私たちが普段目にする自然光は、あらゆる方向に振動し、あらゆる方向に広がります。多方向に振動する自然光が偏光板を通過すると、一方向に振動する光波に変換されます。偏光板がないと、画面はぼやけて見えます。そのため、偏光板は「デジタルシャッター」と呼ばれています。

LCD（液晶ディスプレイ）は、2枚の偏光板の間に液晶を挟んで光の方向を変えたり、強度を調整したりする透過型ディスプレイです。

一方、OLED（有機発光ダイオード）は、OLEDデバイスに電子信号を送信することで光を発する自発光ディスプレイです。

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偏光板の構造

偏光板は主にPVAフィルム、TACフィルム、保護フィルム、離型フィルム、粘着剤で構成されています。偏光板の基本構造は下図のとおりです。

偏光板の偏光膜コア材料はPVAフィルムです。染色後、PVAフィルムはヨウ素分子を吸収し、双方向吸収機能を発揮します。延伸により、ヨウ素分子はPVAフィルム上で整列し、均一な双方向吸収性能を持つ偏光フィルムを形成します。その透過軸は延伸方向と直交します。（延伸方向は吸収軸とも呼ばれます。）

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偏光板の動作原理

LCDは液晶の旋光性を利用しています。適度な厚みを持つ液晶分子は、光の偏光方向を90°または270°回転させます（電圧を印加すると、液晶分子は電界によって立ち上がり、光の偏光方向は変化しません）。2枚の偏光板を追加することで、液晶ボックス全体を光スイッチとして使用できます。1枚は偏光板（下向き、光源に近い）、もう1枚は検光子（目に近い）です。

偏光板がない場合、入射光は円偏光であり、出射光も円偏光であるため、画像は表示されず、白色光のみとなります。LCD内部のRGBフィルターフィルムは、赤色を表示するために緑色が必要であり、青色が完全にオフで赤色がオンであるため、赤色に見えます。偏光板の故障によりRGBが完全にオンになっている場合は、複雑な光、つまり白色光になる可能性があります。

偏光板は特定の光線の偏光方向を制御することができます。自然光が偏光板を通過すると、偏光板の透過軸に垂直な振動方向を持つ光は吸収され、偏光板の透過軸に平行な振動方向を持つ偏光のみが透過します。

偏光板は光を一方向にのみ通過させるため、上下の偏光板を垂直に配置することで光を制御できます。

バックライトからの入射光が偏光板、液晶、配向膜を通過すると、出射光は特定の指向性を持ちます。つまり、画面から放射される光の大部分は垂直方向になります。そのため、液晶ディスプレイの角度には一定の制限があり、真っ白な画面を非常に斜めから見ると、黒つぶれや色の歪みが見える場合があります。

一般的に、上下の角度は左右の角度以下である必要があります。左右に80度の視野角がある場合、画面の法線から80度の位置で画面の映像が明瞭に見えることを意味します。ただし、人によって視野角が異なるため、最適な視野角に立っていない場合は、色や明るさが不正確になります。

LCDの表示原理上、その視野角は理想的とは言えません。視野角を広げるために、一部のメーカーは様々な広視野角技術を開発し、LCDモニターの視野角特性を改善しようと試みてきました。例えば、IPS液晶パネルはLCDモニターの視野角を160度以上に広げることができます。

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偏光板表面処理

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偏光板設計のポイント

偏光板の設計・選定における指標は、主に光学特性、機械特性、信頼性です。これら3つの要素を満たすことを前提に、コスト面も考慮する必要があります。

光学特性とは、主に偏光板の透過率、偏光、色相といったパラメータを指します。例えば、下層の偏光板がX方向の光を透過する場合、上層の偏光板はY方向の光のみを透過します。上層と下層の偏光板が同じ方向を向いている場合、ユーザーは何も見えなくなります。

液晶画面は正常に動作していますが、肉眼では偏光は見えません。

バックライトとのマッチングの観点から、下側偏光板の吸収軸はバックライトDBEFフィルムの透過軸と垂直である必要があります。そうでないと、バックライトが下側偏光板を透過できません。また、バックライトにグレーティングフィルム（覗き見防止フィルム）を使用している場合は、グレーティングフィルムの角度に注意してください。そうでないと、モアレが発生しやすくなります。

機械特性には、主に偏光板の反り、偏光板粘着剤の接着強度、偏光板の厚さが含まれます。信頼性は、偏光板の耐久性を示す指標です。評価方法は、偏光板を高温、低温、高温高湿などの環境試験ボックスに一定期間置き、外観と光学特性の変化を確認することです。

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偏光板開発の展望