JP2007213057A - 偏光導光板及びその製造方法、前記偏光導光板を利用した平板表示装置用の照明装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程の簡単な偏光導光板及びその製造方法、前記偏光導光板を利用した平板表示装置用の照明装置を提供する。
【解決手段】光学的等方性材料からなる透明基板と、前記透明基板の上面に設けられたものであって、互いに垂直な第１偏光成分及び第２偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層と、前記透明基板の上面と異方性液晶ポリマー層との界面に形成されたものであって、第１偏光成分の光は屈折または反射させ、第２偏光成分の光は透過させる偏光分離用の微細構造と、を備え、前期偏光分離用の微細構造の屈折率は、前記基板の屈折率と同じであり、前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率より高く、第２偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率と同じであることを特徴とする偏光導光板である。
【選択図】図３

Description

本発明は、偏光導光板及びその製造方法、前記偏光導光板を利用した平板表示装置用の照明装置に係る。

平板表示装置には、それ自体が発光して画像を形成する発光型装置と、外部から光を受けて画像を形成する受光型装置とがある。例えば、液晶表示装置は、受光型平板表示装置である。したがって、液晶表示装置のような受光型平板表示装置は、別途の光源、例えばいわゆるバックライトユニットのような照明装置を必要とする。しかし、現在の液晶表示装置は、光源から放出される総光量の約５％のみを画像の形成に利用している。かかる低い光利用効率は、液晶表示装置内の偏光板及びカラーフィルタでの光吸収に起因する。特に、液晶表示装置の両面に配置された吸収型偏光板は、非偏光の入射光の約５０％を吸収するため、液晶表示装置の低い光利用効率の最大原因となる。

かかる問題を改善するために、液晶表示装置の背面に配置された背面偏光板の偏光方向と同じ偏光方向のみを有する光を放出するバックライトユニットが提案されている。例えば、導光板の側面に光源が配置された構造のエッジ型バックライトユニットの場合には、導光板の上面にＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）のような多層構造の反射型偏光フィルムを付着して液晶表示装置の光利用効率を向上させる。しかし、前記別途の反射型偏光フィルムは、高価であるだけでなく、具体的な偏光変換手段がないことによって光利用効率の向上に限界がある。したがって、それ自体が偏光分離及び変換機能を行う偏光導光板を製造するために多くの研究が進められつつある（例えば、特許文献１）。

図１は、特許文献１に開示された偏光導光板を示す図面である。図１に示すように、従来の偏光導光板１０は、エンボシングされた表面１４を有する異方性光分離層１３が接着コーティング層１２を介して等方性導光板１１上に形成された構造を有している。また、前記異方性光分離層１３上には、平坦な表面を有する追加的な等方性層１５が形成されている。前記異方性光分離層１３は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）のような高分子シートを一軸に延伸した後、ホットエンボシングして形成される。このように形成された異方性光分離層１３は、ｓ−偏光成分とｐ−偏光成分とに対してそれぞれ異なる屈折率を有する。図１に示した偏光導光板１０の場合、異方性光分離層１３のｓ−偏光成分に対する屈折率は、ｐ−偏光成分に対する屈折率より高い。また、等方性導光板１１の屈折率は、異方性光分離層１３の二つの屈折率の間にあり、追加的な等方性層１５の屈折率は、異方性光分離層１３のｐ−偏光成分に対する屈折率と同じである。

前述した構造によれば、導光板１１の内部を進める光ｂのうち、ｐ−偏光成分に対して界面全反射条件を満足する臨界角より小さい角度で導光板１１の上面に入射した光ｂ_Ｓ１＋ｂ_Ｐ１は、光分離層１３でｓ−偏光成分ｂ_Ｓ１とｐ−偏光成分ｂ_Ｐ１とが分離される。ｓ−偏光成分ｂ_Ｓ１は、追加的な等方性層１５を通過して外部に出射され、ｐ−偏光成分ｂ_Ｐ１は、追加的な等方性層１５の上面で全反射される。また、臨界角より大きい角度で導光板１１の上面に入射した光ｂ_Ｓ２＋ｂ_Ｐ２のうち、ｓ−偏光成分ｂ_Ｓ２は、全反射されずに光分離層１３と追加的な等方性層１５とを通じて外部に出力され、ｐ−偏光成分ｂ_Ｐ２は、導光板１１の上面で全反射される。したがって、偏光導光板１０を通じて放出される光は、いずれもｓ−偏光成分のみを有する。

図２は、他の従来の偏光導光板２０を形成する過程を示す図面である。図２に示すように、従来の偏光導光板２０は、微細な偏光分離パターン２２が形成された等方性導光板２１上に、透明基板２４上で硬化させた液晶ポリマー２３を付着して製造される。
米国特許出願公開第２００３／００５８３８６号明細書

しかしながら、上述の図１の偏光導光板１０の場合、広い面積の異方性光分離層１３を製造する場合、均一な一軸延伸が容易でない。また、製造された異方性光分離層１３を導光板１１の上面に付着するために、ＵＶ硬化性の接着コーティング層１２を必要とし、異方性光分離層１３上には、ＵＶ硬化性材料を利用して追加的なコーティング層１５を形成せねばならない。したがって、製造工程が複雑である。

また、図２の偏光導光板２０では、前記液晶ポリマー２３は、透明基板２４上で硬化させたものを使用するため、透明基板２４によりある程度光損失がある。また、既に硬化された液晶ポリマー２３を等方性導光板２１上に付着させるためにホットプレシング工程を使用するため、高温高圧の影響により液晶ポリマーの異方性が変形しやすく、等方性導光板２１上の偏光分離パターン２２が損傷しうる。

本発明の目的は、上述の問題点を解決し、従来に比べて製造工程の簡単な偏光導光板及びその製造方法を提供するところにある。

本発明の他の目的は、前記偏光導光板を利用した平板表示装置用の照明装置を提供するところにある。

本発明による偏光導光板は、光学的等方性材料からなる透明基板と、前記透明基板の上面に設けられたものであって、互いに垂直な第１偏光成分及び第２偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層と、前記透明基板の上面と前記異方性液晶ポリマー層との界面に形成されたものであって、第１偏光成分の光は屈折または反射させ、第２偏光成分の光は透過させる偏光分離用の微細構造と、を備え、前記偏光分離用の微細構造の屈折率は、前記透明基板の屈折率と同じであり、前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率より高く、第２偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率と同じであることを特徴とする。

前記異方性液晶ポリマー層は、好ましくは、光硬化可能な液晶を前記透明基板の上面にコーティングした後、ＵＶ光を照射して硬化させたものである。

前記偏光分離用の微細構造は、複数の微細プリズムを均一な間隔に配列した微細プリズムアレイでありうる。

また、好ましくは、液晶配向用の微細構造が、前記透明基板の上面と前記異方性液晶ポリマー層との界面の前記複数の微細プリズムの間にさらに形成される。

または、前記液晶配向用の微細構造が下部に形成された透明な上部層が、前記異方性液晶ポリマー層の上面にさらに形成されてもよい。

好ましくは、前記透明な上部層の屈折率は、前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率より低い。

本発明による平板表示装置用の照明装置は、前述した偏光導光板と、前記偏光導光板の透明基板の側面の一の側に配置された光源と、前記透明基板の側面の他の側に配置された反射ミラーと、前記透明基板と反射ミラーとの間に配置された偏光変換部材と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記偏光変換部材は、１／４波長板でありうる。

本発明による前述した偏光導光板の製造方法は、偏光分離用の微細構造を上面に備える光学的等方性材料からなる透明基板を提供する工程と、前記透明基板上に光硬化可能な液晶を均一な厚さにコーティングする工程と、前記液晶を同じ方向に配向させる工程と、液晶にＵＶ光を照射して前記液晶を硬化させることによって、互いに垂直な第１及び第２偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層を前記透明基板上に形成する工程と、を含み、前記偏光分離用の微細構造の屈折率は、前記基板の屈折率と同じであり、前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率より高く、第２偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率と同じであることを特徴とする。

本発明の他の偏光導光板は、光学的等方性材料からなる透明基板と、前記透明基板の側面の一の側に設けられたものであって、前記透明基板に前記側から入射する光を所定角度の範囲以内にコリメーティングするコリメータと、前記透明基板の上面に設けられたものであって、互いに垂直な第１及び第２偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層と、前記異方性液晶ポリマー層の上面に形成されたものであって、前記異方性液晶ポリマー層の下面を通じて入射した光を外部に出射させる出光用微細構造と、を備え、ここで、前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率がｎｅ、第２偏光成分に対する屈折率がｎｏ、前記透明基板の屈折率がｎｉとするとき、ｎｏ＜ｎｉ≦ｎｅである関係を満足することを特徴とする。

また、本発明によれば、上述の他の偏光導光板の製造方法は、平坦な上面を有する等方性材料からなる透明基板を提供する工程と、前記透明基板上に光硬化可能な液晶を均一な厚さにコーティングする工程と、出光用微細構造と液晶配向用の微細構造とが下部に形成された透明な上部層を前記異方性液晶上に配置させる工程と、前記異方性液晶にＵＶ光を照射して前記液晶を硬化させることによって、互いに垂直な第１及び第２偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層を前記透明基板上に形成する工程と、を含み、ここで、前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率がｎｅ、第２偏光成分に対する屈折率がｎｏ、前記透明基板の屈折率がｎｉとするとき、ｎｏ＜ｎｉ≦ｎｅである関係を満足することを特徴とする。

本発明による偏光導光板の場合、光源から放出された光がほとんど損失されず、ほとんど単一の偏光方向のみを有する光に変換されて外部に出射される。したがって、本発明による偏光導光板を利用して液晶表示装置用照明装置を製作する場合、出射光のほとんどが液晶表示装置の背面偏光板を通過するため、光利用効率が非常に向上する。

また、本発明による偏光導光板は、光硬化可能な液晶を透明基板上に塗布した後に硬化させる方法で製造されるので、従来の技術と異なり、均一に製造され、製造工程も単純になる。また、ホットプレッシング工程による高温高圧の影響もないため、液晶ポリマーが変形されるおそれもない。

以下、添付された図面を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。

図３は、本発明の一実施形態による偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置を示す図面である。図３に示すように、本発明の一実施形態による偏光導光板は、側面を通じて入射された光を内部に沿って伝播させる透明基板３１と、前記透明基板３１の上面に形成された異方性液晶ポリマー層３５と、前記透明基板３１の上面と前記異方性液晶ポリマー層３５との界面に形成された偏光分離用の微細構造３３と、を備える。

前記透明基板３１は、偏光方向に関係なく一定な屈折率を有する光学的等方性材料からなる。例えば、前記透明基板３１を形成する材料として、ポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）やポリカーボネート（ＰＣ）のような材料を使用できる。

また、異方性液晶ポリマー層３５は、互いに垂直な二つの偏光成分に対して異なる屈折率を有する光学的に異方性の材料を含む。例えば、前記異方性液晶ポリマー層３５の常光線に対する屈折率は、透明基板３１の屈折率と実質的に同じであり、異常光線に対する屈折率は、透明基板３１の屈折率より高いことが望ましい。本発明の好ましい実施形態によれば、かかる異方性液晶ポリマー層３５は、例えば、反応性メソゲンと呼ばれる光硬化可能な液晶を透明基板３１上にコーティングした後に硬化させて形成される。

偏光分離用の微細構造３３は、透明基板３１の上面上に形成され、異方性液晶ポリマー層３５により完全に覆われていることが好ましい。前記偏光分離用の微細構造３３としては、入射光を屈折、回折または反射させるための一般的な回折パターンや微細構造をそのまま利用できる。例えば、図３に示すように、複数の微細な三角プリズムを均一な間隔に配列した微細プリズムアレイを偏光分離用の微細構造３３として使用できる。ここで、個々の三角プリズムのサイズは、特に制限されないが、幅及び高さが約１μｍないし１０μｍであることが適当である。かかる偏光分離用の微細構造３３は、特定の偏光成分の光のみを屈折、回折または反射させ、他の偏光成分の光は透過させることによって、二つの偏光成分の光を分離する役割を行う。このために、前記偏光分離用の微細構造３３の材料としては、透明基板３１の屈折率と実質的に同じ屈折率を有する等方性材料を使用することが好ましい。したがって、透明基板３１と偏光分離用の微細構造３３とを射出成形工程によって一体として形成することも可能である。

また、図３に示すように、好ましくは、前記透明基板３１の上面の前記偏光分離用の微細構造３３の間に、液晶配向用の微細構造３４がさらに形成されうる。前記液晶配向用の微細構造３４は、異方性液晶ポリマー層３５内の液晶を同じ方向に配向させるためのものである。例えば、前記液晶配向用の微細構造３４は、等間隔に並べて配列されたライン状のパターンであって、幅と高さと間隔とが数百ｎｍないし１μｍの範囲内にある格子構造でありうる。好ましくは、かかる液晶配向用の微細構造３４は、偏光分離用の微細構造３３の形成時に共に形成される。

一方、本発明の一実施形態による平板表示装置用の照明装置３０は、前述した構造を有する偏光導光板において、透明基板３１の側面の一の側に配置された光源３２と、前記透明基板３１の側面の反対側に配置された反射ミラー３７と、前記透明基板３１と反射ミラー３７との間に配置された偏光変換部材３６と、をさらに備える。光源３２としては、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）またはＬＤ（レーザーダイオード）のような点光源を使用するか、または冷陰極蛍光ランプ（Ｃｏｌｄ Ｃａｔｈｏｄｅ Ｆｌｏｕｒｓｃｅｎｔ Ｌａｍｐ：ＣＣＦＬ）のような線光源を使用できる。反射ミラー３７は、透明基板３１の側面に出射される光を反射して再び透明基板３１の内部に入射させる役割を行う。偏光変換部材３６は、透明基板３１に再入射する光の偏光方向を変える役割を行うものであって、好ましくは光学的異方性材料からなる。例えば、前記偏光変換部材３６は、１／４波長板でありうる。

以下、前述した構造の平板表示装置用の照明装置３０の動作について説明する。まず、光源３２から放出された光は、透明基板３１の側面から透明基板３１の内部に入射した後、透明基板３１の上面と異方性液晶ポリマー層３５との界面に進む。ここで、光は、あらゆる偏光成分を有する非偏光状態の光である。前述したように、前記異方性液晶ポリマー層３５の異常光線に対する屈折率は、透明基板３１の屈折率より高く、常光線に対する屈折率は、透明基板３１の屈折率と実質的に同じである。したがって、光は、前記透明基板３１と異方性液晶ポリマー層３５との界面で全反射されずに異方性液晶ポリマー層３５の内部に入射する。次いで、光は、三角プリズムの形態の偏光分離用の微細構造３３の表面に入射する。異常光線の場合、異方性液晶ポリマー層３５の屈折率より偏光分離用の微細構造３３の屈折率が低いため、図３に示すように、異常光線は、前記偏光分離用の微細構造３３により屈折または回折されるか、または全反射されて前記異方性液晶ポリマー層３５の上面を通じて外部に出射される。一方、常光線の場合、異方性液晶ポリマー層３５の屈折率と偏光分離用の微細構造３３の屈折率とが同じであるため、常光線は、進行経路の変更なしに前記偏光分離用の微細構造３３をそのまま透過する。したがって、偏光分離用の微細構造３３により異常光線と常光線とが分離される。

次いで、常光線は、異方性液晶ポリマー層３５の上面と外部空気層との界面で全反射されて透明基板３１に進む。そして、透明基板３１の下面と外部空気層との界面で再び全反射されて透明基板３１の側面に出射される。図３に示すように、透明基板３１の側面には、偏光変換部材３６と反射ミラー３７とが配置されている。したがって、出射された光は、偏光変換部材３６を通過して反射ミラー３７により反射された後、再び偏光変換部材３６を通過して透明基板３１の側面に再入射する。この過程で、常光線の一部は、異常光線に変換される。特に、偏光変換部材３６が１／４波長板である場合、ほとんどの常光線が異常光線に変換される。異常光線に変換された光は、異方性液晶ポリマー層３５内で偏光分離用の微細構造３３により屈折、回折または全反射されて異方性液晶ポリマー層３５の上面を通じて外部に出射される。異常光線に変換されない残りの常光線も、透明基板３１の下面と異方性液晶ポリマー層３５の上面とで全反射されて透明基板３１の両側面を往復し、最終的に異常光線に変換されて異方性液晶ポリマー層３５の上面から出射される。

その結果、本発明による偏光導光板では、光源３２から放出された光がほとんど損失されず、ほとんど特定の偏光方向のみを有する光に変換されて外部に出射される。したがって、前記偏光導光板を利用する本発明による平板表示装置用の照明装置３０を、例えば液晶表示装置用バックライトユニットとして使用する場合、出射光のほとんどが液晶表示装置の背面偏光板を通過するため、光利用効率が非常に向上する。

図４Ａないし図４Ｃは、前述した偏光導光板を製造する方法を概略的に示す図面である。以下、図４Ａないし図４Ｃを参照して、本発明による偏光導光板の製造方法について説明する。

まず、図４Ａに示すように、例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のような材料を利用して、凸状の液晶配向用の微細構造のパターン４１と凹状の偏光分離用の微細構造のパターン４２とが下面に形成された透光性スタンプ４０を製作する。次いで、図４Ｂに示すように、平坦な透明基板３１の上面に光硬化性樹脂４３を一定の厚さにコーティングし、前記光硬化性樹脂４３をあらかじめ準備した図４Ａのスタンプ４０で圧搾する。これにより、スタンプ４０の下面に形成されたパターンに対応する形態のパターンが光硬化性樹脂４３の表面に形成される。この状態で、透光性スタンプ４０の上面を通じて光硬化性樹脂４３にＵＶ光を照射すれば、前記光硬化性樹脂４３が硬化される。光硬化性樹脂４３が完全に硬化された後で、前記スタンプ４０を分離する。これにより、透明基板３１の上面に偏光分離用の微細構造３３と液晶配向用の微細構造３４とが形成される。しかし、かかる方法を使用せず、例えば射出成形工程を利用して、偏光分離用の微細構造３３と液晶配向用の微細構造３４とを備える透明基板３１を一つの材料で一度に製作することも可能である。

次いで、図４Ｃに示すように、偏光分離用の微細構造３３と液晶配向用の微細構造３４とを備える透明基板３１の上面に光硬化可能な液晶（すなわち、反応性メソゲン）を、例えばスピンコーティング法などを利用して一定の厚さにコーティングする。かかる光硬化可能な液晶としては、例えばＭｅｒｃｋ社製のＲＭＳ０３−００１を使用できる。このとき、コーティングされる光硬化可能な液晶の厚さは、前記偏光分離用の微細構造３３を完全に覆う程度でなければならない。例えば、コーティングされる光硬化可能な液晶の厚さは、約１０μｍであることが適当である。光硬化可能な液晶がコーティングされれば、約６０℃の温度で液晶を加熱して液晶内に残っている溶媒を除去する。この過程で、液晶が前記液晶配向用の微細構造３４に沿って同じ方向に配向される。次いで、図４Ｃに示すように、光硬化可能な液晶にＵＶ光を照射して前記液晶を硬化させる。このようにして液晶が硬化されれば、互いに垂直な二つの偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層３５が透明基板３１上に形成され、偏光導光板が完成される。例えば、Ｍｅｒｃｋ社製のＲＭＳ０３−００１を使用した場合、常光線に対する異方性液晶ポリマー層３５の屈折率は約１．５３であり、異常光線に対する異方性液晶ポリマー層３５の屈折率は約１．６８となる。

一方、光硬化可能な液晶が１０μｍより厚くコーティングされる場合、基板３１の上面にある液晶配向用の微細構造３４のみでは、あらゆる液晶を同じ方向に配向させ難いこともある。すなわち、液晶配向用の微細構造３４に近い下部の液晶は、液晶配向用の微細構造３４の方向によって配向されるが、液晶配向用の微細構造３４から遠い上部の液晶は、配向方向が液晶配向用の微細構造３４の方向と異なる場合がある。この場合、図５に示すように、液晶配向用の微細構造３９が下部に形成された透明な上部層３８をコーティングされた液晶上に配置させた後、液晶内の溶媒を除去する。次いで、前記透明な上部層３８を通じてＵＶ光を照射すれば、硬化された異方性液晶ポリマー層３５が形成される。このように異方性液晶ポリマー層３５が形成された後に、前記上部層３８を除去してもよい。しかし、上部層３８の屈折率が透明基板３１の屈折率と接近している場合、図５に示すように、上部層３８を除去せずにそのまま偏光導光板の一部として残してもよい。

図６は、本発明の他の実施形態による偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置を示す図面である。図６に示した実施形態の場合、透明基板３１の上面には、例えば三角プリズムアレイのような偏光分離用の微細構造３３のみが形成されており、液晶配向用の微細構造は形成されていない。その代わりに、液晶配向用の微細構造３９が下部に形成された透明な上部層３８をコーティングされた液晶上に配置して液晶を同じ方向に配向する。図５の実施形態と同様に、硬化された異方性液晶ポリマー層３５が形成された後には、前記上部層３８を除去することもできるが、除去せずにそのまま偏光導光板の一部として残してもよい。

図７は、本発明のさらに他の実施形態による偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置を示す図面である。図７に示すように、本発明の一実施形態による偏光導光板は、側面から入射された光を内部に沿って伝播させる透明基板５１と、前記透明基板５１の一の側面に設けられたコリメータ５１ａと、前記透明基板５１の上面に形成された異方性液晶ポリマー層５３と、前記異方性液晶ポリマー層５３の上面に形成された出光用微細構造５５と、を備える。

図３に示した実施形態と同様に、前記透明基板５１は、偏光方向に関係なく一定の屈折率を有する光学的等方性材料からなる。異方性液晶ポリマー層５３も、図３に示した実施形態と同様に、互いに垂直な二つの偏光成分に対して異なる屈折率を有する光学的に異方性の材料からなる。また、好ましくは光硬化可能な液晶を透明基板５１上にコーティングした後に硬化させることによって、異方性液晶ポリマー層５３を形成する。しかし、透明基板５１と異方性液晶ポリマー層５３との屈折率関係は、図３の実施形態と異なる。図７に示した実施形態の場合、異方性液晶ポリマー層５３の異常光線に対する屈折率がｎｅ、常光線に対する屈折率がｎｏ、透明基板５１の屈折率がｎｉとするとき、ｎｏ＜ｎｉ≦ｎｅである関係を満足する。

透明基板５１の側面の一の側に設けられたコリメータ５１ａは、前記透明基板５１に入射する光を所定角度の範囲以内にコリメーティングする役割を行う。さらに具体的には、前記コリメータ５１ａは、光源５２から放出された光のうち、常光線成分の光が透明基板５１の上面と異方性液晶ポリマー層５３との界面で全反射されうる角度の範囲に光をコリメーティングする。図７に示すように、前記コリメータ５１ａは、例えば、透明基板５１側面の一の側から光源５２に向かって徐々に薄くなるように延びる形態を有しうる。しかし、前記コリメータ５１ａの形態は、これに限定されるものではない。例えば、透明基板５１の側面の一の側を傾斜して形成するか、または透明基板５１の側面の一の側に三角プリズムのような光屈折構造を形成することもできる。かかるコリメータ５１ａについては、多様な構造が公知されているので、さらに詳細な説明は省略する。

異方性液晶ポリマー層５３の上面に形成された出光用微細構造５５は、前記異方性液晶ポリマー層５３の下面を通じて入射した光を前記異方性液晶ポリマー層５３の上面を通じて外部に出射させるための微細構造である。図７に示すように、前記出光用微細構造５５は、例えば、異方性液晶ポリマー層５３の上面に均一な間隔に凹状の複数の三角プリズムの形態を有しうる。また、前記複数の三角プリズムの間の異方性液晶ポリマー層５３の上面には、好ましくは、さらに液晶配向用の微細構造５４が凹状に形成されうる。前記液晶配向用の微細構造５４は、異方性液晶ポリマー層５３内の液晶を同じ方向に配向させるためのものである。例えば、前記液晶配向用の微細構造５４は、等間隔に並べて配列されたライン状のパターンでありうる。

一方、図７に示した本発明の一実施形態による平板表示装置用の照明装置５０は、前述した構造を有する偏光導光板において、コリメータ５１ａに向かって光を放射するように透明基板５１の側面の一の側に配置された光源５２と、透明基板５１の側面の他の側に配置された反射ミラー５７と、前記透明基板５１と反射ミラー５７との間に配置された偏光変換部材５６と、をさらに備える。前述したように、光源５２としては、例えばＬＥＤまたはＬＤのような点光源を使用するか、またはＣＣＦＬのような線光源を使用できる。また、光学的異方性材料からなる偏光変換部材５６は、例えば１／４波長板を使用できる。

以下、前述した構造の平板表示装置用の照明装置５０の動作について説明する。まず、光源５２から放出された光は、コリメータ５１ａを通じて透明基板５１の内部に入射する。このとき、光は、コリメータ５１ａによりコリメーティングされて、全反射が可能な角度の範囲に透明基板５１と異方性液晶ポリマー層５３との界面に進む。この際、光は、あらゆる偏光成分を有する非偏光状態の光である。前述したように、異方性液晶ポリマー層５３の常光線に対する屈折率は、透明基板５１の屈折率より低く、異常光線に対する屈折率は、透明基板５１の屈折率より高いか、または同じである。その結果、常光線は、透明基板５１と異方性液晶ポリマー層５３との界面で全反射される。一方、異常光線は、透明基板５１と異方性液晶ポリマー層５３との界面で全反射されずに異方性液晶ポリマー層５３の内部に入射する。したがって、図７に示した実施形態の場合、異常光線と常光線との分離は、透明基板５１と異方性液晶ポリマー層５３との界面で発生する。

異方性液晶ポリマー層５３に入射した異常光線は、前記異方性液晶ポリマー層５３の上面に形成された出光用微細構造５５により異方性液晶ポリマー層５３の上面を通じて外部に出射される。一方、透明基板５１と異方性液晶ポリマー層５３との界面で全反射された常光線は、透明基板５１の下面に進む。そして、透明基板５１の下面と外部空気層との界面で再び全反射されて透明基板５１の側面に出射される。図７に示すように、透明基板５１の側面には、偏光変換部材５６と反射ミラー５７とが配置されている。したがって、出射された光は、偏光変換部材５６を通過して反射ミラー５７により反射された後、再び偏光変換部材５６を通過して透明基板５１の側面に再入射する。この過程で、常光線の一部は、異常光線に変換される。特に、偏光変換部材５６が１／４波長板である場合、ほとんどの常光線が異常光線に変換される。異常光線に変換された光は、異方性液晶ポリマー層５３内に入射した後、出光用微細構造５５により異方性液晶ポリマー層５３の上面を通じて外部に出射される。その結果、光源５２から放出された光は、ほとんど損失されず、単一の偏光方向のみを有する光に変換して外部に出射されうる。

図８は、前述した図７に示した偏光導光板を製造する方法を概略的に示す図面である。以下、図８を参照して、本発明の一実施形態による偏光導光板の製造方法について説明する。

まず、一側にコリメータ５１ａが形成され、平坦な上面を有する等方性材料からなる透明基板５１上に例えばスピンコーティング法などを利用して光硬化可能な液晶を均一な厚さにコーティングする。前述したように、光硬化可能な液晶としては、例えばＭｅｒｃｋ社製のＲＭＳ０３−００１のような反応性メソゲンを使用できる。コーティングされる光硬化可能な液晶の厚さは、約１０μｍであることが適当である。次いで、好ましくは、出光用微細構造と液晶配向用の微細構造とが下部に凸状に形成された、透明な等方性の上部層５８を液晶上に配置させる。前記上部層５８は、例えばＰＤＭＳのような材料から形成されうる。このとき、好ましくは、前記上部層５８に適当な圧力をかけて、前記液晶の上面に出光用微細構造と液晶配向用の微細構造とを形成する。

他の方法として、出光用微細構造と液晶配向用の微細構造とが下部に凸状に形成された透明な等方性の上部層５８を透明基板５１の上面上に離隔して配置した後、前記透明基板５１と前記上部層５８との空間を光硬化可能な液晶で満たすこともできる。この場合、好ましくは、所定の厚さ（例えば、約１０μｍ）を有するスペーサ（図示せず）を前記透明基板５１と前記上部層５８との間に共に配置する。前記スペーサは、透明基板５１上に形成される液晶の厚さを調節すると共に、異方性液晶を透明基板５１と上部層５８との間に満たす役割を行う。

次いで、好ましくは、約６０℃の温度で液晶を加熱して、液晶内に残っている溶媒を除去する。この過程で、上部層５８に形成された前記液晶配向用の微細構造によって液晶が同じ方向に配向される。次いで、図８に示すように、前記透明な上部層５８を通じて光硬化可能な液晶にＵＶ光を照射して前記液晶を硬化させる。このようにして液晶が硬化されれば、互いに垂直な二つの偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層５３が透明基板５１上に形成され、偏光導光板が完成される。このようにして偏光導光板が完成された後には、異方性液晶ポリマー層５３上に残っている上部層５８を除去できる。しかし、上部層５８の屈折率が透明基板５１の屈折率に接近している場合、上部層５８を除去せずにそのまま偏光導光板の一部として残してもよい。

図９は、本発明のさらに他の実施形態による偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置を示す図面である。前述したように、光硬化可能な液晶が１０μｍより厚くコーティングされる場合、液晶の上面または下面のいずれか一方にのみある液晶配向用の微細構造では、液晶を全体的に同じ方向に配向させ難いこともある。すなわち、図７及び図８に示した実施形態において、上部層５８の下面にある液晶配向用の微細構造５４のみでは、あらゆる液晶を同じ方向に配向させ難いこともある。この場合、図９に示すように、透明基板５１の上面に液晶配向用の微細構造５９をさらに形成した後、光硬化可能な液晶を透明基板５１上にコーティングすれば、前記異方性液晶が全体的に同じ方向に配向されることが可能である。図８の場合と同様に、硬化された異方性液晶ポリマー層５３上に残っている上部層５８は除去することもできるが、除去せずにそのまま偏光導光板の一部として残してもよい。

本発明は、図面に示した実施形態を参考にして説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的範囲は、特許請求の範囲の技術的思想により決まらねばならない。

本発明は、特定の偏光成分のみを有する光を放出させる偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置の製造関連の技術分野に適用可能である。

従来の偏光導光板の構造を概略的に示す図面である。 従来の他の偏光導光板の製造方法を概略的に示す図面である。 本発明の一実施形態による偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置を示す図面である。 図３に示した偏光導光板の製造方法を示す図面である。 図３に示した偏光導光板の製造方法を示す図面である。 図３に示した偏光導光板の製造方法を示す図面である。 本発明の他の実施形態による偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置を示す図面である。 本発明の他の実施形態による偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置を示す図面である。 本発明のさらに他の実施形態による偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置を示す図面である。 図７に示した偏光導光板の製造方法を概略的に示す図面である。 本発明のさらに他の実施形態による偏光導光板及び平板表示装置用の照明装置を示す図面である。

符号の説明

１０、２０ 偏光導光板、
１１、２１ 等方性導光板、
１２ 接着コーティング層、
１３ 異方性光分離層、
１４ エンボシングされた表面、
１５ 等方性層、
２２ 偏光分離パターン、
２３ 液晶ポリマー
３０、５０ 平板表示装置用の照明装置、
２４、３１、５１ 透明基板、
３２、５２ 光源、
３３ 偏光分離用の微細構造、
３４、３９、５４、５９ 液晶配向用の微細構造、
３５、５３ 異方性液晶ポリマー層、
３６、５６ 偏光変換部材、
３７、５７ 反射ミラー、
３８、５８ 上部層、
４０ 透光性スタンプ、
４１ 液晶配向用の微細構造のパターン
４２ 偏光分離用の微細構造のパターン
４３ 光硬化性樹脂、
５１ａ コリメータ、
５５ 出光用微細構造、
ｂ 光、
ｂｓ１、ｂｓ２ ｓ−偏光成分、
ｂｐ１、ｂｐ２ ｐ−偏光成分。

Claims (27)

1. 光学的等方性材料からなる透明基板と、
   前記透明基板の上面に設けられたものであって、互いに垂直な第１偏光成分及び第２偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層と、
   前記透明基板の上面と前記異方性液晶ポリマー層との界面に形成されたものであって、第１偏光成分の光は屈折または反射させ、第２偏光成分の光は透過させる偏光分離用の微細構造と、
   を備え、
   前記偏光分離用の微細構造の屈折率は、前記透明基板の屈折率と同じであり、
   前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率より高く、第２偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率と同じであることを特徴とする偏光導光板。
2. 前記異方性液晶ポリマー層は、光硬化可能な液晶を前記透明基板の上面にコーティングした後、ＵＶ光を照射して硬化させたものであることを特徴とする請求項１に記載の偏光導光板。
3. 前記偏光分離用の微細構造は、複数の微細プリズムを均一な間隔に配列した微細プリズムアレイであることを特徴とする請求項１または２に記載の偏光導光板。
4. 液晶配向用の微細構造が、前記透明基板の上面と前記異方性液晶ポリマー層との界面の前記複数の微細プリズムの間にさらに形成されることを特徴とする請求項３に記載の偏光導光板。
5. 前記液晶配向用の微細構造が下部に形成された透明な上部層が、前記異方性液晶ポリマー層の上面にさらに形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光導光板。
6. 前記透明な上部層の屈折率は、前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率より低いことを特徴とする請求項５に記載の偏光導光板。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の偏光導光板と、
   前記偏光導光板の透明基板の側面の一の側に配置された光源と、
   前記透明基板の側面の他の側に配置された反射ミラーと、
   前記透明基板と反射ミラーとの間に配置された偏光変換部材と、
   を備えることを特徴とする平板表示装置用の照明装置。
8. 前記偏光変換部材は、１／４波長板であることを特徴とする請求項７に記載の平板表示装置用の照明装置。
9. 偏光分離用の微細構造を上面に備える光学的等方性材料からなる透明基板を提供する工程と、
   前記透明基板上に光硬化可能な液晶を均一な厚さにコーティングする工程と、
   前記液晶を同じ方向に配向させる工程と、
   前記液晶にＵＶ光を照射して前記液晶を硬化させることによって、互いに垂直な第１偏光成分及び第２偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層を前記透明基板上に形成する工程と、
   を含み、
   前記偏光分離用の微細構造の屈折率は、前記透明基板の屈折率と同じであり、
   前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率より高く、第２偏光成分に対する屈折率は、前記透明基板の屈折率と同じであることを特徴とする偏光導光板の製造方法。
10. 前記偏光分離用の微細構造を上面に備える光学的等方性材料からなる透明基板を提供する工程は、単一の材料を利用した射出成形工程であることを特徴とする請求項９に記載の偏光導光板の製造方法。
11. 前記偏光分離用の微細構造を上面に備える光学的等方性材料からなる透明基板を提供する工程は、
    偏光分離用の微細構造のパターンが形成された透光性スタンプを提供する工程と、
    前記透明基板の上面に光硬化性樹脂をコーティングする工程と、
    前記光硬化性樹脂を前記透光性スタンプで圧搾する工程と、
    前記光硬化性樹脂にＵＶ光を照射して前記光硬化性樹脂を硬化させる工程と、
    前記透光性スタンプを分離する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項９に記載の偏光導光板の製造方法。
12. 前記偏光分離用の微細構造のパターンは、複数の微細プリズムが均一な間隔に配列された微細プリズムアレイであることを特徴とする請求項１１に記載の偏光導光板の製造方法。
13. 液晶配向用の微細構造が、前記透光性スタンプの前記複数の微細プリズムの間に上にさらに設けられたことを特徴とする請求項１２に記載の偏光導光板の製造方法。
14. 前記液晶を同じ方向に配向させる工程は、
    前記液晶配向用の微細構造が下部に形成された透明な上部層を前記コーティングされた異方性液晶上に配置させる工程と、
    前記異方性液晶を加熱して溶媒を除去する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載の偏光導光板の製造方法。
15. 前記液晶を硬化させて液晶ポリマー層を形成した後に、前記上部層を分離することを特徴とする請求項１４に記載の偏光導光板の製造方法。
16. 光学的等方性材料からなる透明基板と、
    前記透明基板の側面の一の側に設けられたものであって、前記透明基板に前記側から入射する光を所定角度の範囲以内にコリメーティングするコリメータと、
    前記透明基板の上面に設けられたものであって、互いに垂直な第１偏光成分及び第２偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層と、
    前記異方性液晶ポリマー層の上面に形成されたものであって、前記異方性液晶ポリマー層の下面を通じて入射した光を外部に出射させる出光用微細構造と、
    を備え、
    前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率がｎｅ、第２偏光成分に対する屈折率がｎｏ、前記基板の屈折率がｎｉとするとき、ｎｏ＜ｎｉ≦ｎｅである関係を満足することを特徴とする偏光導光板。
17. 前記異方性液晶ポリマー層は、光硬化可能な液晶を前記基板の上面にコーティングした後、ＵＶ光を照射して硬化させたものであることを特徴とする請求項１６に記載の偏光導光板。
18. 前記出光用微細構造は、前記異方性液晶ポリマー層の上面に均一な間隔に形成された複数の三角プリズムの形態であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の偏光導光板。
19. 前記液晶配向用の微細構造が、前記異方性液晶ポリマー層の上面にさらに形成されたことを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の偏光導光板。
20. 前記出光用微細構造と、前記液晶配向用の微細構造とが下部に形成された透明な上部層が、前記液晶ポリマー層の上面に設けられたことを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の偏光導光板。
21. 前記液晶配向用の微細構造が、前記液晶ポリマー層と基板との界面にさらに形成されることを特徴とする請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の偏光導光板。
22. 請求項１６〜２１のいずれか１項に記載の偏光導光板と、
    前記コリメータに向かって光を放射するように配置された光源と、
    前記透明基板の他側に配置された反射ミラーと、
    前記透明基板と反射ミラーとの間に配置された偏光変換部材と、
    を備えることを特徴とする平板表示装置用の照明装置。
23. 前記偏光変換部材は、１／４波長板であることを特徴とする請求項２２に記載の平板表示装置用の照明装置。
24. 前記コリメータは、前記基板から前記光源に向かって徐々に薄くなるように延びることを特徴とする請求項２２または２３に記載の平板表示装置用の照明装置。
25. 平坦な上面を有する等方性材料からなる透明基板を提供する工程と、
    前記透明基板上に光硬化可能な液晶を均一な厚さにコーティングする工程と、
    出光用微細構造と液晶配向用の微細構造とが下部に形成された透明な上部層を前記異方性液晶上に配置させる工程と、
    前記異方性液晶にＵＶ光を照射して前記液晶を硬化させることによって、互いに垂直な第１偏光成分及び第２偏光成分に対して異なる屈折率を有する異方性液晶ポリマー層を前記透明基板上に形成する工程と、
    を含み、
    前記異方性液晶ポリマー層の第１偏光成分に対する屈折率がｎｅ、第２偏光成分に対する屈折率がｎｏ、前記基板の屈折率がｎｉとするとき、ｎｏ＜ｎｉ≦ｎｅである関係を満足することを特徴とする偏光導光板の製造方法。
26. 前記異方性液晶ポリマー層の形成後、前記上部層を除去することを特徴とする請求項２５に記載の偏光導光板の製造方法。
27. 前記異方性液晶をコーティングする前に、前記透明基板の上面に液晶配向用の微細構造を形成することを特徴とする請求項２５または２６に記載の偏光導光板の製造方法。

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