发明名称 偏光元件、偏光光源及使用其等之影像显示装置
摘要 本发明之目的在于提供一种偏光元件,其在不会对垂直入射光之穿透偏光特性造成妨碍的前提下可将斜向穿透光有效率地往光源侧反射。于偏光选择反射波长带相互重叠之2层以上之反射圆偏光元件之间,配置对于30°以上倾斜之光的斜向相位差为λ/8以上之C板。亦可取代前述反射圆偏光元件改用反射直线偏光元件与1/4波长板之组合。此外,2层之反射直线偏光元件与配置其间之2层之1/4波长板(Nz≧2)之组合亦可得到同样的效果。再者,亦可为2层之反射直线偏光元件与配置其间之1/2波长板(Nz≧1.5)之组合。又,使用反射直线偏光元件的情况,轴方向需以特定之角度来贴合。本发明之偏光元件,可适用于液晶显示装置、有机EL显示装置等各种的影像显示装置。
申请公布号 TWI258603 申请公布日期 2006.07.21
申请号 TW092108868 申请日期 2003.04.17
申请人 日东电工股份有限公司 发明人 原和孝;宫武稔
分类号 G02B5/30;G02F1/1335 主分类号 G02B5/30
代理机构 代理人 林镒珠 台北市中山区长安东路2段112号9楼
主权项 1.一种偏光元件,系至少包含2层之反射偏光元件、 以及于该等反射偏光元件之间所配置之相位差层, 该2层之反射偏光元件,系可让右旋圆偏光以及左 旋圆偏光当中一者选择性地穿透而将另一者选择 性地反射之反射圆偏光元件,该2层之反射圆偏光 元件,偏光之选择反射中之选择反射波长带的至少 一部分相互重叠,该相位差层系满足下述式(I)与(II )之条件: R≦(∕10) (I) R'≧(∕8) (II) 于式(I)与(II)中,系射入相位差层之光的波长, R系X轴方向与Y轴方向相对于来自Z轴方向(法线方 向)之入射光所出现的相位差(面内相位差)之绝对 値,此处X轴方向系在该相位差层之面内之折射率 成为最大之方向(面内迟后轴方向),Y轴方向系在相 位差层之面内与X轴方向呈垂直之方向(面内超前 轴方向),Z轴方向系与X轴方向以及Y轴方向呈垂直 之相位差层之厚度方向; R'系X'轴方向与Y'轴方向相对于来自与Z轴方向呈30 以上倾斜之方向之入射光所出现之相位差的绝对 値,此处X'轴方向系与相对于Z轴方向呈30以上倾斜 之入射光的入射方向呈垂直之相位差层面内之轴 方向,Y'轴方向系与该入射方向以及X'轴方向呈垂 直之方向。 2.如申请专利范围第1项之偏光元件,其中,通过该2 层之反射圆偏光元件之圆偏光的旋转方向彼此相 同。 3.一种偏光元件,其特征在于,系至少包含2层之反 射圆偏光元件、以及于该等反射圆偏光元件之间 所配置之1/2波长板,该2层之反射圆偏光元件,偏光 之选择反射中之选择反射波长带的至少一部分相 互重叠。 4.如申请专利范围第3项之偏光元件,其中,通过该2 层之反射圆偏光元件之圆偏光的旋转方向彼此相 反。 5.如申请专利范围第1或3项之偏光元件,其中,该2层 之反射圆偏光元件之选择反射波长带相互重叠之 区域系包含540~560nm之波长范围。 6.一种偏光元件,系至少包含2层之反射偏光元件、 以及于该等反射偏光元件之间所配置之中间层,该 2层之反射偏光元件系可让正交之直线偏光中一者 选择性通过但将另一者选择性反射之反射直线偏 光元件,该2层之反射直线偏光元件,偏光选择反射 之选择反射波长带之至少一部份相互重叠,该中间 层系由1层之光学层所构成、或是包含2层以上之 光学层之积层构造,且该中间层具有将入射之直线 偏光依据入射方向来改变偏光方向或是不改变偏 光方向而让其通过之功能,该2层之反射直线偏光 元件,系以面内迟后轴方向可使得入射之直线偏光 当中之与入光面呈垂直方向(法线方向)入射之光 通过但将自斜向方向所入射之光有效地反射之角 度来配置。 7.一种偏光元件,系至少包含2层之反射直线偏光元 件、于该等反射直线偏光元件之间所配置之相位 差层、以及2层之1/4波长板,该1/4波长板当中之1层 系配置于该反射直线偏光元件当中之一者与该相 位差层之间,另1层之1/4波长板配置于另一反射直 线偏光元件与该相位差层之间,该2层之反射直线 偏光元件在偏光选择反射之选择反射波长带之至 少一部份相互重叠,位于该相位差层之一侧面之1/4 波长板之面内迟后轴与位于同侧之反射直线偏光 元件之偏光轴呈40~50之角度,位于该相位差层之 另一侧面之1/4波长板之面内迟后轴与位于同侧之 反射直线偏光元件之偏光轴呈-40~-50之角度,该2 层之1/4波长板之面内迟后轴彼此所成角度为任意, 相位差层系满足下述式(I)与(III)之条件: R≦(/10) (I) R'≧(∕8) (II) 于式(I)与(II)中,系射入相位差层之光的波长, R系X轴方向与Y轴方向相对于来自Z轴方向(法线方 向)之入射光所出现的相位差(面内相位差)之绝对 値,此处X轴方向系在该相位差层之面内之折射率 成为最大之方向(面内迟后轴方向),Y轴方向系在相 位差层之面内与X轴方向呈垂直之方向(面内超前 轴方向),Z轴方向系与X轴方向以及Y轴方向呈垂直 之相位差层之厚度方向; R'系X'轴方向与Y'轴方向相对于来自与Z轴方向呈30 以上倾斜之方向之入射光所出现之相位差的绝对 値,此处X'轴方向系与相对于Z轴方向呈30以上倾斜 之入射光的入射方向呈垂直之相位差层面内之轴 方向,Y'轴方向系与该入射方向以及X'轴方向呈垂 直之方向。 8.一种偏光元件,系至少包含2层之反射直线偏光元 件、以及于该等反射直线偏光元件之间所配置之2 层的1/4波长板,该2层之反射直线偏光元件在偏光 选择反射之选择反射波长带的至少一部份相互重 叠,该1/4波长板当中一者之面内迟后轴与位于同侧 之反射直线偏光元件之偏光轴所成角度为40~50, 另一者之1/4波长板之面内迟后轴与位于同侧之反 射直线偏光元件之偏光轴所成角度为-40~-50,该2 层之1/4波长板之面内迟后轴彼此所成角度为任意, 各1/4波长板满足下述式(IV)之条件: Nz≧2.0 (IV) 其中,Nz=(nx-nz)/(nx-ny) 于式(IV)中,nx、ny、nz系表示该1/4波长板在X轴方向 、Y轴方向以及Z轴方向之折射率,此处之X轴方向系 在该1/4波长板之面内折射率成为最大之方向(面内 迟后轴方向),Y轴方向系在该1/4波长板之面内之与X 轴方向呈垂直之方向(面内超前轴方向),Z轴方向系 与X轴方向以及Y轴方向呈垂直之1/4波长板的厚度 方向。 9.一种偏光元件,系至少包含2层之反射直线偏光元 件、以及于该等反射直线偏光元件之间所配置之1 /2波长板,该2层之反射直线偏光元件在偏光选择反 射之选择反射波长带的至少一部份相互重叠,该1/2 波长板之面内迟后轴与一者之反射直线偏光元件 之偏光轴所成角度为40~50,且与另一者之反射直 线偏光元件之偏光轴所成角度为-40~-50,该1/2波长 板系满足下述式(V)之条件: Nz≧1.5 (V) 其中,Nz=(nx-nz)/(nx-ny) 于式(V)中,nx、ny、nz系表示该1/2波长板在X轴方向 、Y轴方向以及Z轴方向之折射率,此处之X轴系在该 1/2波长板之面内折射率成为最大之方向(面内迟后 轴方向),Y轴方向系在该1/2波长板之面内之与X轴方 向呈垂直之方向(面内超前轴方向),Z轴方向系与X 轴方向以及Y轴方向呈垂直之该1/2波长板的厚度方 向。 10.如申请专利范围第6~9项中任一项之偏光元件,其 中,该2层之反射直线偏光元件之选择反射波长带 相互重叠之区域系包含540~560nm之波长范围。 11.如申请专利范围第1或7项之偏光元件,其中,该相 位差层系包含以平面配向状态固定着之胆固醇液 晶化合物,该相位差层之选择反射波长带系存在于 可见光区(380nm~780nm)以外之波长区。 12.如申请专利范围第1或7项之偏光元件,其中,该相 位差层系含有以垂直均匀(homeotropic)配向状态固定 着之棒状液晶化合物。 13.如申请专利范围第1或7项之偏光元件,其中,该相 位差层系含有以向列相或圆柱(columnar)相配向状态 固定着之碟状液晶化合物。 14.如申请专利范围第1或7项之偏光元件,其中,相位 差层系含有经双轴配向之非液晶聚合物。 15.如申请专利范围第1或7项之偏光元件,其中,该相 位差层系含有具负单轴性之无机层状化合物,该无 机层状化合物之配向状态系以相位差层之光轴方 向与面成为垂直之方向(法线方向)的方式固定着 。 16.如申请专利范围第1或3项之偏光元件,系进一步 包含一层至少在正面方向具有1/4波长板功能之层, 此层系于该2层之反射圆偏光元件当中位于目视侧 之反射圆偏光元件的更外侧配置着。 17.如申请专利范围第16项之偏光元件,系进一步包 含吸收双色性偏光板,此吸收双色性偏光板系于该 至少在正面方向具有1/4波长板功能之层的更外侧 配置着。 18.如申请专利范围第1、3以及6~9项中任一项之偏 光元件,其中,该各构成要素系经由透光性之接着 剂或黏着剂之层而积层着。 19.一种偏光光源,其特征在于,包含光源、反射层 、以及申请专利范围第1、3以及6~9项中任一项之 偏光元件,此偏光元件系经由该反射层而积层于该 光源上。 20.一种液晶显示装置,其特征在于,系包含申请专 利范围第19项之偏光光源,且于其偏光元件上进一 步积层有液晶元件。 21.一种影像显示装置,其特征在于,系包含专利范 围第1、3以及6~9项中任一项之偏光元件。 图式简单说明: 图1系显示本发明之偏光元件中,反射圆偏光元件 与C板做组合之一实施形态之聚光性与亮度提升可 同时出现的机制图。 图2系针对本发明中表示自然光、圆偏光以及直线 偏光之记号做说明之图。 图3系直线偏光元件与1/4波长板做组合所产生之圆 偏光化之示意图。 图4系显示本发明之偏光元件中,反射直线偏光元 件、C板以及1/4波长板做组合之一实施形态之聚光 性与亮度提升可同时出现的机制图。 图5系显示图4之偏光元件中各层所成角度之示意 图。 图6系显示本发明之偏光元件中,反射直线偏光元 件与Nz≧2之1/4波长板做组合之一实施形态之聚光 性与亮度提升可同时出现的机制图。 图7系显示图6之偏光元件中各层所成角度之示意 图。 图8系显示本发明之偏光元件中,反射直线偏光元 件与Nz≧1.5之1/2波长板做组合之一实施形态之聚 光性与亮度提升可同时出现的机制图。 图9系显示图8之偏光元件中各层所成角度之示意 图。 图10所示系负C板之光学特性之一例的示意图。 图11系含有呈垂直均匀配向之液晶分子的相位差 层之示意图。 图12系含有碟状液晶之相位差层之示意图。 图13系含有无机层状化合物之相位差层之示意图 。 图14系显示本发明之偏光元件中,反射直线偏光元 件、C板以及1/4波长板做组合时各层之贴合角度之 一例之图。 图15系以庞加莱(Poincar`e)球来表示图14之偏光元件 之光的变换路径之说明图。 图16系显示实施例1之偏光元件之聚光以及亮度提 升性能之图。 图17系显示实施例5与6之偏光元件之聚光以及亮度 提升性能之图。
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