JP3647598B2 - 光拡散シート、これを用いた投写型スクリーンおよび液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は投写型スクリーン、液晶表示装置などに用いられる光拡散シートに関する。本発明の光拡散シートは、液晶パネルの画像をスクリーンに投影し、映像を観察する投写型テレビジョン用の背面投写型スクリーンまたは前面投写型スクリーンに用いることが好ましい。また、本発明の光拡散シートは、液晶パネルの画像を直接に観視する液晶表示装置に用いることが好ましい。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＲＴ投写型のテレビジョンに代わるテレビジョンとして、液晶パネルの画像を、背面投写型スクリーンまたは前面投写型スクリーンに投写レンズで拡大して表示する投写型のテレビジョンが広く用いられるようになっている。このような投写型テレビジョン用の背面投写型スクリーンとしては、透明なプラスチック板の表面にレンチキュラーレンズが形成されたレンチキュラーレンズシートを備えたスクリーンが一般的に使用されている（特開平５−６１１２０号公報などを参照）。また、投写型テレビジョン用の前面投写型スクリーンとしては、スクリーンの表面にプラスチック、ガラスなどのビーズが塗布されたものが一般的に用いられている。
【０００３】
一方、液晶表示装置がパーソナル・コンピュータ、ワードプロセッサなどの情報機器の表示装置として近年広く利用されている。液晶表示装置に用いられている液晶の方式としては、ツイステッド・ネマティック型（ＴＮ型）とスーパー・ツイステッド・ネマティック型（ＳＴＮ型）とが一般に挙げられる。しかし、いずれの方式も視野角が狭いという問題がある。この問題を解決するために、液晶パネルの観察者側にレンズアレイを設けて液晶パネルから出射された画像を広げるという技術（特開昭５３−２５３９９号公報、特開昭５６−６５１７５号公報などを参照）や、レンズアレイに替えて光散乱板を設ける技術（特開昭６１−１４３７９１号公報、特開昭６１−１４８４３０号公報などを参照）が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のレンチキュラーレンズシートを備えた背面投写型スクリーンにおいては、モアレが発生するという課題がある。モアレはレンチキュラーレンズの周期と液晶パネルの画素寸法との関係によって生じ、液晶パネルの画素寸法が小さい場合に発生することが多い。また、ビーズが塗布された前面投写型スクリーンにおいては、投写された光は、塗布されたビーズの表面でランダムな方向に拡散されてしまうことから、水平方向および垂直方向のいずれか一方のみならず、両方向において所望の視野角を得ることは困難である。
【０００５】
一方、上記のように、液晶表示装置の視野角を拡大するために液晶パネルの観察者側にレンズアレイを設けたものでは、レンズアレイのレンズ径が大きい場合に、レンズアレイの周期と液晶パネルの画素寸法との関係によって、モアレが発生するという課題が生じる。このモアレを解消するためには、レンズアレイのレンズ径を、液晶パネルの画素寸法よりも小さくする必要がある。しかし、このようなレンズアレイは小型であり、レンズアレイを製造するために用いられる金型を作製することが極めて困難である。また、レンズアレイに替えて光散乱板を用いる場合には、光散乱板を作製することは容易であるが、必要な視野角の範囲外にまで光が散乱されるために、画像のコントラストが低下するという課題が生じる。
【０００６】
本発明はこのような課題に基づきなされたもので、背面投写型テレビジョンに用いた場合にはモアレを発生させることがなく、前面投写型テレビジョンに用いた場合には水平方向の視野角と垂直方向の視野角とをそれぞれ独立して設定することが可能であり、また、液晶表示装置に用いた場合には画像のコントラスト低下を抑制しながら視野角を拡大することができる光拡散シートを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する本発明の光拡散シートは、透明フィルムの表面に第１の光拡散層が設けられ、該第１の光拡散層の表面に第２の光拡散層が設けられた、透明フィルムに２層の光拡散層が積層された光拡散シートであって、該第１の光拡散層が透明樹脂に光拡散材が含有されてなり、該第２の光拡散層が表面に周期的な凹凸格子構造が形成された透明樹脂からなり、該周期的な凹凸格子構造のピッチをｐで表すとき、次式、
１μｍ≦ｐ≦１００μｍ
を満足する。本発明の光拡散シートの概略断面図を図１に示す。図１に示すように、本発明の光拡散シートは、透明フィルム１の表面に第１の光拡散層２および第２の光拡散層３が積層されている。
【０００８】
本発明の光拡散シートは、光拡散材が含有された光拡散層と周期的な凹凸格子構造を有する光拡散層との２層の光拡散層を有する。これにより、光拡散材と表面の周期的な凹凸格子構造との両者が光拡散シートの光拡散作用を果たす。このため、例えば、表面の周期的な凹凸格子構造により水平方向にのみ、光拡散材により水平方向および垂直方向に光を拡散させることができる。したがって、光拡散材の含有量等と表面の周期的な凹凸格子構造の凹凸深さ等とをそれぞれ適宜設定することにより、水平方向および垂直方向の光拡散性をそれぞれ独立して制御することができ、所望の光拡散性を得ることができる。また、光拡散材が含有された光拡散層と凹凸格子構造を有する光拡散層とが２層に分かれているために、光拡散材が表面に析出することによって周期的な凹凸格子構造に不規則な微小な凹凸が発生することがない。したがって、表面に析出した光拡散材の影響により、不要な拡散光が発生するという現象がなくなり、また、周期的な凹凸格子構造による拡散作用が低下することがない。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上記本発明の光拡散シートにおいて、第１の光拡散層の厚さをｔで、第１の光拡散層に含有される光拡散材と第１の光拡散層の透明樹脂との屈折率の差を△ｎで、第１の光拡散層における光拡散材の重量濃度をｃで、第１の光拡散層における光拡散材の平均粒径をｄでそれぞれ表すとき、次式、
１０μｍ≦ｔ≦５００μｍ
０．０１≦△ｎ≦０．１２
３重量％≦ｃ
４μｍ≦ｄ≦３０μｍ
を満足することが好ましい。
【００１０】
第１の光拡散層の厚さが上記の範囲にあることにより、十分な光拡散性能を得ることができ、第１の光拡散層をスピンコーティング法などの通常のコーティング法により設けることができる。光拡散材と透明樹脂との屈折率の差が０．０１以上であることにより、光拡散材の含有量をあまり多くしないでも高い光拡散性能を得ることができる。光拡散材の含有量が多いと、第１の光拡散層を構成する透明樹脂の粘度が高くなり、コーティングが困難となるが、上記の通り、光拡散材と透明樹脂との屈折率の差が０．０１以上であればコーティングが容易である。しかも上記屈折率の差が０．１２以下であることにより、光拡散材の含有量が少なすぎることによって透けることにより、ホットスポットが発生することを防ぐことができる。また、十分な光拡散性能を得るために、光拡散材の濃度は３重量％以上であることが好ましい。さらに、光拡散材の平均粒径が４μｍ以上であることにより、色温度特性を高くすることができ、しかも光拡散材の平均粒径が３０μｍ以下であることにより、十分な光拡散特性が確保され、スピンコーティング法などの通常のコーティング法によるコーティング処理が容易である。
【００１１】
また、第２の光拡散層の表面に設けられた周期的な凹凸格子構造のピッチをｐで表すとき、次式、
１μｍ≦ｐ≦１００μｍ
を満足する。周期的な凹凸格子構造のピッチが１μｍ以上であることにより、光の回折現象による着色の問題が生じない。また、周期的な凹凸格子構造のピッチが６００μｍ以下であることにより、光拡散シートを投写型スクリーンまたは液晶表示装置に用いた場合に、該周期的な凹凸格子構造の周期と液晶パネルの画素寸法との関係によって、モアレが発生することが少ない。
【００１２】
なお、本発明の光拡散シートにおいては、第１の光拡散層の厚さ、屈折率の差、光拡散材の重量濃度および光拡散材の平均粒径がそれぞれ上記の式を満足し、かつ、第２の光拡散層の表面に設けられた周期的な凹凸格子構造のピッチが上記の式を満足することがより好ましい。
【００１３】
本発明の光拡散シートにおける透明フィルムには、偏光フィルムを用いることができる。偏光フィルムの表面に光拡散材が含有された光拡散層と周期的な凹凸格子構造を有する光拡散層との２層の光拡散層が形成された光拡散シートを投写型スクリーンに用いると、画像のコントラストを低下させる原因となる照明の光などの一部が偏光フィルムで吸収されることから、投写型スクリーン上の画像のコントラストを向上させることができる。また、偏光フィルムの表面に２層の光拡散層が形成された光拡散シートを液晶表示装置に用いると、部品点数の削減が可能となる。
【００１４】
ここで、上記のフィルム、第１の光拡散層の透明樹脂または第２の光拡散層の透明樹脂は、透過率が若干低い半透明のものであっても良い。また、第１の光拡散層および第２の光拡散層を構成する透明樹脂には、紫外線硬化型樹脂を用いることができる。上記第２の光拡散層の表面に形成される周期的凹凸格子構造の形状は、断面形状が正弦波状、円弧状、楕円弧状、台形波状、三角波状などの１次元格子パターン、または、これらの断面形状をもつ２次元の格子パターンとすることができる。
【００１５】
上記の光拡散シートにおける周期的な凹凸格子構造が透明板とは反対側にあるように、上述した光拡散シートと、プラスチック、ガラスなどからなる透明板とを積層することにより、背面投写型スクリーンを構成することができる。ここで、光拡散シートと透明板とを積層するためには、粘着剤、接着剤等で貼り合わせれば良い。
【００１６】
また、上記光拡散シートにおける周期的な凹凸格子構造が光反射層とは反対側にあるように、上述した光拡散シートと、アルミニウム膜などによる光反射層と、プラスチックなどからなる支持シートとを積層することにより、前面投写型スクリーンを構成することができる。
【００１７】
光源、第１の偏光板、液晶パネル、第２の偏光板および上述した光拡散シートをこの順で配置し、上記光拡散シートにおける周期的な凹凸格子構造を液晶パネルとは反対側にあるように光拡散シートを配置することによって液晶表示装置を構成することができる。光拡散材の粒径は一般に液晶パネルの画素寸法に比べて極めて小さいので、周期的な凹凸格子構造の周期が液晶パネルの画素寸法より小さくなるようにすればモアレの発生を効果的に防止することができる。
【００１８】
また、光源、第１の偏光板、液晶パネルおよび透明フィルムに偏光フィルムを用いた光拡散シートをこの順で配置し、上記光拡散シートにおける周期的な凹凸格子構造を光源とは反対側にあるように光拡散シートを配置することによって、液晶表示装置を構成することができる。このように偏光フィルムの表面に光拡散層を形成することにより、部品点数が削減され、液晶パネルへの貼り付けが容易になり、液晶表示装置の製造工程を簡略化することができる。
【００１９】
【実施例】
図面に沿って、本発明の実施例について説明する。
【００２０】
実施例１本発明の光拡散シートの第１の実施例について、図１に沿って説明する。透明フィルム１には厚さが１９０μｍのトリアセチルセルロースフィルム（ＴＡＣフィルム）を用いた。透明な樹脂としてアクリル系紫外線硬化樹脂を用い、この樹脂に直径が１２μｍのスチレン系ビーズからなる光拡散材を、重量濃度が２０重量％になるように添加して混合液を作製した。この混合液を透明フィルム１の表面にロールコータを用いて厚さが１００μｍになるように塗布し、紫外線を照射することで、第１の光拡散層２を形成した。次いで、第１の光拡散層２の表面に上記のアクリル系紫外線硬化樹脂をロールコータを用いて厚さが５０μｍになるように塗布して紫外線硬化樹脂層を形成した。最後に、格子ピッチが２０μｍ、格子深さが１０μｍであり、断面形状が円弧状である周期的な凹凸格子構造が１方向に形成された表面を有するＮｉスタンパを用意し、このＮｉスタンパを紫外線硬化樹脂層に押しつけたまま紫外線を照射して表面に凹凸格子構造を有する第２の光拡散層３を形成した。
【００２１】
この光拡散シートでは、第１の光拡散層中の光拡散材が第２の光拡散層表面の周期的な凹凸格子構造の表面形状を乱すということがなかったため、第２の光拡散層における周期的な凹凸格子構造による光拡散性能が設計上の値より低下したり、不要な拡散光が発生することがなかった。また、得られた光拡散シートでは、上記の周期的な凹凸格子構造の方向とは垂直な方向（図１における左右方向に相当する。）において、上記の周期的な凹凸格子構造の方向と平行な方向に比べて光拡散性が高く、２つの方向の光拡散性能を独立して設定できることが確認された。
【００２２】
実施例２光拡散シートを背面投写型スクリーンに用いた例について、図２に沿って説明する。ここでは、実施例１のようにして作製した光拡散シートを、厚さが２ｍｍのアクリル樹脂からなる透明板４に粘着剤を用いて貼り付けて背面投写型スクリーンを作製した。図２に示す背面投写型テレビジョンは、光源５、光源５の出射光を観察側に反射する反射器６、出射光をほぼ平行な光に変えるレンズ群７、液晶パネル８、２枚の偏光板９および液晶パネル８から出射された画像を拡大投写する投写レンズ群１０で構成される。ここで、光拡散シートの方向は、第２の光拡散層３の表面の周期的な凹凸格子構造の凹凸と平行な方向および垂直な方向がそれぞれ液晶パネル８における画素の垂直方向および水平方向と平行になるように配置した。
【００２３】
この背面投写型スクリーンについて、光源とは反対の側（図２に示すＡの方向）から視野角を測定し、例えば、水平方向において４０゜、垂直方向において１０゜というように、水平方向および垂直方向で視野角を異ならせることができることを確認した。また、モアレの観察を行ったが、モアレは観察されなかった。
【００２４】
実施例３本発明の光拡散シートの第３の実施例について、図３に沿って説明する。基材となる透明フィルム１１には、ＴＡＣフィルム、一軸延伸後にヨウ素が含浸されたポリビニルアルコールフィルム（ＰＶＡフィルム）およびＴＡＣフィルムが順次積層された構成を有し、厚さが１８８μｍの偏光フィルムを用いた。実施例１と同様に、アクリル系紫外線硬化樹脂に直径が１２μｍのスチレン系ビーズからなる光拡散材を重量濃度が２０重量％になるように添加した混合液を作製した。この混合液を偏光フィルム１１の表面にロールコータを用いて厚さが１００μｍになるように塗布し、紫外線を照射することで、第１の光拡散層１２を形成した。次いで、上記のアクリル系紫外線硬化樹脂を第１の光拡散層１２の表面にロールコータを用いて厚さが５０μｍになるように塗布して紫外線硬化樹脂層を形成した。最後に、格子ピッチが１００μｍ、格子深さが５０μｍであり、断面形状が円弧状である周期的な凹凸格子構造が１方向に形成された表面を有するＮｉスタンパを用意し、このＮｉスタンパを紫外線硬化樹脂層に押しつけたまま紫外線を照射して表面に凹凸格子構造を有する第２の光拡散層１３を形成した。この光拡散シートにおいても、不要な拡散光が発生することがなく、また、水平方向および垂直方向の２つの方向の光拡散性能を独立して設定できることが確認された。
【００２５】
実施例４本発明の光拡散シートの第４の実施例について、図４に沿って説明する。実施例３と同様にして作製した光拡散シートの裏面にアルミニウム膜からなる反射層１４を形成する。厚さが１ｍｍである塩化ビニールからなる支持シート１５に反射層１４が支持シート側になるように粘着剤を用いて光拡散シートを貼り付けて前面投写型スクリーンを作製した。この前面投写型スクリーンと、光源１６、反射器１７、レンズ群１８、液晶パネル１９、２枚の偏光板２０および投写レンズ群２１とを組み合わせて前面投写型テレビジョンを構成した。ここで、光拡散シートの方向は、第２の光拡散層１３の表面の周期的な凹凸格子構造の凹凸と平行な方向および垂直な方向がそれぞれ液晶パネル１９における画素の垂直方向および水平方向と平行になるように配置した。
【００２６】
この前面投写型スクリーンについて、光源とは反対の側（図４に示すＢの方向）から視野角を測定し、例えば、水平方向において４０゜、垂直方向において１０゜というように、水平方向および垂直方向で視野角を異ならせることができることを確認した。また、モアレの観察を行ったが、モアレは観察されなかった。
【００２７】
実施例５本発明の液晶表示装置の実施例について、図５に沿って説明する。この液晶表示装置は、バックライト２２、液晶パネル２３および２枚の偏光板２４で構成されており、観察側（バックライト２２の反対面）の偏光板２４の表面に、実施例１のようにして作製した光拡散シートを粘着剤で貼り付けた。ここで、光拡散シートの方向は、第２の光拡散層３の表面の凹凸格子構造の凹凸と平行な方向および垂直な方向がそれぞれ液晶パネル２３の垂直方向および水平方向と平行になるように配置した。
【００２８】
このように構成することにより、該光拡散シートを用いない場合には、例えば、水平方向に３０゜、垂直方向に１２゜であつた液晶表示装置の視野角を、上記の光拡散シートを貼り付けることで、水平方向には４６゜、垂直方向には１７゜に拡大することができることを確認した。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の光拡散シートは水平方向と垂直方向の光拡散性能をそれぞれ独立して設定することができる。この光拡散シートは、液晶パネルとの間にモアレを発生させることのない背面投写型スクリーンや、水平方向と垂直方向の視野角をそれぞれ独立して設定可能な前面投写型スクリーンに用いることができる。また、この光拡散シートを液晶表示装置に用いると、モアレの発生や画像のコントラスト低下という問題を生じることなく、視野角を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光拡散シートの一例の構成図である。
【図２】 光拡散シートを用いた投写型スクリーンの一例を示す構成図である。
【図３】 本発明の光拡散シートの他の一例の構成図である。
【図４】 光拡散シートを用いた投写型スクリーンの他の一例を示す構成図である。
【図５】 光拡散シートを用いた液晶表示装置の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 透明フィルム
２，１２ 第１の光拡散層
３，１３ 第２の光拡散層
４ 透明板
５，１６ 光源
６，１７ 反射器
７，１８ レンズ群
８，１９ 液晶パネル
９，２０ 偏光板
１０，２１ 投写レンズ群
１１ 偏光フィルム
１４ 反射層
２２ バックライト
２３ 液晶パネル
２４ 偏光板

Claims (8)

1. 透明フィルムの表面に第１の光拡散層が設けられ、該第１の光拡散層の表面に第２の光拡散層が設けられた、透明フィルムに２層の光拡散層が積層された光拡散シートであって、該第１の光拡散層が透明樹脂に光拡散材が含有されてなり、該第２の光拡散層が表面に周期的な凹凸格子構造が形成された透明樹脂からなり、該周期的な凹凸格子構造のピッチをｐで表すとき、次式、
   １μｍ≦ｐ≦１００μｍ
   を満足する光拡散シート。
2. 第１の光拡散層の厚さをｔで、第１の光拡散層に含有される光拡散材と第１の光拡散層の透明樹脂との屈折率の差を△ｎで、第１の光拡散層における光拡散材の重量濃度をｃで、第１の光拡散層における光拡散材の平均粒径をｄでそれぞれ表すとき、次式、
   １０μｍ≦ｔ≦５００μｍ
   ０．０１≦△ｎ≦０．１２
   ３重量％≦ｃ
   ４μｍ≦ｄ≦３０μｍ
   を満足する請求項１記載の光拡散シート。
3. 透明フィルムが偏光フィルムである請求項１記載の光拡散シート。
4. 請求項１記載の光拡散シートと透明板とが、光拡散シートにおける周期的な凹凸格子構造が透明板とは反対側にあるように積層されてなる背面投写型スクリーン。
5. 請求項３記載の光拡散シートと透明板とが、光拡散シートにおける周期的な凹凸格子構造が透明板とは反対側にあるように積層されてなる背面投写型スクリーン。
6. 請求項１記載の光拡散シート、光反射層および支持シートが、光拡散シートにおける周期的な凹凸格子構造が光反射層とは反対側にあるように積層されてなる前面投写型スクリーン。
7. 光源、第１の偏光板、液晶パネル、第２の偏光板および請求項１記載の光拡散シートがこの順で配置されており、光拡散シートにおける周期的な凹凸格子構造が液晶パネルとは反対側にあるように光拡散シートが配置された液晶表示装置。
8. 光源、第１の偏光板、液晶パネルおよび請求項３記載の光拡散シートがこの順で配置されており、光拡散シートにおける周期的な凹凸格子構造が液晶パネルとは反対側にあるように光拡散シートが配置された液晶表示装置。

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