JP4026915B2

JP4026915B2 - 光拡散板、光学素子及び液晶表示装置

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Publication number: JP4026915B2
Application number: JP04438898A
Authority: JP
Inventors: 裕之吉見; 宮武　　稔
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 1998-02-09
Filing date: 1998-02-09
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2018-02-09
Also published as: JPH11231113A

Description

【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、斜め入射光を選択的に優位に拡散して液晶表示装置等の視野角拡大や高コントラスト等の表示性能の向上に好適な光拡散板、及びそれを用いた光学素子に関する。
【０００２】
【発明の背景】
従来、光拡散板としては、屈折率相違の透明粒子を分散含有するプラスチックフィルムや、表面を粗面化処理したプラスチックフィルムが知られていた。しかしながら、それを表示光を散乱させて視野角を拡大する目的などで液晶表示装置に適用した場合、透過型のものでは、正面（垂直）方向のコントラストや輝度の低下で視認性が低下し、反射型のものでも表示光が入射時の反射光等と干渉して画像ににじみやボケが顕著に現れる問題点があった。
【０００３】
【発明の技術的課題】
本発明は、透過型や反射型の液晶表示装置等に適用しても正面方向のコントラストや輝度の低下による視認性の低下や、表示光の干渉による画像のにじみやボケを生じにくい光拡散板や光学素子、及びそれを用いた視野角や視認性等の表示性能に優れる液晶表示装置を得ることを課題とする。
【０００４】
【課題の解決手段】
本発明は、厚さ方向の複屈折特性が相違する微小領域が分散分布した複屈折性フィルムからなり、その複屈折性フィルムにおける前記微小領域と他の部分との屈折率差△ｎ^１、△ｎ^２がフィルムの厚さ方向において０．０３以上（△ｎ^１）であり、かつフィルムの平面方向において前記△ｎ^１の８０％以下（△ｎ^２）であると共に、前記複屈折性フィルムが二軸延伸フィルムからなることを特徴とする光拡散板を提供するものである。
【０００５】
また本発明は、偏光板又は位相差板の少なくとも１種と、前記の光拡散板との積層体からなることを特徴とする光学素子、及び前記の光拡散板又は光学素子を液晶セルの片側又は両側に有することを特徴とする液晶表示装置を提供するものである。
【０００６】
【発明の効果】
本発明によれば、垂直入射光に対しては拡散を抑制し、斜め入射光に対しては大きな拡散性を示し、従って斜め入射光を選択的に優位に拡散する製造容易な光拡散板を得ることができる。その結果、かかる光拡散板又はそれを用いた光学素子を液晶表示装置等に適用することにより、透過型では正面方向のコントラストや輝度が低下しにくくて視認性に優れると共に、斜め入射光の良好な拡散で広い視野角を示して表示性能に優れる液晶表示装置等を得ることができる。
【０００７】
また反射型にても、表示光と入射時の反射光とが干渉しにくくて画像にボケやにじみを発生しにくく、斜め入射光が良好に拡散して視認性と視野角に優れて表示性能に優れる液晶表示装置等を得ることができる。
【０００８】
【発明の実施形態】
本発明の光拡散板は、厚さ方向の複屈折特性が相違する微小領域が分散分布した複屈折性フィルムからなり、その複屈折性フィルムにおける前記微小領域と他の部分との屈折率差△ｎ^１、△ｎ^２がフィルムの厚さ方向において０．０３以上（△ｎ^１）であり、かつフィルムの平面方向において前記△ｎ^１の８０％以下（△ｎ^２）であると共に、前記複屈折性フィルムが二軸延伸フィルムよりなるものからなる。
【０００９】
本発明による光拡散板の例を図１、図２に示した。１が光拡散板で、１１，１３が複屈折特性が相違する微小領域ａ，ｃが分散分布した複屈折性フィルムである。なおｂ，ｄは複屈折性フィルムにおける微小領域ａ，ｃ以外の部分、１２は接着層であり、２も被着体に接着するための粘着層からなる接着層で、２１は粘着層を仮着カバーするセパレータである。
【００１０】
厚さ方向の複屈折特性が相違する微小領域が分散分布した複屈折性フィルムの形成は、例えばポリマー類や液晶類等の透明性に優れる適宜な材料の１種又は２種以上を、二軸性延伸処理による配向処理で複屈折特性が相違する領域を形成する組合せで用いて配向フィルムを形成する方式にて行うことができる。
【００１１】
ちなみに前記の配向処理で複屈折特性が相違する領域を形成する組合せの例としては、ポリマー類と液晶類の組合せ、等方性ポリマーと異方性ポリマーの組合せ、異方性ポリマー同士の組合せなどがあげられる。微小領域の分散分布性などの点より、相分離する組合せが好ましく、組合せる材料の相溶性により分散分布性を制御することができる。相分離は、例えば非相溶性の材料を溶媒にて溶液化する方式や、相溶性の材料を加熱溶融下に混合する方式などの適宜な方式で行うことができる。
【００１２】
前記の組合せにより延伸方式で配向処理する場合、ポリマー類と液晶類の組合せや等方性ポリマーと異方性ポリマーの組合せでは、任意な延伸温度、延伸倍率にて目的の複屈折性フィルムを形成することができる。一方、異方性ポリマー同士の組合せではそれらポリマーのガラス転移点をＴｇ₁、Ｔｇ₂、延伸温度をＴとしたとき、Ｔｇ₁＜Ｔ≦Ｔｇ₂の範囲では任意な延伸倍率にて、Ｔ≦Ｔｇ₁、Ｔｇ₂の範囲では上記△ｎ²方向の屈折率が上記した△ｎ²を満足する延伸倍率にて目的の複屈折性フィルムを形成することができる。
【００１３】
なお異方性ポリマーでは延伸方向の屈折率変化の特性に基づいて正負（ｎ_x−ｎ_y＝△ｎ＞０又は△ｎ＜０）に分類されるが、本発明においては正負いずれの異方性ポリマーも用いることができ、正同士や負同士、あるいは正負の組合せのいずれにても用いうる。
【００１４】
前記においてポリマー類の例としては、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートの如きポリエステル系ポリマー、ポリスチレンやアクリロニトリル・スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）の如きスチレン系ポリマー、ポリエチレンやポリプロピレン、シクロ系ないしノルボルネン構造を有するポリオレフィンやエチレン・プロピレン共重合体の如きオレフィン系ポリマー、カーボネート系ポリマー、ポリメチルメタクリレートの如きアクリル系ポリマー、塩化ビニル系ポリマー、二酢酸セルロースや三酢酸セルロースの如きセルロース系ポリマー、ナイロンや芳香族ポリアミドの如きアミド系ポリマー、イミド系ポリマー、スルホン系ポリマー、ポリエーテルスルホン系ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン系ポリマー、ポリフェニレンスルフィド系ポリマー、ビニルアルコール系ポリマー、塩化ビニリデン系ポリマー、ビニルブチラール系ポリマー、アリレート系ポリマー、ポリオキシメチレン系ポリマー、あるいはそれらのブレンド物などがあげられる。
【００１５】
また液晶類の例としては、シアノビフェニル系やシアノフェニルシクロヘキサン系、シアノフェニルエステル系や安息香酸フェニルエステル系、フェニルピリミジン系やそれらの混合物の如き室温又は高温でネマチック相やスメクチック相を呈する低分子液晶、あるいは室温又は高温でネマチック相やスメクチック相を呈する液晶ポリマーなどがあげられる。
【００１６】
配向処理対象のフィルムは、例えばキャスティング法や押出成形法、射出成形法やロール成形法、流延成形法などの適宜な方式にて得ることができ、モノマー状態で展開しそれを加熱処理や紫外線等の放射線処理などにより重合してフィルム状に製膜する方式などにても得ることができる。
【００１７】
微小領域の均等分布性に優れる複屈折性フィルムを得る点などよりは、溶媒を介した材料の混合液をキャスティング法や流延成形法等にて製膜する方式が好ましい。その場合、溶媒の種類や混合液の粘度、混合液展開層の乾燥速度などにより微小領域の大きさや分布性などを制御することができる。ちなみに微小領域の小面積化には混合液の低粘度化や混合液展開層の乾燥速度の急速化などが有利である。
【００１８】
配向処理対象のフィルムの厚さは、適宜に決定しうるが、一般には配向処理性などの点より１μm〜３mm、就中５μm〜１mm、特に１０〜５００μmとされる。なおフィルムの形成に際しては、例えば分散剤や界面活性剤、紫外線吸収剤や色調調節剤、難燃剤や離型剤、酸化防止剤などの適宜な添加剤を配合することができる。
【００１９】
配向処理は、二軸性延伸処理方式と共に必要に応じて、例えば一軸やＺ軸等による延伸処理方式や圧延方式、ガラス転移点又は液晶転移点以上の温度で電場又は磁場を印加して急冷し配向を固定化する方式や製膜時に流動配向させる方式、等方性ポリマーの僅かな配向に基づいて液晶を自己配向させる方式などの、配向により屈折率を制御しうる適宜な方式の１種又は２種以上を用いて行うことができる。
【００２０】
フィルムの厚さ方向と平面方向における屈折率差△ｎ^１、△ｎ^２の制御性などの点より、二軸や逐次二軸などの二軸性延伸処理による方式が用いられる。従って複屈折性フィルムは、二軸延伸フィルムからなる。なお延伸フィルムとする場合には、脆性ポリマーも用いうるが、延び性に優れるポリマーが特に好ましく用いうる。
【００２１】
本発明において用いる複屈折性フィルムは、図１，２に例示した如く複屈折性フィルム１１，１３，・・・における前記微小領域ａ，ｃ，・・・と他の部分ｂ，ｄ，・・・との屈折率差△ｎ¹、△ｎ²がフィルムの厚さ方向において０．０３以上（△ｎ¹）であり、かつそのフィルムの平面方向において前記△ｎ¹の８０％以下（△ｎ²）に制御したものである。かかる屈折率差とすることにより、垂直入射光の拡散性を抑制しつつ、斜め入射光の拡散性に優れるものとすることができる。
【００２２】
斜め入射光に対する選択的拡散性などの点より前記△ｎ¹は、適度に大きいことが好ましく、１以下、就中０．０３２〜０．５が好ましい。また△ｎ²は、小さいほど好ましく、０．０３以下、就中０．０２以下、特に０．０１５以下が好ましい。
【００２３】
従って上記の配向処理は、複屈折性フィルムにおける前記微小領域と他の部分との屈折率差△ｎ¹を大きくする操作、又は△ｎ²を小さくする操作、あるいはそれらの両方を達成する操作として位置付けることもできる。
【００２４】
複屈折性フィルムにおける微小領域は、例えばドメインなどの状態で存在しうるものであるが、前記拡散効果等の均質性などの点より可及的に均等に分散分布していることが好ましく、また微小領域の大きさも可及的に均等であることが好ましい。かかる点より微小領域の大きさは、１〜１００μm²、就中２〜９０μm²、特に５〜８０μm²であることが好ましい。
【００２５】
さらに複屈折性フィルムに占める微小領域の割合は、前記拡散効果等の均質性などの点より適宜に決定しうるが、一般にはフィルム強度なども踏まえて複屈折性フィルムの片表面における微小領域の表面積割合に基づいて１〜９５％、就中５〜８０％、特に１０〜７０％が好ましい。
【００２６】
本発明による光拡散板は、図１に例示の如く単層の複屈折性フィルム１１を有するものであってもよいし、図２に例示の如く２層又は３層以上の複屈折性フィルム１１，１３を有するものであってもよい。２層以上の複屈折性フィルムの使用は、拡散効果の増幅に有利である。その場合、複屈折性フィルムとしては同種又は異種の適宜な組合せにて用いることができ、また図２に例示の如く各複屈折性フィルムは重畳体とすることもできる。
【００２７】
なお重畳体とする場合、各複屈折性フィルムは、単に重ね置いた状態にあってもよいが、ズレ防止や各界面への異物等の侵入防止などの点よりは図２に例示の如く接着層１２等を介して接着されていることが好ましい。その接着には、例えばホットメルト系や粘着系などの適宜な接着剤を用いうる。反射損を抑制する点よりは、複屈折性フィルムとの屈折率差が可及的に小さい接着層が好ましく、複屈折性フィルムやその微小領域を形成するポリマーにて接着することもできる。
【００２８】
本発明による光拡散板は、上記した斜め入射光に対し選択的拡散性を示す特性に基づいて、例えば透過型や反射型の液晶表示装置における視野角の拡大などの従来に準じた各種の目的に用いることができる。従って光拡散板の実用に際しては、例えば偏光板又は／及び位相差板等の適宜な光学部品の片面又は両面に光拡散板を配置した積層体からなる光学素子として用いることもできる。
【００２９】
光学素子の例を図３に示した。３が光学部品である。かかる積層体は、単に重ね置いたものであってもよいし、図例の如く接着層２等を介して接着したものであってもよい。その接着層としては、上記した複屈折性フィルムの重畳の場合に準じうる。
【００３０】
前記積層対象の光学部品については特に限定はなく、例えば偏光板や位相差板、導光板等のバックライトや反射板、多層膜等からなる偏光分離板や液晶セルなどの適宜なものであってよい。また偏光板や位相差板等の光学部品は、各種のタイプのものであってよい。
【００３１】
すなわち偏光板では、吸収型タイプや反射型タイプや拡散型タイプ、位相差板では１／４波長板や１／２波長板、一軸や二軸等による延伸フィルムタイプ、さらに厚さ方向にも分子配向させた傾斜配向フィルムタイプ、液晶ポリマータイプ、視野角や複屈折による位相差を補償するタイプ、それらを積層したタイプのものなどの各種のものがあるが、本発明においてはいずれのタイプも用いうる。
【００３２】
ちなみに前記した偏光板の具体例としては、ポリビニルアルコール系フィルムや部分ホルマール化ポリビニルアルコール系フィルム、エチレン・酢酸ビニル共重合体系部分ケン化フィルムの如き親水性高分子フィルムに、ヨウ素や二色性染料等の二色性物質を吸着させて延伸した吸収型偏光板、ポリビニルアルコールの脱水処理物やポリ塩化ビニルの脱塩酸処理物の如きポリエン配向フィルムなどがあげられる。
【００３３】
また前記偏光フィルムの片面又は両面に耐水性等の保護目的で、プラスチックの塗布層やフィルムのラミネート層等からなる透明保護層を設けた偏光板などもあげられる。さらにその透明保護層に、例えば平均粒径が０．５〜５μmのシリカやアルミナ、チタニアやジルコニア、酸化錫や酸化インジウム、酸化カドミウムや酸化アンチモン等の導電性のこともある無機系微粒子、架橋又は未架橋ポリマー等の有機系微粒子等の透明微粒子を含有させて表面に微細凹凸構造を付与したものなどもあげられる。
【００３４】
一方、位相差板の具体例としては、上記の複屈折性フィルムで例示したポリマー類からなる延伸フィルムや液晶ポリマー、就中、捩じれ配向の液晶ポリマーなどからなるものがあげられる。
【００３５】
さらに導光板の具体例としては、透明な樹脂板の側面に（冷，熱）陰極管等の線状光源や発光ダイオード、ＥＬ等の光源を配置し、その樹脂板に板内を伝送される光を拡散や反射、回折や干渉等により板の片面側に出射するようにしたものなどがあげられる。
【００３６】
導光板を含む光学素子の形成に際しては、光の出射方向を制御するためのプリズムシート等からなるプリズムアレイ層、均一な発光を得るための拡散板、線状光源からの出射光を導光板の側面に導くための光源ホルダなどの補助手段を導光板の上下面や側面などの所定位置に必要に応じ１層又は２層以上を配置して適宜な組合せ体とすることができる。前記の拡散板は、本発明によるものであってもよいし、従来に準じたものなどであってもよい。
【００３７】
本発明の光学素子を形成する積層体は、１種の光学部品を用いたものであってもよいし、２種以上の光学部品を用いたものであってもよい。また例えば位相差板等の同種の光学部品を２層以上積層したものであってもよく、その場合、光学部品の位相差板等の特性は同じであってもよいし、相違していてもよい。光学素子における光拡散板は、積層体の片外面や両外面、積層体を形成する光学部品の片面や両面などの積層体の外部や内部の適宜な位置に１層又は２層以上が配置されていてよい。
【００３８】
なお光学素子を形成するための偏光板としては、輝度やコントラストの向上を図る点などより、上記した二色性物質含有の吸収型偏光板などの如く偏光度の高いもの就中、光透過率が４０％以上で、偏光度が９５．０％以上、特に９９％以上のものが好ましく用いられる。
【００３９】
本発明による光拡散板や光学素子は、上記した特長を有することより液晶表示装置の形成に好ましく用いうる。液晶表示装置の例を図４、図５に示した。４，４１が偏光板、５が液晶セル、６が拡散反射板、７が導光板、７１は反射層、７２は光源、８は視認光拡散用の光拡散板である。
【００４０】
前記の図４は、反射型の液晶表示装置を例示しており、光拡散板１は、視認側の偏光板４の外側に配置されている。一方、図５８は、透過型の液晶表示装置を例示しており、光拡散板１は、バックライトを形成する導光板７と視認背面側の偏光板４の間に配置されている。
【００４１】
液晶表示装置は一般に、偏光板、液晶セル、反射板又はバックライト、及び必要に応じての光学部品等の構成部品を適宜に組立てて駆動回路を組込むことなどにより形成される。本発明においては、上記した光拡散板ないし光学素子を用いる点を除いて特に限定はなく、従来に準じて形成することができる。従って液晶表示装置の形成に際しては、例えば視認側の偏光板の上に設ける光拡散板やアンチグレア層、反射防止膜や保護層や保護板、あるいは液晶セルと視認側等の偏光板の間に設ける補償用位相差板などの適宜な光学部品を適宜に配置することができる。
【００４２】
前記の補償用位相差板は、上記したように複屈折の波長依存性などを補償して視認性を向上させることなどを目的とするものであり、視認側又は／及びバックライト側の偏光板と液晶セルの間等に配置される。なお補償用位相差板としては、波長域などに応じて上記した位相差板などの適宜なものを用いうる。また補償用位相差板は、２層以上の位相差層からなっていてもよい。
【００４３】
前記において光拡散板ないし光学素子は、それを単位として液晶セルの片側又は両側の適宜な位置に１層又は２層以上を配置することができる。ちなみに反射型液晶表示装置においては偏光板、特に視認側のそれの光入射側、透過型液晶表示装置においては視認背面側の偏光板とバックライトの間の適宜な位置などの、光を拡散して視野角を拡大したり、発光を平準化したりすることなどが望まれる適宜な位置に１層又は２層以上を配置することができる。
【００４４】
なお前記の光拡散板の配置に際してその光拡散板は、上記したように隣接の光学部品などと積層一体化した光学素子として用いることができる。また液晶表示装置についてもそれを形成する各部品は、上記した本発明による光拡散板等に準じて接着層を介し接着一体化されていることが好ましい。
【００４５】
【実施例】
実施例１
ＡＳ樹脂４００部（重量部、以下同じ）とポリアリレート（ユニチカ社製、Ｕポリマー）５００部を含有する２０重量％ジクロロメタン溶液をキャスト法にて展開して厚さ６０μmのフィルムを得たのち、それを１４０℃の雰囲気下に面内の縦横方向にそれぞれ１．８倍の延伸処理を施して二軸延伸フィルムを得た。
【００４６】
前記の複屈折性フィルムは、ポリアリレートをフィルムベースとしてその中に大きさが約５０μm²のＡＳ樹脂がドメイン状に分散したものであり、屈折率差は△ｎ¹が０．０３５で、△ｎ²が０．０１５であった。また正面よりの視認（厚さ方向）ではその全光線透過率が８８％で、ヘイズが３％であり、斜め４５度の視認では全光線透過率が７８％で、ヘイズが４０％であった。
【００４７】
次に前記で得た光拡散板と全光線透過率が４１％で透過光の偏光度が９９％の市販偏光板をアクリル系粘着層を介し接着して光学素子を得、それを光拡散板側を介しＴＮ型液晶セルの視認側にアクリル系粘着層を介し接着し、その液晶セルの他面に偏光板を介し鏡面反射板をアクリル系粘着層にて接着して、内部鏡面反射型の液晶表示装置を得た（図４）。この液晶表示装置の表示は、にじみやボケが少ないものであった。
【００４８】
一方、前記で得た光学素子を光拡散板側を介しＴＦＴ型液晶セルの視認側にアクリル系粘着層を介して接着し、その液晶セルの他面に偏光板を介しバックライトを配置して透過型の液晶表示装置を得た（図５）。この液晶表示装置の表示は、正面方向では光拡散板無配置のものに近く、斜めからも表示内容を確認できて視野角に優れるものであった。
【図面の簡単な説明】
【図１】光拡散板例の断面図
【図２】他の光拡散板例の断面図
【図３】光学素子例の断面図
【図４】液晶表示装置例例の断面図
【図５】他の液晶表示装置例の断面図
【符号の説明】
１：光拡散板
１１，１３：複屈折性フィルム
ａ，ｃ：微小領域
２：接着層
３：光学部品
４，４１：偏光板
５：液晶セル
６：拡散反射板
７：導光板

Claims

厚さ方向の複屈折特性が相違する微小領域が分散分布した複屈折性フィルムからなり、その複屈折性フィルムにおける前記微小領域と他の部分との屈折率差△ｎ^１、△ｎ^２がフィルムの厚さ方向において０．０３以上（△ｎ^１）であり、かつフィルムの平面方向において前記△ｎ^１の８０％以下（△ｎ^２）であると共に、前記複屈折性フィルムが二軸延伸フィルムからなることを特徴とする光拡散板。
請求項１において、微小領域の大きさが１〜１００μm^２である複屈折性フィルムを用いてなる光拡散板。
偏光板又は位相差板の少なくとも１種と、請求項１又は２に記載の光拡散板との積層体からなることを特徴とする光学素子。
請求項１又は２に記載の光拡散板を液晶セルの片側又は両側に有することを特徴とする液晶表示装置。
請求項３に記載の光学素子を液晶セルの片側又は両側に有することを特徴とする液晶表示装置。