JP2020194058A - 光学積層体、面照明装置および画像表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1つの実施形態においては、上記光学積層体は、任意の面を形成するように、均一なクロスニコルな状態の領域が連続的に形成される。
1つの実施形態においては、上記第1の光学素子および上記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子は、それぞれ、直線偏光分離型の反射型偏光子または円偏光分離型の反射型偏光子である。
1つの実施形態においては、上記光学積層体は、上記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に位相差層をさらに有する。
1つの実施形態においては、上記位相差層の屈折率特性はnx>nz>nyの関係を示す。
1つの実施形態においては、上記位相差層は、屈折率特性がnx>ny>nzの関係を示す第1の位相差層および屈折率特性がnz>nx≧nyの関係を示す第2の位相差層を含む。
1つの実施形態においては、上記位相差層の屈折率特性はnx≧ny>nzの関係を示す。
1つの実施形態においては、上記第1の光学素子および上記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子は、それぞれ直線偏光分離型の反射型偏光子であり、該直線偏光分離型の反射型偏光子は、複屈折性を有する層と複屈折性を実質的に有さない層とが交互に積層された多層積層体であり、それぞれの反射型偏光子の反射軸は実質的に直交している。
1つの実施形態においては、上記第1の光学素子および上記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子は、それぞれ異なる回転方向の円偏光を透過する円偏光分離型の反射型偏光子である。
1つの実施形態においては、上記第1の光学素子および上記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子は、それぞれ同一の回転方向の円偏光を透過する円偏光分離型の反射型偏光子であり、該第1の光学素子または該第2の光学素子のいずれかが、位相差層をさらに有する。
1つの実施形態においては、上記第1の光学素子および上記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子が、それぞれ直線偏光分離型の反射型偏光子であり、それぞれの反射型偏光子の反射軸が実質的に直交しておらず、該第1の光学素子または該第2の光学素子のいずれかが、位相差層をさらに有する。
1つの実施形態においては、上記位相差層の面内位相差は設定波長に対して略半分である。
1つの実施形態においては、上記円偏光分離型の反射型偏光子はコレステリック配向固化層である。
本発明の別の局面によれば、面照明装置が提供される。この面照明装置は、上記の光学積層体と光源とを有する。
1つの実施形態においては、上記面照明装置は、上記光学積層体の上記光源と反対側に拡散板をさらに有する。
本発明のさらに別の局面によれば、画像表示装置が提供される。この画像表示装置は、上記の光学積層体を備える。本発明の別の画像表示装置は、上記の面照明装置を備える。
<光学積層体の光学設計の概念>
本発明の実施形態による光学積層体は、それぞれが反射型偏光子を含む第1の光学素子および第2の光学素子を有し、該第1の光学素子を透過した光と該第2の光学素子を透過した光とが、光学的にクロスニコルである。図1は、このような光学積層体による光学設計を説明する概念図であり、第1の光学素子と第2の光学素子とを別置きした状態を示している。図1に示すとおり、光学積層体は、第1の仮想光源から第1の光学素子10に入射し第1の光学素子10を透過した仮想透過光と、第2の仮想光源から第2の光学素子20に入射し第2の光学素子20を透過した仮想透過光とが光学的にクロスニコルな状態となるよう設計されている。「光学的にクロスニコルな状態」とは、例えばそれぞれの透過光が直線偏光である場合には、それぞれの振動方向が実質的に直交することをいい;例えばそれぞれの透過光が(楕)円偏光である場合には、それぞれの楕円主軸方向が直交しており且つ回転方向が逆方向であることをいう。このようなクロスニコル状態を形成することにより、光学積層体を面照明装置に適用した場合に、照明面の法線方向の直交透過率を小さくすることができる。一方、斜め方向についてはクロスニコル状態からずれてくるために透過率を法線方向と比較して大きくすることができる。その結果、正面方向の透過率と周辺方向の透過率との差が小さくなり、面内全体における輝度の均一性が向上された面照明装置を実現することができる。なお、図1から明らかなとおり、本発明の光学積層体は、第1の光学素子10と第2の光学素子20とを別置きして積層することにより形成してもよく、第1の光学素子10と第2の光学素子20とが一体化されていてもよい。したがって、本発明の光学積層体は、第1の光学素子10と第2の光学素子20とのセットも包含し得る。また、第1の光学素子10と第2の光学素子20とが一体化されているか別置きかにかかわらず、上記クロスニコルな状態に悪影響を与えない限りにおいて、第1の光学素子10と第2の光学素子20との間に任意の適切な層または部材が配置されてもよい。このような層または部材としては、例えば、空気層、光学的に等方性を有するフィルムが挙げられる。さらに、後述するように第1の光学素子10と第2の光学素子20との間に位相差層を設ける場合も、当該位相差層、第1の光学素子10および第2の光学素子20の少なくとも2つが一体化されていてもよく、当該位相差層と第1の光学素子10と第2の光学素子20とがすべて別置きであってもよい。
図2は、本実施形態による光学積層体の概略断面図である。本実施形態は、第1の光学素子10および第2の光学素子20のみで上記のクロスニコル状態を実現する。
図4は、本実施形態による光学積層体の概略断面図である。本実施形態は、第1の光学素子10と第2の光学素子20とこれらの間に配置された位相差層30とにより、上記のクロスニコル状態を実現する。すなわち、第1の光学素子10と第2の光学素子20の各々の反射型偏光子のみではクロスニコル状態を実現できない場合であっても、位相差層30を配置することにより、上記のクロスニコル状態を実現することができる。位相差層30は、第1の光学素子10または第2の光学素子20のいずれかに含まれていてもよく、別部材として第1の光学素子10と第2の光学素子20との間に配置されていてもよい。より詳細には、位相差層30は、偏光方向を逆向きにする機能を有する。すなわち、直線偏光の場合は、位相差層30により振動方向が直交する方向に変更され;円偏光の場合は、位相差層30により回転方向が逆向きになる。本実施形態による光学積層体101においては、第1の光学素子および第2の光学素子はそれぞれ円偏光分離型の反射型偏光子を含み、それぞれのコレステリック配向固化層の光の進行方向から見たときのねじれ方向は同一方向である。それぞれのねじれ方向が同一方向であるコレステリック配向固化層によれば、回転方向が同一方向の円偏光が得られるところ、位相差層30により上記のクロスニコル状態を実現することができる。2つのコレステリック配向固化層を形成する場合、それぞれのねじれ方向が同一方向であるコレステリック配向固化層を形成するほうが、それぞれのねじれ方向が逆方向であるコレステリック配向固化層を形成するよりも格段に容易である。したがって、本実施形態の効果は、第1の光学素子および第2の光学素子がそれぞれ円偏光分離型の反射型偏光子を含む場合に顕著であり得る。なお、第1の光学素子および第2の光学素子がそれぞれ直線偏光分離型の反射型偏光子を含み、それぞれの反射軸が実質的に直交しないよう(例えば実質的に平行となるよう、また例えばそれぞれの反射軸が0°〜80°の角度をなすよう)配置された形態においても、位相差層30により同様の効果が得られ得る。ただし、この形態においては、反射軸の関係を変更して実施形態1の構成とすることが容易である。
図5は、本実施形態による光学積層体の一例の概略断面図であり;図6は、本実施形態による光学積層体の別の例の概略断面図である。本実施形態においては、第1の光学素子および第2の光学素子はそれぞれ直線偏光分離型の反射型偏光子を含んでいてもよく、円偏光分離型の反射型偏光子を含んでいてもよい。図5の光学積層体102は、実施形態1の光学積層体の第1の光学素子10と第2の光学素子20との間に別の位相差層40をさらに有する。図6の光学積層体103は、実施形態2の光学積層体の第1の光学素子10と第2の光学素子20との間に別の位相差層40をさらに有する。光学積層体103においては、別の位相差層40は、第1の光学素子10と位相差層30との間に設けられてもよく、図示例のように第2の光学素子20と位相差層30との間に設けられてもよい。別の位相差層40は、代表的には、屈折率特性がnx≧ny>nzの関係を示す。このような別の位相差層40を設けることにより、光学積層体を面照明装置に適用した場合に照度を大きくすることができる。さらに、面照明装置の光源の指向性が強く光がスポット的に出射される場合に、その面積を広げることができる。別の位相差層40の屈折率特性がnx=ny>nzの関係を示す場合、その面内位相差Re(550)は、通常10nm未満である。位相差層40の厚み方向の位相差Rth(550)は、通常150nm〜550nmである。このような位相差層40は、代表的には、正の固有複屈折を示す熱可塑性樹脂のフィルムで構成され得る。正の固有複屈折を示す熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリオレフィン系樹脂、シクロオレフィン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、セルロース系樹脂、ポリ塩化ビニリデン系樹脂等の汎用プラスチック;ポリアミド系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、変性ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリブチレンテレフタレート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂等の汎用エンジニアリングプラスチック;ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリエーテルエーテルケトン系樹脂、ポリアリレート系樹脂、液晶性樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリテトラフルオロエチレン系樹脂等のスーパーエンジニアリングプラスチックが挙げられる。好ましくは、位相差層40は、セルロース系樹脂を主成分とする樹脂フィルムで構成され、当該樹脂フィルムは、延伸フィルムであってもよく、未延伸フィルムであってもよい。このような位相差層の詳細については、例えば、特開2012−3139号公報に第2の光学補償層として記載されている。当該公報の記載は、本明細書に参考として援用される。別の位相差層40の屈折率特性がnx>ny>nzの関係を示す場合、その面内位相差Re(550)は、通常60nm〜300nmである。位相差層40のNz係数は、通常1.1〜3.0である。Nz係数は、Nz=Rth(λ)/Re(λ)によって求められる。このような位相差層もまた、上記と同様の熱可塑性樹脂フィルムで構成される。このような位相差層の詳細については、例えば、特開2015−210459号公報、特開2016−105166号公報に記載されている。この公報の記載は、本明細書に参考として援用される。
図7は、本実施形態による光学積層体の一例の概略断面図であり;図8は、本実施形態による光学積層体の別の例の概略断面図である。本実施形態においては、第1の光学素子および第2の光学素子はそれぞれ、直線偏光分離型の反射型偏光子を含んでいてもよく、円偏光分離型の反射型偏光子を含んでいてもよい。代表的には、第1の光学素子および第2の光学素子はそれぞれ直線偏光分離型の反射型偏光子を含む。図7の光学積層体104は、実施形態1の光学積層体の第1の光学素子10と第2の光学素子20との間にさらに別の位相差層50をさらに有する。図8の光学積層体105は、実施形態1の光学積層体の第1の光学素子10と第2の光学素子20との間にさらに別の位相差層61および62をさらに有する。位相差層50は、代表的には、屈折率特性がnx>nz>nyの関係を示す。位相差層61は、代表的には、屈折率特性がnx>ny>nzの関係を示し;位相差層62は、代表的には、屈折率特性がnz>nx≧nyの関係を示す。このような位相差層を設けることにより、直線偏光に起因する面内照度の異方性を抑制することができる。以下、位相差層50ならびに位相差層61および62について簡単に説明する。
上記の実施形態は適宜組み合わせることができる。例えば、図4、図5または図6の実施形態と図7の実施形態とを組み合わせてもよく;図4、図5または図6の実施形態と図8の実施形態とを組み合わせてもよい。あるいは、目的に応じて、上記の実施形態に業界で周知の構成を組み合わせてもよい。
上記A項に記載の本発明の光学積層体は、面照明装置に適用され得る。したがって、本発明は、そのような面照明装置も包含する。面照明装置は、上記A項に記載の本発明の光学積層体と光源とを有する。本発明の光学積層体を用いることにより、設計容易であり、かつ、面内全体における輝度の均一性が向上された面照明装置を得ることができる。より詳細には、本発明の光学積層体を用いることにより、正面方向の透過率を抑えつつ、正面方向と比較して周辺方向の透過率を向上させ、結果として、面内全体における輝度の均一性を向上させることができる。しかも、本発明の光学積層体は、単純な構造の積層フィルムとして構成されるので、複雑な構造制御は必要とされない。したがって、上記のような優れた特性を有しつつ、設計容易な面照明装置を実現することができる。光源としては、任意の適切な光源が採用され得る。好ましくは、有機LEDまたは無機LEDである。このような光源は指向性が強いので、これらを用いる場合に本発明の光学積層体の効果が顕著である。面照明装置は、好ましくは、光学積層体と光源との間、および/または、光学積層体の光源と反対側に拡散板をさらに有し得る。本発明の光学積層体と拡散板との相乗効果により、面内全体における輝度の均一性をさらに向上させることができる。
上記A項に記載の本発明の光学積層体は、画像表示装置にも適用され得る。光学積層体は、例えば、バックライトユニット用部材、視認側の光拡散素子として用いられ得る。また、上記B項の面照明装置も、画像表示装置に適用され得る。面照明装置は、例えば、バックライトユニットとして用いられ得る。
下記化学式(1)に示されるネマチック液晶性化合物(BASF社製:商品名「Paliocolor LC242」)5.67g、下記化学式(2)に示されるカイラル剤(BASF社製:商品名「Paliocolor LC756」)0.33g、光重合開始剤(IGM Resins B.V.社製、製品名「Omnirad 907」0.3g、レベリング剤(ビックケミー・ジャパン社製、製品名「BYK−361」)0.003g、およびシクロペンタノン14gを均一となるように混合し、液晶塗工液を調製した。次に、この液晶塗工液を長尺状の基板(二軸延伸PETフィルム)上にコーティングし、80℃で3分間熱処理し、次いで紫外線を照射して重合処理し、基板上にコレステリック配向固化層を形成した。当該コレステリック配向固化層の厚みは3μmであり、透過スペクトルは445nm〜475nmで透過率が低く、選択反射領域を示した。このようにして得られた基板/コレステリック配向固化層の積層体を2枚用意し、それぞれのコレステリック配向固化層が対向するようにしてλ/2板を挟み込み、光学積層体を得た。λ/2板として市販のシクロオレフィン系位相差フィルム(カネカ社製、製品名「KUZ−フィルム」、厚み33μm、Re(450)=225nm)を用いた。一方、矩形の底部を有し上部が開口された透明な箱体の内部底面に拡散板を配置し、箱体の外部下側に光源としてのLEDランプを配置した。LEDランプとしては発光ピーク波長が450nmのものを用いた。上記で得られた積層体で箱体の開口部を覆い、さらに、積層体の上部に拡散板を配置して面照明装置を作製した。光源を点灯した状態で、輝度ムラ測定装置(アイ・システム社製、型番「EyeScale−4W」)を用いて輝度分布を測定した。中心輝度を1.0としたときの長辺方向に沿った相対輝度のグラフを実施例2および比較例1の結果と併せて図9に示す。なお、実施例1および2のグラフについては、基準としての比較例1のグラフを併せて記載している。
市販の反射型偏光子(3M社製、製品名「APF V3」、厚み26μm)を2枚用い、互いの反射軸が直交するように積層し、光学積層体を作製した。この光学積層体を用いたこと以外は実施例1と同様にして面照明装置を作製した。得られた面照明装置を実施例1と同様の評価に供した。結果を図9に示す。
光学積層体を用いず拡散板で箱体の開口部を覆ったこと以外は実施例1と同様にして面照明装置を作製した。得られた面照明装置を実施例1と同様の評価に供した。結果を図9に示す。
20 第2の光学素子
100 光学積層体
101 光学積層体
102 光学積層体
103 光学積層体
104 光学積層体
105 光学積層体
Claims (17)
- それぞれが反射型偏光子を含む第1の光学素子および第2の光学素子を有し、
該第1の光学素子を透過した光と該第2の光学素子を透過した光とが、光学的にクロスニコルである、
光学積層体。 - 任意の面を形成するように、均一なクロスニコルな状態の領域が連続的に形成される、請求項1に記載の光学積層体。
- 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子が、それぞれ、直線偏光分離型の反射型偏光子または円偏光分離型の反射型偏光子である、請求項1または2に記載の光学積層体。
- 前記第1の光学素子と前記第2の光学素子との間に位相差層をさらに有する、請求項1から3のいずれかに記載の光学積層体。
- 前記位相差層の屈折率特性がnx>nz>nyの関係を示す、
請求項4に記載の光学積層体。 - 前記位相差層が、屈折率特性がnx>ny>nzの関係を示す第1の位相差層および屈折率特性がnz>nx≧nyの関係を示す第2の位相差層を含む、
請求項4に記載の光学積層体。 - 前記位相差層の屈折率特性がnx≧ny>nzの関係を示す、
請求項4に記載の光学積層体。 - 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子が、それぞれ直線偏光分離型の反射型偏光子であり、
該直線偏光分離型の反射型偏光子が、複屈折性を有する層と複屈折性を実質的に有さない層とが交互に積層された多層積層体であり、
それぞれの反射型偏光子の反射軸が実質的に直交している、
請求項3から7のいずれかに記載の光学積層体。 - 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子が、それぞれ異なる回転方向の円偏光を透過する円偏光分離型の反射型偏光子である、請求項3から7のいずれかに記載の光学積層体。
- 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子が、それぞれ同一の回転方向の円偏光を透過する円偏光分離型の反射型偏光子であり、
該第1の光学素子または該第2の光学素子のいずれかが、位相差層をさらに有する、
請求項1から3のいずれかに記載の光学積層体。 - 前記第1の光学素子および前記第2の光学素子に含まれる反射型偏光子が、それぞれ直線偏光分離型の反射型偏光子であり、
それぞれの反射型偏光子の反射軸が実質的に直交しておらず、
該第1の光学素子または該第2の光学素子のいずれかが、位相差層をさらに有する、
請求項1から3のいずれかに記載の光学積層体。 - 前記位相差層の面内位相差が設定波長に対して略半分である、請求項10または11に記載の光学積層体。
- 前記円偏光分離型の反射型偏光子がコレステリック配向固化層である、請求項9または10に記載の光学積層体。
- 請求項1から13のいずれかに記載の光学積層体と光源とを有する、面照明装置。
- 前記光学積層体の前記光源と反対側に拡散板をさらに有する、請求項14に記載の面照明装置。
- 請求項1から13のいずれかに記載の光学積層体を備える、画像表示装置。
- 請求項14または15に記載の面照明装置を備える、画像表示装置。
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