JP2000249814A - 反射体およびそれを用いた反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】異方性（拡散を生じる入射角度の選択性および
拡散出射方向の選択性）を持ち、観察する位置・方向に
応じた色変化のない表示光を所定範囲に拡散出射するの
に好適な構成の反射体とそれを用いた反射型液晶表示装
置を提供する。 【解決手段】フィルム内部に、屈折率の異なる部分が不
規則な形状・厚さで分布することにより、屈折率の高低
からなる濃淡模様が形成された構造の光拡散フィルムの
一方の面に光反射性層を形成した構成の反射体を採用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、観察者側に、所定
範囲に拡散する表示光を出射し、明るく見やすい表示が
可能な反射型液晶表示装置とその実現に好適な反射体に
関する。

【０００２】

【従来の技術】バックライトやエッジライトなどの照明
装置を必要としない構成の反射型液晶表示装置が公知で
ある。前記装置は、照明光である周辺光が反射型液晶表
示装置に入射すると、液晶パネルでのパターンに基づい
て光を旋光（および／または、吸収あるいは散乱）し、
液晶パネル背面（観察者とは反対側の下部）の反射面に
より反射して、観察者側に表示光として出射すること
で、前記パターンの表示を可能としている。

【０００３】従来の反射型液晶表示装置では、観察者の
視域をある程度の大きさとするために、表示光である反
射光を散乱させる必要があり、反射面がマット状（微細
な凹凸が形成されている）の金属反射層が一般に用いら
れている。

【０００４】しかしながら、上記の反射層では、表示光
に最適な散乱性を持たせるのは製造上困難であり、無用
な方向へ光を散乱させて表示輝度を低下させてしまい、
表示光の過大な散乱による表示解像度の低下を招くとい
う問題がある。

【０００５】昨今、既存の反射層に代えて、反射角度
（表示光の出射角度）などを制御できるように、ホログ
ラムを採用することが試みられている。

【０００６】ホログラムを反射板として用いた反射型液
晶表示装置に係る提案として、以下に例示されるものが
公知である。 (1) 特開昭５６−５１７７２号公報 (2) 特表平８−５０５７１６号公報 (3) 特開平９−１５２５８６号公報 (4) 特開平９−２２２５１２号公報 (5) 国際公開公報９６／３７８０５

【０００７】ホログラムには各種のタイプがあり、それ
に応じてホログラム反射板の特性も変化する。表面レリ
ーフ型ホログラムの場合には、回折効率を高くすること
が難しいため、明るい表示パターンを視覚することが難
しいと共に、ホログラムが持つ色分散のために、観察す
る方向に応じて視覚される色が変化してしまう。これ
は、上記の(1) が該当する。

【０００８】体積位相反射型ホログラムの場合には、そ
の波長選択性により反射回折される波長幅が狭く限定
（特定の色になる）され、可視波長域に渡っての明るい
表示パターンを視覚することが難しい。これは、上記の
(2)(3)が該当する。体積位相透過型ホログラムの場合に
は、体積位相反射型ホログラムに比べ回折光の波長幅が
広く、可視波長域に渡っての明るい表示パターンを視覚
することが可能（当該技術分野における公知事項であ
り、詳細な説明は省略する）であり、これは、上記の
(4)(5)が該当する。

【０００９】反射板にホログラムを採用することで、異
方性（入射角度選択性および出射角度選択性）の機能を
反射板に持たせることができ、液晶表示装置に搭載した
場合に、 （１）装置への周辺光の入射時，装置からの表示光の出
射時，の２度に渡ってホログラムを光が通過する際に、
２度の回折は受けないため、表示光がぼけて観察される
ことがなく、減衰の少ない明るい表示光が視覚される。 (２) 特定の範囲・方向に明るく表示光を視覚させる設
計が容易となる。などの利点がある。

【００１０】なお、入射角度選択性は、特定範囲の角度
からの入射光のみを回折し、それ以外の角度からの入射
光は回折しない特性であり、出射角度選択性は、回折し
て出射する光の範囲・方向を規定する特性である。

【００１１】回折光の波長幅の広い体積位相透過型ホロ
グラムの場合であっても、ホログラムを採用することに
より、必然的に分光が生じ、観察する位置・方向によっ
て、表示光の色変化が視覚されることになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、異方性を持
ち、観察する位置・方向に応じた色変化のない表示光を
所定範囲に拡散出射するのに好適な構成の反射体とそれ
を用いた反射型液晶表示装置を提供することを目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、ホログラム
のような異方性を持つが、ホログラムとは異なり色変化
のない光を出射する特性のある拡散反射体として、スペ
ックルを記録した拡散透過体の一方の面に光反射層を形
成した反射体を採用する。

【００１４】すなわち、請求項１の発明は、フィルム内
部に、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布
することにより、屈折率の高低からなる濃淡模様が形成
された構造であり、特定範囲の角度で入射する光は拡散
して透過させ、前記角度以外で入射する光は拡散させず
にそのまま透過させると共に、拡散透過する光は所定範
囲・方向に出射するような異方性（入射角度選択性）を
持つ光拡散フィルムの一方の面に光反射性層を形成した
構成の反射体である。

【００１５】請求項２の発明は、液晶パネルの背面（観
察者とは反対側）に反射体が配置され、液晶パネルの前
面（観察者側）から入射する周辺光を、前記反射体で液
晶パネル側に反射し、液晶パネルで変調された表示光を
観察者に視覚させる反射型液晶表示装置において、反射
体として、請求項１記載の反射体を、光反射性層の形成
されていない側の面を液晶パネル側に対向させて配置す
ることを特徴とする反射型液晶表示装置である。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
説明する。図１は、屈折率の異なる部分が不規則な形状
・厚さで分布して、屈折率の高低（同図では、黒と白で
表現する）からなる濃淡模様が形成された光拡散フィル
ム１を示す説明図であり、左が平面図，右が断面図であ
る。

【００１７】平面図から分かるように、屈折率の異なる
部分の形状は横長である。また、断面図から分かるよう
に、屈折率の異なる部分は、フィルムの厚さ方向に対し
て傾斜して層状に分布した構造である。図１では、屈折
率の異なる部分が、層状に傾斜している方向について
は、屈折率の分布は一様（傾斜方向では、色が変化して
いない）である。

【００１８】図２は、別の光拡散フィルム１を示す説明
図であり、左が平面図，右が断面図である。図２では、
屈折率の異なる部分の形状は縦長であり、また、屈折率
の異なる部分が、層状に傾斜している方向については、
屈折率の分布は不規則（傾斜方向でも、色が変化してい
る）である。

【００１９】図１・図２の光拡散フィルムの光学特性に
ついて、まず、断面図で考える。屈折率の異なる部分が
層状に分布した上記傾斜方向に沿った角度（フィルムの
垂線から角度θをなす、図の矢印２の方向）で入射する
光に対しては、光拡散が生じることになる。

【００２０】上記傾斜方向とは垂直な角度（図の矢印３
の方向）で入射する光に対しては、単なる透明フィルム
として機能し、入射光は拡散されずに出射する。

【００２１】次に、平面図で考えると、屈折率の異なる
部分の形状が縦長（あるいは、横長）であると、その部
分に入射する光が拡散出射する場合には、それぞれの部
分からの出射光の光拡散特性が、横長（あるいは、縦
長）となるような異方性を持つ。図１では形状が横長で
あるから出射光は縦長に拡散し、図２では形状が縦長で
あるから出射光は横長に拡散することになる。

【００２２】図３は、光拡散フィルム１の持つ入射角度
依存性の一例を示すグラフである。図中、実線４で示す
ように、ある特定入射角度範囲（図では０度から６０
度）の光に対してはヘイズ値が８０％以上あり、逆にそ
れとは対称な入射角度（図では−６０度から０度）の光
に対してのヘイズ値は２０％以下となっており、これが
本明細書で言う異方性（入射角度選択性）を指す。

【００２３】また、上述したように、屈折率の異なる部
分の形状が縦長（あるいは、横長）であると、その部分
に入射する光が散乱出射する場合には、それぞれの部分
からの出射光の光拡散特性が、横長（あるいは、縦長）
となるような異方性（すなわち、出射角度選択性）を持
つ。例えば、図１のように形状が横長であると、光拡散
フィルムからの拡散出射光は、図４に示すように、縦長
の楕円形となるような分布となる。

【００２４】次に、光拡散フィルム１の構造について詳
細に説明する。上述したように、光拡散フィルム１の内
部には、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分
布することにより、屈折率の高低からなる濃淡模様が形
成されている。

【００２５】この屈折率の差異は、小さすぎると拡散性
が悪くなり、逆に大きすぎるとどのような角度で光が入
射しても光拡散が生じてしまうことになり、拡散性の入
射角依存性を持たせることが困難となる。そのため、表
面上の屈折率差だけでは光拡散が生じず、フィルムに厚
みがあることで十分な拡散性を持つような最適な屈折率
差である必要がある。

【００２６】本発明では、上記条件に当てはまるよう
に、屈折率差が０．００１から０．２の範囲で適宜選択
し、同様にフィルム厚みも前記屈折率差に応じて１００
０μｍから１μｍの範囲で適宜選択している。

【００２７】一例を挙げると、平均屈折率が１．５２で
厚みが２０μｍのフィルム中に、屈折率が１．５６（屈
折率差０．０４）の部分を分布させて、濃淡模様を形成
することで、十分な拡散性と入射角度選択性を持つ光拡
散フィルムを得ることができた。

【００２８】記録できる屈折率差は、作製方法や記録材
料などにより制限を受けるため、大きな屈折率差を持つ
場合はフィルムを薄く、小さな屈折率差を持つ場合はフ
ィルムを厚くすることが好適である。

【００２９】屈折率の異なる部分の大きさは、光拡散を
生じさせるためにランダムで規則性はないが、必要な拡
散性を持たせるために、その平均の大きさは直径で０．
１μｍから３００μｍの範囲内で、それぞれの用途での
必要な拡散性に応じて適宜選択される。

【００３０】一例として、１２μｍの平均の大きさを持
つ屈折率の高低からなる濃淡模様とすることで、約±４
０度程度の広がりをもつ拡散性を得た。

【００３１】また、屈折率の異なる部分のフィルム表面
上での分布は、光拡散を生じさせるためにランダムで規
則性はないが、必要な拡散性を持たせるために、フィル
ム全体の平均屈折率を＜ｎ＞とすると、その確率分布は
＜ｎ＞を中心とする正規分布を呈する。あるいは、屈折
率ｎの最小値ｎ_min で最大値をとり指数関数的に屈折率
の最大値ｎ_max まで単調減少するような確率分布、或い
は単調増加する確率分布に従って分布していてもよい。

【００３２】図５は、本発明の反射体を用いた反射型液
晶表示装置について、要部を概念的に示す断面図であ
る。上記装置は、少なくとも、液晶パネル５とその背面
（非観察者側）に配置された反射体１０とで構成され
る。

【００３３】反射体１０は、上述した光拡散フィルム１
の一方の面に光反射層６を形成することで構成される。
光反射層の形成には、周知の各種手法（代表例は、金属
蒸着やラミネート）が採用され、反射体１０では、光拡
散フィルムの背面側に位置することになる。

【００３４】尚、同図では説明の便宜上、液晶パネル
５，光拡散フィルム１，光反射層６をそれぞれ離間させ
て図示しているが、実際には密着積層されている。ま
た、液晶の種類によっては、偏光板や位相差板その他の
光学フィルムが使われる場合もあるが、同図では省略す
る。

【００３５】液晶パネル５は、一般的な構造のものから
なり、印加電圧の有無に応じて入射光を変調し、白／黒
（透過／非透過）の切り替え表示を行なう。液晶表示装
置の液晶表示パネル５には、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素に対応して
カラーフィルタを搭載したカラー表示用パネルまたはモ
ノクロ表示用パネルのいずれを使用してもよい。また、
液晶表示装置は、ＴＮ方式，ＳＴＮ方式，ゲストホスト
方式，ポリマー分散型など、液晶の駆動方式に特に限定
されるものではない。

【００３６】液晶表示装置に入射する周辺光は、液晶パ
ネル５を通過後、反射体１０に達する。その際、最初に
通過する光拡散フィルム１で光拡散が生じて、その拡散
光が光反射層６で反射し、再度、光拡散フィルム１を透
過して前面に出射する。この際に光拡散フィルム１は、
出射する拡散光を２次的に光拡散せずにそのまま透過さ
せる。これは、上述の入射角度選択性に依存する。

【００３７】従って、表示光９の出射の際の不必要な拡
散を生じることがなく、画素の写り込みによる所謂２重
像を生じることがないため、表示像のぼけを軽減させる
ことができる。加えて、出射角度選択性により不必要な
散乱を軽減し、表示の明るさやコントラストを向上させ
ることが出来る。

【００３８】以下、光拡散フィルムを作製する手段につ
いて説明する。光拡散フィルムは、光学的な露光手段に
より作製することができる。

【００３９】図６は、上記の光拡散フィルムを、スペッ
クル・パターンを利用して作製する光学系の一例を示す
説明図である。レーザー光源２３から出たレーザー光２
４ですりガラス２５を照射する。すりガラス２５のレー
ザー照射側とは反対の面には、所定距離Ｆをおいて感光
材料１９を配置し、すりガラス２５で透過散乱したレー
ザー光が作り出す複雑な干渉パターンであるスペックル
パターンが感光材料１９に露光照射される。

【００４０】この際、図示のようにすりガラス２５と感
光材料１９は所定角度αだけ傾いて配置されているた
め、スペックルパターンは感光材料中で、所定角度傾い
て露光されることになる。この角度が、光拡散フィルム
中の屈折率の異なる部分の傾き（すなわち、入射角度依
存性の散乱ピーク角度θ）に相当しすることになるの
で、前記角度は用途に応じて０から６０度程度の範囲内
で適宜選択される。

【００４１】記録に使用するレーザ光源は、アルゴンイ
オンレーザーの５１４．５ｎｍ，４８８ｎｍまたは４５
７．９ｎｍの波長のうち、感光材料の感度に応じて適宜
選択して使用することができる。また、アルゴンイオン
レーザー以外でもコヒーレント性の良いレーザー光源で
あれば使用可能であり、例えばヘリウムネオンレーザー
やクリプトンイオンレーザーなどが使用できる。

【００４２】スペックルパターンは、コヒーレント性の
良い光が粗面で散乱反射または透過した時に生ずる明暗
の斑点模様であり、粗面の微小な凹凸で散乱した光が不
規則な位相関係で干渉するために生ずるものである。

【００４３】「光測定ハンドブック 朝倉書店 田幸敏
治ほか著 1994年11月25日発行」の記述（p.266 〜p.26
8 ）によれば、濃度や位相が位置によってランダムな値
を示すようなスペックルパターンでは、前記パターンの
大きさは、感光材料から拡散板を見込む角度に反比例し
て、パターンの平均径が決定される。従って、拡散板の
大きさを、水平方向よりも垂直方向で大きくした場合、
感光材料上に記録されるパターンは、水平方向よりも垂
直方向が細かいものとなる。

【００４４】

【発明の効果】異方性（入射角度選択性および出射角度
選択性）を持ち、観察する位置・方向による色変化のな
い表示光を視覚するのに好適な反射体が得られ、反射型
液晶表示装置に用いた場合に、不必要な散乱を生じるこ
となく、表示の明るさ・精細さ・コントラストが向上
し、且つ表示像のぼけを軽減させるなどの効果を奏する
ことになる。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】光拡散フィルムを示す説明図であり、左が平面
図，右が断面図。

【図２】光拡散フィルムを示す説明図であり、左が平面
図，右が断面図。

【図３】光拡散フィルム１の持つ入射角度選択性の一例
を示すグラフ。

【図４】光拡散フィルムを拡散透過する光の分布の一例
を示す説明図。

【図５】本発明の光反射体を用いた反射型液晶表示装置
について、要部を概念的に示す断面図。

【図６】光拡散フィルムを、スペックルパターンを利用
して作製する光学系の一例を示す説明図。

【符号の説明】

１…光拡散フィルム ２…照明光が光拡散を生じる入射方向 ３…照明光が単純に透過する入射方向 ４…実測したヘイズ値のプロット ５…液晶パネル ６…光反射層 ７…周辺光 ８…拡散光 ９…表示光 １０…反射体 １１…レーザー光 １２…すりガラス １３…感光材料 １４…平行光 １５…コリメーター １６…ビームエキスパンダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 勝 東京都台東区台東１丁目５番１号 凸版印 刷株式会社内 Ｆターム(参考） 2H042 BA06 BA15 BA20 2H091 FA14Z FA15Z FA31Z FC01 FC02 FD01 FD06 HA07 HA08 HA10 JA02 LA16 5G435 AA02 AA03 AA04 BB12 BB16 FF03 FF06 HH01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フィルム内部に、屈折率の異なる部分が不
   規則な形状・厚さで分布することにより、屈折率の高低
   からなる濃淡模様が形成された構造であり、 特定範囲の角度で入射する光は拡散して透過させ、前記
   角度以外で入射する光は拡散させずにそのまま透過させ
   ると共に、拡散透過する光は所定範囲・方向に出射する
   ような異方性を持つ光拡散フィルムの一方の面に光反射
   性層を形成した構成であることを特徴とする反射体。
2. 【請求項２】液晶パネルの背面（観察者とは反対側）に
   反射体が配置され、液晶パネルの前面（観察者側）から
   入射する周辺光を、前記反射体で液晶パネル側に反射
   し、液晶パネルで変調された表示光を観察者に視覚させ
   る反射型液晶表示装置において、 反射体として、請求項１記載の反射体を、光反射性層の
   形成されていない側の面を液晶パネル側に対向させて配
   置することを特徴とする反射型液晶表示装置。