 4 cは必要に応じて基板に貼り付けてもよい。

2枚の透明基板 5 3 4 a , 5 3 4 bの内の一方には、 図 1 4に示した表示駆動 回路 4 0 4、 あるいは、 これに力"えて表示情報処理回路 5 0 2を形成することが できる。 透明基板 5 3 4 a , 5 3 4 b上に形成しない回路は、 その外付け回路と して構成される。 図 1 7のべージ の場合、 かかる外付け回路は回路基板 5 3 8 上に実装できる。

図 1 7のページャの場合、 液晶表示基板 5 3 4のほかに、 回路基板 5 3 8が必 要である。 しかし、 電子機器用の一部品として光学変換装置が使用される場合で あって、 透明基板に表示駆動回路などを搭載できる場合には、 その光学変換装置 の最小構成単位は液晶表示基板 5 3 4である。

別の態様としては、 本発明の光学変換装置として、 液晶表示基板 5 3 4を筐体 としての金属フレームの 5 3 2に固定した要素を構成し、 この要素を一部品とし て電子機器に組み込んでもよい。 さらに別の態様として、 バックライ ト型の場合、 金属製フレーム 5 3 2内に、 液晶表示基板 5 3 4とバックライ ト 5 3 6 aを備え たライ トガイ ド 5 3 6とを一体的に組み込んで、 本発明の光学変換装置を構成し てもよい。

さらに、 それらの構成に代え、 鼋子機器用の一部品たる光学変換装置として、 T C P (Tape Carrier Package) を採用してもよい。 すなわち、 図 1 8に示すよ うに、 金属の導電膜が形成されたポリイ ミ ドテープ 5 5 2上に I Cチップ 5 4 4 を実装した T C P 5 5 0を用意し、 この T C Pを、 液晶表示墓板 5 3 4の 2枚の 透明基板 5 3 4 a , 5 3 4 bの内の一方に接続し、 光学変換装置の如く使用する ことができる。

以上のように、 この第 7実施例の各種の電子機器は、 本発明に従う、 偏光変換 装置を備えた光学変換装置を適宜な態様で搭載するようにした。 このため、 前述 した各実施例と同様に、 液晶セル （液晶基板） に入射させる特定の偏向面を有す る偏光の量を増大させることができるので、 光源の光量が同じであれば、 従来よ りも明るい表示画面を得ることかできる。 一方、 光源からの光量を下げても、 従 来と同程度の表示明るさを確保することができることから、 電子機器全体の消費 電力を大幅に低減させ、 省電力化を図ることができる。 また、 光源の大きさを小 さくすることもできる。 さらに、 そのように光源の光量を下げた場合、 機器内で 発生する熱も少なくなるから、 発熱対策に要する設計の容易化や、 冷却機構の簡 素化による一層の小型化の利点も得られる。

(第 8実施例）

さらに、 本発明に関する第 8実施例として、 上述した光学変換装置を用いた種 々の電子機器の別の例を図 1 9〜図 2 2に基づき説明する。 この実施例では、 光 学変換装置に反射型液晶パネルを用いている。

反射型液晶プロジェクタの説明

第 8実施例に係る電子機器の第 1の例として、 反射型液晶パネル （光スィッチ ) をライ トバルブとしたプロジ: rクタ （投射型表示装置） を示す。 図 1 9は、 こ のプロジェクタの要部を平面的に見たときの概略構成図である。 すなわち、 光源 部からのシステム光軸 Lの方向を X軸としたときの、 X軸を通る X Z平面におけ る断面図である。

図 1 9に示すように、 プロジェクタ 6 0 0は偏光照明装置 6 0 2、 偏光ビーム スプリッタ 6 0 4、 ダイクロイ ツクミラー 6 0 6、 6 0 8、 3つの反射型液晶ラ ィ トバルブ 6 1 O R , 6 1 0 G , 6 1 0 B、 投射光学系 6 1 2、 およびスクリー ン 6 1 4を備える。

偏光照明装置 6 0 2には、 その概略構成として、 光源部 6 2 0、 インテグレ一 夕レンズ 6 2 2、 偏光変換素子 6 2 4がシステム光軸 Lに沿って配置されている。 光源部 6 2 0から出射された光はランダムな偏向面を有する。 この出射光はィン テグレー夕レンズ 6 2 2により複数の中間光束に分割されて、 偏光変換素子 6 2 4に入射する。

この偏光変換素子 6 2 4の光入射側には、 別のィンテグレー夕レンズ 6 2 4 a が配置されている。 偏光変換素子 6 2 4に入射した中間光束は、 インテグレー夕 レンズ 6 2 4 aを通って、 偏光変換素子本体 6 2 4 bに入射する。 偏光変換素子 6 2 4は、 本発明の偏光変換装置を適用して、 偏光変換装置と偏光子とを兼ねる ように構成されている。 この偏光変換素子本体 6 2 4 bにより、 中間光束が、 偏 光方向がほぼ揃いかつ光量が増加した 1種類の偏光光束 （S偏光光束） に変換さ れる。 この S偏光光束は、 その後、 偏光ビームスブリツ夕 6 0 4に入射する。 偏光ビームスプリッ夕 6 0 4は S偏光光束反射面 6 0 4 aを有し、 入射した S 偏光光束を S偏光光束反射面で反射させる。 この反射光束の内、 青色光 Bの光束 がダイクロイックミラー 6 0 6の青色光反射層によりさらに反射され、 青色用の 反射型液晶ラィ 卜バルブ 6 1 0 Bに入射する。 このラィ トバルブ 6 1 0 Bにより、 表示情報に応じて青色光束が変調される。 またダイクロイツクミラ一 6 0 6の青 色光反射層を透過した光束の内、 赤色光 Rの光束は別のダイクロイツクミラー 6 0 8の赤色光反射層で反射され、 赤色用の反射型液晶ライ トバルブ 6 1 O Rに入 射する。 このライ 卜バルブ 6 1 O Rによ り、 表示情報に応じて赤色光束が変調さ れる。 さらに、 ダイクロイツクミラー 6 0 8の赤色光反射麽を透過した綠色光 G の光束は、 緑色用の反射型液晶ライ トバルブ 6 1 0 Gに入射し、 そのライ トバル ブにて表示情報に応じて緑色光束が変調される。

ここで、 反射型液晶ライ トバルブ 6 1 0 R , 6 1 0 G , 6 1 0 Bを成す光スィ ヅチとしての反射型液晶パネルを説明する。 この液晶パネルには、 T N型液晶 （ 液晶分子の長軸が電圧無印加時にパネル基板に略平行に配向された液晶） 、 また は、 S H ¾液晶 （液晶分子の長 が電圧無印加時にパネル基板に略垂直に配向さ れた液晶） が採用されている。

T N型液晶を採用した場合、 その光反射動作は以下のようである。 画素の反射 電極とこれに対向する基板の共通電極との間に挟持された液晶層に印加される鼋 圧が液晶のしきい値電圧以下となる画素 （O F F画素） においては、 入射した色 光が液晶層により楕円偏光され、 反射電極により反射される。 この結果、 液晶層 を介して、 入射した色光の偏光虻にほぼ 9 0度ずれた偏光軸成分の多い楕円偏光 に近い状態の色光が反射 ·出射される。 これに対し、 印加電圧がしきい値電圧よ りも高くなる画素 （O N画素） においては、 入射した色光のままの偏光軸で反射 電極に至り、 反射電極で反射される。 これにより、 入射時と同一の偏光軸の色光 が反射 '出射される。 T N型液晶の液晶分子の配列角度は、 反射電極に印加され た電圧値に応じて変化するので、 入射色光に対する反射色光の偏光軸の角度は、 トランジスタを介して反射電極に印加する画素毎の表示情報に対応した電圧値に 応じて制御できる。

また、 S H型液晶を採用した場合、 その光反射動作は以下のようである。 液晶 層への印加電圧が液晶のしきい値電圧以下となる画素 （O F F画素） では、 入射 色光の偏光軸のまま反射電極に至り、 そこで反射される。 つまり、 入射時と同一 の偏光軸ののまま反射 '出射される。 一方、 印加電圧がしきい値電圧を高くなる 画素 （O N画素） では、 入射色光が液晶層で楕円偏光されて反射電極に到達する c このため、 反射電極で反射されて液晶層から出射される色光は、 入射色光の偏光 軸に対して偏光軸がほぼ 9 0度ずれた偏光軸成分の多い楕円偏光となる。 この S H型液晶の場合も、 T N型液晶の場合と同様に、 反射鼋極への印加電圧の値に応 じて液晶分子の配列角度を変えられるので、 入射光に対する反射色光の偏光軸の 角度は、 卜ランジス夕を介して反射電極に印加する画素毎の表示情報に対応した 電圧値に応じて制御できる。

反射型液晶ライ 卜バルブ 6 1 0 R , 6 1 0 G , 6 1 0 Bで反射されたそれぞれ の色光は、 ダイクロイツクミラー 6 0 8、 6 0 6を介して偏光ビ一ムスブリツ夕 6 0 4に入射する。 この偏光ビームスプリッ夕 6 0 4は S偏光光束を反射するよ うに形成してあるので、 S偏光光束はスプリツ夕 6 0 4を透過しないが、 P偏光 光束はスプリッ夕 6 0 4を透過する。 各色光の P偏光光束はスブリッタ 6 0 4を 透過して合成され、 表示情報に応じた画像が形成される。 このため、 液晶パネル に T N型液晶を用いた場合、 0 F F画素のみの反射光が投射光学系 6 1 2を通過 するので、 スクリーン 6 1 4への投射画像はノ一マリホワイ ト表示となる。 S H 型液晶を用いた場合、 反対に O N画素のみの反射光が投射光学系 6 1 2を通過す るので、 スクリーン 6 1 4への投射画像はノーマリブラック表示となる。

反射型液晶パネルの場合、 半導体技術を利用して画素が形成されるので、 ガラ ス基板に T F Tアレーを形成したァクティブマト リクス型液晶パネルに比べ、 画 素数をより多く形成でき、 かつ、 パネルサイズも小形化できる。 このため、 精細 度の高い圃像を投射できるとともに、 ブロジヱクタ全体のコンパク ト化も実現で きる。 また、 通常の偏光子の代わりに、 本発明による偏光変換素子を用いたため、 最も消費電力の大きい構成要素てある偏光照明装置を従来装置の略 1 / 2に低消 費電力化、 小形化することができ、 プロジェクタ全体のコンパク ト化をより一層 推進させることができる。

反射型液晶パネルの説明

第 8実施例に係る電子機器の第 2の例として、 本発明の光学変換装置を適用し て構成した反射型液晶パネル （光スィッチ） を用いた、 そのほかの種々の電子機 器を説明する。 図 2 0〜図 2 2にそれらの電子機器の外観を示す。

図 2 0は、 携帯電話 6 5 0を示す斜視図である。 この携帯電話 6 5 0は、 本発 明の光学変換装置を適用した反射型液晶パネルを用いた祯晶表示部 6 5 1を備え ている。

図 2 1は、 腕時計型電子機器 6 6 0を示す斜視図である。 この機器 6 6 0の時 計本体 6 6 1は、 本発明の) ¾学変換装置を適用した反射型液晶パネルを用いた液 曰表示部 6 6 2を備えている。

さらに、 図 2 2は、 ワープロ、 パソコンなどの携帯型情報処理装置 6 7 0の斜 視図を示す。 この情報処理装置 6 7 0は、 装置本体 6 7 1、 この装置本体 6 7 1 に設けたキーボードなどの入力部 6 7 2、 表示部 6 7 3、 およびこの表示部 6 7 3に設けた、 本発明の光学変換装置を適用した反射型液晶パネルを用いた液晶表 示部 6 7 4を備えている。

以上のように、 この第 8実施例の各種の電子機器においても、 本発明に従う偏 光変換装置を備えた光学変換装置を直視する正面に配置する適宜な態様で搭載す るようにした。 このため、 前述した各実施例と同様に、 液晶セル （液晶基板） に 入射させる特定の偏向面を有する偏光の量を増大させることができる。 このよう に直視型で用いる場合、 最大で従来の偏光板を用いたものと比べて約 2倍の明る さの表示を得ることが可能である。 このため、 明るい場所はもちろん、 暗い場所 での見やすさや、 さらには反射型カラー表示の色の鮮やかさを大幅に向上するこ とが可能である。

なお、 本発明は上記実施例に限定されるものではなく、 本発明の要旨の範囲内 で種々の変形実施が可能である。 1'列えば、 本発明の偏光変換装置は、 上述した各 種の液晶パネルの駆動にのみ適用されるものではなく、 偏光作用を利用する装置 (偏光顕微鏡、 レーザを用いた記憶装置 Z記録装置、 光センサ、 照明装置、 立体 映画、 映写器など） にも同様に適用できる。

以上説明したように、 本発明の偏光変換装置によれば、 旋光性に異方性を生じ るように配置した施光性物質を備え、 この旋光性物質によって前記特定の偏光面 を持つ光束の強度を増加させ、 かつ前記特定の偏光面と直交する偏光面を持つ光 束の強度を低下させるようにしている。 これにより、 その特定の偏光面を有する 光束に、 ほかの偏光面を有する ¾束の偏光面が回転させられて加えられ、 結果と して、 その特定の偏光面を持つ光束の光量を増加させて取り出すことができる。 したがって、 表示のために入射させる光の特定の偏光面の光を取り出すときに生 じる無駄を極力排除し、 光の利用率を向上させることのできる。

また本発明の光学変換装置によれば、 かかる偏光変換装置を液晶セルの前面に 直接、 または偏光子を介して配置しているので、 従来装置に比べて入射光の利用 率を高く、 明るい表示画面を形成したり、 あるいは光源の消費電力を大幅に低減 することができるほか、 装置の機能の信頼性も向上する。

さらに本発明の電子機器によれば、 かかる光学変換装置を搭載しているので、 入射光の光利用率を高く、 明るい表示画面を形成したり、 あるいは光源の消費鼋 力を大幅に低減することができ、 さらには光利用率の向上に起因した機能の信頼 性向上や小形化までをも可能にできる。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 複数の偏光面を有する入射光を特定の偏光面を持つ光に変換する偏光変換装 置であって、

旋光性に異方性を生じるように配置した施光性物質を備え、 この旋光性物質に よって前記特定の偏光面を持つ光束の強度を増加させ、 かつ前記特定の偏光面と 直交する偏)¹ έ面を持つ光束の強度を低下させるようにしたことを特徴とする偏光 変換装置。

2 . 請求項 1において、

前記施光性物質は複数の旋光性分子を有し、 前記複数の旋光性分子の三次元的 な配置をそれぞれ揃えることで、 施光性に異方性を生じさせるように構成したこ とを特徴とする偏光変換装置。

3 . 請求項 2において、

各々の前記旋光性分子は、 剛直な分子部分と、 それに結合するカイラルセンタ —と、 前記カイラルセンターに結合する 1以上の置換基と、 を有し、 前記剛直な 分子部分から前記カイラルセン夕一に至る方向がほぼ一定方向に揃えられ、 かつ、 前記カイラルセンターから見た前記置換基の立体的配置がほぼ一定方向に揃られ ていることを特徴とする偏光変換装置。

4 . 請求項 3において、

前記旋光性物質はポリマーで形成され、 このポリマーを延伸配向することによ り、 各々の前記旋光性分子の立体的配置をほぼ揃えたことを特徴とする偏光変換

5 . 請求項 1において、

前記旋光性物質は、 前記入射光の通過方向に所定長さを有し、 前記所定長さの 領域を分割した各層の前記旋光性分子の立体的配置が、 前記特定の偏光面を持つ 光束の強度を増加させるように、 前記各層間でずらしてあることを特徴とする偏 光変換装置。

6 . 請求項 5において、

前記各層間では、 前記特定の偏光面を持つ光束の強度を最大に増加させるよう に、 前記各層を構成する各々の前記旋光性分子の立体的配置をずらしてあること を特徴とする偏光変換装置。

7 . 請求項 5において、

前記各層は、 前記旋光性物質で形成される偏光変換層を光の透過方向に複数積 層して構成したことを特徴とする偏光変換装置。

8 . 請求項 7において、

前記偏光変換層間では、 前記特定の偏光面を持つ光束の強度を最大に増加させ るように、 前記偏光変換層を構成する各々の前記旋光性分子の立体的配置がずら してあることを特徴とする偏光変換装置。

9 . 請求項 1において、

前記旋光性物質は、 前記入射光が透過するときに特定の偏光方向の光を増加さ せ、 かつ前記特定の偏光方向と直交する方向の光を减少させるように、 光透過方 向の厚さを設定した異方性結晶で構成してあることを特徴とする偏光変換装置。

1 0 . 請求項 1において、

前記旋光性物質が混合されるべ一スポリマーをさらに有することを特徴とする 偏光変換装置。

1 1 . 請求項 1 0において、

前記ベースポリマ一に溶解した状態で前記旋光性物質が混合されてていること を特徴とする偏光変換装置。

1 2 . 請求項 1 1において、

前記ベースポリマ一は、 ポリ ビニルアルコール、 ポリ ビニルビ口 リ ドンまたは ポリアミノ酸のうちいずれか一つ以上からなる水溶性ポリマ一であり、

前記旋光性物質は、 酒石酸、 乳酸、 酒石酸塩、 糖またはアミノ酸若しくはその 誘導体のうちいずれか一つ以上からなる水溶性旋光性物質であることを特徴とす る偏光変換装置。

1 3 . 請求項 1 1において、

前記ベースポリマーは、 ポリ酢酸ビニル、 ポリメタクリル酸メチル、 ポリメタ クリル酸ェチル、 エポキシ樹脂、 アルキ ド樹脂、 尿素樹脂、 ニトロセルロース、 酢酸セルロース、 ポリエチレンテレフ夕レート、 ナイ ロン、 フエノール樹脂、フエ ノール.レゾ—ル樹脂、 ポリ塩化ビニル、 ポリ塩化ビニリデン、 塩化ビニル .酢酸 ビニル共重合体、 ポリスチレンまたはスチレン . ァクリロニト リル共重合体のい ずれか一つ以上からなる有機溶 可溶性ポリマ一であり、

前記旋光性物質は、 カイラルスメクティ ック C相又は I相を示す液晶および液 晶組成物、 ァミノ酸エステルのうちいずれか一つ以上からなる有機溶媒可溶性物 質であることを特徴とする偏光変換装置。

1 4 . 請求項 1 0において、

前記ベースポリマーに、 旋光性に異方性を有する旋光性物質の結晶が分散して 混合されていることを特徴とする偏光変換装置。

1 5 . 請求項 1 4において、

前記ベースポリマーは、 ポリ ビニルアルコール、 ボリ ビニルビ口 リ ドンまたは ポリアミノ酸のうちいずれか一つ以上からなる水溶性ポリマーであり、

前記旋光性物質は、 カイラルスメクティ ック C相若しくは I相の液晶、 水晶、 またはシンシャの結晶のうちいずれか一つ以上からなる非水溶性旋光性物質であ ることを特徴とする偏光変換装置。

1 6 . 請求項 1 4において、

前記べ一スポリマ一は、 ポリ酢酸ビニル、 ポリメタクリル酸メチル、 ポリメタ クリル酸ェチル、 エポキシ樹脂、 アルキ ド樹脂、 尿素樹脂、 ニトロセルロース、 酢酸セルロース、 ポリエチレンテレフ夕レー ト、 ナイロン、 フエノール樹脂、 フ ェノール . レゾール樹脂、 ポリ塩化ビニル、 ポリ塩化ビニリデン、 塩化ビニル ' 酢酸ビニル共重合体、 ポリスチレンまたはスチレン . ァクリロ二卜リル共重合体 のうちいずれか一つ以上からなる有機溶媒可溶性ポリマーであり、

前記旋光性物質は、 水晶、 シンシャ、 硫酸リチウムカリウム、 過塩素酸ナトリ ゥムまたは臭素酸ナト リウム、 糖若しくはその誘導体、 糖タンパクの結晶のうち いずれか一つ以上からなる有機溶媒非可溶性旋光性物質であることを特徴とする 偏光変換装置。

1 7 . 請求項 1 5または 1 6において、

前記旋光性物資がその形状において異方性を持ち、 より好ましくはその形状が 棒状結晶であることを特徴とする偏光変換装置。

1 8 . 請求項 2において、 前記旋光性物質は、 下式により表される物質を含むことを特徴とする偏光変換 装置。

C₈Hi7 -@Hg>- COO Hg)- CH₂C*H(CH₃)C₂H5

1 9 . 請求項 2において、

前記旋光性物質は、 下式により表される物質を含むことを特徴とする偏光変換

C₈Hi₇0 -^8)- o COO -^) - CH₂C*H(CH3)C₂H5

2 0 . 請求項 1 8または 1 9において、

前記旋光性物質は、 各前記旋光性分子の C a H】₇から不斉炭素原子までの剛直な 分子部分の主たる連接方向が略同- 方向に揃えられ、 かつ、 当該不斉炭素原子か ら見た置換基 C H ²、 C s H sおよび Hの三次元的配置が略同一であることを特徴と する偏光変換装置。

2 1 . 請求項 1 0において、

前記ベースポリマ一は、 水溶性高分子からなり、 その構成物資としてポリアミ ノ酸、 主鎖 ¾若しくは側鎖型高分子液晶、 または多糖類若しくは糖蛋白質若しく はそれらの誘導体のうち一つ以上の旋光性物質が混合されていることを特徴とす る偏光変換装置。

2 2 . 請求項 1 0において、

前記ベースポリマーは、 有機溶媒可溶性高分子であるポリエステル系高分子液 晶で、 そのモノマーエレメン卜にカイラルセンタ一を持つ旋光性物質が含まれて いることを特徴とする偏光変換装置。

2 3 . 請求項 2 1または 2 2において、 ，

前記べ一スポリマ一は、 当該ベースポリマーに混ぜられた前記旋光性物質の旋 光性に対する波長分散特性を補償するような波長分散特性を備えたことを特徴と する偏光変換装置。

2 4 . 請求項 1 0において、

前記旋) "6性物質は、 複数種の旋光性物質からなり、 一方の旋光性物質は、 他方 の旋光性物質の可視光における旋光性に対する波長分散特性を補償するような波 長分散特性を備えたものである請求項 1に記載の偏光変換装置。

2 5 . 請求項 1において、

前記旋光性物資が液体であることを特徴とする偏光変換装置。

2 6 . 請求項 2 5において、

衷面に配向性膜が設けられ、 その配向性膜を対向させて設けられた 2枚の透明 基板の間に、 旋光性を備えた流動性のある糖溶液を含む旋光性物質を挾持させた ことを特徴とする偏光変換装置。

2 7 . 請求項 2 5において、

表面に透明電極が設けられた 2枚の透明基板の間に、 旋光性を備えた流動性の ある強誘電性液晶を含む旋光性物質を挟持させ、 前記 2枚の透明電極間に電圧を 印加可能に構成したことを特徴とする偏光変換装置。

2 8 . 請求項 1乃至 2 7のいずれかに記載の偏光変換装置と、

この偏光変換装置で偏光変換された前記特定の偏光面を持つ光束を通過させる 偏光子と、

この偏光子を通過した光束を入射させ、 かつ液晶の配列状態に応じて前記特定 の偏光面を回転させて当該光束を通過させる液晶セルと、

前記液晶セルから出射される光柬の内の所定の偏光面を持つ光束を通過させる 検光子と、

を備えたことを特徴とする光学変換装置。

2 9 . 請求項 2 8において、

光源としてのランァュニッ トを備え、 前記偏光変換装置を前記ランプュニッ ト の光出力側の直後に配置したことを特徴とする光学変換装置。

3 0 . 請求項 2 8または 2 9において、

前記液晶セルは、 透過型または反射型の液晶セルであることを特徴とする光学 変換装置。

3 1 . 請求項 2 8乃至 3 0のいずれかに記載の光学変換装置を備え、 前記液晶セ ルの液晶分子の挙動に依存した情報表示用の表示画面を形成したことを特徴とす ^十 ^器。

3 2 . 請求項 1乃至 2 7のいずれかに記載の偏光変換装置と、

この偏光変換装置で偏光変換された前記特定の偏光面を持つ光束を入射させ、 かつ液晶の配列状態に応じて前記特定の偏光面を回転させて当該光束を通過させ る液晶セルと、

この液晶セルから出射される光束の内の所定の偏光面を持つ光束を通過させる 検光子と、

を備えたことを特徴とする光学変換装置。

3 3 . 請求項 3 2において、

光源としてのランプュニッ トを備え、 前記偏光変換装置を前記ランプュニッ ト の光出力側の直後に配置したことを特徴とする光学変換装置。

3 4 . 請求項 3 2または 3 3において、

前記液晶セルは、 透過型または反射型の液晶セルであることを特徴とする光学 変換装置。

3 5 . 請求項 3 2乃至 3 4のいすれかに記載の光学変換装置を備え、 前記液晶セ ルの液晶分子の挙動に依存した情報表示用の表示画面を形成したことを特徴とす る 子 ¾5^。

3 6 . 入射光を所定の偏光面を有する光に変換する偏光変換装置の製造方法で あって、

ベースポリマーと旋光性物質とを混合する混合工程と、

混合された溶液を膜状にして流すキャス ト工程と、

膜状にされた溶液を乾燥させ、 硬化させる乾燥工程と、

硬化した膜に張力を加え、 延伸させる延伸工程と、

を備えたことを特徴とする偏光変換装置の製造方法。

3 7 . 請求項 3 6において、

前記キャス卜工程では、 前記混合された溶液を一以上の溝に沿って流すことに より、 当該旋光性物質を配向させることを特徴とする偏光変換装置の製造方法。