JP2015018092A - 光拡散部材及び表示装置。 - Google Patents
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Abstract
Description
なお、前記基材の前記一方面のうち前記波長制御層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部とは、概ね波長制御層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部を含むものである。「概ね波長制御層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部」とは、一部分が波長制御層に重なった状態に形成された光拡散部を含むことを意味する。
なお、前記基材の前記一方面のうち前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された波長制御層とは、概ね光拡散部の形成領域以外の領域に形成された波長制御層を含むものである。「概ね光拡散部の形成領域以外の領域に形成された波長制御層」とは、一部分が光拡散部に重なった状態に形成された波長制御層を含むことを意味する。
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図14を用いて説明する。本実施形態では、表示体として透過型の液晶パネルを備えた液晶表示装置(表示装置)1の例を挙げて説明する。以下の説明において、X軸は、液晶表示装置の画面と平行な方向と定義する。Y軸は、液晶表示装置の画面と平行で、X軸と直交する方向と定義する。Z軸は、液晶表示装置の厚さ方向と定義する。
なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
本実施形態の液晶表示装置1は、図1及び図2に示すように、液晶パネル(表示体)2と、バックライト8(照明装置)と、光制御部材9(光拡散部材,視野角拡大部材)と、を備えている。液晶パネル2は、第1偏光板3と、第1位相差フィルム4(位相差板)と、液晶セル5と、第2位相差フィルム6(位相差板)と、第2偏光板7と、を備えている。図2では、液晶セル5を模式的に図示しているが、その詳細な構造については後述する。
ここでは、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを一例に挙げて説明する。ただし、本実施形態に適用可能な液晶パネルはアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限るものではない。本実施形態に適用可能な液晶パネルは、例えば半透過型(透過・反射兼用型)液晶パネルであっても良い。さらには、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor,以下、TFTと略記する)を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。
図3に示すように、液晶セル5は、TFT基板10と、カラーフィルター基板12と、液晶層11と、を有している。TFT基板10は、スイッチング素子基板として機能する。カラーフィルター基板12は、TFT基板10に対向して配置されている。液晶層11は、TFT基板10とカラーフィルター基板12との間に挟持されている。
画素は、表示の基本単位である。TFT基板10には、複数のソースバスラインが、互いに平行に延在するように形成されている。TFT基板10には、複数のゲートバスラインが、互いに平行に延在するように形成されている。複数のゲートバスラインは、複数のソースバスラインと直交している。TFT基板10上には、複数のソースバスラインと複数のゲートバスラインとが格子状に形成されている。隣接するソースバスラインと隣接するゲートバスラインとによって区画された矩形状の領域が一つの画素となる。ソースバスラインは、TFT19のソース電極17に接続されている。ゲートバスラインは、TFT19のゲート電極16に接続されている。
ゲート絶縁膜20の材料としては、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、もしくはこれらの積層膜等が用いられる。
ソース電極17は、コンタクトホール22を介して半導体層15のソース領域に接続されている。ドレイン電極18は、コンタクトホール23を介して半導体層15のドレイン領域に接続されている。ソース電極17およびドレイン電極18の材料としては、上述のゲート電極16と同様の導電性材料が用いられる。
画素電極25の材料としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide,インジウム錫酸化物)、IZO(Indium Zinc Oxide,インジウム亜鉛酸化物)等の透明導電性材料が用いられる。
照明装置であるバックライト8は、図2に示すように、光源36と、導光体37と、を備えている。光源36は、導光体37の端面に配置されている。光源36としては、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode,以下、LEDと略記する)、冷陰極蛍光管等が用いられる。
本実施形態のバックライト8は、エッジライト型のバックライトである。
散乱シートとしては、白色PETを用いてもよい。プリズムシートとしては、例えば、住友3M社製のBEF(商品名)を用いてもよい。
なお、本実施形態において、バックライト8が指向性を有していても構わない。
また、バックライト8は、直下型のバックライトであってもよい。
図4(A)は、光制御部材9の断面図(ZX断面図)である。図4(B)は、光制御部材9の平面図(XY平面図)である。なお、図4(B)においては、高複屈折基材39の図示を省略している。
なお、高複屈折基材39の背面側の面のうち光拡散部41の形成領域以外の領域に形成された波長制御層40とは、概ね光拡散部41の形成領域以外の領域に形成された波長制御層40を含むものである。「概ね光拡散部41の形成領域以外の領域に形成された波長制御層40」とは、一部分が光拡散部41に重なった状態に形成された波長制御層40を含むことを意味する。
位相差Rは、複屈折基材200の面内の屈折率n1及び屈折率n2と、複屈折基材200の厚みdと、によって、位相差R=(n1−n2)d、として表される。
本実施形態では、一例として厚さが100μmで、位相差Rが8000nmのポリエチレンテレフタレート(PET)製フィルムを用いる。
図6(A)に示すようにθ1:バックライトからの射出角度、θ2:光拡散部41のテーパ角度と定義する。光拡散部41に入射した光Laはテーパ部で全反射を起こし、高複屈折基材39表面から視認側へ射出されるが、入射角度の大きい光Lbは、テーパ部で全反射せず透過し、入射光の損失が発生する場合がある。
例えば、バックライトからの射出角度θ1が30°の光は、光拡散部41の形成材料である透明樹脂の屈折率がn=1.5であり、光拡散部41のテーパ角度θ2が60°未満の場合、テーパ形状で全反射せずに透過し、光の損失が発生する。射出角度θ1が±30°以内の光を損失無く、テーパ形状で全反射させるためには、光拡散部41のテーパ角度は60°以上、90°未満が望ましい。
本実施形態において、光拡散部41の反射面41cのテーパ角度θ2は一定になっている。
したがって、Snellの法則より、本実施形態の構成においては臨界角が小さくなり、光拡散部41の反射面41cで光が全反射する入射角範囲が広くなる。その結果、光の損失がより抑えられ、高い輝度を得ることができる。
図7(A)から図7(E)は、光制御部材9の製造手順を示す図である。
以下では、光制御部材9の製造工程を中心に説明する。
液晶パネル2の製造工程の概略の一例を先に説明すると、最初に、TFT基板10とカラーフィルター基板12とをそれぞれ作製する。その後、TFT基板10のTFT19が形成された側の面とカラーフィルター基板12のカラーフィルター31が形成された側の面とを対向させて配置し、TFT基板10とカラーフィルター基板12とをシール部材を介して貼り合わせる。その後、TFT基板10とカラーフィルター基板12とシール部材とによって囲まれた空間内に液晶を注入する。このようにしてできた液晶セル5の両面に、光学接着剤等を用いて第1位相差フィルム4、第2位相差フィルム6、第1偏光板3、第2偏光板7をそれぞれ貼り合わせる。
以上の工程を経て、液晶パネル2が完成する。
TFT基板10やカラーフィルター基板12の製造方法には従来から公知の方法が用いられるため、説明を省略する。
次いで、上記の塗膜44を形成した高複屈折基材39をホットプレート上に載置し、温度90℃で塗膜のプリベークを行う。これにより、ブラックネガレジスト中の溶媒が揮発する。
次いで、上記の塗膜148を形成した高複屈折基材39をホットプレート上に載置し、温度95℃で塗膜148のプリベークを行う。これにより、透明ネガレジスト中の溶媒が揮発する。
以上の工程を経て、本実施形態の光制御部材9が完成する。
上記の例では波長制御層40や光拡散部41の形成時に液状のレジストを塗布することとしたが、この構成に代えて、フィルム状のレジストを高複屈折基材39の一方の面に貼付するようにしても良い。
以上の工程により、本実施形態の液晶表示装置1が完成する。
原反を裁断する際、原反では波長制御層40がランダムに形成されているため、高確率で(実用的にはほぼ確実に)波長制御層40と重なって原反を裁断することとなる。したがって、原反を裁断して得られる光制御フィルムでは、波長制御層40と重なる中空部42が高複屈折基材39の周縁部に接して形成されることとなる。
本実施形態によれば、光制御部材9の基材として、高複屈折基材39を用いているため、虹ムラを抑制することができる。以下、図を用いて詳細に説明する。
1つ目(入射側)の偏光板によって特定の方向に振動する直線偏光となった光は、複屈折基材によって常光線と異常光線とに分光される。ここで、常光線と異常光線とは、複屈折基材の内部における進行速度が異なるため、常光線と異常光線との間には位相差が生じる。そして、波長に対する位相差に応じて、2つ目の偏光板(射出側)に入射する光の振動方向は変化する。その結果、2つ目の偏光板の透過軸に対して平行な方向に振動する光の成分の割合が、波長毎に異なったものとなる。したがって、2つ目の偏光板を透過する光の強度は波長毎に異なったものとなり、その強度の偏りに応じて2つ目の偏光板を透過する光の色が異なったものとなる。
図12(A),(B)は、光制御部材を斜めから観察した際における光の透過スペクトルを示したグラフである。図12(A)は、光制御部材の射出側に設けられる基材として、従来の基材、すなわち、位相差が1000nm~4000nmの複屈折基材を用いた光制御部材を観察した場合である。図12(B)は、高複屈折基材39を備えた本実施形態の光制御部材9を観察した場合である。横軸は波長を示しており、縦軸は射出される光の強度を示している。
図13は、LEDの分光スペクトルを示した図である。図14は、冷陰極蛍光管の分光スペクトルを示した図である。
図13に示すように、光の色(赤色、緑色、青色)毎にスペクトルの山がある程度帯域の幅を持って存在している。すなわち、各波長域RA,GA,BAは、ある程度の幅を持っている。例えば、LEDを光源として用いた場合では、上述したように複屈折基材の位相差を8000nm以上とすることによって、各波長域RA,GA,BAにスペクトルの山谷を1組以上含むようにできる。
一方、図14に示すように、冷陰極蛍光管の光源の発光スペクトルは特定波長にピークを有する不連続な発光スペクトルを有しているため、本発明の光源としてLEDを用いることが好ましい。
本実施例においては、複屈折板の位相差を変化させた場合の虹ムラの抑制効果について、シミュレーションによって検証した。
本実施例においては、図15に示すように、観察者Oが、複屈折基材390の面における法線方向に対して観察角度θ3の方向から、光制御部材220を見た場合における、観察者Oの眼に入射される波長ごとの光の強度をシミュレーションにより求めた。第2偏光板210の吸収軸の方向は方向D1とした。すなわち、第2偏光板210を透過して光制御部材220に入射される光の振動方向は方向D1と直交する方向である。また、第2偏光板210の偏光度は100%とした。
また、バックライトから光制御部材220に入射される光L3は、国際照明委員会(CIE:Commission Internationale de I’Eclairage)が規定するCIE色度図において、x=0.310,y=0.316のC光源の光とした。C光源は、CIEが規定する標準光源の規格の一つである。x,yの値で、色を規定しており、上記のC光源は白色光源である。
図16(B)〜(E)及び図17(A)〜(E)においては、位相差Rが大きくなるに従って、透過スペクトルの山と谷のピッチが小さくなっていることが確かめられる。
次に、第2実施形態について図18(A),(B)を用いて説明する。
第2実施形態は、第1実施形態に対して、光拡散部41の代わりに、テーパ状の複数の光拡散部410を備えている点において異なる。
なお、上記実施形態と同様の構成要素については、適宜、上記実施形態と同様の符号を付してその説明を簡略化、あるいは省略する。
図18(A),(B)に示すように、本実施形態の液晶表示装置1Aは、光透過性の高複屈折基材39と、高複屈折基材39の一面(視認側と反対側の面)の一部領域に配された複数の光拡散部410と、この光拡散部410が配された一部領域を除いた残余領域に配された波長制御層400と、を備えている。
なお、高複屈折基材39の光拡散部410側の面のうち複数の光拡散部410の形成領域以外の領域に形成された波長制御層400とは、概ね光拡散部410の形成領域以外の領域に形成された波長制御層400を含むものである。「概ね光拡散部410の形成領域以外の領域に形成された波長制御層400」とは、一部分が光拡散部410に重なった状態に形成された波長制御層400を含むことを意味する。
次に、第3実施形態について説明する。
第3実施形態は、第1実施形態に対して、高複屈折基材39と光拡散部41との間に、従来から用いられている基材50が設けられている点において異なる。言い換えると、本実施形態の液晶表示装置60は、従来の液晶表示装置1Bの基材50面上に、高複屈折基材39を設けた構成となっている。
なお、上記実施形態と同様の構成要素については、適宜、上記実施形態と同様の符号を付してその説明を簡略化、あるいは省略する。
本実施形態の液晶表示装置60は、図19に示すように、液晶パネル2と、バックライト8(照明装置)と、光制御部材9B(光拡散部材,視野角拡大部材)と、を備えている。光制御部材9Bは、高複屈折基材39と、光透過性の基材50と、複数の波長制御層40と、光拡散部41と、を備えている。光拡散部41の視認側(−Z側)には、基材50が設けられ、基材50上には、接着剤層43を介して、高複屈折基材39が固定されている。基材50と、光拡散部41と、波長制御層40と、によって構成される光制御部材9Dは、従来の光制御部材と同様の構成である。
基材50の位相差は、例えば、1000nm〜4000nm程度である。
また、本実施形態によれば、従来の液晶表示装置1Bに対して、光制御部材9Bにおける基材50面上に高複屈折材を設けることで液晶表示装置を製造できるため、簡便である。
次に、第4実施形態について説明する。
第4実施形態は、第3実施形態に対して、高複屈折基材39が光拡散部41の液晶パネル2側に設けられている点において異なる。
なお、上記実施形態と同様の構成要素については、適宜、上記実施形態と同様の符号を付してその説明を簡略化、あるいは省略する。
本実施形態の液晶表示装置60Aは、図20に示すように、液晶パネル2と、バックライト8(照明装置)と、光制御部材9C(光拡散部材,視野角拡大部材)と、を備えている。光制御部材9Cは、高複屈折基材39と、光透過性の基材50と、複数の波長制御層40と、光拡散部41と、を備えている。光拡散部41の視認側(−Z側)には、基材50が設けられ、基材50上には、接着剤層43を介して、高複屈折基材39が固定されている。基材50と、光拡散部41と、で構成される光制御部材9Dは、従来の光制御部材である。
また、高複屈折基材39が、従来の光制御部材9Dの背面側(+Z側)に設けられているため、従来の光制御部材に対して高複屈折基材39を接着することで光制御部材を製造でき、簡便である。
次に、第5実施形態について、図21を用いて説明する。
第5実施形態は、第1実施形態の液晶表示装置1に対して、タッチパネルを設けた点において異なる。
なお、上記実施形態と同様の構成要素については、適宜、上記実施形態と同様の符号を付してその説明を簡略化、あるいは省略する。
本実施形態の液晶表示装置90は、図21に示すように、バックライト8から光制御部材9までの構成は第1実施形態と同一である。そして、光制御部材9を構成する高複屈折基材39の視認側にタッチパネル91(情報入力装置)が配置されている。以下の説明では、光制御部材9を構成する高複屈折基材39のことを「光制御フィルム用基材」と称する。タッチパネル91は、光制御フィルム用基材39の周縁部において両面テープ等の接着材92によって光制御フィルム用基材39上に貼付されている。タッチパネル91と光制御フィルム用基材39との間には接着材92の厚さ分の間隙が形成されている。すなわち、タッチパネル91と光制御フィルム用基材39との間には空気層93が存在している。
なお、本実施形態に適用可能なタッチパネルは静電容量方式に限ることはなく、抵抗膜方式、超音波方式、光学方式等、任意のタッチパネルが適用可能である。
次に、第6実施形態について、図22を用いて説明する。
第6実施形態は、第5実施形態に対して、タッチパネル用機材として高複屈折基材39を用いている点、及び光制御フィルム用基材として従来から用いられている基材50を用いている点において異なる。
なお、上記実施形態と同様の構成要素については、適宜、上記実施形態と同様の符号を付してその説明を簡略化、あるいは省略する。
本実施形態の液晶表示装置90Aは、図22に示すように、従来の液晶表示装置1Bの視認側にタッチパネル91Aが設けられている。より詳細には、光制御部材9Dの基材50の視認側にタッチパネル91Aが配置されている。
タッチパネル91Aは、基本構成はタッチパネル91と同様であり、タッチパネル用基材として高複屈折基材39を備えている点においてのみ異なる。
次に、第7実施形態について、図23(A),(B)及び図24(A)〜(E)を用いて説明する。
第7実施形態は、第1実施形態に対して、光散乱部が設けられている点において異なる。
なお、上記実施形態と同様の構成要素については、適宜、上記実施形態と同様の符号を付してその説明を簡略化、あるいは省略する。
本実施形態の光制御部材807においては、図23(A),(B)に示したように、散乱フィルム52(光散乱層)が、高複屈折基材39の視認側の面に粘着層53により固定されている。散乱フィルム52は、例えばアクリル樹脂等のバインダー樹脂の内部に多数のアクリルビーズ等の光散乱体54が分散されたものである。散乱フィルム52の厚みは、一例として20μm程度である。球状の光散乱体54の直径は、一例として0.5〜20μm程度である。粘着層53の厚みは、一例として25μm程度である。散乱フィルム52は、等方散乱材として機能する。すなわち、散乱フィルム52は、光拡散部41で射出角度が制御された光を等方的に散乱し、さらに広角に広げる機能を果たす。
次に、第8実施形態について、図25を用いて説明する。
第8実施形態は、第1実施形態に対して、光制御部材における波長制御層40の形状が楕円形状である点等において異なる。
なお、上記実施形態と同様の構成要素については、適宜、上記実施形態と同様の符号を付してその説明を簡略化、あるいは省略する。
図25(A)に示す光制御部材509Aでは、波長制御層540Aの平面視形状は楕円形状である。
なお、図25(C)においては、波長制御層540Cの平面視形状は楕円形であるが、特に限定されず、円形であっても、多角形であってもよい。
例えば、上記実施形態では、波長制御層40,400として、黒色のブラックレジストに紫外線吸収剤を含有させることで遮光層としての機能を有するものを例示したが、本発明の波長制御層は遮光層としての機能を有していなくてもよい。例えば、外光の影響が少ない環境下で使用される液晶表示装置に使用される光制御部材であれば、波長制御層として、可視光域における光透過性が高い(遮光性を有しない)樹脂材料に紫外線吸収剤を含有させたものを用いても良い。あるいは、波長制御層が黒色以外の色(例えば、青色、赤色、黄色等)に着色された構成であっても良い。
Claims (5)
- 光透過性及び複屈折性を有する基材と、前記基材の一方面に形成された複数の波長制御層と、前記基材の前記一方面のうち前記波長制御層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、前記基材よりも位相差が大きい高複屈折基材と、を備え、
前記光拡散部は、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、を有するとともに前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記波長制御層の層厚よりも大きく、
前記高複屈折基材は、偏光板に挟んだ時に透過スペクトルが、赤色光に対応する第一波長域、緑色光に対応する第二波長域、及び青色光に対応する第三波長域のそれぞれについて、少なくともスペクトルの山谷を1組以上含む光拡散部材。 - 光透過性及び高複屈折性を有する基材と、前記基材の一方面に形成された複数の波長制御層と、前記基材の前記一方面のうち前記波長制御層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、を備え、
前記光拡散部は、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、を有するとともに前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記波長制御層の層厚よりも大きく、
前記高複屈折基材は、偏光板に挟んだ時に透過スペクトルが、赤色光に対応する第一波長域、緑色光に対応する第二波長域、及び青色光に対応する第三波長域のそれぞれについて、少なくともスペクトルの山谷を1組以上含む光拡散部材。 - 光透過性及び高複屈折性を有する基材と、前記基材の一方面に形成された複数の光拡散部と、前記基材の前記一方面のうち前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された波長制御層と、を備え、
前記光拡散部が、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、を有するとともに前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記波長制御層の層厚よりも大きく、
前記高複屈折基材は、偏光板に挟んだ時に透過スペクトルが、赤色光に対応する第一波長域、緑色光に対応する第二波長域、及び青色光に対応する第三波長域のそれぞれについて、少なくともスペクトルの山谷を1組以上含む光拡散部材。 - 前記高複屈折基材の位相差は、8000nm以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載の光拡散部材。
- 表示体と、前記表示体の視認側に設けられ、前記表示体から入射される光の角度分布を入射前よりも広げた状態にして光を射出させる視野角拡大部材と、を含み、
前記視野角拡大部材が、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光拡散部材で構成されている表示装置。
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