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技術 シート状偏光素子及びそれを用いた液晶表示素子

出願人 住友ベークライト株式会社
発明者 伊東寿
出願日 1997年9月12日 (23年2ヶ月経過) 出願番号 1997-249196
公開日 1999年3月26日 (21年7ヶ月経過) 公開番号 1999-084130
状態 拒絶査定
技術分野 回折格子、偏光要素、ホログラム光学素子 液晶4(光学部材との組合せ) 偏光要素 液晶4(光学部材との組合せ)
主要キーワード 粒子密度分布 物質境界 三角波形状 光線入射面 表示視野角 工程増加 入射プリズム 光線透過量
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重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年3月26日)のものです。
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課題

従来偏光板のような光吸収二色性を利用せずにランダム偏光から一方向の偏光のみを取り出す偏光素子において、光吸収なしにランダム偏光を一方向のみの偏光に変換することで、広帯域光利用効率が高く、光源の吸収発熱による偏光特性熱劣化がない光散乱機能シート状偏光素子及びこれを用いた液晶表示素子を得る。

解決手段

直角三角形状に互い違いに重なり合った連続的に加工されたプリズムにおいて、互いのプリズムの傾斜面を入射光源に対してほぼブリュースター角近傍になるように傾斜させ、入射させたランダム偏光をP偏光とS偏光に分離させた後に、反射光のS偏光のみを入射光と平行な互いのプリズム面に配置した1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子配向固定した薄膜を介してP偏光に変換させ、透過P偏光と変換されたP偏光をそれぞれ取り出し、更に光散乱シートによりP偏光を光散乱すことで、ランダム偏光から一方向に偏光した指向性のない直線偏光光損失なしに取り出すことができる。

概要

背景

ワードプロセッサデスクトップパソコン等のOA機器表示装置の主流であるCRTは、薄型軽量、低消費電力という大きな利点を持った液晶表示素子に変換されつつある。

液晶表示素子は捻れ液晶基板で保持したセルとその両側に直交に配置した偏光板によって構成されている。従来、偏光板としてはヨウ素系または色素系・染料系偏光板が代表的であるある。偏光板は互いに直交する偏光成分のうち、一方の直線偏光成分のみを選択的に吸収し、他方の直線偏光成分のみを透過させることにより、一方向の偏光成分のみを有する出射光に変換するものである。バックライトより出射される非偏光光は、偏光板により直線偏光に変換され、液晶セル内を液晶分子の捻れに沿って旋光するために、出射側の偏光板で光吸収を受けず表示光として出射される。一方セルに電圧印可すると液晶が電界方向に配向し捻れがなくなるために、セルを透過した偏光は出射側偏光板で光吸収される。

光の利用効率を促進するための1つの技術が、特開平8−248224に示されており、ここでは2つの偏光成分を有する光を屈折率の異なる物質境界透過光反射光にし、1つの偏光成分を位相変化を行う位相子ファラデー素子等により偏波面を回転させた後に、2つの偏光成分を同方向に進行するように方向を変化させることにより、光源光利用効率を高めている。

しかしながら、この技術は偏波面を変換する位相子またはファラデー素子の波長依存性により、光源波長により偏波面回転の分散が生じ、広帯域波長に対する光利用効率の向上が望めない。

また、LCDを製造する場合、あらかじめ配向処理して液晶分子を一定方向に配向させる。従来の捻れネマティック型LCDにおいては上下方向からパネルを見た場合には光線透過量の変化による表示特性の変化が生じ、正面方向からの表示特性から大きくずれといったことによる視野角偏りが生じていた。これは光学的に異方性を有する液晶分子が電圧印加に対して一方向に均一に立ち上がる(シングルドメイン)ためであり、基本的に捻れモードでは解消できるものではない。この問題に対しLCDの表示視野角を広げる手法として、画素分割法(例えば SID '91 Digest p.555)、配向分割法(例えば Japan Display '92 Proceeding p.591)、アモルファス配向TNモード(例えば SID '93 Digest p.622)等が検討され、視野角に於ける表示の視認性向上が確認されている。

概要

従来偏光板のような光吸収二色性を利用せずにランダム偏光から一方向の偏光のみを取り出す偏光素子において、光吸収なしにランダム偏光を一方向のみの偏光に変換することで、広帯域で光利用効率が高く、光源の吸収発熱による偏光特性熱劣化がない光散乱機能シート状偏光素子及びこれを用いた液晶表示素子を得る。

直角三角形状に互い違いに重なり合った連続的に加工されたプリズムにおいて、互いのプリズムの傾斜面を入射光源に対してほぼブリュースター角近傍になるように傾斜させ、入射させたランダム偏光をP偏光とS偏光に分離させた後に、反射光のS偏光のみを入射光と平行な互いのプリズム面に配置した1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜を介してP偏光に変換させ、透過P偏光と変換されたP偏光をそれぞれ取り出し、更に光散乱シートによりP偏光を光散乱すことで、ランダム偏光から一方向に偏光した指向性のない直線偏光を光損失なしに取り出すことができる。

目的

現在LCDに用いられている偏光板では光吸収二色性を利用しているため光の利用効率が理論的に50%以上にはならず光源のロスが大きいために、液晶表示素子における光の利用効率は数%にすぎない。その結果、高輝度な表示を得るために消費電力の大半はバックライトシステムに利用されている。更に、従来偏光板は光吸収にともなう発熱作用により偏光板自体が熱破壊し、偏光特性の劣化も生じていた。また、表示の広視野角化に対しいずれの手法も表示の広視野角化の対し効果はあるものの製造プロセス変更・追加等による工程増加、表示特性の低下、コストアップ等の課題があり、広視野角化に対する有効な手法は確立されていない。本発明は、上記従来技術の課題を解決するもので、光吸収なしに非偏光光から一方向の直線偏光を生成する機能と出射変更をランダム方向に散乱させる機能を有する広帯域の光源に対し光利用効率の高い光散乱機能付シート状偏光素子、及びこれを用いた液晶表示素子を提供することで光利用効率が高く、更に視野角特性に優れた液晶表示素子を得ることを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

光源より出射された非偏光光偏光に変換する単位が、連続的に加工されたシート偏光素子であって、前記単位が、前記非偏光光の一部分を互いに偏光面が直交する反射光及び透過光に分割する部分と、前記反射光の偏光面を変化させて透過光の偏光面と一致させる変調部を有することを特徴とするシート状偏光素子において、変調部が1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子配向固定した薄膜からなり、前記反射光の偏光軸と反射光が入射する面の変調部の液晶分子の長軸方向がほぼ平行方向に配向しており、透過光及び変調された反射光を光散乱させる光散乱部を有することを特徴とする光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項2

前記分割部の断面形状が、非偏光光の入射する面側が直角三角形プリズムが連続に加工された形状であり、かつ、前記直角三角形プリズムが非偏光光の進行方向に平行な面と非偏光光の入射角に対してブリュースター角条件を近似的に満たすように傾斜された面からなる三角波形状であり、前記変調部が直角三角形プリズムの非偏光光進行方向と平行な面の間に設けられた1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜であり、前記光散乱部が透過光及び変調された反射光が出射する面に設けられた光散乱シートであることを特徴とする請求項1の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項3

前記分割部の断面形状が、直角三角形状プリズムが互い違いに重なった形状であり、かつ、前記直角三角形状プリズムの屈折率光線入射面をなす前記プリズムの屈折率より光線出射面をなす前記プリズムの屈折率が大きく、前記直角三角形プリズムが非偏光光の進行方向に平行な面と非偏光光の入射角に対してブリュースター角条件を近似的に満たすように傾斜された面からなる三角波形状であり、前記変調部が前記偏光分割部の低屈折率直角三角形プリズムと高屈折率直角三角形プリズムの互いの非偏光光進行方向と平行な面の間に設けられた1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜であり、前記光散乱部が透過光及び変調された反射光が出射する面に設けられた光散乱シートであるることを特徴とする請求項1の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項4

前記分割部で分割された反射偏光光が前記変調部により変調され前記分割部の傾斜面に入射する角度が前記分割部の反対側の外部媒体に対し臨界角以上であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項5

前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子が、重合官能基としてアクリレート基メタクリレート基ビニルエーテル基またはエポキシ基のうち少なくとも一つ以上有していることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項6

前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子がカイラルネマティック相の分子配向状態にあることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項7

前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子がカイラルスメクティック相の分子配向状態にあることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項8

前記変調部が1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子とそれ以外の有機化合物の混合物からなることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項9

前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子の液晶相の分子配向状態が光重合により配向固定化されていることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項10

前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子の分子配向状態を制御する無機または有機分子配向膜が少なくとも一層用いられていることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項11

前記光散乱部が、偏光入射面が光学的に平滑な表面であり、かつ、偏光出射面の表面形状が凹凸を有した構造であり、更に、前記偏光出射表面の凹凸形状のピッチが、前記偏光分割部の直角三角形状プリズムの配置ピッチよりも小さいことを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項12

前記光散乱部が、光散乱機能を与える屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が2成分以上の非相溶成分からなる共連続相組成物であり、更に、共連続相組成物の連続相構成ピッチが非偏光光源として用いられる光線波長よりも大きいことを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項13

前記光散乱部が、光散乱機能を与える屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹脂マトリックス樹脂中に均一に分散した非偏光光に対して光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状粒子形状物であり、前記粒子形状物の粒径が20μm以下であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項14

前記光散乱部が、光散乱機能を与える屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹脂マトリックスと樹脂中に分散した非偏光光に対して光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒径が20μm以下である粒子形状物であり、更に、前記粒子形状物の樹脂マトリックス中分散状態が偏光が入射する面から散乱光が出射する面に向けて粒子形状物密度が連続的に変化した構造を有していることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項15

前記光散乱部が、固体基板上に光散乱機能を与える屈折率不均一構造を有する物質コーティングした構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹脂マトリックスと樹脂中に均一に分散した非偏光光に対して光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒子形状物であり、前記粒子形状物の粒径が20μm以下であることを特徴とする請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項16

請求項1、2又は3記載の光散乱機能付シート状偏光素子において偏光面が一致した透過光と反射光が散乱した後に出射する面に、出射光の偏光面と偏光板の偏光軸が一致するように偏光板を設けた光散乱機能付シート状偏光素子。

請求項17

請求項1、2、3又は16記載の光散乱機能付シート状偏光素子を、偏光板として用いた反射型液晶表示素子

技術分野

0001

本発明は、非偏光光から一方向の偏光成分のみを生成する機能を備えたシート偏光素子及びこれを用いた液晶表示素子に関し、更に詳しくは液晶表示素子の広視野角化及び高輝度化に関する。

背景技術

0002

ワードプロセッサデスクトップパソコン等のOA機器表示装置の主流であるCRTは、薄型軽量、低消費電力という大きな利点を持った液晶表示素子に変換されつつある。

0003

液晶表示素子は捻れ液晶基板で保持したセルとその両側に直交に配置した偏光板によって構成されている。従来、偏光板としてはヨウ素系または色素系・染料系偏光板が代表的であるある。偏光板は互いに直交する偏光成分のうち、一方の直線偏光成分のみを選択的に吸収し、他方の直線偏光成分のみを透過させることにより、一方向の偏光成分のみを有する出射光に変換するものである。バックライトより出射される非偏光光は、偏光板により直線偏光に変換され、液晶セル内を液晶分子の捻れに沿って旋光するために、出射側の偏光板で光吸収を受けず表示光として出射される。一方セルに電圧印可すると液晶が電界方向に配向し捻れがなくなるために、セルを透過した偏光は出射側偏光板で光吸収される。

0004

光の利用効率を促進するための1つの技術が、特開平8−248224に示されており、ここでは2つの偏光成分を有する光を屈折率の異なる物質境界透過光反射光にし、1つの偏光成分を位相変化を行う位相子ファラデー素子等により偏波面を回転させた後に、2つの偏光成分を同方向に進行するように方向を変化させることにより、光源光利用効率を高めている。

0005

しかしながら、この技術は偏波面を変換する位相子またはファラデー素子の波長依存性により、光源波長により偏波面回転の分散が生じ、広帯域波長に対する光利用効率の向上が望めない。

0006

また、LCDを製造する場合、あらかじめ配向処理して液晶分子を一定方向に配向させる。従来の捻れネマティック型LCDにおいては上下方向からパネルを見た場合には光線透過量の変化による表示特性の変化が生じ、正面方向からの表示特性から大きくずれといったことによる視野角偏りが生じていた。これは光学的に異方性を有する液晶分子が電圧印加に対して一方向に均一に立ち上がる(シングルドメイン)ためであり、基本的に捻れモードでは解消できるものではない。この問題に対しLCDの表示視野角を広げる手法として、画素分割法(例えば SID '91 Digest p.555)、配向分割法(例えば Japan Display '92 Proceeding p.591)、アモルファス配向TNモード(例えば SID '93 Digest p.622)等が検討され、視野角に於ける表示の視認性向上が確認されている。

発明が解決しようとする課題

0007

現在LCDに用いられている偏光板では光吸収二色性を利用しているため光の利用効率が理論的に50%以上にはならず光源のロスが大きいために、液晶表示素子における光の利用効率は数%にすぎない。その結果、高輝度な表示を得るために消費電力の大半はバックライトシステムに利用されている。更に、従来偏光板は光吸収にともなう発熱作用により偏光板自体が熱破壊し、偏光特性劣化も生じていた。また、表示の広視野角化に対しいずれの手法も表示の広視野角化の対し効果はあるものの製造プロセス変更・追加等による工程増加、表示特性の低下、コストアップ等の課題があり、広視野角化に対する有効な手法は確立されていない。本発明は、上記従来技術の課題を解決するもので、光吸収なしに非偏光光から一方向の直線偏光を生成する機能と出射変更をランダム方向に散乱させる機能を有する広帯域の光源に対し光利用効率の高い光散乱機能付シート状偏光素子、及びこれを用いた液晶表示素子を提供することで光利用効率が高く、更に視野角特性に優れた液晶表示素子を得ることを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明の光散乱機能付シート状偏光素子は、光源より出射された非偏光光を偏光に変換する単位が、連続的に加工されたシート状偏光素子であって、前記単位が、前記非偏光光の一部分を互いに偏光面が直交する反射光及び透過光に分割する部分と、前記反射光の偏光面を変化させて透過光の偏光面と一致させる変調部を有することを特徴とするシート状偏光素子において、変調部が1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜からなり、前記反射光の偏光軸と反射光が入射する面の変調部の液晶分子の長軸方向がほぼ平行方向に配向しており、透過光及び変調された反射光を光散乱させる光散乱部を有することを特徴とする。

0009

ここで、前記分割部の断面形状が、非偏光光の入射する面側が直角三角形プリズムが連続に加工された形状であり、かつ、前記直角三角形プリズムが非偏光光の進行方向に平行な面と非偏光光の入射角に対してブリュースター角条件を近似的に満たすように傾斜された面からなる三角波形状であり、前記変調部が直角三角形プリズムの非偏光光進行方向と平行な面の間に設けられた1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜であるとよい。

0010

また、前記分割部の断面形状が、直角三角形状プリズムが互い違いに重なった形状であり、かつ、前記直角三角形状プリズムの屈折率が光線入射面をなす前記プリズムの屈折率より光線出射面をなす前記プリズムの屈折率が大きく、前記直角三角形プリズムが非偏光光の進行方向に平行な面と非偏光光の入射角に対してブリュースター角条件を近似的に満たすように傾斜された面からなる三角波形状であり、前記変調部が前記偏光分割部の低屈折率直角三角形プリズムと高屈折率直角三角形プリズムの互いの非偏光光進行方向と平行な面の間に設けられた1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜であるとよい。

0011

また、前記分割部で分割された反射偏光光が前記変調部により変調され前記分割部の傾斜面に入射する角度が前記分割部の反対側の外部媒体に対し臨界角以上であることを特徴とする。

0012

また、前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子が、重合官能基としてアクリレート基メタクリレート基ビニルエーテル基またはエポキシ基のうち少なくとも一つ以上有していることを特徴とする。

0013

また、前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子がカイラルネマティック相の分子配向状態にあることを特徴とする。

0014

また、前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子がカイラルスメクティック相の分子配向状態にあることを特徴とする。

0015

また、前記変調部が1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子とそれ以外の有機化合物の混合物からなることを特徴とする。

0016

また、前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子の液晶相の分子配向状態が光重合により配向固定化されていることを特徴とする。

0017

また、前記変調部を構成する1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子の分子配向状態を制御する無機または有機分子配向膜が少なくとも一層用いられていることを特徴とする。

0018

また、前記光散乱部が、偏光入射面が光学的に平滑な表面であり、かつ、偏光出射面の表面形状が凹凸を有した構造であり、更に、前記偏光出射表面の凹凸形状のピッチが、前記偏光分割部の直角三角形状プリズムの配置ピッチよりも小さいことを特徴とする。

0019

また、前記光散乱部が、光散乱機能を与える屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が2成分以上の非相溶成分からなる共連続相組成物であり、更に、共連続相組成物の連続相構成ピッチが非偏光光源として用いられる光線波長よりも大きいことを特徴とする。

0020

また、前記光散乱部が、光散乱機能を与える屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹脂マトリックス樹脂中に均一に分散した非偏光光に対して光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状粒子形状物であり、前記粒子形状物の粒径が20μm以下であることを特徴とする。

0021

また、前記光散乱部が、光散乱機能を与える屈折率不均一構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹脂マトリックスと樹脂中に分散した非偏光光に対して光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒径が20μm以下である粒子形状物であり、更に、前記粒子形状物の樹脂マトリックス中分散状態が偏光が入射する面から散乱光が出射する面に向けて粒子形状物密度が連続的に変化した構造を有していることを特徴とする。

0022

また、前記光散乱部が、固体基板上に光散乱機能を与える屈折率不均一構造を有する物質コーティングした構造からなり、前記屈折率不均一構造が樹脂マトリックスと樹脂中に均一に分散した非偏光光に対して光吸収がほとんど無い球状もしくは楕円体状の粒子形状物であり、前記粒子形状物の粒径が20μm以下であることを特徴とする。

0023

光散乱機能付シート状偏光素子において偏光面が一致した透過光と反射光が散乱した後に出射する面に、出射光の偏光面と偏光板の偏光軸が一致するように偏光板を設けるとよい。

0024

光散乱機能付シート状偏光素子を、偏光板として用いた反射型液晶表示素子に用いるとよい。

発明を実施するための最良の形態

0025

本発明の光散乱機能付シート状偏光素子に入射する非偏光光は、偏光分割部の傾斜面にブリュースター角で入射するためにP偏光は透過光として偏光分割部を透過し、一方S偏光は傾斜面において反射光となる。反射S偏光は連続で隣り合う偏光分割部に設けられた変調部において偏光面が90°回転しS偏光からP偏光に変換され、更に、偏光分割部傾斜面で全反射し光散乱部に入射する。光散乱部において偏光光は光散乱部を構成する屈折率不均一構造により異物質からなる屈折率界面において光散乱し、指向性のない偏光光として偏光素子裏面から出射する。

0026

つまり、本発明の偏光素子により、透過光をP偏光で出射させ反射光をS偏光からP偏光に変換した後に出射させることにより光エネルギー損失させることなしに非偏光光を一方向偏光に光利用効率を高く変換させることができる。また、1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜により偏光面の変調部が構成されているため、広波長帯域で偏波面回転の分散の小さい偏光面変換が可能になり、広帯域で光利用効率の向上を得ることができる。更に光散乱部において偏光光を光散乱させることで指向性のない偏光光として取り出すことができる。また、本発明の偏光素子の偏光出射面に偏光面と偏光軸が一致するように偏光板を設置することにより消光比が高く高光利用効率な指向性のない偏光光を得ることができる。また、本発明の光散乱機能付シート状偏光素子を液晶表示素子に用いることにより、高輝度で視野角の広い表示を有する液晶表示素子を得ることができる。

0027

次に、実施例に基づき本発明を詳細に図面を参照して説明する。但し、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

0028

図1は本発明の光散乱機能付シート状偏光素子の第1の実施例を示す、図は連続的に加工されたシート状偏光素子の隣り合う2個の偏光素子単位の構成図である。

0029

本実施例の偏光素子の構成単位は非偏光光10を偏光分割する偏光分割プリズム20と偏光分割プリズムと斜面同士が重なり合う直角三角形プリズム30と偏光分離された反射偏光の偏光面を90°回転するための偏光面変調部40と非偏光光から偏光に変換された光をランダム方向に散乱する光散乱部50からなり、光散乱機能付シート状偏光素子は偏光素子構成単位が連続的に加工された形状を有している。

0030

偏光分割部は、非偏光光10の入射角がほぼブリュースター角になるように傾斜している傾斜面21と一方向に偏光を出射する出射面22有する高屈折率偏光分割プリズム20と非偏光光10の入射角が直角な入射面32と傾斜面21と同様な傾きの傾斜面31を有する低屈折率直角三角形プリズム30とからなり、非偏光光10を傾斜面21と傾斜面31の界面において、互いに偏光面が直交する透過光と反射光に分割する分割部として機能する。ここで、傾斜面21と傾斜面31の界面は界面に対して垂直な振動面を有するP偏光11を透過し、界面に対して平行な振動面を有するS偏光12を反射する特性を有し、互いに振動面の直交したP偏光とS偏光を分割する分割部として機能する。

0031

また、偏光分割部で分割された反射光が変調部により変調され偏光分割プリズムの傾斜面21の裏面の傾斜面23に入射する角度が偏光分割プリズム20の反対側の外部媒体(低屈折率直角三角形プリズム30)に対し臨界角以上であり、反射光を全反射する全反射面として機能する。

0032

変調部は、低屈折率プリズム30と偏光分離プリズム20の非偏光光に対し平行な互いの面(面34と面24)の間に設けられた1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜40であり、傾斜面21で反射した反射光の偏光面を変化させて透過光の偏光面と偏光面を一致させる変調部として機能する。ここで、傾斜面21に対して平行な振動面を有する反射S偏光の偏光面を90°回転させてP偏光13に変換する特性を有し、入射直線偏光の偏光面と直交した出射直線偏光に変換する変調部として機能する。

0033

光散乱部は、偏光分離プリズム20の偏光出射面22に平行に設けられた、少なくとも2種類以上の屈折率の異なる物質から構成される屈折率不均一構造を有した光散乱シートであり、偏光出射面22から出射する偏光光を指向性のない偏光光として光散乱させる光散乱部として機能する。ここで、入射面51に入射したP偏光は光散乱部を構成する屈折率不均一構造により異物質からなる屈折率界面において光散乱し、指向性のないP偏光として入射P偏光を散乱させる光散乱部として機能する。

0034

次に、本実施例のシート状偏光素子の動作について説明する。

0035

ランダムな偏光を有する入射光(非偏光光)10は低屈折率直角三角形プリズム30を介して偏光分離プリズム20に入射する。入射光10は傾斜面21にほぼブリュースター角で入射するために入射面に垂直な振動面を有するP偏光11と入射面に平行な振動面を有するS偏光12に分離される。P偏光11は偏光分離プリズム20に入射し出射面22からP偏光として出射される。

0036

一方S偏光12は傾斜面21で反射し外部媒体(三角プリズム30)を透過して1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜40に入射する。S偏光12は1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜40で変調され偏光面が90°変換されたP偏光13として出射し、隣り合う偏光分離プリズム20に入射する。変調された反射光はP偏光13として傾斜面23に入射する。P偏光入射角は偏光分割プリズム20の反対側の外部媒体(低屈折率直角三角形プリズム30)に対し臨界角以上であるために傾斜面23で全反射し出射面22からP偏光として出射される。

0037

透過P偏光11及び位相変換された反射P偏光13は光散乱部50の入射面51に異なる入射角度で入射する。各P偏光は屈折率の異なる物質53及び物質54からなる屈折率不均一界面において光散乱し、指向性のないP偏光として出射面52からランダム方向に出射される。

0038

したがって、本実施例の偏光分割部と変調部及び光散乱部が連続的に加工された光散乱機能付シート状偏光素子を用いることにより、ランダム偏光光10を偏光分割部でP偏光11とS偏光12に分割し、更にS偏光12を変調部40でP偏光13に変換させ、各P偏光を光散乱部50でランダム方向に光散乱させることで、光損失なく出射面52から指向性のないP偏光として出射させることができる。

0039

次に、本実施例の光散乱機能付シート状偏光素子の各構成部の材料について説明する。

0040

入射側低屈折率直角三角形プリズム30及び出射側偏光分割プリズム20は、プラスチックまたはガラスなどで構成することができるが、加工の自由度を考慮するとプラスチックで構成した方が好ましい。また、直角三角形プリズム30は偏光分離プリズム20の屈折率よりも低屈折率であるために、偏光分離プリズム20が低屈折率材料であれば、外部媒体プリズム30は空気層でもかまわない。

0041

変調部である1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜40は、液晶相の分子配向状態を配向固定化するために重合官能基を有することが望ましく、重合官能基としてアクリレート基、メタクリレート基、ビニルエーテル基またはエポキシ基のうち少なくとも一つ以上有していることが好ましい。また、液晶分子は1/4らせん構造を発現するためにコレステリック液晶が好ましく、カイラルネマティック液晶、カイラルスメクティック液晶ネマチック液晶カイラル剤の混合物、スメクティック液晶とカイラル剤の混合物がより好ましい。

0042

また、1/4らせん構造の分子配向状態にある液晶分子の配向固定膜40を得るために、液晶分子の分子配向状態を制御する配向層としては、配向層近傍の液晶分子の一軸配向性を発現させるものであれば無機または有機分子の配向膜でもかまわないが、有機分子であればポリイミド膜光配向させたもの、光異性化分子を光配向させたもの、二色性有機分子を斜方蒸着等のドライプロセスで製膜したもの、無機酸化物を斜方蒸着したもの、無機フッ化物を斜方蒸着したものが好ましい。

0043

光散乱部である光散乱シートは、熱可塑性樹脂熱硬化性樹脂低分子液晶側鎖型高分子液晶、主鎖型低分子液晶及びそれぞれの共重合高分子液晶のいずれかを2成分以上の非相溶性成分による共連続相を形成したもの、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、側鎖型高分子液晶、主鎖型低分子液晶の樹脂マトリックス中に金属酸化物粒子プラスチックビーズガラスビーズまたはマトリックス樹脂と非相溶な低分子液晶ドメイン均一分散または連続的な粒子密度分布を示す傾斜構造を有するもの、プラスチックフィルムまたはガラスの固体基板上に熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、側鎖型高分子液晶、主鎖型低分子液晶の樹脂マトリックス中に金属酸化物粒子、プラスチックビーズ、ガラスビーズまたはマトリックス樹脂と非相溶な低分子液晶ドメインを均一分散させた成分をコーティングしたもので、屈折率不均一構造を有しており入射P偏光に対し光散乱を与えるもので構成されることが好ましく、更に、可視光域で光散乱シート構成物の光吸収が小さいもの、若しくは無いもので構成されることがより好ましい。

0044

図2は、本発明の光散乱機能付シート状偏光素子の第2の実施例を示す、図は連続的に加工された光散乱機能付シート状偏光素子の隣り合う2個の偏光素子単位の構成図である。

0045

本実施例の光散乱機能付シート状偏光素子が図1に示した光散乱機能付シート状偏光素子と異なる点は、光散乱部50が固体基板シートよりなり、P偏光出射面52の表面に凹凸の加工が施されている点と、光散乱部50の出射面52に側に出射されるP偏光11及びP偏光13の偏光振動方向と偏光板60の偏光軸が一致している点である。光散乱部の材質としては、プラスチックシートまたはガラス基板が好ましく、加工性の点からプラスチックシートがより好ましい。本実施例の光散乱機能付シート状偏光素子では、第1の実施例同様な動作により、ランダム偏光10を光損失なしにP偏光に変換した後に、凹凸出射面52からP偏光が出射される際に、表面の凹凸によりP偏光出射方向の指向性をなくさせることでP偏光を散乱させランダムな方向に進行するP偏光を得る。更に、偏光板60でP偏光と直交したS偏光成分を光吸収二色性によりカットすることで、消光比が高く、更に透過光強度の高い指向性のないP偏光を出射することができる。

0046

図3は、本発明光散乱機能付シート状偏光素子を用いた液晶表示素子の実施例を示す、図は連続的に加工された光散乱機能付シート状偏光素子の隣り合う2個の偏光素子単位を配置した液晶表示素子の構成図である。

0047

本実施例の液晶表示素子は図1に示した光散乱機能付シート状偏光素子の偏光軸とクロスニコルの角度に偏光軸を配置した従来型偏光板に挟まれたTN型液晶セルにより構成された反射型液晶表示素子である。図1の光散乱機能付シート状偏光素子を配置していることから、液晶セルには指向性のない一方向に偏光した偏光光が入射する。液晶層を透過したP偏光は対向偏光板70を透過した後に反射板80により全反射して表示面に出射される。この時、捻れネマチック液晶により光スイッチングされた透過光は光散乱部50により再び光散乱され、指向性の表示光として出射される。つまり、本発明の光散乱機能付シート状偏光素子を用いた反射型液晶表示素子により、光利用効率が高いために高輝度で広視野角液晶表示を得ることができる。

発明の効果

0048

以上説明したように、本発明の光散乱機能付シート状偏光素子を用いることにより、広帯域で非偏光光源の利用効率の高い偏光素子が得られ、高輝度の偏光を得る際に光源電力の省力化がはかれる。また、本発明のシート状偏光素子は従来の偏光板とは異なり、本質的に光吸収がないために、強い光線を入射させた場合にも、発熱による偏光性能の劣化をまねくことなしに安定な偏光機能を提供できる。更に、本発明の偏光素子を用いた反射型液晶表示素子は高輝度で広視野角な液晶表示を得ることができる。

図面の簡単な説明

0049

図1本発明の光散乱機能付シート状偏光素子の第1の実施例を示す、光散乱機能付シート状偏光素子の合う2個の偏光素子の構成図である。
図2本発明の光散乱機能付シート状偏光素子の第2の実施例を示す、光散乱機能付シート状偏光素子の隣り合う2個の偏光素子の構成図である。
図3第3の実施例である本発明の光散乱機能付シート状偏光素子を用いた反射型液晶表示素子のを示す。
図4図1に示した単位を連続的に加工した光散乱機能付シート状偏光素子の一構成例を示す部分図である。
図5図2に示した単位を連続的に加工した光散乱機能付シート状偏光素子の一構成例を示す部分図である。
図6光散乱部の構造例
図7光散乱部の構造例
図8光散乱部の構造例
図9光散乱部の構造例

--

0050

10ランダム光源
11P偏光
12 S偏光
13位相変調P偏光
14光散乱機能付シート状偏光素子
15TN型液晶セル
16 光再結合したP偏光
20偏光分離プリズム
21 偏光分離プリズムの傾斜面
22 偏光分離プリズムの出射面
23 変換されたP偏光の入射する傾斜面
24 偏光分離プリズムの光源と平行な面
30入射側プリズム
31入射プリズム傾斜面
32 光源入射面
33 入射側プリズム傾斜面の内側面
34 入射側プリズムの光源と平行な面
40 1/4らせん構造を有した分子配向状態にある液晶分子を配向固定した薄膜
50光散乱部
51 P偏光入射面
52散乱P偏光出射面
53、54光散乱シート構成物質
60、70偏光板
80反射板
θB 光源の偏光分離プリズムへの入射角
θ1変調部で変換された偏光の偏光分離プリズム傾斜面の裏面への入射角

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