JP2004212773A

JP2004212773A - 液晶表示装置およびコロイド溶液

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Publication number: JP2004212773A
Application number: JP2003001088A
Authority: JP
Inventors: Shiori Idaka; 志織井高; Toshio Kobayashi; 利夫小林; Seiji Oka; 誠次岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-07
Filing date: 2003-01-07
Publication date: 2004-07-29

Abstract

【課題】反射膜の反射率の均一化によって液晶表示パネルの輝度ムラの低減を図った液晶表示装置、およびその反射膜の反射率を均一化できるコロイド溶液を提供する。
【解決手段】液晶表示装置は、液晶層の配向の制御によって画像を表示するための液晶表示パネル１と、液晶表示パネル１の背後に設けられ当該液晶表示パネルに向けて光を反射するための反射膜３ａとを備える。反射膜３ａは、高分子分散剤によって保護された光反射性ナノ微粒子もしくは光散乱性ナノ微粒子からなるコロイド粒子を溶質とし、アルコールを溶媒とするコロイド溶液を用い、この溶媒が揮発するときにコロイド粒子が相互に接触して堆積するように形成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、液晶表示装置およびコロイド溶液に関するものである。とくに、液晶表示パネルを均一な明るさで照射するための反射膜を備えた液晶表示装置、およびその反射膜の形成に適したコロイド溶液に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の液晶表示装置は、貴金属または銅のコロイド粒子、高分子分散剤、溶媒及びバインダー樹脂を含有する塗料から塗膜を形成する工程と、塗膜を加熱してコロイド粒子を融着させて金属薄膜を形成する工程とから形成される反射板を備えている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２３９８５３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術では、塗膜を加熱する工程でバインダー樹脂の流動や揮発によって、反射膜表面に凹凸や空孔が発生する。このような箇所では光の散乱や屈折が周囲の箇所と異なり、反射膜の反射率の不均一化をもたらし、液晶表示パネルの輝度ムラが生じる問題がある。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、反射膜の反射率の均一化によって液晶表示パネルの輝度ムラの低減を図った液晶表示装置を提供する。さらに、反射膜の反射率を均一化できるコロイド溶液を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明における液晶表示装置は、高分子分散剤によって保護された光反射性ナノ微粒子もしくは光散乱性ナノ微粒子からなるコロイド粒子が相互に接触して堆積している反射膜を備えるものである。
【０００７】
また、この発明におけるコロイド溶液は、高分子分散剤によって保護された光反射性ナノ微粒子もしくは光散乱性ナノ微粒子からなるコロイド粒子を溶質とし、アルコールを溶媒とし、この溶媒が揮発するときにコロイド粒子が相互に接触して堆積するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明における実施の形態１を説明するための透過型液晶表示装置の概略構成図である。液晶表示パネル１は、対向する２枚のガラス基板の間に液晶層とカラーフィルターを有し、液晶層の配向の制御によって画像が表示されるものである。液晶表示パネル１を保持している筐体２の内面に反射膜３ａが形成されている。反射膜３ａは、画像を見る方向から液晶表示パネル１の背後に設けられている。筐体２の内部には、液晶表示パネル１を照射するための光源としての蛍光ランプ４が設けられている。導光板５は蛍光ランプ４からの入射光が液晶表示パネルに向かうように導光するためのものであり、導光板５は液晶表示パネル１に対して面光源として機能する。拡散シート６は、導光板５から液晶表示パネル１に向かうように発せられた導光を拡散させ、液晶表示パネル１の輝度ムラを低減するものである。
【０００９】
蛍光ランプ４からの発光は、直接的または蛍光ランプ４周囲の反射膜３ａに反射して間接的に、透明な導光板５に入射する。導光板５は蛍光ランプ４に遠い方ほど板厚が傾斜的に薄くなっており、導光板５の中を進行する光は、反射を繰り返しながら導光板５の終端まで到達する。このとき、液晶表示パネル１側に出た光は拡散シート６を経由して液晶表示パネル１に向かう。一方、反射膜３ａ側に漏れた光は、反射膜３ａで反射して再び導光板に入射して最終的に液晶表示パネル１に向かう。導光板５の材質は光透過率及び屈折率の観点から適宜選択でき、導光板６の板厚及び傾斜角度は適宜設計できる。
【００１０】
続いて、反射膜３ａの形成方法について説明する。この実施の形態では、透過型液晶表示装置のポリカーボネート製の筐体に反射膜３ａを形成する方法を例示するが、これに限定するものではなく、例えば反射型液晶表示装置にも適用できる。
【００１１】
まず、高分子分散剤によって保護された光反射性ナノ微粒子もしくは光散乱性ナノ微粒子からなるコロイド粒子を溶質とし、アルコールを溶媒とするコロイド溶液を用意する。ここでは、光反射性ナノ微粒子として銀微粒子を用いることとし、この銀微粒子は平均粒径１〜１００ｎｍで粒径分布の狭いものとする。溶媒には例えばエタノールを用いることができる。銀微粒子およびアルコールに対して好ましい高分子分散剤は、第２級アミノ基、第３級アミノ基、第４級アンモニウム基、チオール基及び塩基性窒素原子を持つ複素環基からなる群から選択された溶質親和基と、ヒドロキシル基、カルボキシル基及びエステル基からなる群から選択された溶媒親和基とを備えるものである。このような高分子分散剤は、銀微粒子を保護することによってコロイド粒子を形成する。
【００１２】
このコロイド溶液を筐体の内壁に塗布し、エタノールを揮発させて反射膜３ａを形成する。図２は、この実施の形態における反射膜形成モデル図である。図２（ａ）はコロイド溶液を塗布した直後を示している。コロイド粒子は高分子分散剤３２の作用によりコロイド溶液中に均一に分散されている。図２（ｂ）はエタノールを揮発させた状態を示している。エタノールは揮発性が高いため、コロイド溶液を塗布したのち常温でも速やかに揮発する。エタノールが揮発した際、コロイド粒子は均一に分散された状態から堆積する。ここで、コロイド溶液はコロイド粒子と揮発性溶剤とからなり、コロイド粒子同士がファンデルワールス力によって引き寄せ合って相互に接触することを阻害するものは実質的に含まれていない。よって、溶剤が揮発して形成された反射膜では、コロイド粒子間にファンデルワールス力が作用し、図２（ｂ）のようにコロイド粒子が堆積する。
【００１３】
ナノ微粒子に代表されるサブミクロン以下の微粒子では、微細化に伴なう比表面積の増大によって、表面効果の顕在化や表面エネルギーの増加に伴う系全体の高エネルギー化が生じる。さらに、ファンデルワールス力が重力よりも支配的になる。そのため、高分子分散剤３２で保護されたナノ微粒子３１からなるコロイド粒子の表面は活性化され、このようなコロイド粒子は筐体２に付着しやすくなるとともに、コロイド粒子同士も付着しやすくなる。コロイド粒子と筐体２またはコロイド粒子同士の接触点あたりのファンデルワールス力による付着力は、コロイド粒子の粒子径に比例して小さくなる。一方、単位体積あたりに存在する接触点数は、コロイド粒子の粒子径の３乗に逆比例する。すなわち、単位体積あたりの付着力は、コロイド粒子の粒子径の２乗に逆比例して増大することになる。
【００１４】
このように、微細なコロイド粒子を用いることによって、コロイド粒子同士が密接に付着して緻密な反射膜３ａを形成できるとともに、反射膜３ａは筐体２に対して十分に付着されたものとなる。
【００１５】
さらに、緻密な反射膜であるために硫化反応などに対する化学的活性点が少なく、さらに高分子分散剤３３による銀微粒子３１の保護作用のため、得られた反射膜３ａは、長期にわたり安定した反射率を維持できる。
【００１６】
とくに高分子分散剤３２が１重量部に対して銀微粒子３１は５〜２０重量部であることが好ましい。銀微粒子３１が５重量部を下回ると相対的に高分子分散剤３２の層が厚くなり、銀微粒子３１同士の距離が長くなる傾向にある。この場合、反射膜３ａの緻密性が低くなり、化学的活性点が増えやすくなる。一方、銀微粒子３１が２０重量部を超えると高分子分散剤３２が少ないためにコロイド粒子が形成されないか、コロイド粒子が凝集しやすく粗大な２次あるいは３次粒子が形成され、光の散乱を引き起こす。粒子間隔の光の透過や膜表面での光の散乱損失を避け、反射率の均一化を安定的に実現するため、銀微粒子３１は８〜１５重量部であることが一段と好ましい。
【００１７】
なお、この実施の形態における銀微粒子３１の粒径は、粒子表面の曲率による光の散乱が無視できる１００ｎｍ以下で、緻密な反射膜を得るために粒径分布は狭いほうが好ましい。
【００１８】
また、溶媒の揮発に時間がかかると、乾燥斑などが生じてしまい均一な反射膜は得にくくなる。そのため、溶媒は水より低沸点のアルコールが好ましい。なお、塗布面積が広い場合などは、反射膜の特性に影響を与えない範囲で、エタノールに水を混ぜて揮発時間を調整してもよい。
【００１９】
このとき、エタノールが１００重量部に対して銀微粒子が５〜３０重量部であることが好ましい。銀微粒子が５重量部を下回ると相対的にエタノールが増えることになり、乾燥斑が生じやすくなる。一方、銀微粒子が３０重量部を超えると相対的に溶媒が減ることになり、コロイド溶液の粘性が高くなるために塗布ムラが生じやすくなる。
【００２０】
また、溶媒は常温で揮発するものであるから、ポリカーボネートのようなプラスチックにも、その耐熱温度を上回るように加熱することなく、反射膜３ａを形成できる。
【００２１】
図３は、このようにして得られた反射膜３ａの反射率を示した特性図である。このときのコロイド溶液は一例として、高分子分散剤１重量部に対して銀微粒子１０重量部であるコロイド粒子が溶質であり、エタノール１００重量部に対して銀微粒子２５重量部となるようにした。銀微粒子の平均粒径は約６０ｎｍとした。図３によれば、波長３００ｎｍ〜８００ｎｍの光に対して、９５％以上の高い反射率を有している。さらに、反射膜３ａは乾燥斑もなく全面にわたって反射率が均一であり、液晶表示パネル１の輝度ムラも見られなかった。
【００２２】
なお、ナノ微粒子は光反射性のすぐれた銀微粒子について例示してきたが、光散乱性ナノ微粒子として酸化チタンやアルミナなど白色無機物のナノ微粒子を用いることもでき、銀微粒子と酸化チタン微粒子とを組み合わせて用いることもできる。
【００２３】
実施の形態２．
図４は、この発明における実施の形態２を説明するための透過型液晶表示装置の概略構成図である。この実施の形態は、実施の形態１におけるポリカーボネート製の筐体２に変えて、アクリル樹脂製の導光板５に反射膜３ｂを形成したものである。反射膜３ｂは導光板５の図示下面、すなわち液晶表示パネル１に向かう導光を発する面の対向面に形成されている。
【００２４】
実施の形態１と同様に、高分子分散剤によって保護された銀微粒子からなるコロイド粒子を溶質としアルコールを溶媒とするコロイド溶液を用意する。ここでは、溶媒としてイソプロパノールを用いることとする。アクリル樹脂は耐薬品性に劣ることが知られているが、イソプロパノールを用いればアクリル樹脂の溶解を防止できる。このコロイド溶液を導光板５の図示下面にに塗布し、イソプロパノールを揮発させて反射膜３ｂを形成する。イソプロパノールは揮発性が高いため、コロイド溶液を塗布したのち速やかに揮発し、コロイド粒子は均一に分散された状態から相互に接触して堆積する。イソプロパノールに水を混ぜて揮発時間を調整してもよい。
【００２５】
このようにして、コロイド粒子同士が密接に付着して緻密な反射膜３ｂを形成できるとともに、反射膜３ｂは導光体５に対して十分に付着されたものとなる。アクリル樹脂のような透明プラスチックにも、その耐熱温度を上回るように加熱されることなく、反射膜３ａを形成できる。
【００２６】
このようにして得られた反射膜３ｂは実施の形態１と同様に良好な反射率を有し、液晶表示パネル１の輝度ムラも見られなかった。さらに導光板５に反射膜３ｂを設けることによって、導光板５と筐体２との間に介在する空気層での光の損失を抑制し、入射光を効率よく反射できる。
【００２７】
実施の形態１と同様に、高分子分散剤が１重量部に対して銀微粒子が５〜２０重量部であることが好ましく、さらに８〜１５重量部であることが一段と好ましい。また、溶媒が１００重量部に対して銀微粒子が５〜３０重量部であることが好ましい。
【００２８】
実施の形態３．
図５は、この発明における実施の形態３を説明するための導光板の部分拡大図である。この実施の形態は、実施の形態２におけるアクリル樹脂製の導光板５がプリズム機能を有する凹凸形状を備えたものである。この凹凸形状は、液晶表示パネル１に向かう導光を発する面の対向面に形成されており、例えば５０μｍピッチ、頂角１００°、高さ２１μｍの三角形状に加工したものである。導光板５がプリズム機能を備えることによって、反射膜３ｂによる反射光が散乱しやすくなり、広視野角の液晶表示装置が得られる。なお、プリズム機能を有する凹凸形状を得るには、アルミナ微粒子などを付着させる方法もある。
【００２９】
この凹凸形状に沿った実施の形態２と同様に反射膜３ｂを形成する。このとき、コロイド粒子は導光板５にファンデルワールス力によって付着するため、凹凸形状に対して精密に沿った反射膜が形成される。そのため、反射膜３ｂと導光板５との間に空隙が生じるおそれがなく、空隙に起因する屈折光の発生を防止できる。したがって、広視野角で輝度ムラを低減した液晶表示装置が得られる。さらに画像を見る方向から反射膜３ｂの背面に光隠蔽層を形成して、光の漏出を防止してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、反射膜の反射率の均一化によって液晶表示パネルの輝度ムラの低減を図った液晶表示装置を提供できる。さらに、反射膜の反射率を均一化できるコロイド溶液を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１を説明するための液晶表示装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１を説明するための反射膜形成モデル図である。
【図３】実施の形態１を説明するための反射膜の特性図である。
【図４】実施の形態２を説明するための液晶表示装置の概略構成図である。
【図５】実施の形態３を説明するための導光板の部分拡大図である。
【符号の説明】
１液晶表示パネル、２筐体、３ａ〜３ｂ反射膜、３１ナノ微粒子、３２高分子分散剤、３３溶媒、４光源、５導光板、６拡散シート。

Claims

液晶層の配向の制御によって画像を表示するための液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背後に設けられ当該液晶表示パネルに向けて光を反射するための光反射部材とを備える液晶表示装置において、
前記光反射部材は、高分子分散剤によって保護された光反射性ナノ微粒子もしくは光散乱性ナノ微粒子からなるコロイド粒子が相互に接触して堆積している反射膜であることを特徴とする液晶表示装置。
前記光反射性ナノ微粒子は銀微粒子であり、前記高分子分散剤は、第２級アミノ基、第３級アミノ基、第４級アンモニウム基、チオール基及び塩基性窒素原子を持つ複素環基からなる群から選択された溶質親和基と、ヒドロキシル基、カルボキシル基及びエステル基からなる群から選択された溶媒親和基とを備え、
高分子分散剤が１重量部に対して銀微粒子が５〜２０重量部であることを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記液晶表示装置は、液晶表示パネルを照射するための光源と、光源からの入射光が液晶表示パネルに向かうように導光するための導光板とを備え、
前記反射膜は、前記導光板の液晶表示パネルに向かう導光を発する面の対向面に形成されたことを特徴とする請求項１記載の液晶表示装置。
前記対向面はプリズム機能を有する凹凸形状を有することを特徴とする請求項３記載の液晶表示装置。
高分子分散剤によって保護された光反射性ナノ微粒子もしくは光散乱性ナノ微粒子からなるコロイド粒子を溶質とし、アルコールを溶媒とし、前記溶媒が揮発するときに前記コロイド粒子が相互に接触して堆積することを特徴とするコロイド溶液。
前記光反射性ナノ微粒子は銀微粒子であり、前記高分子分散剤は、第２級アミノ基、第３級アミノ基、第４級アンモニウム基、チオール基及び塩基性窒素原子を持つ複素環基からなる群から選択された溶質親和基と、ヒドロキシル基、カルボキシル基及びエステル基からなる群から選択された溶媒親和基とを備え、
高分子分散剤が１重量部に対して銀微粒子が５〜２０重量部であることを特徴とする請求項５記載のコロイド溶液。