JP3434701B2 - 偏光分離シート、光学シート積層体、面光源装置、及び、透過型表示装置 - Google Patents

偏光分離シート、光学シート積層体、面光源装置、及び、透過型表示装置

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JP3434701B2 JP09356098A JP9356098A JP3434701B2 JP 3434701 B2 JP3434701 B2 JP 3434701B2 JP 09356098 A JP09356098 A JP 09356098A JP 9356098 A JP9356098 A JP 9356098A JP 3434701 B2 JP3434701 B2 JP 3434701B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一方の偏光成分
を透過し、他方の偏光成分を反射する偏光分離シート、
この偏光分離シートとプリズムシートを積層してなる光
学シート積層体、透過型の液晶表示装置、広告板等の透
光性表示体を背面から照明する際に用いられ、前記偏光
分離シート又は光学シート積層体を用いた面光源装置、
及び、この面光源装置を用いた液晶ディスプレイ等の透
過型表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】コンピュータ、テレビジョン等のディス
プレイとして用いられる液晶表示装置は、偏光板に光を
透過させることによって得られた偏光光を液晶層で変調
するものであり、例えば、図12に示される従来の代表
的な液晶表示装置1は、バックライト装置2の光源3か
ら出射された光を略板状の導光体4の一側端面4Aから
入射させ、図において上面となる出光面4Bから出射さ
せ、この光を拡散シート5により拡散させた後、プリズ
ムシート6により集光して、液晶表示パネル7をその背
面から照明するように構成されている。
【0003】前記バックライト装置2において、前記一
側端面4Aから入射した光源光は、導光体4内で全反射
を繰り返しながら進行し、且つ、その光の一部が、導光
体4の出光面4Bと反対側の裏面4Cに配置された光拡
散体4Dにより反射されて、出光面4Bから拡散シート
5を経て液晶表示パネル7方向に出射され、又、導光体
4における前記裏面4Cから、図において下方に出射し
た光は、下方に配置された反射シート8によって反射さ
れ、再度導光体4内に戻されるようになっている。
【0004】ここで、前記プリズムシート6は、三角柱
プリズム(断面形状が三角形、又は、頂点が丸みを帯び
た三角形)からなる単位プリズム6A、又は、断面形状
が半円形又は半楕円形である柱状の単位レンズ(図示省
略)を、その稜線が平行となるように複数列配置して備
えている。
【0005】又、前記液晶表示パネル7は、液晶セル7
A及び偏光板7B、7Cから構成され、前記液晶セル7
Aは、液晶層(TN型液晶、STN型液晶、IPS用液
晶、VA用液晶、等)をガラス基板やプラスチック製基
板(共に図示省略)で挟持したものであり、前記偏光板
7B、7Cは、前記基板の外側(図12において上下)
を挟持した構成とされている。
【0006】前記液晶表示パネル7は、前記液晶セル7
Aにおける液晶層に電界を加えることによって、ここを
透過する光の状態を変調し、前記偏光板7B、7Cの光
透過軸と、液晶層を透過した光の偏光方向との関係を制
御することによって、液晶セル7Aを透過する光量を変
化させて、情報の表示をするものである。
【0007】図13に示される他の従来の液晶表示装置
1Aは、バックライト装置2Aにおけるプリズムシート
6の方向が反対、即ち、単位プリズム6A側が図12の
場合と反対の下向きに配置され、又、導光体4の代わり
に光散乱導光体9が用いられている点において、図12
の液晶表示装置1と相違する。
【0008】ここで、光散乱導光体9は、例えば透光性
樹脂に、微細な間隔で屈折率の異なる物質を含んで構成
し、これ自体が光を散乱する作用を有するものであり、
この場合、液晶表示装置1におけるような光拡散体4D
は不要である。
【0009】他の構成は、図12の液晶表示装置1と同
一であるので、同一部分に同一符号を付することにより
説明を省略する。
【0010】図14に示される更に他の液晶表示装置1
Bにおけるバックライト装置2Bは、前記バックライト
装置2Aにおける光散乱導光体9に代えて、表面凹凸導
光体9Aを設けた点において、バックライト装置2Aと
相違する。ここで、表面凹凸導光体9Aは、透明な導光
体4の出光面4Bに微細な凹凸模様を施し、この出光面
4C自体が光を拡散する作用を有し、導光体4内を進行
する光線の進行方向を変更するものであり、前記のよう
な光拡散体4Dは不要である。なお、微細な凹凸を出光
面4Bと反対側の面に施してもよい。
【0011】他の構成は、図13の液晶表示装置1Aに
おけると同一であるので、同一部分に同一の符号を付す
ることにより説明を省略する。
【0012】前記いずれの液晶表示装置1、1A、1B
においても、液晶セル7Aは、偏光板7B、7Cに挟持
される構成であり、偏光板7B、7Cが入射光の略50
%を吸収してしまうために、光の利用効率(透過率)が
低く、液晶表示パネル7の表面における十分な明るさを
得るためには、より多くの光源光を偏光板7Bに入射さ
せる必要があった。
【0013】しかしながら、このようにすると、バック
ライト装置における光源3の消費電力が増大するのみな
らず、該光源3からの熱が液晶セル7Aにおける液晶層
に悪影響を与えて、液晶表示パネル7における表示が不
明瞭となってしまう等の問題点を生じる。
【0014】これに対して、図15に基本構成が示され
るように、例えば、特開平7−49496号公報、特開
平8−146416号公報、あるいは特表平9−506
985号公報に開示されるように、バックライト装置2
(2A、2B)からの無偏光光を、互いに旋光方向が逆
の関係にある2つの円偏光に分離した後に直線偏光に変
換するか、又は、互いに直交関係にある2つの直線偏光
に分離する偏光分離シート9Bを用いて分離し、分離さ
れた一方の偏光光を液晶表示パネル7に入射させ、他方
の偏光成分をバックライト装置2(2A、2B)側に戻
して、そのバックライト装置内の反射シート(図示省
略)等により、再度偏光分離シート9B側に導いて再利
用し、光利用効率を向上させるようにしたものがある。
【0015】前記特開平7−49496号公報に開示さ
れたものは、面状導光体の光出射面側に、互いに屈折率
の異なる層を隣接して積層してなる偏光分離シートを設
け、光出射面からの無偏光光を互いに直交関係にある2
つの偏光光に分離し、一方の偏光光を液晶セルに向けて
出射し、他方の偏光光を光源側に戻して反射させた後、
再度偏光分離シートに入射するようにしている。
【0016】又、前記特開平8−146416号公報に
開示されたものは、面状導光体の光出射面側に、コレス
テリック液晶層からなる偏光分離シートを配置し、光発
生源からの無偏光光を、互いに旋光方向が逆の関係にあ
る2つの円偏光に分離し、一方の円偏光光を、1/4波
長位相差層によって直線偏光に変換した後に、液晶セル
に向けて出射し、他方の円偏光光は光源側に戻して反射
させた後、再度偏光分離シートに入射するようにしてい
る。
【0017】更に、前記特表平9−506985号公報
に開示されたものは、バックライト装置の光出射面側に
延伸多層フィルムからなる偏光分離シートを設け、光出
射面からの無偏光光を、互いに直交関係にある2つの偏
光光に分離し、一方の偏光光を液晶セルに向けて出射さ
せ、他方の偏光光をバックライト装置側に戻して反射さ
せた後、再び偏光分離シートに入射するようにしてい
る。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平7−494
96号公報等に開示されたものは、偏光分離シートで反
射された光をリサイクルするので、光吸収型偏光板を用
いた液晶表示装置と比較して光利用効率は大幅に向上
(理論的最大値は2倍)するが、光分離シートとこれに
隣接する他の光学部材との間で光による明暗の繰り返し
模様、即ち、干渉縞が観察され、この光により液晶表示
パネルを照明する場合、各画素から形成される画像を乱
して、視認性を著しく低下させてしまうという問題点が
ある。
【0019】この視認性の著しい低下は、偏光分離シー
トを用いない従来の光吸収型偏光板を用いた液晶表示装
置におけるとは比較にならないほど、その表示品質を低
下させるものである。
【0020】これは、従来の光吸収型偏光板の光反射率
が数%以下であるのに対して、前記のような偏光分離シ
ートの光反射率が約50%であることに起因する。
【0021】即ち、偏光分離シートから反射された光線
が、再度光源側へリサイクルされるために、偏光分離シ
ートと他の光学部材(プリズムシート、拡散シート、導
光体、反射シート等)との間で干渉を形成する光量が、
光吸収型偏光板における場合と比較して10倍前後とな
るからである。
【0022】例えば、従来の光吸収型偏光板の反射率を
4%、偏光分離シートの光反射率を40%とすれば、偏
光分離シートと他の光学部材との間で干渉を形成する光
量は、光吸収型偏光板の場合の10倍になる。
【0023】ここで、偏光分離シート9の消光比が従来
の光吸収型の偏光板の消光比に及ばないため、図15に
おいて二点鎖線で示されるように、偏光分離シート9と
液晶表示パネル7との間に光吸収型の偏光板9Aを挿入
して、消光比の向上を図ることがある。
【0024】しかしながら、この場合、偏光分離シート
9と偏光板9Aとの間で干渉縞が生じてしまうことが新
たに判明した。その理由は、前述と同様であり、偏光分
離シート9の光反射率が約50%と非常に高いことを起
因にする。
【0025】又、上記のような干渉現象が、バックライ
ト装置側からの光のみならず、液晶表示パネルに入射す
る外光に起因することがある。即ち、液晶表示パネルに
入射した外光が、偏光分離シートで反射して、これに接
近して配置された光吸収型偏光板との間で干渉縞を発生
する。
【0026】これに対して、例えば特開平1−2348
22号公報の液晶表示装置において、偏光板の下面に光
散乱面を形成しているように、前記偏光分離シートに光
拡散層を形成して、干渉縞発生を抑制することも想起で
きるが、この場合も、次のような3つの問題点がある。
【0027】(1)輝度低下 光拡散層を、偏光分離シートのバックライト装置側及び
/又は液晶表示パネル側に設けた場合、偏光分離シート
への入射光が、拡散層で拡散されるため、光線の進行方
向が様々な方向に乱されて、偏光分離シート表面での法
線方向近傍から観測した輝度が大幅に低下してしまう。
【0028】(2)疵発生 光拡散層が、偏光分離シートのバックライト装置側及び
/又は液晶表示パネル側に設けられた場合、光拡散層表
面の凹凸における凸部が、これと接触したプリズム状シ
ートのプリズム等を疵付けてしまい、発生した疵によっ
て全体として均一な面状発光状態が得られなくなってし
まう。
【0029】特に、前記プリズム状シートにおけるプリ
ズム部の頂角が100°以下で尖っている場合、取り扱
い時に、光拡散層表面の凸部からの力がプリズム先端部
(頂点)に集中的に作用して、これを疵付け易いという
問題点がある。
【0030】(3)偏光度低下 光拡散層が、偏光分離シートの液晶表示パネル側に設け
られた場合、偏光分離シートを透過した光が光拡散層で
拡散されるため、光の偏光方向が乱されてしまい、従来
の光吸収型偏光板で吸収される光が増大して、その吸収
分だけ光利用効率が低下してしまう。
【0031】この発明は、上記従来の問題点に鑑みてな
されたものであって、輝度低下、疵発生、偏光度低下等
の問題を伴うことなく、干渉縞の発生を抑制し、光の利
用効率を向上できるようにした偏光分離シート、光学シ
ート積層体、面光源装置、及び、透過型表示装置を提供
することを目的とする。
【0032】
【課題を解決するための手段】この発明は、偏光分離シ
ートにおける光拡散層として用いられるコーティング層
に含まれる透光性ビームの粒径を選択することによっ
て、前記輝度低下及び偏光度低下を解決することがで
き、更に、透光性ビーズの粒度分布を選択することによ
って、疵の発生を解決できるという知見に基づくもので
ある。
【0033】偏光分離シートの発明は、請求項1のよう
に、入射光中の一方の偏光成分を透過し、他方の偏光成
分を反射する透光性基材からなり、粒径が1〜10μm
の透光性ビーズを含んだ塗料を、前記透光性基材の一方
の表面に塗布して固化させたコーティング層を被覆した
ことを特徴とする偏光分離シートにより、上記目的を達
成するものである。
【0034】前記コーティング層に含まれる透光性ビー
ズの少なくとも一部を、粒径分布の半値幅が1μm以下
の透光性球状ビーズとしてもよい。又、前記球状ビーズ
は、ランダムな2次元分布状態でその一部が前記コーテ
ィング層の表面に突出して、多段の丘状突起を構成する
ようにしてもよい。 又、前記コーティング層は、透明な
バインダー樹脂と前記球状ビーズとからなり、この球状
ビーズを形成する材料の屈折率と、前記バインダー樹脂
の屈折率との比が0.9〜1.1の範囲となり、且つ、
透光性微粒子としての前記球状ビーズの濃度は、前記バ
インダー樹脂分の2〜15%となるようにしてもよい。
【0035】前記偏光分離シートを、厚さ方向に隣接す
る層が互いに屈折率の異なる3層以上の積層体とし、入
射するP偏光及びS偏光の一方を透過、他方を反射して
両者を分離するようにしてもよい。
【0036】更に、前記偏光分離シートを、コレステリ
ック液晶層からなる旋光選択層と、1/4波長位相差層
とを含んで構成し、前記コレステリック液晶層が、入射
光のうちの一方向の旋光成分と、これと逆回りの旋光成
分とを分離するようにしてもよい。
【0037】更に又、前記偏光分離シートを、各層が複
屈折性を有する3層以上の平面状多層構造とし、平面内
で互いに垂直な振動方向を持つ2つの光のうちの一方に
対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差と、
他方に対する厚さ方向に隣接する層間における屈折率と
の差とが異なるようにしてもよい。
【0038】又、光学シート積層体の発明は、前記のよ
うな偏光分離シートと、この偏光分離シートに積層され
た単位プリズム又は単位レンズを含むプリズム状シート
とを有してなり、前記偏光分離シートにおける前記コー
ティング層が、隣接して積層されたプリズムシートにお
ける単位プリズム又は単位レンズに接触されていること
を特徴とする光学シート積層体により、上記目的を達成
するものである。
【0039】又、前記プリズム状シートにおける単位プ
リズム又は単位レンズの、前記コーティング層に接触す
る先端の頂角が100°以下であるようにしてもよい。
【0040】又、面光源装置の発明は、透光性材料から
なる板状体であって、少なくとも一側端面から導入され
た光を一方の面である光放出面から出射するようにされ
た導光体と、この導光体の少なくとも前記一側端面から
内部に光を入射させる光源と、前記導光体における前記
光放出面側に設けられ、該光放出面から出射される光が
前記コーティング層側から入射される、前記のような偏
光分離シート又は光学シート積層体と、を有してなる面
光源装置により、上記目的を達成するものである。
【0041】更に、他の面光源装置の発明は、光拡散シ
ートと、この光拡散シートに光を照射する光源と、この
光源の前記光拡散シートと反対側に配置され、光源から
の光を前記光拡散シート方向へ反射する反射器と、前記
光拡散シートから出射される光が前記コーティング層か
ら入射されるように配置された上記のような偏光分離シ
ート又は光学シート積層体と、を有してなる面光源装置
により、上記目的を達成するものである。
【0042】又、透過型表示装置の発明は、平面状の透
光性表示体と、この透光性表示体の背面に配置され、出
射光により該透光性表示体を背面から照射するようにさ
れた、前記のような面光源装置と、を備えてなる透過型
表示装置により、上記目的を達成するものである。
【0043】この発明においては、偏光分離シートの表
面に形成されたコーティング層に粒径が1〜10μmの
透光性ビーズを含ませることによって、隣接する光学部
材との干渉を回避し、輝度低下及び偏光度低下を解決す
ることができる。又、前記球状ビーズの粒径分布の半値
幅を1μm以下とすることによって、応力集中による疵
発生を防止することができる。
【0044】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態の例を図
面を参照して詳細に説明する。
【0045】図1及び図2に示されるように、本発明に
係る偏光分離シート10は、透明基材シート12の一方
の面(図1、図2において下面)にコーティング層14
が設けられたものであり、更に、このコーティング層1
4には、透光性材料からなる粒径が1〜10μmであっ
て、粒径分布の半値幅が1μm以下の球状ビーズ16が
含まれている。
【0046】又、前記コーティング層14の表面におい
て、球状ビーズ16は、その一部がランダムな2次元分
布状態で突出して、多段の丘状突起を構成している。
【0047】前記偏光分離シート10はその表面に、粒
径が1〜10μmの透光性球状ビーズ16を含むコーテ
ィング層14を構成し、透光性球状ビーズ16の粒径を
1〜10μmの範囲とすることによって、光線進行方向
が光拡散層で乱されることを抑制することができ、且
つ、光の偏光方向が光拡散層で乱されことをも抑制する
ことができる。
【0048】又、上記偏光分離シート10を、そのコー
ティング層14側を、図2に示されるように、他の透光
性材料18の平滑面18A、例えば導光板の平滑面、拡
散シートの平滑面あるいは他のプリズムシートの平滑面
と接触もしくは接近して配置すると、従来においては、
前述の如く、干渉縞が発生したが、本発明の偏光分離シ
ート10においては、図2に示されるように、コーティ
ング層14の表面から突出している球状ビーズ16にお
いて、導光体等の透光性材料18における平滑面18A
に接触するので、該平滑面18Aとコーティング層14
の表面との間には必ず1〜10μm程度の隙間20が発
生する。
【0049】このため、透光性材料18の平滑面18A
の間に光が入射してきても、球状ビーズ16の光拡散作
用により、干渉縞の発生を抑制できる。
【0050】又、前述のように、球状ビーズ16は、そ
の粒径分布の半値幅が1μm以下とされているので、球
状ビーズ16の、コーティング層14表面からの突出高
さのばらつきが1μm以下となる。
【0051】従って、該球状ビーズ16が、図3に示さ
れるように他のプリズムシート22におけるプリズム部
22A先端や、図2のような他の透光性材料18におけ
る平滑面18Aに接触しても、その接触状態が均一であ
るので、大きく突出した球状ビーズ16との接触による
集中荷重の発生がなく、プリズムシート22のプリズム
部22A等の損傷が防止される。特に、該プリズム部2
2Aの頂角が100°以下で尖っている場合、取り扱い
時に、球状ビーズ16からの力がプリズム部の先端に集
中的に作用して傷付け易い場合に、その効果は顕著であ
る。
【0052】ここで、前記球状ビーズ16の粒径を1μ
m以上としたのは、この大きさを1μm未満にすると、
光源光(可視光)の波長に接近して色がついてしまうと
いう問題点があり、更に1μm未満とすると、球状ビー
ズ16の材料としての透光性ビーズ(例えばアクリルビ
ーズ)の量産が困難であり、且つ、この球状ビーズをコ
ーティング層14を構成するバインダー(後述)に均一
に分散することが困難になるという問題点を避けるため
である。
【0053】又、球状ビーズ16の粒径を10μm以下
としたのは、粒径が10μmよりも大きくなると、偏光
分離シート10に入射した光の進行方向を大きく乱して
しまうので、これを避けるためである。
【0054】前述のように、前記球状ビーズ16は、コ
ーティング層14の表面において2次元的にランダム分
布され、周期的に配列されていない。
【0055】例えばカラー液晶表示装置のバックライト
の出光面側に、上記のような偏光分離シート10を設け
た場合、仮に、球状ビーズ16が、コーティング層14
において周期的に配列されていると、液晶表示装置の画
素の配列周期と重なり合うことによってモアレ縞が発生
する恐れがあるが、この発明に係る偏光分離シート10
においては、球状ビーズ16が2次元的にランダム配置
されているので、上記のようなモアレ縞の発生が防止さ
れる。
【0056】前記球状ビーズ16を形成する透明な材料
としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレン
テレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリメチルメタ
クリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、
ポリスチレン樹脂、ポリメチルペンテン樹脂等の熱可塑
性樹脂、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレ
ート、エポキシアクリレート等のオリゴマー及び/又は
アクリレート系のモノマー等からなる電離放射線硬化性
樹脂を、紫外線又は電子線等の電磁放射線で硬化させた
樹脂等で透明性のよいものが用いられる。このような樹
脂の場合、その屈折率が通常1.4〜1.6程度のもの
を用いる。又、樹脂以外でも、透明であればガラス、セ
ラミクス等でもよい。
【0057】上記のような球状ビーズ16を含むコーテ
ィング層14は、球状ビーズ16を透光性バインダーに
分散させた塗料を、吹付け塗装、ロールコート等で塗工
して、コーティング層14を形成すると共に、そのコー
ティング層14の塗膜表面に球状ビーズ16の一部又は
全部を突出させる。
【0058】この場合、球状ビーズ16を透光性バイン
ダーに分散させた塗料を塗布することによって形成され
たコーティング層14は、図4(A)に示されるよう
に、透光性バインター中に沈んだ状態となっているが、
塗膜が乾燥収縮することによって、図4(B)のよう
に、コーティング層14の表面に球状ビーズ16の一部
が突出する。
【0059】前記コーティング層14を形成するバイン
ダー樹脂としては、アクリル、ポリスチレン、ポリエス
テル、ビニル重合体等の透明な材料が用いられるが、球
状ビーズ16を形成する材料の屈折率と、バインダー樹
脂の屈折率との比が0.9〜1.1の範囲となることが
偏光を乱さない点及び輝度を低下させない点で特に好ま
しく、更に、透光性微粒子の濃度は、偏光を乱さない点
及び輝度を低下させない点でバインダー樹脂分の2〜1
5%が特に好ましい。
【0060】更に、前記コーティング層14の厚さは、
球状ビーズ16の突出高さを除き、1〜20μmの範囲
にすることが望ましい。
【0061】これは、コーティング層14の厚さが1μ
m未満になると、球状ビーズ16を透明基材シート12
の裏面に固定することが不可能となり、20μm以上に
なると光透過率が低下し、前述のような、偏光分離シー
トの本来の偏光分離作用が著しく低下してしまうからで
ある。
【0062】前記偏光分離シート10は、図5に示され
るように、互いに屈折率の異なる3枚の光透過性シート
10A〜10Cを積層して構成したものである。なお、
前記コーティング層14は図5においては光入射側に設
けているが、光出射側、又は、両側に設けてもよい。
【0063】前記光透過性シート10A〜10Cは、透
光性があればその材質は特に限定されず、特開平7−4
9496号公報に開示されいているような材質、PET
等のポリエステル樹脂、PC、PMMA等のアクリル樹
脂、TAC(三酢酸セルロース)、ガラス、シリカ、I
TO(Indium Tin Oxide)等を用いる。
【0064】上記のように、相互に屈折率が異なる光透
過性シート10A〜10Cの界面を光線が通過する際に
は、透過光及び反射光が偏光される現象(偏光分離作
用)が発生する。
【0065】このような偏光分離作用は、偏光分離シー
ト10への光の入射角によって異なるが、この入射角が
ブリュースター角の場合、即ち上記界面における屈折光
線と反射光線との間の角度が90°となるような光線入
射角の場合、偏光分離作用が最大となる。
【0066】ここで、光線入射角がブリュースター角の
場合は、例えば空気(屈折率n=1)中の1枚の光透過
性シート(屈折率n′>n)を用いると、反射光中のS
偏光成分と透過光中のP偏光成分の強度比Ts/Tp=
{2n′/(1+n′2 )} 4 となる。
【0067】なお、より強い偏光分離作用を得るために
は、前記光透過性シートは少なくとも3枚、好ましくは
5枚以上とするのがよい。
【0068】上記のような偏光分離シート10に光が入
射すると、透過光はP偏光成分が多くなり、又反射光は
S偏光成分が多くなる。
【0069】次に、図6を参照して、本発明の偏光分離
シートの他の実施の形態について説明する。
【0070】この偏光分離シート30は、光入射面側か
ら順に、PET層30D、コレステリック液晶層30
C、1/4波長位相差層30B、及び、TAC層30A
を積層して構成されている。前述のコーティング層14
は、図6において光入射側に設けられているが、これは
光出射側もしくは両側に設けてもよい。
【0071】ここで、前記コレステリック液晶層30C
は、入射する光のうち、一方向の旋光成分と、これと逆
回りの旋光成分とを分離する機能を有するようにするこ
とができる。
【0072】一般的に、コレステリック液晶はフィジカ
ルな分子配列に基づいて、上記のような旋光選択特性を
発現するが、プレーナ配列のヘリカル軸に入射した光は
右旋光光と左旋光光の2つの円偏光に分かれ、一方は透
過し他方は反射される。
【0073】この現象は、円偏光2色性として知られて
おり、円偏光の旋光方向を入射光に対して適宜選択する
と、コレステリック液晶のヘリカル軸方向と同一の旋光
方向を持つ円偏光が選択的に散乱反射される。
【0074】この場合の最大の旋光光散乱は、次の
(1)式の波長λ0 で生じる。
【0075】λ0 =nav・p …(1)
【0076】ここで、pはヘリカルピッチ、navはヘリ
カル軸に直交する平面内の平均屈折率である。
【0077】このときの反射光の波長バンド幅Δλは、
次の(2)式で示される。
【0078】Δλ=n・p …(2)
【0079】ここで、Δn=n(‖)−n(直角)であ
る。n(‖)はヘリカル軸に直交する面内における最大
の屈折率、n(直角)はヘリカル軸に平行な面内におけ
る最大の屈折率である。
【0080】又、プレーナ配列のヘリカル軸に対して斜
めに入射した光の選択散乱光の波長λφは、λ0 に比べ
て短波長側にシフトすることが知られている。
【0081】コレステリック液晶の材料としては、特開
平8−146416号公報で開示されているような物質
や、シッフ塩基、アゾ系、エステル系、ビフェニル系等
のネマチック液晶化合物の末端基に光学活性の2−メチ
ルブチル基、2−メチルブトキシ基、4−メチルヘキシ
ル基を結合したカイラルネマチック液晶化合物が望まし
い。
【0082】又、一般に高分子液晶は、液晶を呈するメ
ソゲン基を主鎖、側鎖、あるいは主鎖及び側鎖の位置に
導入した高分子であるが、高分子コレステリック液晶
も、例えばコレステリル基を側鎖に導入することで得ら
れる。
【0083】コレステリック液晶による偏光分離作用
は、コレステリック液晶で一方の円偏光成分(右回りは
左回り)が透過され、他方の円偏光成分が反射される。
【0084】液晶表示装置の背面照明光としては、通
常、直線偏光を入射光として利用するので、上記のよう
に、コレステリック液晶層30Bに加えて、1/4波長
位相差層30Cを併用することが望ましい。
【0085】なお、このコレステリック液晶30B及び
1/4波長位相差層30Cの作用については、例えば、
「SID 90 DIGEST,p110〜113,P
olarizing Color Filters Made from Cholester
ic LC Silicone 」等の文献に開示されている。
【0086】コレステリック液晶層30Bによる偏光分
離作用が最大となる光線入射角は、コレステリック液晶
の配向方向に依存するが、ヘリカル軸を偏光分離シート
30に立てた法線方向にほぼ一致するようにすることが
好ましい。又、配向方法としては、公知のラビングを利
用する方法、偏光UVを利用する方法等がある。
【0087】上記のような偏光分離シート30に光が入
射すると、コレステリック液晶層30Bにおいて、一方
の円偏光成分(右回り又は左回り)が透過され、1/4
波長位相差層30Cにおいて該透過した円偏光が直線偏
光に変換され、TAC層30Dを通って図6において上
面(出光面)から出射される。
【0088】次に、図7を参照して、本発明における偏
光分離シートの更に他の実施の形態の例について説明す
る。
【0089】図7の偏光分離シート40は、各層が複屈
折性を有する4層の平面状多層構造体としたものであ
り、コーティング層14は光入射側に設けられている。
これは、光出射側あるいは両側に設けてもよい。
【0090】前記偏光分離シート40は、平面内で互い
に垂直な振動方向を持つ2つの光のうちの一方に対して
厚さ方向に隣接する層間における屈折率の差が実質的に
ゼロであり、他方に対して厚さ方向に隣接する層間にお
ける屈折率の差が実質的にゼロでないようにし、前記一
方の光を透過し、他方の光を反射するようにしたもので
ある。
【0091】上記の偏光分離シート40を構成する複屈
折性層40A〜40Dは、各々、例えば特開平3−75
705号公報等に開示されているように、ポリカーボネ
ート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポルビニルアルコー
ル系樹脂、酢酸セルロース系樹脂等の面内複屈折性(屈
折率異方性)を示す物質を延伸等の方法によって得るこ
とができ、前記特表平9−506985号公報に開示さ
れているように、延伸したPENから形成してもよい。
【0092】更に具体的には、図7に示されるように、
偏光分離シート40を4枚の複屈折性層40A〜40D
から構成し、図7において符号X及びYで示されるよう
に、平面内で互いに直交する2方向の光振動方向を設定
した場合、各複屈折性層40A〜40Dの屈折率は次の
ようになる。
【0093】例えば、複屈折性層40A、40B、40
C及び40Dのx軸方向に振動する光線に対する屈折率
は実質的にnx で同じであり、したがって、x軸方向で
の隣接する層間の屈折率差Δnx (=|nx −nx |)
は実質的にゼロである。
【0094】そして、複屈折性層40A及び複屈折性層
40Cのy軸方向に振動する光線に対する屈折率は、共
にny1であり、複屈折性層40B及び複屈折性層40D
のy軸方向に振動する光線に対する屈折率は、共にny2
(ny1≠ny2)であり、したがって、y軸方向での隣接
する層間の屈折率差Δny (=|ny1−ny2|)は実質
的にゼロでは無い。
【0095】これらより、x軸方向での隣接層間の屈折
率差Δnx と、y軸方向での隣接する層間の屈折率差Δ
y とは実質的に異なるような状態(nx ≠ny )であ
る。
【0096】このような、平面内で互いに直交する2方
向の光振動方向に於いて、一方の方向での隣接層間の屈
折率差と、他方の方向での隣接層間の屈折率差とが異な
る平面状多層構造体からなる偏光分離体を用いると、偏
光を分離できる。
【0097】つまり、屈折率差の大きい方の方向(例え
ばy軸方向)に振動する光の反射は屈折率差の小さい方
の方向(例えばx軸方向)に振動する光の反射よりも大
きく、屈折率差の小さい方の方向(例えばx軸方向)に
振動する光の透過は屈折率差の大きい方の方向(例えば
y軸方向)に振動する光の透過よりも大きい。
【0098】そして、より好ましい態様は、小さい方の
屈折率差が実質的にゼロの場合である。そうすれば、小
さい方の屈折率差を与える方向に振動する光は反射せず
透過する。
【0099】つまり、平面内で互いに直交する2方向の
光振動方向に於いて、一方の方向(例えばx軸方向)で
は隣接層間の屈折率が実質的に同じであり、もう一方の
方向(例えばy軸方向)では隣接層間の屈折率差が異な
る平面状多層構造からなる偏光分離体を用いている。こ
のような偏光分離体を用いると、より好ましい状態で偏
光を分離(例えば、x軸方向に振動する光を透過し、y
軸方向に振動する光を反射)することが出来る。もちろ
ん、この場合でも、大きい方の屈折率差の値が大きい方
が偏光分離性能が高い。
【0100】その理由は、上記の例で説明すると、x軸
方向に振動する光にとって、平面状多層構造体内の屈折
率は実質的に均一なので、平面状多層構造体の入射角及
び出射角の2か所で僅かな表面反射が起こるだけであ
る。
【0101】しかし、y軸方向に振動する光にとって
は、平面状多層構造体内の屈折率は隣接するそれぞれの
層間で異なっているので、平面状層構造体の入射面及び
出射面、並びに平面状多層構造体内のそれぞれの層間で
表面(界面)反射が起こる。従って、偏光分離体の層数
が多ければ多いほど表面(界面)反射が起こり、y軸方
向に振動する光を反射するのである。
【0102】なお、上記図7における偏光分離シートは
4層構造とされているが、本発明はこれに限定されるも
のでなく、少なくとも3層、理想的には5層以上がよ
い。又、偏光分離シートを構成する複屈折性層の積層数
が多いほど、前述の表面反射が生じ、確実に他方向に振
動する光を反射することができる。実際は、100層程
度まで積層することがある。
【0103】又、偏光分離シート40における偏光分離
作用が最大となる光線の入射角は、該偏光分離シート4
0の表面に立てた法線方向である。
【0104】なお、偏光分離の状態を測定する方法とし
ては、互いに光の振動方向が直交するような直線偏光を
用いることが出来る。
【0105】図8(A)は本発明の実施の形態の例に係
る光学シート積層体50を示す。この光学シート積層体
50は、偏光分離シート10、30又は40の下側にプ
リズムシート22を積層したものであり、上側の偏光分
離シート10、30、40におけるコーティング層14
は、下側のプリズムシート22における上面であるプリ
ズム部22Aの頂点と接触するように配置されている。
【0106】この光学シート積層体50においては、
又、前述のように、球状ビーズ16は、その粒径分布の
半値幅が1μm以下とされているので、球状ビーズ16
の、コーティング層14表面からの突出高さのばらつき
が1μm以下となる。
【0107】従って、該球状ビーズ16が、プリズムシ
ート22におけるプリズム部22A先端に接触しても、
その接触状態が均一であるので、大きく突出した球状ビ
ーズ16との接触による集中荷重の発生がなく、プリズ
ムシート22のプリズム部22Aの損傷が防止される。
【0108】又、図8(B)の光学シート積層体50A
のように、前記偏光分離シート10、30又は40のコ
ーティング層14が、前記導光体52の表面に直接接触
した状態で配置されている場合も同様に導光体52の損
傷が防止される。
【0109】次に、図9を参照して、本発明の実施の形
態の例に係る面光源装置60について説明する。
【0110】この面光源装置60は、前記偏光分離シー
ト10、30又は40を光放出面側に設けたものであ
り、透光性材料からなる板状体であって、図9において
左側の側端面62Aから導入された光を、上側の光放出
面62Bから出射するようにされた導光体62と、この
導光体62の前記側端面62Aに沿って、これと平行に
配置され、該側端面62Aから前記導光体62内に光を
入射させる線状の光源64と、前記導光体62におけ
る、光放出面62Bと反対側の面62C、左側の側端面
62A以外の側端面を覆うようにして配置され、これら
の面から出射する光を(偏光状態を乱して)反射して、
導光体62内に戻すための光反射板66とを備えて構成
されている。図9の符号62Dは光拡散体を示す。
【0111】前記偏光分離シート10、30又は40の
コーティング層14は、前記導光体62の光放出面62
Bに対して、プリズムシート22及び拡散シート68を
介して配置され、プリズムシート22のプリズム部22
Aに接触した状態で配置されている。なお、通常、前記
導光体62は、光放出面62Bを窓とした収納筐体(図
示省略)内に収納されている。
【0112】上記面光源60は、プリズムシート22に
おけるプリズム部22Aの頂点に、偏光分離シート1
0、30、40のコーティング層14が直接接触して配
置されているが、本発明はこれに限定されるものでな
く、例えばプリズムシートを省略してもよい。
【0113】しかし、プリズムシート22を用いた方が
高輝度化のためには好ましく、その場合特に、球状ビー
ズ14の粒度分布の半値幅を1μm以下とすれば、プリ
ズムシートを配置した場合の、球状ビーズ14を含む凸
部がプリズム先端を損傷することが非常に少なくなる。
【0114】なお、導光体4及びプリズムシート6に替
えて図13、図14に示すような導光体及び/又はプリ
ズムシートを用いてもよい。
【0115】次に、図10を参照して、直下型の面光源
装置70について説明する。
【0116】この面光源装置70は、前記図1、6、7
に示される偏光分離シート10、30又は40の裏面側
のコーティング層14に沿って、光拡散シート68を配
置すると共に、光源64からの光を、凹面状の光反射板
66により反射させ、及び直接に、前記光拡散シート6
8から偏光分離シート10、30又は40の側に光を放
出するようにされたものである。
【0117】この面光源装置70においても、前述の面
光源装置60と同様に、偏光分離シート10、30又は
40のコーティング層14表面の球状ビーズ16が、プ
リズムシート22を損傷することがなく、又、プリズム
シート22を省略した場合も、光拡散シート68を損傷
することが非常に少ない。
【0118】又、上記面光源装置60、70は、いずれ
も1枚の偏光分離シートを用いるものであるが、本発明
はこれに限定されるものでなく、2枚あるいは3枚以上
の偏光分離シートを重ねて用いるようにしてもよい。こ
のように、複数枚の偏光分離シートを重ねて用いた場合
でも、前述の如く、球状ビーズ16の、偏光分離シート
裏面からの突出高さのばらつきが小さいので、集中荷重
によって他の光学部材や単位プリズムを損傷したりする
ことがない。
【0119】次に、図11に示される、本発明の実施の
形態の例に係る液晶表示装置80について説明する。
【0120】この液晶表示装置80は、前記図9又は図
10に示されるような面光源装置60又は70の出光面
側に、液晶パネル82を配置したものである。
【0121】この液晶表示装置80は、透過型であり、
液晶画面を形成する各画素を前記面光源装置60又は7
0からの出射光によって裏側から照明され、液晶パネル
82における表面及び裏面の偏光板84A、84Bのう
ち、裏面(バックライト側)の偏光板84Bの偏光透過
軸と面光源装置60又は70から出光する偏光軸をほぼ
一致させて、効率よく偏光光を透過させるようにしたも
のである。
【0122】この液晶表示装置80においては、前述の
如く、面光源装置60又は70からの照明光中に干渉縞
がないので、良好な画像を形成することができる。
【0123】
【実施例】本発明の実施例は、偏光分離シート10、3
0、又は40を用いた図9と同様の面光源装置について
のものである。
【0124】偏光分離シート10、30又は40は、透
明基材シート12の表面に、次のような要領で球状ビー
ズ16を配設した。
【0125】球状ビーズ16の材料としての透光性ビー
ズは、平均粒径5μmの架橋アクリル樹脂(n=1.4
9)、バインダーとしてはポリエステル樹脂(n=1.
55)からなる塗料を塗布する。
【0126】具体的には、上記透光性ビースを上記バイ
ンダー樹脂分の8%入れたインキを、MET:トルエン
=1:1の溶剤で希釈し、その粘度をザーンカップ粘度
計#3で27秒とした。
【0127】このインキを、偏光分離シート10、30
又は40の裏面にスリットリバースコーティング法によ
り塗布し、その後溶剤を乾燥させて塗膜を固化させた。
【0128】この乾燥した塗膜には、JISB0601
での10点平均粗さRz=3μmの球状ビーズ16が、
平均間隔d=30μmで2次元的にランダムな配列で形
成されていた。
【0129】この面光源装置60における導光体62
は、その裏面にドット状の光拡散層62Dを印刷形成し
たものであり、偏光分離シート10の場合は、入射面側
から順にPC層とPMMA層とが交互に隣接して、合計
100層(図5においては3層となっているが、実施例
では100層)積層した構成とされ、光拡散シート68
は、厚さ1.25mmのPETの出光面側に平均粒径1
0μmのアクリルビーズ16Aをコーティングすること
によって、出光面を入光面よりも粗面にしたものであ
る。
【0130】又、光反射シート66は、発泡した白色P
ETシートから構成している。更に、導光体62からの
拡散光の最大強度方向は、光拡散シート68によって、
偏光分離シート10のブリュースター角にほぼ一致する
ようにした。
【0131】更に、液晶パネル(図示省略)の導光体6
2側の偏光板の偏光光の透過方向軸と、偏光分離シート
10から出射する光線の偏光軸を一致させて、効率良く
偏光光が透過するように配置した。
【0132】上記液晶パネルを透過モードにして、その
表面側の偏光板から出射される光線の最大輝度を測定し
たところ、偏光分離シート10が設けられていないバッ
クライトを使用した場合と比較して、最大輝度は30%
向上した。
【0133】透光性ビーズの平均粒径を種々に変更して
(第1〜第5実施例、第1、第2比較例)、上記と同様
な光学シート10を形成して、これを、前記図9、10
に示されるような面光源装置に組み込んで暗室で観察し
たところ、次の表1のようになった。
【0134】
【表1】
【0135】その結果、表1における比較例1及び2の
場合にのみ干渉縞を観察した。
【0136】又、本発明の粒径分布の球状ビーズ16を
コーティングした偏光分離シートと、これと粒径分布の
ばらつきが大きい球状ビーズをコーティングした偏光分
離シートを、該球状ビーズ側を、例えばプリズム面に接
触させ、10gの分胴を乗せて引きずった実験結果で
は、粒径分布のばらつきが大きい程、発生した傷も多か
った。特に粒径分布の半値幅が1μm以下のとき、プリ
ズム面の傷が非常に少なかった。
【0137】次に、前記実施例における偏光分離シート
10に代えて、図7に示される偏光分離シート40を用
いた実施例について説明する。他の構成は前記実施例と
同一である。
【0138】なお、偏光分離シートは、図7においては
4層となっているが、この実施例では100層積層して
構成している。
【0139】このような偏光分離シート40を含むバッ
クライト装置を、液晶パネル(図示省略)を透過モード
にして、その表面側の偏光板から出射される光線の最大
輝度を測定したところ、偏光分離シートを設けないバッ
クライトを用いた場合と比較して、輝度が50%向上
し、干渉縞を観察することがなかった。
【0140】透光性ビーズの平均粒径を種々に変更し
て、上記と同様な偏光分離シートを形成して、これを、
観察したところ、前記表1に示されると同じ結果になっ
た。
【0141】又、前記実施例における偏光分離シート1
0に代えて、図6に示される偏光分離シート30を用い
た実施例においても、同様に、輝度が向上し、干渉縞が
観察されず、且つ、表1と同様の結果が得られた。
【0142】又、本発明の粒径分布の球状ビーズ16を
コーティングした偏光分離シートと、これと粒径分布の
ばらつきが大きい球状ビーズをコーティングした偏光分
離シートを、該球状ビーズ側を、例えばプリズム面に接
触させ、10gの分胴を乗せて引きずった実験結果で
は、粒径分布のばらつきが大きい程、発生した傷も多か
った。特に粒径分布の半値幅が1μm以下のとき、プリ
ズム面の傷が非常に少なかった。
【0143】
【発明の効果】本発明は上記のように構成したので、偏
光分離シートに発生する、外部光によらない干渉縞を解
消することができると共に、この光学シートを用いた面
光源装置及び透過型表示体において、干渉縞が観察され
ない良質な画像を得ることができると共に、偏光分離シ
ートによって、接触する光学部材の板傷を大幅に低減で
きるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の例に係る偏光分離シート
の一部を拡大して示す斜視図
【図2】同偏光分離シートの一部を更に拡大して示す断
面図
【図3】同偏光分離シートをプリズムシートに積層した
状態を示す断面図
【図4】同偏光分離シートにおいてコーティング層形成
過程を示す断面図
【図5】同偏光分離シートを更に拡大して示す斜視図
【図6】同実施の形態の第2例を示す斜視図
【図7】同実施の形態の第3例を示す斜視図
【図8】光学シート積層体の実施の形態の例を拡大して
示す断面図
【図9】本発明の実施の形態の例に係る偏光分離シート
を用いた面光源装置の要部を示す略示断面図
【図10】同実施の形態の第2例を示す略示断面図
【図11】本発明の偏光分離シートを面光源装置含むを
用いた液晶表示装置の実施の形態の例の要部を示す略示
断面図
【図12】従来の液晶表示装置を示す略示側面図
【図13】従来の他の液晶表示装置を示す略示側面図
【図14】従来の更に他の液晶表示装置を示す略示側面
【図15】従来の更に又他の液晶表示装置を示す略示側
面図
【符号の説明】
10、30、40…偏光分離シート 12…透明基材シート 14…コーティング層 16…球状ビーズ 18…透光性材料 18A…平滑面 20…隙間 22…プリズムシート 22A…プリズム部 50、50A…光学シート積層体 60、70…面光源装置 62…導光体 62A…側端面 62B…光放出面 64…光源 66…光反射板 68…光拡散シート 80…液晶表示装置
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G02F 1/13357 G02F 1/1335 530

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入射光中の一方の偏光成分を透過し、他方
    の偏光成分を反射する透光性基材からなり粒径が1〜1
    0μmの透光性ビーズを含んだ塗料を、前記透光性基材
    の一方の表面に塗布して固化させたコーティング層を被
    覆したことを特徴とする偏光分離シート。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記コーティング層に
    含まれる透光性ビーズの少なくとも一部を、粒径分布の
    半値幅が1μm以下の透光性球状ビーズとしたことを特
    徴とする偏光分離シート。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2において、前記球状ビーズ
    は、ランダムな2次元分布状態でその一部が前記コーテ
    ィング層の表面に突出して、多段の丘状突起を構成した
    ことを特徴とする偏光分離シート。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3において、前記コーテ
    ィング層は、透明なバインダー樹脂と前記球状ビーズと
    からなり、この球状ビーズを形成する材料の屈折率と、
    前記バインダー樹脂の屈折率との比が0.9〜1.1の
    範囲となり、且つ、透光性微粒子としての前記球状ビー
    ズの濃度は、前記バインダー樹脂分の2〜15%とされ
    たことを特徴とする偏光分離シート。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれかにおいて、前記
    偏光分離シートを、厚さ方向に隣接する層が互いに屈折
    率の異なる3層以上の積層体とし、入射するP偏光及び
    S偏光の一方を透過、他方を反射して両者を分離するよ
    うにしたことを特徴とする偏光分離シート。
  6. 【請求項6】請求項1乃至4のいずれかにおいて、前記
    偏光分離シートを、コレステリック液晶層からなる旋光
    選択層と、1/4波長位相差層とを含んで構成し、前記
    コレステリック液晶層が、入射光のうちの一方向の旋光
    成分と、これと逆回りの旋光成分とを分離するようにし
    たことを特徴とする偏光分離シート。
  7. 【請求項7】請求項1乃至4のいずれかにおいて、前記
    偏光分離シートを、各層が複屈折性を有する3層以上の
    平面状多層構造とし、平面内で互いに垂直な振動方向を
    持つ2つの光のうちの一方に対する厚さ方向に隣接する
    層間における屈折率の差と、他方に対する厚さ方向に隣
    接する層間における屈折率との差とが異なることを特徴
    とする偏光分離シート。
  8. 【請求項8】請求項1乃至のいずれかの偏光分離シー
    トと、この偏光分離シートに積層された単位プリズム又
    は単位レンズを含むプリズム状シートとを有してなり、
    前記偏光分離シートにおける前記コーティング層が、隣
    接して積層されたプリズムシートにおける単位プリズム
    又は単位レンズに接触されていることを特徴とする光学
    シート積層体。
  9. 【請求項9】請求項において、前記プリズム状シート
    における単位プリズム又は単位レンズの、前記コーティ
    ング層に接触する先端の頂角が100°以下であること
    を特徴とする光学シート積層体。
  10. 【請求項10】透光性材料からなる板状体であって、少
    なくとも一側端面から導入された光を一方の面である光
    放出面から出射するようにされた導光体と、この導光体
    の少なくとも前記一側端面から内部に光を入射させる光
    源と、前記導光体における前記光放出面側に設けられ、
    該光放出面から出射される光が前記コーティング層側か
    ら入射される、請求項1乃至のいずれかの偏光分離シ
    ート又は光学シート積層体と、を有してなる面光源装
    置。
  11. 【請求項11】光拡散シートと、この光拡散シートに光
    を照射する光源と、この光源の前記光拡散シートと反対
    側に配置され、光源からの光を前記光拡散シート方向へ
    反射する反射器と、前記光拡散シートから出射される光
    が前記コーティング層から入射されるように配置された
    請求項1乃至のいずれかの偏光分離シート又は光学シ
    ート積層体と、を有してなる面光源装置。
  12. 【請求項12】平面状の透光性表示体と、この透光性表
    示体の背面に配置され、出射光により該透光性表示体を
    背面から照射するようにされた、請求項10又は11
    面光源装置と、を備えてなる透過型表示装置。
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