JP2004361532A - 光散乱膜、及びそれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光散乱膜が薄膜で、充分な反射強度をもつ光散乱膜を提供すること。明るく見やすい画面表示が可能な液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】光散乱膜９を形成した透明基板１の法線方向を０度とした場合、−３０度からの平行光の入射に対して、１５〜３０度の反射強度が、標準白色板の０度における反射強度の１５０％以上であること。光散乱膜の膜厚が５μｍ以下であること。透明粒子１２の平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下であること。背面側電極基板８と観察者側電極基板７の両電極基板間に上記光散乱膜が形成されていること。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板間に保持された液晶材料に電荷を印加して画像を表示する液晶表示装置に関するものであり、特に、液晶表示装置の光散乱膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、入射された光の偏光方向を液晶の配向状態を用いて制御することによって表示するものである。この液晶表示装置は、光源の有無から、透過型、反射型、半透過型の３種類の表示装置に大別することが出来る。
【０００３】
透過型液晶表示装置は、背面側電極基板の裏面もしくは側面に光源を配置し、この光源より照射された光により画面表示を行なう液晶表示装置である。また反射型液晶は光源を内蔵せず装置の前面から入射された光を利用して表示を行なう液晶表示装置である。
更に近年においては、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の両方の機能を兼ね備えた半透過型液晶表示装置が提案されている。
【０００４】
反射型液晶表示装置、あるいは半透過型液晶表示装置は、前方から入射した室内光あるは自然光を光源として利用する。このため、これらの液晶表示装置は、背面側電極基板の表面に前方から入射した光を反射する反射電極、および表示装置内のいずれかの場所に観察者の表示認識角度、すなわち、視野角を広くするために射出される光を散乱する光散乱機能を有する構造となっている。
【０００５】
光散乱機能を有する構造としては、図２に示すように、観察者側電極基板（２７）の表面に光散乱膜（２９）を設けた構造、あるいは図３に示すように、背面側電極基板（３８）の表面の反射電極（３３）表面に凹凸を設けた構造が実用化されている。
観察者側電極基板（２７）の表面に光散乱膜（２９）を設けた構造は、後方散乱光（Ｂ）により光の利用効率が劣り画面表示が暗くなる欠点や、反射電極（２３）で反射され液晶を透過した光（反射光（Ｄ））は観察者側電極基板の厚みを介して散乱されるため解像度が劣る欠点がある。
【０００６】
一方、背面側電極基板（３８）の表面の反射電極（３３）表面に凹凸を設けた構造は、入射光（Ａ）が反射電極（３３）で一部吸収される以外は光の損失がないため光の利用効率が優れるという利点がる。しかし、反射電極表面の凹凸形成にあたりフォトリソグラフィー法等の処理工程を用いなければならず製造工程が煩雑になり、また製造コストが上がる等の欠点がある。
【０００７】
これらの光散乱機能を有する構造の不具合点を考慮し、背面側電極基板と観察者側電極基板の２枚の電極基板間（以下セル内とする）に光散乱膜を有する構造が提案されている。
この構造を用いることで、反射電極表面に凹凸を形成する必要がなく製造上有利で、且つ又、セル内で散乱されるため解像度が落ちない反射型液晶表示装置を得ることができる。
【０００８】
しかし、セル内に光散乱膜を形成する構造は、セルのギャップが狭いため、光散乱膜の膜厚を薄くしなければならない。一方、入射した光の一部を光散乱膜の後方に向けて散乱する後方散乱を抑え、且つ、十分な散乱特性を得るためには、粒径を大きくする必要がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、透明樹脂の屈折率、および透明粒子の屈折率や粒径が不適切であったため、視野角が広く、かつ明るい表示が可能な光散乱膜を得ることが出来なかった。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものである。すなわち、光散乱膜が薄膜で、充分な反射強度をもつ光散乱膜を提供することを課題とするものである。さらには、明るく見やすい画面表示が可能な液晶表示装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明樹脂中に透明粒子が分散された光散乱膜であって、光散乱膜を形成した透明基板の法線方向を０度とした場合、−３０度からの平行光の入射に対して、１５〜３０度の反射強度が、標準白色板の０度における反射強度の１５０％以上であることを特徴とする光散乱膜である。
【００１１】
また、本発明は、上記発明による光散乱膜において、前記光散乱膜の膜厚が５μｍ以下であることを特徴とする光散乱膜である。
【００１２】
また、本発明は、上記発明による光散乱膜において、前記透明粒子の平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする光散乱膜である。
【００１３】
また、本発明は、上記発明による光散乱膜において、前記透明粒子の屈折率を前記透明樹脂の屈折率で割った屈折率の比の値が、０．９３以下、或いは１．０８以上であることを特徴とする光散乱膜である。
【００１４】
また、本発明は、画素に対応した複数の電極が設けられた背面側電極基板と、観察者側電極基板の両電極基板間に上記光散乱膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１に本発明に係る液晶表示装置を模式的に示す。図１は本発明による光散乱膜を反射型液晶表示装置に適用した際の断面図である。
図１に示すように、観察者側の透明基板（１）上にカラーフィルタ（４）が形成されている。このカラーフィルタ（４）は、特に限定されるものではなく、公知の顔料分散法や染色法を用いて形成することができる。
【００１６】
カラーフィルタ（４）上には、本発明に係る透明粒子（１２）を透明樹脂（１３）中に分散させた光散乱膜（９）が膜厚３μｍ程度に形成されている。
ここで、透明粒子（１２）の材質としては、熱や薬品耐性のあるものであればよく、シリコン樹脂、メラミン樹脂、フッ素系アクリレート樹脂等の有機物の他にも、アモルファスシリカ、酸化アルミニウム等の無機物、さらには、有機物と無機物の複合物等が使用可能である。
【００１７】
また、透明樹脂（１３）の材質としては、熱や薬品耐性のあるものであればよく、例えば、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコン系アクリル樹脂、フルオレン樹脂、エポキシアクリレート樹脂等が使用可能である。
【００１８】
本発明においては、透明粒子と透明樹脂の組み合わせとして、透明粒子と透明樹脂の屈折率の比の値が、０．９３以下あるいは１．０８以上であり、また、透明粒子として、平均粒径が１μｍ以上３μｍ以内の範囲で、光散乱膜を形成した透明基板の法線方向を０度とした場合、−３０度からの平行光の入射光に対して、１５〜３０度の反射強度が、標準白色板の０度における反射強度の１５０％以上である透明粒子の平均粒径を選ぶことが好ましい。
【００１９】
反射強度の測定方法を図４に示す。まず、光散乱膜（４９）を透明基板（４１）上に形成する。次いで、光散乱膜を形成した面側にミラー（４２）を形成あるいは貼りつける。その後、この透明基板を用いて反射強度を測定する。反射強度の測定は、以下に示す光源（４３）、光度計（４４）及び測定条件にて行った。
＜測定機器＞ 村上色彩研究所社製：自動変角光度計、ＧＰ−２００
＜光源＞ ハロゲンランプ
＜入射角＞ −３０度
＜受光角＞ ０度〜９０度
【００２０】
以下に光散乱膜（９）の例を示す。
例１：屈折率１．５０のアクリル系透明樹脂に、透明粒子として屈折率１．６８のメラミン粒子を分散させたもの。
例２：屈折率１．５９のフルオレン樹脂に、透明粒子として屈折率１．４５のフッ素化アクリル粒子を分散させたもの。
【００２１】
なお、フォトリソグラフィー法等を用い、塗布、形成した光散乱膜を所定のパターン形状に成形する場合には、パターニング可能な樹脂としてメタクリル酸、ブチルメタクリレート、ヒドロキシメタクリレート等からなるアクリル重合体、アクリルモノマー、光重合開始剤の混合液が使用可能である。
【００２２】
光散乱膜（９）上にＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズの混合酸化物）からなる透明電極（５）が形成され、本発明に係る観察者側電極基板（７）となる。
上記観察者側電極基板（７）と、別途作成した光反射機能を有する背面側電極基板（８）にて液晶（２）を挟持し、図１に示す反射型液晶表示装置（１０）を作製する。
なお、背面側電極基板（８）には光反射機能を持たせるため、光反射板と液晶駆動用の電極とを別途形成しても、もしくは、光反射板と液晶駆動用の電極とを兼用させた反射電極を形成しても構わない。ちなみに図１の背面側電極基板（８）には、反射電極（３）を形成しており、光散乱膜（９）にて光散乱を生じさせるために反射電極の表面は平坦としている。
また、反射型液晶表示装置の構成部材として偏光膜、配向膜等があげられるが説明の都合上図１では図示を省略している。
【００２３】
【実施例】
以下に、本発明の実施例により詳細に説明する。
＜実施例１＞
透明基板としてガラス基板を用い、先ず、ガラス基板上に公知の顔料分散法にてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）からなるカラーフィルタを形成した。
次いで、カラーフィルタ上に、透明樹脂中に透明粒子を分散させた光散乱膜を形成した。光散乱膜は以下の処方の塗布液にて形成した。
【００２４】

以上Ａ〜Ｅを充分混合して塗布液を調製した。尚、上記メラミン粒子の平均粒径は１．９μｍである。
【００２５】
上記塗布液をカラーフィルタ上に滴下後、ガラス基板を毎分８００回転にて５秒間回転し、膜厚３．０μｍの光散乱膜を形成した。光散乱膜中に上記メラミン粒子がほぼ一層で均一に分散されていた。また、光散乱膜の表面は極めて平坦なものであり、表面の平坦性は０．１μｍ以下であった。
次いで、上記光散乱膜を形成後、光散乱膜上に公知のスッパタリング法にてＩＴＯからなる透明電極を成膜し、本実施例１に係る観察者側電極基板を得た。
【００２６】
上記の工程で得られた観察者側電極基板と、別途作成した光反射機能を有する背面側電極基板にて液晶を挟持し、図１に示す反射型液晶表示装置を作製した。
【００２７】
＜実施例２＞
実施例２は実施例１と比較して、図１における光散乱膜の構造のみ異なるものであり、その他の構造および工程は同一である。下記塗布液を用いて、実施例１と同様に光散乱膜を形成し反射型液晶表示装置を作製した。

以上Ａ〜Ｅを充分混合して塗布液を調製した。尚、上記フッ素化アクリル粒子の平均粒径は１．９μｍである。
【００２８】
＜比較例１＞
比較例１として、下記塗布液を用いて、実施例１と同様に光散乱膜を形成し反射型液晶表示装置を作製した。

以上Ａ〜Ｅを充分混合して塗布液を調製した。尚、上記アクリル粒子の平均粒径は１．０μｍである。
【００２９】
測定結果を図５に示す。比較例１の光散乱膜は全体的に低い反射強度であって、光散乱膜の反射特性としては暗い。これに対して、実施例１および実施例２の光散乱膜は１５〜３０度の反射強度が標準白色板より１５０％以上高く、液晶表示装置で用いられる角度にて、明るく白い反射特性を示した。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、光散乱膜を形成した透明基板の法線方向を０度とした場合、−３０度からの平行光の入射に対して、１５〜３０度の反射強度が、標準白色板の０度における反射強度の１５０％以上で、膜厚が５μｍ以下の光散乱膜であるので、充分に薄膜で、充分な反射強度をもつ光散乱膜となる。さらには、明るく見やすい画面表示が可能な液晶表示装置となる。
また、本発明の光散乱膜は、図３に示す背面側電極基板の表面の反射電極表面に凹凸を設ける構造よりも製造コストを抑えることが可能であるため、安価で高品質な液晶表示装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による反射型液晶表示装置の断面図である。
【図２】観察者側電極基板の表面に光散乱膜を設けた構造の反射型液晶表示装置の断面図である。
【図３】背面電極基板の反射電極表面に凹凸を設けた構造の反射型液晶表示装置の断面図である。
【図４】変角反射強度の測定方法の説明図である。
【図５】変角反射強度を測定した結果の説明図である。
【符号の説明】
１、６、２１、２６、３１、４１、３６・・・透明基板
２、２２、３２・・・液晶
３、２３、３３・・・反射電極
４、２４、３４・・・カラーフィルタ
５、２５、３５・・・透明電極
７、２７、３７・・・観察者側電極基板
８、２８、３８・・・背面側電極基板
９、２９、４９・・・光散乱膜
１０・・・本発明による反射型液晶表示装置
１２・・・透明粒子
１３・・・透明樹脂
２０・・・観察者側電極基板の表面に光散乱膜を設けた構造の反射型液晶表示装置
３０・・・背面電極基板の反射電極表面に凹凸を設けた構造の反射型液晶表示装置
４２・・・ミラー
４３・・・光源
４４・・・光度計
Ａ・・・入射光
Ｂ・・・後方散乱光
Ｃ・・・前方散乱光
Ｄ・・・反射光

Claims (5)

1. 透明樹脂中に透明粒子が分散された光散乱膜であって、光散乱膜を形成した透明基板の法線方向を０度とした場合、−３０度からの平行光の入射に対して、１５〜３０度の反射強度が、標準白色板の０度における反射強度の１５０％以上であることを特徴とする光散乱膜。
2. 前記光散乱膜の膜厚が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光散乱膜。
3. 前記透明粒子の平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載の光散乱膜。
4. 前記透明粒子の屈折率を前記透明樹脂の屈折率で割った屈折率の比の値が、０．９３以下、或いは１．０８以上であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載の光散乱膜。
5. 画素に対応した複数の電極が設けられた背面側電極基板と、観察者側電極基板の両電極基板間に請求項１〜４のいずれか１項に記載の光散乱膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。

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