(57)【要約】【課題】  光反応性の高分子液晶薄膜に偏光干渉光照射ないしは偏光光照射を行い、かかる後に加熱処理によって光学設計された周期的な分子配向を誘起・固定されたフィルムを液晶表示用バックライトに応用することによって偏光性を有する液晶表示バックライトを提供する。【解決手段】  現在使用されている液晶表示用バックライトから出射される光波はランダムな偏光状態であるため光の利用効率が低かった。この問題を解決するため、高い耐熱性、大きな光学異方性、精度の高い制御性、を兼ね備える光反応性高分子液晶を用いて偏光性を有する液晶表示用バックライトを提供し液晶表示素子の光の利用効率を高める。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期的に変化した固定化された分子配向構造を有する重合層を含む構成としたことを特徴とする偏光性液晶表示用バックライト。
【請求項２】
前記重合層がメソゲンを含む高分子層からなりそのメソゲンが周期的に分子配向した構造を有していることを特徴とする請求項１記載の偏光性液晶表示用バックライト。
【請求項３】
前記重合層が光架橋性のメソゲンを有する高分子液晶であることを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライト。
【請求項４】
前記重合層を透明基板上に塗布したものを、偏光あるいは強度もしくはその両方が周期的に変調している光波によって露光したものを光導波層の片側に配してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライト。
【請求項５】
前記重合層を透明基板上に塗布したものを偏光あるいは強度もしくはその両方が周期的に変調している光波によって露光し、つづいて５０℃〜２００℃の温度で熱処理した基板を光導波層として用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライト。
【請求項６】
前記重合層と透明基板の間に、重合層の配列構造を制御する配向膜層を有した基板を光導波層として用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライト。
【請求項７】
前記偏光性液晶バックライトの高分子層の分子配向構造が図１記載の（ａ）〜（ｇ）の周期構造のうちのいずれかを少なくとも１種以上含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示パネル等の表示パネルを照射するためのバックライトに関し、特に、光源からの光波の偏光状態を制御できるバックライトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図２に示すように、液晶表示パネル等の表示パネルと、表示パネルの前面に沿って配置された導光板とを備え、導光板の側面に光源を取り付けた表示装置が知られている。光源から射出された光は導光板に沿って導かれ、導光板の前面には、溝あるいは稜、また背面には光を拡散させるためのシートを合わせもって形成されており、導光板の内部を導波した光が溝あるいは稜に当たることによって背面側に反射され、表示パネルを照明する。代表的な液晶表示パネルは、液晶の光学的複屈折を２枚の偏光フィルムによって強度に変換することを表示原理としている。従来の技術によって形成されたバックライトから出射する光は、ランダムな偏光状態にあるため、光吸収型の第一の偏光フィルムによって、直線偏光とした上で液晶パネルに照射される。直線偏光となった光波は液晶セルに伝達され、電界強度によって異なる位相の変調を受けた後、クロスニコル配置に置かれた第二の偏光フィルムによって強度情報に変換され、観察者は表示情報を見ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来、バックライトから放射される光は、液晶パネル前面を明暗のむらなく均一に照らし、情報を表示することを目的としており、放射される光の偏光状態はほぼランダムな状態にある。液晶セルに入射させる光は通常直線偏光となっている必要があるため、延伸されたポリビニルアルコールにヨウ素が分散した光吸収型の偏光フィルムが用いられている。光吸収型偏光フィルムでは、ある特定の偏光方向の光波のみを選択的に透過し、残りの光は吸収することを原理としているため、ランダム偏光の光に対しては原理的に５０％の光を損失することになる。携帯端末や据え置き型の大きな表示のいずれにおいても、消費電力を低減することは大きな課題であり、偏光フィルムでの大きな光ロス及び光吸収に起因する発熱が大きな問題となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【０００５】
本発明は、高分子中に、周期的分子配向構造を有する偏光回折層を有する偏光性液晶表示バックライトに関するもので、即ち、周期的に変化した固定化された分子配向構造を有する重合層を含む構成としたことを特徴とする偏光性液晶表示用バックライトに係るものである。
【０００６】
また、前記重合層がメソゲンを含む高分子層からなりそのメソゲンが周期的に分子配向した構造を有していることを特徴とする請求項１記載の偏光性液晶表示用バックライトに係るものである。
【０００７】
また、前記重合層が光架橋性のメソゲンを有する高分子液晶であることを特徴とする請求項１，２のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライトに係るものである。
【０００８】
また、前記重合層を透明基板上に塗布したものを、偏光あるいは強度もしくはその両方が周期的に変調している光波によって露光したものを光導波層の片側に配してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライトに係るものである。
【０００９】
また、前記重合層を透明基板上に塗布したものを偏光あるいは強度もしくはその両方が周期的に変調している光波によって露光し、つづいて５０℃〜２００℃の温度で熱処理した基板を光導波層として用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライトに係るものである。
【００１０】
また、前記重合層と透明基板の間に、重合層の配列構造を制御する配向膜層を有した基板を光導波層として用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライトに係るものである。
【００１１】
また、前記偏光性液晶バックライトの高分子層の分子配向構造が図１記載の（ａ）〜（ｇ）の周期構造のうちのいずれかを少なくとも１種以上含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の偏光性液晶表示用バックライトに係るものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は上述のように構成したから、光反応性高分子液晶の分子配向を空間的に制御固定した高分子層を用いることで、偏光機能を有する液晶表示バックライトを作ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
好適と考える本発明の実施形態（発明をどのように実施するか）を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。
【００１４】
本発明に用いる偏光性液晶表示バックライトは、周期的に固定化された分子配向構造を有する重合層を含んでいる。ランダムな偏光状態にある光波の偏光状態を光吸収による光ロスを生じさせること無く偏光させるためには、光学計算によって設計された複屈折の分布を形成することが有効である。
【００１５】
複屈折の空間分布を有する媒体が光波に及ぼす影響は一般的に下式（１）で与えられる。
【００１６】
【数１】
2005315996.tif 000003
【００１７】
一般的に、複屈折としては、直線偏光複屈折（Ｓ偏光とＰ偏光に対する屈折差）と円偏光複屈折（右回りと左回り円偏光の屈折率差）からなり、（１）式を具体的に下式（２）のように書くことができる。
【００１８】
【数２】
2005315996.tif 000004
【００１９】
ここで、
【数３】
2005315996.tif 000005
である。
【００２０】
ここで、Λは分子配列構造の周期ピッチ、ｘは格子ベクトル方向の座標を表している。このような複屈折率分布を持つ媒体を透過する場合の透過型ジョーンズ行列は下式（４）で与えられる。
【００２１】
【数４】
2005315996.tif 000006
【００２２】
ただし、
【数５】
2005315996.tif 000007
【００２３】
【数６】
2005315996.tif 000008
である。
【００２４】
実際に高分子層を透過して得られる光波の偏光状態は下式（７）によって決まる。
【００２５】
【数７】
2005315996.tif 000009
【００２６】
これらの式を用いて、直線偏光複屈折と円偏光複屈折の空間分布を設計することで任意の偏光状態の光波の分布を持つ偏光性液晶表示用バックライトを設計できる。
【００２７】
高分子材料としては、光学的透明性と充分な分子配向と光学的異方性を発現するものであれば良いが、請求項２に記載するような側鎖にメソゲンを有する高分子液晶を用いることによって、材料の液晶性を利用して、高度に配向した状態を形成でき、大きな光学的異方性を発現することができる。また、円偏光複屈折を生ずる物質としてはコレステリック液晶が知られているが、そのような材料と組み合わせても良い。また、分子配向構造の周期構造はバックライト前面に渡って同一である必要はなく、例えば、導光板の伝播方向に向かって順次周期を変調させ、バックライトの面輝度を均一化するような設計とすることも可能である。
【００２８】
設計された分子配向構造を精度良く形成するためには、光波を用いた分子配向構造を利用することが有効である。このためには、請求項３に示すような光架橋性のメソゲンを有する高分子液晶を用いることが望ましい。メソゲン末端に光架橋性反応基を有することによって、偏光を用いた分子配向プロセスによって微細な周期配向構造を形成できるだけでなく、架橋構造をとることによって光学機能フィルムとして応用する際に必要な耐熱性を確保することができる。このような高分子液晶としては、例えば、液晶７巻４号３３２−３４１ページ  ２００３年  に列記されている材料を用いることができる。
【００２９】
周期的な分子配向構造の形成方法としては、上記の光反応性高分子液晶を溶媒に溶解した液を透明基板上に薄く塗布した後に乾燥し、特定の偏光あるいは強度もしくはその両方が周期的に変調している光波によって露光硬化し、その後熱処理による再配向を行う方法や、上記の薄く塗布した層に熱を加えながら特定の偏光あるいは強度もしくはその両方が周期的に変調している光波によって露光硬化させる方法が考えられるが、露光後に熱処理を行う方法が、装置構造が簡略であるなどの点で好ましい。また、偏光性液晶バックライト全体の構造として、導光板の上に直接光反応性高分子液晶を塗布し、露光、熱処理して形成する方法と、他のフィルムなどで連続形成したものを導光板に貼り付ける方法が考えられるが、そのどちらであっても同等の性能を得ることが可能である。
【００３０】
上記の光反応性高分子液晶を溶解する溶媒、濃度及び溶解方法は特に限定されず、用いる基板や乾燥時間などによって適宜選択される。溶液を均一に塗布する方法としては、スピンコート法、グラビアコート法、コンマコート法などが考えられるが、特に限定されるものではなく、必要とされる面積、基板形状、精度などによって適宜選択される。基板は透明基板であれば特に限定されるものではなく、バックライト全体の性能向上にふさわしい導光板などに適した基板を用いることができる。このような基板としては、各種ガラス、石英、などの無機材料、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネイト、ノロボルネン系高分子、セルロース系高分子、ポリエステル系高分子、などの有機材料を例示できる。基板の形状は特に限定するものではなく、光学設計された形状の導光板を直接用いても良いし、フィルム形成されたものを最適な場所に貼り付けたものでも良い。
【００３１】
露光後の熱処理の条件は、高分子層によって最適な条件が適宜選択されるが、室温での熱的安定性が確保されるように５０℃以上の温度で熱処理するような材料を選択することが好ましく、多くの高分子材料の分解が始まる２００℃を超えないことが望ましい。
【００３２】
偏光変換特性を決める位相差は、高分子フィルムの厚さに強く依存し、フィルムの厚さを厚くしたほうが、高い回折効率を得ることが可能である。光反応性液晶高分子を用いる場合には、素子作成時の光散乱を防ぐ目的で、露光前の状態はアモルファス状態であることが望ましいが、ポリイミドやポリビニルアルコールなどの配向膜を用いて一軸配向状態を作り、その後光照射によって分子配向させてもかまわない。
【００３３】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【実施例１】
【００３４】
本発明の具体的な実施例１について図面に基づいて説明する。
【００３５】
【化１】
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【００３６】
この化学構造式を有し、光反応性基がメソゲンに直接結合している光反応性高分子液晶〔液晶温度領域：１１６℃から３００℃以上まで（約３００℃で分解）〕をクロロホルムに１重量％の濃度で溶解し、光学設計されたポリメチルメタクリレート性の導光板上にポリビニルアルコールからなるバッファ層を形成したものの上にスピンコーターを用いて約０．３μｍの厚みとなるように塗布した。この塗布面に、Ｈｅ−Ｃｄレーザー（波長：３２５ｎｍ）の光をビームスプリッターにより２つに分け、偏光状態を一方は光学台に対して垂直、もう一方は水平として干渉させた光波（干渉縞間隔２μｍ）を９５ｍＪ／ｃｍ2照射した後、１５０℃で１５分間熱処理を行って周期的分子配向構造を作成した。作成された分子配向構造を偏光顕微鏡で観察したところ図１（ａ）の状態になっていることがわかった。作成された分子配向構造は１３０℃で一週間以上にわたり放置しても変化は見られず実用上充分な安定性を有していた。作成された導光板の側面から非偏光の光を入射させ、前面から観察された光波の偏光状態を観察したところ、偏光解消度が約６５％であることがわかり、実用上充分な偏光性液晶表示バックライトが形成できていることがわかった。
【実施例２】
【００３７】
本発明の具体的な実施例２について図面に基づいて説明する。
【００３８】
実施例１で用いた光反応性高分子液晶を、実施例１と同様の方法で形成したフィルムにＨｅ−Ｃｄレーザー（波長：３２５ｎｍ）の光をビームスプリッターにより２つに分け、偏光状態を一方は右回り円偏光、もう一方は左回り円偏光として干渉させた光波（干渉縞間隔２μｍ）を９５ｍＪ／ｃｍ2照射した後、１５０℃で１５分間熱処理を行って周期的分子配向構造を作成した。この周期的分子配向構造を偏光顕微鏡で観察した所、図１（ｄ）の状態になっていることが確認された。作成された分子配向構造は１３０℃で一週間以上にわたり放置しても変化は見られず実用上充分な安定性を有していた。作成された導光板の側面から非偏光の光を入射させ、前面から観察された光波の偏光状態を観察したところ、偏光解消度が約８５％であることがわかり、実用上充分な偏光性液晶表示バックライトが形成できていることがわかった。
【実施例３】
【００３９】
本発明の具体的な実施例３について図面に基づいて説明する。
【００４０】
【化２】
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【００４１】
この化学構造式を有し、光反応性基がメソゲンに直接結合している光反応性高分子液晶〔液晶温度領域：１００℃から２７２℃〕を塩化メチレンに１重量％の濃度で溶解し、光学設計されたポリメチルメタクリレート性の導光板上にポリビニルアルコールからなるバッファ層を形成したものの上にスピンコーターを用いて約０．３μｍの厚みとなるように塗布した。このフィルム全体に１５０ｍＪの直線偏光紫外線を照射し、つづいて６０ミクロンピッチ（３０μの透過部と３０μの非透過部）のフォトマスクを通して格子方向が偏光電界に対して４５°になるように１５００ｍＪ照射した。つづいて１６０℃で５分間熱処理を行った。この場合露光量が少ない場合には、偏光電界に垂直方向に分子配向、露光量が多い場合には平行方向となり、図１（ｆ）の周期的分子配向構造が作成された。作成された導光板の側面から非偏光の光を入射させ、前面から観察された光波の偏光状態を観察したところ、偏光解消度が約７５％であることがわかり、実用上充分な偏光性液晶表示バックライトが形成できていることがわかった。
【実施例４】
【００４２】
本発明の具体的な実施例４について図面に基づいて説明する。
【００４３】
実施例３の化学構造式を有する光反応性高分子液晶を導光板上に塗布したフィルム全体に１５０ｍＪの直線偏光紫外線を照射し、つづいて格子ピッチが２０ミクロンから８０ミクロンまで連続的に変化したフォトマスクを通して格子方向が偏光電界に対して４５°になるように１５００ｍＪ照射した。つづいて１６０℃で５分間熱処理を行った。この場合露光量が少ない場合には、偏光電界に垂直方向に分子配向、露光量が多い場合には平行方向となった。作成された導光板の側面から非偏光の光を入射させ、前面から観察された光波の偏光状態を観察したところ、偏光解消度が約７５％であることがわかり、実用上充分な偏光性液晶表示バックライトが形成できていることがわかった。また、面輝度の分布を測定したところ、実施例３に比べて均一なものができていることがわかった。
【実施例５】
【００４４】
本発明の具体的な実施例５について図面に基づいて説明する。
【００４５】
実施例３の化学構造式を有する光反応性高分子液晶をポリビニルアルコールフィルム上に連続で塗布した。その塗布面に１５０ｍＪの直線偏光紫外線を全面照射し、つづいて格子ピッチが２０ミクロンから８０ミクロンまで連続的に変化したフォトマスクを通して格子方向が偏光電界に対して４５°になるように１５００ｍＪ照射した。つづいて１６０℃で５分間熱処理を行った。この場合露光量が少ない場合には、偏光電界に垂直方向に分子配向、露光量が多い場合には平行方向となった。作成されたフィルムを導光板表面に貼り付け偏光性液晶表示バックライト用導光板を作成した。作成された導光板の側面から非偏光の光を入射させ、前面から観察された光波の偏光状態を観察したところ、偏光解消度が約７５％であることがわかり、実用上充分な偏光性液晶表示バックライトが形成できていることがわかった。
【００４６】
尚、本発明は、実施例１〜５に限られるものではなく、各構成要件の具体的構成は適宜設計し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の分子配向分布例の概略図である。
【図２】バックライトを含む液晶表示デバイスの概略図である。
【図１】
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【図２】
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