JP4191498B2 - Optical element, manufacturing method thereof, and liquid crystal display device - Google Patents

Optical element, manufacturing method thereof, and liquid crystal display device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To develop an optical element having a light emitting means which prevents transmission light from being scattered by a recessed side surface, has excellent front directional characteristics by effectively converting an optical path of lateral incident light into a vertical direction, and is hard to generate scattered light or moire. <P>SOLUTION: The optical element comprises a light emitting means having a plurality of recesses discontinuously distributed on one side of a transparent base substrate. Each recess has an optical path converting slant surface and an opposing surface smaller in area than the optical pass converting slant surface. A manufacturing method of the optical element comprises a step for forming the light emitting means by repeating a step of forming a recess on the transparent substrate by laser etching. A manufacturing method of the optical element comprises a step for using the optical element as a mold to form an electroformed flask and transferring the shape of the flask to the substrate. A liquid crystal display device arranges the optical device on at least one side of a liquid crystal cell on a liquid crystal display panel. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&amp;NCIPI

Description

【0001】
【発明の技術分野】
本発明は、横方向の入射光を効率よく縦方向に光路変換して散乱光を生じにくく、非発光型表示装置の形成に好適な光学素子及びその製造方法に関する。
【0002】
【発明の背景】
液晶表示装置やエレクトロクロミックディスプレイなどの非発光型表示装置では、表示目的達成のために面発光可能な照明機構が設けられる。従来、その照明機構としては、白色の散乱ドットを印刷してなる光出射手段を有するサイドライト型導光板が知られていた。しかしながら側面入射光の光散乱効率に乏しくて表示が暗いこと、液晶表示パネルの視認側表面に配置してフロントライト式の反射型液晶表示装置とした場合に、白色の散乱ドットにて表示像が散乱されて視認不能となる問題点があった。
【0003】
前記に鑑みてストライプ状のプリズム構造からなる光出射手段を有するサイドライト型導光板も提案されている(特開平11−250715号公報)。しかしながらストライプ状のプリズム構造が液晶表示パネルの画素と干渉してモアレが発生し表示品位が低下しやすいこと、導光板の傷等の欠陥が目立ちやすいこと、導光板の厚さを薄くするとプリズムの間隔が広くなって粗い筋状の発光となり明暗のムラが大きくなることなどの難点があった。
【0004】
【発明の技術的課題】
前記に鑑みて本発明者等は、断面が三角形や四角形で光路変換斜面を具備する微小サイズの凹部(溝)の多数を分散分布させてなる光出射手段による方式に想到した。これによれば、前記したモアレ問題や欠陥による視認阻害問題、明暗ムラ問題などを容易に克服しうる。また凹部であることより凸部とした場合の摩擦等による損傷で光出射機能が損なわれる問題も克服しうる。さらに光路変換斜面を介した反射による出射光の形成で正面指向性を向上でき、断面が蒲鉾型の凹部とした場合の反射光の散乱で出射光が正面指向性に乏しい問題も克服しうる。
【0005】
しかしながら前記した断面が三角形や四角形の凹部からなる光出射手段にあっては、光路変換斜面とその対向面との間に形成される凹部側面に入射した光が反射される際に左右方向に散乱されやすく、それによる導光板内部の伝送光の散乱で出射光の正面指向性が低下してフロントライト方式とした場合に正面での表示輝度が低下する不都合や、散乱出射光の増大、導光板背面からの出射光の増大で表示が白ボケする問題点があった。
【0006】
前記に鑑みて本発明は、凹部側面による伝送光の散乱を防止し、横方向の入射光を縦方向に効率よく光路変換して出射光の正面指向性に優れ、散乱光やモアレの生じにくい光出射手段を有する光学素子の開発を課題とする。
【0007】
【課題の解決手段】
本発明は、透明基材の片面に複数の凹部が不連続に分布してなる光出射手段を有してなり、前記凹部が光路変換斜面とその対向面を具備すると共に、前記凹部の透明基材表面での開口における光路変換斜面形成辺の長さが凹部の深さの3倍以上であり、かつ前記光路変換斜面の垂直面に対する投影面積が対向面のそれよりも大きいことを特徴とする光学素子、及びその光学素子を液晶表示パネルにおける液晶セルの少なくとも片側に配置してな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。
【0008】
また本発明は、透明基材からなる被照射膜にレーザー光を照射して被照射膜を部分的に除去するレーザーエッチングにて凹部を形成する操作を繰り返して光出射手段を形成することを特徴とする前記光学素子の製造方法、及びその光学素子の光出射手段を形成した面上に電気鋳造により金属層を形成し、それを光学素子と分離して光出射手段を形成した面の形態を転写した金型を得る工程、その金型における光出射手段を形成しうる凸部を有する面の形態を透明基材に転写した後、それを金型より分離する工程を有することを特徴とする前記光学素子の製造方法を提供するものである。
【0009】
【発明の効果】
本発明によれば、凹部の深さを当該光路変換斜面形成辺の長さの1/3以下としたことで光路変換斜面と対向面との間に形成される凹部側面の面積割合を小さくできると共に、光路変換斜面がその大きさに基づいく影効果で凹部側面や対向面に光源からの横方向の伝送光が入射することを抑制し、伝送光が凹部側面に入射して散乱されることを抑制できて、横方向の入射光を縦方向に効率よく光路変換して出射光の正面指向性に優れ、散乱光とモアレの生じにくい光出射手段を有する光学素子を得ることができる。
【0010】
また前記の光学素子を用いて、液晶表示パネルの側面や角部より入射させた光を視認方向に効率よく光路変換して、表示像の白ボケや乱れが生じにくく明るくて見易い表示の液晶表示装置を形成でき、透明フィルムからなる光学素子では薄型軽量化も容易である。
【0011】
【発明実施の形態】
本発明による光学素子は、透明基材の片面に複数の凹部が不連続に分布してなる光出射手段を有してなり、前記凹部が光路変換斜面とその対向面を具備すると共に、前記凹部の透明基材表面での開口における光路変換斜面形成辺の長さが凹部の深さの3倍以上であり、かつ前記光路変換斜面の垂直面に対する投影面積が対向面のそれよりも大きいものである。その例を図1、2に示した。1が光学素子であり、10Aが透明基材、Aが凹部、aが光路変換斜面、bが対向面である。なお10Bは支持基材、11は接着手段、12は剥離シートであり、矢印は光の入射方向である(以下同じ)。
【0012】
透明基材としては、照明装置等を介して入射させる光の波長域に応じ、それに透明性を示す適宜な材料からなるものを用いることができ、一般にはポリマーからなるものが用いられる。ちなみに可視光を入射させる場合の前記ポリマーの例としては、ポリエステル系樹脂やセルロース系樹脂、ウレタン系樹脂やポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂やポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂やポリエーテル系樹脂、塩化ビニル系樹脂やポリエーテルスルホン系樹脂、ノルボルネン系樹脂やポリフェニレンスルフィド系樹脂などの熱可塑性樹脂があげられる。
【0013】
また特開2001−343529号公報(WO01/37007)に記載のポリマー、例えば(A)側鎖に置換又は/及び非置換のイミド基を有する熱可塑性樹脂と、(B)側鎖に置換又は/及び非置換のフェニル基並びにニトリル基を有する熱可塑性樹脂との前記A、Bを含有する樹脂組成物、あるいはアクリル系やウレタン系、アクリルウレタン系やエポキシ系、シリコーン系等の熱や光、ないし紫外線や電子線等の放射線で重合処理しうる硬化型樹脂なども透明基材の形成に用いうる。
【0014】
なお前記A、Bを含有する樹脂組成物の具体例としては、イソブテンとN−メチルマレイミドからなる交互共重合体とアクリロニトリル・スチレン共重合体とを含有するものなどがあげられる。透明基材は、1種のポリマー又は2種以上のポリマー混合物を用いて形成することができる。
【0015】
透明基材は、例えばキャスティング方式や押出成形方式などの適宜な方法で形成でき、複屈折による位相差の小さいことが好ましい。透明基材の必要に応じての低位相差化は、例えばフィルムや板を焼鈍処理する方式等にて内部の光学歪みを除去する方法などにて行うことができる。従って透明基材の形成には、複屈折を示さないか、複屈折の小さいポリマーが好ましく用いうる。
【0016】
光学素子は、図1、2の例の如くその透明基材10Aの厚さに基づいて、透明フィルム又は透明板として形成することができる。透明基材の厚さについては適宜に決定でき特に限定はない。一般には10mm以下、就中5μm〜5mm、特に10μm〜2mmの厚さが好ましい。殊に透明フィルムの場合には薄型軽量化等の点より5〜300μm、就中10〜200μm、特に20〜100μmの厚さが好ましい。斯かる厚さとすることで打ち抜き処理や切出し処理等によるサイズ加工も容易に行うことができる。
【0017】
光学素子は、単層物として形成されていてもよいし、同種又は異種の材料からなる積層体などとして形成されていてもよい。図8、9に例示の如く必要に応じて支持基材10Bを有する透明フィルム10Aからなる光学素子1を透明板20に必要に応じ接着手段11を介し密着させて導光板2を形成することもできる。なお導光板は、図2の例の如く前記した透明板10Aからなる光学素子1として形成することもできる。光学素子を必要に応じ接着層等を介して他部材と積層する場合、その他部材は通例、図例の如く光学素子の光出射手段Aを有しない側に積層される。
【0018】
光学素子は、図10、11に例示の如く、導光板2や液晶セル等の側面や角部より照明装置3を介し入射させた光ないしその伝送光を、光出射手段(光路変換斜面a)を介し反射させて裏面側(光出射手段を有しない側)に、従って液晶表示パネル101、102等の視認方向に光路変換して出射させ、その出射光を液晶表示パネル等の非発光型表示素子の照明光(表示光)として利用することを目的とする。その場合、光学素子1は通例、液晶セル等の平面に沿う方向にその光出射手段の形成面が外側となるように配置される。
【0019】
前記において、光路変換斜面への入射効率を高めて明るくてその均一性に優れる表示を達成する得る点より、透明基材ないし光学素子は、1.49以上の屈折率を有するものであることが好ましい。なお屈折率は、可視光域の場合、D線に基づくことが一般的であるが、入射光の波長域に特異性等のある場合には前記に限定されず、その波長域に応じることもできる(以下同じ)。
【0020】
ちなみに透明基材の側面等より入射させた光の伝送角の範囲は、透明基材の屈折率が1.47では±42.9度であるのに対し、屈折率が1.49では±42.2度、屈折率が1.51では±41.5度となり、従って透明基材の屈折率が高いほど伝送光を狭い角度範囲に集光させることができる。
【0021】
また仮に傾斜角が45度の光路変換斜面を想定したとき、その斜面に前記伝送光が直接入射して全反射する角度範囲は、透明基材の屈折率が1.47では2.1度であるのに対し、屈折率が1.49では2.8度、屈折率が1.51では3.5度となり、従って透明基材の屈折率が高いほど前記伝送光が光路変換斜面に直接入射して1回の反射で出射する確率が高くなり、側面等からの入射光の出射効率が向上する。ちなみにその出射光率は、屈折率が1.51の場合、屈折率が1.27の場合の約2倍となる。
【0022】
前記した伝送光の集光や出射光率の点より透明基材の好ましい屈折率は、1.50以上、就中1.51以上、特に1.52以上であり、バックライト方式ではその屈折率が高いほど好ましい。一方、フロントライト方式では外光の表面反射の問題があるため、その表面反射の抑制の点より1.6以下、就中1.56以下、特に1.54以下の屈折率であることが好ましい。
【0023】
液晶セルのセル基板は、主に光学ガラスからなり、無アルカリガラスの場合その屈折率が約1.51〜1.52であること、及びセル基板の側面等からの入射伝送光は、セル基板に隣接する他部材の屈折率がセル基板の屈折率よりも低いと全反射されやすいことに鑑みた場合、透明基材の屈折率は、セル基板と同等以上であることが伝送光の出射光率の点より好ましい。
【0024】
従って導光板等の光学素子を形成する透明基材やその基材に必要に応じて付設する接着手段の屈折率を前記した範囲とすることで、伝送光が全反射する角度を許容範囲内に抑えることができ、全反射で伝送光が出射できなくなることによる光利用効率の低下を抑制できて、出射光による発光の輝度分布の均一化も向上させることができる。
【0025】
なおセル基板がプラスチックからなる場合などには、その屈折率が約1.50程度であるときもある。その場合には透明基材やそれに付設の接着手段の屈折率は、約1.50等の同程度の屈折率であることが好ましい。
【0026】
上記したように透明基材等の光学素子形成部材の複屈折による位相差は、可及的に小さいことが特にフロントライト方式の場合、輝度ムラや色ムラを抑制して表示ムラの少ない表示装置を得る点より好ましい。複屈折による位相差が小さいことは、偏光板等を介した直線偏光が入射した場合に、その偏光状態を良好に維持できて表示品位の低下防止にも有利である。
【0027】
表示ムラ防止等の点より透明基材ないし光学素子における好ましい面内の平均位相差は、50nm以下、就中30nm以下、特に20nm以下であり、その位相差の場所毎のバラツキが可及的に小さいものがより好ましい。さらに光学素子に発生する内部応力を抑制して、その内部応力による位相差の発生を防止する点よりは、光弾性係数の小さい材料からなる透明基材ないし光学素子が好ましい。加えて透明基材ないし光学素子の厚さ方向の平均位相差も50nm以下、就中30nm以下、特に20nm以下であることが表示ムラ防止等の点より好ましい。
【0028】
なお前記の位相差は、可視域の光、特に波長550nmの光に基づくものであることが好ましい。また前記した面内の平均位相差は、(nx−ny)×dにて定義され、厚さ方向の平均位相差は、{(nx+ny)/2−nz}×dにて定義される。ただしnxは、透明基材等の形成部材の面内において最大の屈折率を示す方向の平均屈折率、nyはその面内のnx方向に直交する方向の平均屈折率、nzは形成部材の厚さ方向の平均屈折率、dは形成部材の平均厚さを意味する。
【0029】
光学素子に設ける光出射手段は、モアレの防止等を目的に図6、7の例の如く透明基材10Aの片面において、所定の凹部Aの複数が不連続に分布したものとして形成される。斯かる光出射手段は、凹部サイズの小型化による視覚性の低減や製造効率などの点より有利である。なお凹部は、透明基材内に凹んでいること(溝)を意味する。
【0030】
光出射手段を形成する凹部は、図1〜5に例示の如く光路変換斜面aとその対向面bを具備するものとして形成される。また凹部は、図3〜5に例示の如く透明基材10Aの表面での開口における光路変換斜面形成辺の長さL1が凹部の深さhの3倍以上であり、かつ光路変換斜面aの垂直面に対する投影面積が対向面bの垂直面に対する投影面積よりも大きいものとして形成される。従って図5に例示の如く透明基材表面での凹部の開口における光路変換斜面形成辺の長さL1が対向面形成辺の長さL2よりも大きいものとして形成される。
【0031】
前記の如く光路変換斜面形成辺の長さL1が深さhの3倍以上である凹部とすることにより、図5に例示の如く光路変換斜面aと対向面bの間に形成される凹部側面x、yの面積割合を小さくでき、伝送光が凹部側面に入射する確率を小さくすることができる。斯かる点より好ましい凹部は、光路変換斜面形成辺の長さL1が深さhの5倍以上、就中8倍以上、特に10倍以上のものである。
【0032】
また前記の如く垂直面に対する投影面積に基づいて光路変換斜面aを対向面bよりも大きいものとすることにより、図5に例示の矢印の如く伝送光が光路変換斜面aによる影効果で凹部側面x、yや対向面bに入射しにくくなり、前記した凹部側面の面積割合の低減効果と共同して凹部側面に伝送光が入射することによる散乱光の発生を抑制することができる。
【0033】
好ましい凹部は、図5に例示の如く透明基材表面における凹部の開口形状が台形であり、その平行辺の一方が光路変換斜面形成辺L1で他方が対向面形成辺L2であると共に、横断面形状が図1、2に例示の如く三角形ないし台形であるものである。なお横断面は、凹部の光路変換斜面に対する横断面を意味する。
【0034】
前記形態の凹部によれば通常、凹部側面x、yが錐体に準じた形状の面となり、かつ光路変換斜面aと対向面bとの間に角度をもって配置された面となる。この場合、凹部側面に入射可能な角度をもつ伝送光が仮に凹部側面に入射して反射(散乱)されたとしても、凹部側面の角度効果で伝送角度が小さくなり、散乱出射する光が集光されて光の利用効率が向上する。従って凹部側面が集光効果を示して好都合に機能する。
【0035】
前記において凹部側面の角度、すなわち光路変換斜面形成辺L1の法線に対する角度は、特に限定はないが上記したように例えば屈折率が1.49の場合の伝送光の屈折角の最大値が±42.2度であるので、凹部側面の当該角度を42度以上とすることで伝送光が凹部側面に入射することを殆ど防止でき、伝送光の凹部側面への入射による光散乱を大幅に滅少させることができる。
【0036】
なお前記の場合、凹部側面への入射がないために前記した凹部側面による集光効果が発揮される機会のないことを意味するが、集光効果を発揮させる場合には伝送光の平行化の点より凹部側面の当該角度を0度超〜42度未満、就中30度以下、特に20度以下とすることが好ましい。殊に30度以下とすることで凹部側面に入射する光量を向上させて、平行化の効果も大きくすることができる。凹部の左右に形成される側面の当該角度等は、同じであってもよいし、異なっていてもよく、従って凹部は左右対称な形状であってもよいし、左右非対称な形状であってもよい。
【0037】
凹部の横断面形状は、図3の例の如く光路変換斜面aと対向面bの交線が稜線状の三角形であることが好ましいが、凹部の形成効率の点よりは図4の例の如く当該稜線部が平坦化した台形形状が有利である。台形の場合、当該平坦化による上辺の長さ(幅)は、透明基材表面の凹部の開口台形における平行辺の辺間距離(幅)の1/5以下、就中1/7以下、特に1/10以下であることが光出射手段に起因する白ボケの発生防止や視覚性の低減の点より好ましい。
【0038】
また凹部を形成する光路変換斜面aや対向面bや側面x、y等の各面は、直線状の平滑な平面であることが好ましいが、製造誤差等に基づく傾斜角等の若干の変化は許容され、その範囲は10度以内、就中5度以内であることが好ましい。さらに凹部を形成する各面間の交線は、明確な稜線を持つことが好ましいが、若干の丸みを有していてもよい。その丸みは、非視覚性や光の散乱防止の点より可及的に小さいことが好ましく、就中、曲率半径に基づいて1μm以下、特に0.5μm以下であることが好ましい。従って前記した三角形や台形は、厳密な意味ではなく加工精度ないし製造誤差等に基づく変形が許容されるものである。
【0039】
凹部のサイズは、それが大きいと観察者にその光路変換斜面等の存在が視覚されやすくなって表示品位を低下させやすくなり、また液晶セル等に対する照明の均一性も低下しやすくなる。一方、サイズが小さすぎると回折等による光散乱が増大したり、各面間の交線部分に丸みが発生しやすくなる。
【0040】
前記の点より凹部サイズは、透明基材表面における凹部の開口サイズに基づいて、台形の平行辺の辺間距離(幅)ないし光路変換斜面形成辺と対向面形成辺の辺間距離(幅)及び凹部の深さhが1〜100μm、就中3〜50μm、特に5〜20μmであることが好ましい。
【0041】
また光路変換斜面形成辺の長さL1が3〜500μm、就中10〜200μm、特に15〜150μmであることが好ましい。さらに対向面形成辺の長さL2は、光路変換斜面形成辺の長さL1に基づき上記した凹部側面の角度が達成される長さとされ、一般には当該L1の50〜99%、就中70〜98%、特に80〜97%とされる。
【0042】
凹部が具備する光路変換斜面は、図10、11に例示の如く導光板20や液晶セルの側面等に配置した照明装置3による側面方向からの入射光ないしその伝送光を反射して、光学素子1の光出射手段Aを有しない裏面側に光路変換し、表示装置の照明光として出射させることを目的とする。
【0043】
導光板や液晶セル等の表示装置に対し法線方向の指向性に優れる照明光を照明装置による光の利用効率よく出射させる点より光路変換斜面aの好ましい傾斜角θ1は、透明基材10Aが形成する平面に対して35〜48度である。傾斜角θ1が35度未満では表示装置より出射する表示光の角度が30度を越えて視認に不利な場合がある。一方、傾斜角θ1が48度を超えると光路変換斜面から光洩れが生じやすくなり光利用効率が低下する場合がある。
【0044】
前記において光路変換斜面による反射方式に代えて、表面を粗面化した光出射手段による散乱反射方式とした場合には、垂直な方向に反射しにくく表示装置から正面方向より大きく傾いた方向に出射されて液晶表示が暗く、コントラストに乏しくなる。
【0045】
側面等から入射させた横方向の光を光路変換斜面を介し効率よく全反射させて光出射手段を有しない側より、光学素子平面の法線方向に指向性よく出射させ、表示装置を効率よく照明して明るくて見やすい表示を達成する点より、光路変換斜面の好ましい傾斜角θ1は38〜45度、就中40〜43度である。
【0046】
一方、凹部が具備する対向面bの傾斜角θ2については特に限定はない。一般には35度以上とされる。従って光路変換斜面としての傾斜角を満足する対向面であってもよい。光路変換斜面としての傾斜角を満足しない対向面である場合、側面等の横方向からの入射光を裏面より出射することに寄与するものではなく、表示品位や光伝送ないし光出射に可及的に影響しないことが好ましい。ちなみに対向面の傾斜角θ2が小さいと光学素子面に対する投影面積が大きくなり、光学素子を視認側に配置するフロントライト方式による外光モードでは、その対向面による表面反射光が観察方向に戻って表示品位を阻害しやすくなる。
【0047】
従って前記の場合、対向面の傾斜角θ2は大きいほど有利であり、それにより光学素子面に対する投影面積を小さくできて全光線透過率の低下等を抑制でき、また表面反射光を低減できてその反射光を光学素子面方向に傾けることができ、液晶表示等への影響を抑制することができる。さらに光路変換斜面を透過した光を対向面より再度導光板等の内部に取入れる点よりも対向面の傾斜角θ2は大きいほど有利である。斯かる点より対向面の好ましい傾斜角θ2は、60度以上、就中70度以上、特に75〜90度である。
【0048】
光出射手段を形成する複数の凹部の配置は、その光路変換斜面に基づいて図6の例の如く平行に分布していてもよいし、不規則に分布していてもよい。さらに図7の例の如く仮想中心に対してピット状(同心円状)に配置された分布状態にあってもよい。凹部の不規則配置は、モアレの防止、すなわち画素等の規則的な配置物と干渉してモアレが発生することの防止に有利である。
【0049】
光学素子の側面に線状光源を配置する場合、効率的な光出射を達成する点より側面入射光の伝送方向に対して光路変換斜面が垂直となるように凹部を配置することが好ましい。一般には陰極管等の線状光源の場合、入射側面に対して垂直な方向の伝送光が最大強度を示す。従ってその場合には図6の例の如く、凹部Aをその光路変換斜面に基づいて前記線状光源配置予定の透明基材の端面(側面)に対して平行に分布させることが効率的な光出射を達成する点より有利である。
【0050】
一方、例えば線状光源が点状光源と線状導光板の組合せ体からなるときなどに最大強度の伝送光が入射側面の法線方向に対して傾いている場合があり、そのような場合に前記の側面平行配置では光が傾いて出射されることとなる。従って斯かる場合には、最大強度の伝送方向に対して光路変換斜面が垂直となるように凹部を配置することが好ましく、通例その角度は透明基材の端面(光入射側面)に対して3度以上、就中5〜10度傾斜した角度である。
【0051】
他方、前記した凹部のピット状配置は、その仮想中心に発光ダイオード等の点状光源を配置する場合などに好ましく適用できる分布形態である。その場合、伝送光は仮想中心から広がるように伝送されることより、仮想中心と対面するように位置する光路変換斜面に伝送光が効率よく入射して効果的な光出射が達成される。仮想中心は、透明基材における辺(端面)の角部や角部間、あるいは辺や角部の外側にあってよい。また仮想中心は、一箇所であってもよいし、異なる位置に二箇所以上あってもよい。
【0052】
複数の凹部の不連続な配置状態は、その凹部の形態などに応じて適宜に決定することができる。上記したように光路変換斜面aは、照明モードにおいて照明装置による側面方向からの入射光ないしその伝送光を反射により裏面方向に光路変換して出射させるものである。従って凹部の配置数や配置状態にて輝度等の面発光状態を制御することができる。
【0053】
前記においてフロントライト用の光学素子では、凹部の配置状態が光散乱等による表示像の乱れや外光モードでの外光の入射効率に関係し、その乱れ防止や入射効率などの点より透明基材の片面に占める光出射手段の凹部開口に基づく面積、すなわち基材表面における光出射手段の投影面積による占有面積に基づいて1/5以下、就中3〜18%、特に5〜15%とすることが好ましい。
【0054】
一方、バックライト用の光学素子では前記した表示像の乱れや外光の入射効率が関係しないので凹部を任意な配置状態とすることができる。一般には当該占有面積に基づいて1〜90%、就中10〜70%、特に20〜50%の配置状態とされる。
【0055】
凹部を形成する面、特に光路変換斜面は、上記したように可及的に凹凸や屈曲のない直線面であることが好ましい。凹部の断面形状は、その面の傾斜角等が光学素子の全面で一定な形状であってもよいし、吸収ロスや先の光路変換による伝送光の減衰に対処して光学素子上での発光の均一化を図ることを目的に、光が入射する側の側面又は仮想中心から遠離るほど凹部を大きくしてもよい。
【0056】
また凹部を一定ピッチで分散分布させた光出射手段とすることもできるし、光が入射する側の側面又は仮想中心から遠離るほど徐々にピッチを狭くして、凹部の分布密度を高くした光出射手段とすることもできる。さらに凹部の分布密度や配置位置等が不規則なランダムピッチによる光出射手段にて、光学素子上での発光の均一化を図ることもできる。ランダムピッチは、画素との干渉によるモアレの防止に特に有利である。よって光出射手段は、ピッチに加えて、形状等も異なる凹部の組合せからなっていてもよい。
【0057】
光学素子、特に透明フィルムからなるものは、光出射手段を形成する凹部部分を除き、その表裏面が可及的に平滑な平坦面であること、就中±2度以下の角度変化、特に0度の平坦面であることが好ましい。またその角度変化が長さ5mmあたり1度以内であることが好ましい。斯かる平坦面とすることによりフィルム面の大部分を角度変化が2度以下の平滑面とすることでき、液晶セル等の光伝送体の内部を伝送する光を効率よく利用できて、画像を乱さない均一な光出射を達成することができる。
【0058】
光学素子の製造は、適宜な方法にて行うことができる。ちなみにその例としては、透明基材からなる被照射膜にレーザー光を照射して被照射膜を部分的に除去するレーザーエッチングにて凹部を形成する操作を繰り返して光出射手段を形成する方法などがあげられる。
【0059】
すなわち例えば投影マスクを介してレーザー光を照射し、その投影マスクより透過したレーザー光を、投影像を作り出す光学機器を介しその大きさを縮小して透明基材からなる被照射膜に照射しつつ、投影マスクの移動などを介しレーザー光の照射量に変化をもたせて被照射膜をレーザーエッチングすることにより、形状精度に優れる横断面三角形の微細な凹部を形成でき、その凹部形成操作を被照射膜の所定位置に繰り返すことで凹部が位置精度よく分散分布した光出射手段を形成することができる。また前記において薄い被照射膜を用いるなどしてその膜を貫通するレーザーエッチングを施すことで横断面が台形の凹部を形成することができる。
【0060】
さらに所定寸法の台形からなる開口を設けた投影マスクを介してレーザー光を照射しつつ、その開口を別体の投影マスク等を介して開閉することにより被照射膜表面での開口が台形の凹部を形成することができる。その場合、斯かる開口の開閉操作により、そのマスクの移動距離に応じて被照射膜の形成材を連続的に除去でき、レーザー光の照射時間が長い位置ほど、従ってマスク開口の閉塞位置に近いほど深くエッチングされて凹部(溝)Aが形成される。
【0061】
また前記において被照射膜が形成する平面に対する傾斜角θ1が35〜48度の光路変換斜面aと、当該角度θ2が35〜90度の対向面bとを具備する凹部Aの形成は、例えばエッチングレート(1ショット当たりのエッチング量)0.01〜5μm/パルスにてレーザーエッチングし、その際に当該投影マスクの台形開口における平行辺の一辺側と他辺側とを1.1〜150倍の速度比で開閉する方式などにより行うことができる。
【0062】
なお上記したピット状配置の分布は、例えばレーザー光を照射する際に、被照射膜の端面又はその外側に仮想中心を想定し、その仮想中心より派生する仮想の放射線に対して直交する方向に投影マスクにおける台形開口の開閉線が形成されるように凹部を設けることにより形成することができる。
【0063】
上記においてレーザー光としては、例えばエキシマレーザーやYAGレーザー、チタン・サファイアレーザーやCOレーザー、フェムト秒レーザーなどの、ドライエッチング加工が可能な適宜なものを1種又は2種以上用いうる。就中、微細加工精度等の点より波長400nm以下の紫外領域のレーザー光が得られる発振器によるアブレーション加工が好ましい。レーザー光は、2次や3次や4次等の高調波として被照射膜に照射することもできる。
【0064】
一方、投影マスクとしては金属などのレーザー光遮蔽性材料からなる適宜なものを用いうる。石英等からなるガラス板上に金属や誘電体等の適宜なレーザー光遮蔽性材料を蒸着し、必要に応じてその蒸着層をパターニングして開口に代わるレーザー光透過部を形成してなるガラスマスクなども用いうる。ガラスマスクにおける蒸着材料としては、限定するものではないが、レーザー光に対する耐久性や解像力の点よりクロムやアルミニウム、モリブデンや誘電体多層膜などが好ましい。
【0065】
光学素子は、上記した方法で被照射膜に透明基材を用いて一体ずつ製造することができる。量産性等の点より光学素子の好ましい製造方法は、上記の方法で得た光学素子を母型に用いて、光学素子形成用の金型を製造し、その金型を用いて光学素子を量産する方法である。
【0066】
ちなみに前記の金型の形成は、光学素子の光出射手段を形成した面の形態を型形成材に転写することにより行うことができる。また光学素子の形成は、得られた金型における光出射手段を形成しうる凸部を有する面の形態を透明基材に転写した後、それを金型より分離することにより行うことができる。その場合、母型に用いる被照射膜には表面での開口が長方形の凹部を形成して金型を形成し、その金型における凸部の側面を切削加工して、その形態を透明基材に転写した際に表面での開口が目的とする上記した台形の凹部が形成されるようにすることもできる。従って金型に形成される凸部に対する加工を通じて、その形態転写により形成される凹部ないし光出射手段の形態を調節することもできる。
【0067】
前記した光出射手段の形態を金型に転写して光学素子を形成する方法は、その光出射手段の形態を有する素材が光学素子でない場合にも適用でき、その光学素子でない素材に設けた光出射手段に対応する形態を金型に転写し、その金型に転写した面形態を透明基材に転写する方法にても光学素子を形成することができる。従ってその場合には前記した被照射膜として透明基材以外のものも用いうる。
【0068】
所定の凹部の複数を形成した被照射膜を母型とした光学素子形成用の金型の製造は、例えば光出射手段又はそれに対応する形態を設けた被照射膜に電気鋳造法を適用することにより行うことができる。これにより被照射膜に設けた光出射手段等を形成する凹部に高精度に対応した凸部を有する金型を形成することができる。
【0069】
前記の電気鋳造法としては、被照射膜のレーザー加工を施した側より金属を充填して、被照射膜の当該光出射手段等を有する面形状を写したレプリカを有する金属層からなる金型を形成する、従来に準じた方法を適用することができる。その場合、被照射膜はガラスや金属等からなる基板上に支持することができる。なお金属層の形成に際しては被照射膜に導電膜が設けられるが、その導電膜の形成についても従来に準じた方法を適用することができる。
【0070】
金型を形成する金属の種類については特に限定はなく、一般には例えば金や銀、銅や鉄、ニッケルやコバルト、あるいはそれらの合金類などが用いられ、窒化物やリン等を添加したものなどであってもよい。用いる金属種は、1種でもよし、2種以上であってもよく、また異種金属を積層してなる金型を形成することもできる。
【0071】
金型として形成する金属層の厚さは、適宜に決定してよい。被照射膜と分離する際の破損防止や、光学素子形成時のハンドリング性などの点より、凸部を有しない部分の厚さが0.02〜3mm程度の金属層からなる金属箔ないし金属板による金型としたものが好ましい。
【0072】
前記の金型を介した光学素子の形成は、例えば放射線硬化型樹脂を必要に応じ透明フィルムや透明板等に塗布して支持した状態で、金型の凸部を形成した面に密着させて、放射線硬化型樹脂層に金型の凸部形成側の表面形状を写し、それにより当該表面形状を写した成形層を形成し、それに放射線を照射して成形層を硬化させ、その成形硬化層を金型から分離することにより行うことができる。
【0073】
光学素子の形成に際する、放射線硬化型樹脂の成形層に対する透明フィルム又は透明板からなる透明基材の密着配置には、前記した事前の塗工方式のほか、例えば金型上の成形層の上に透明基材を配置する事後方式などの、成形層上に透明基材を密着させた状態でその透明基材側より放射線を照射して成形層を硬化させうる適宜な方式を採ることができる。
【0074】
前記の放射線硬化型樹脂には、例えば上記した紫外線硬化型樹脂などの紫外線の照射、就中、紫外線又は/及び電子線の照射にて硬化処理できる適宜な樹脂の1種又は2種以上を用いることができ、その種類について特に限定はない。就中、光透過率に優れる成形硬化層を形成できる放射線硬化型樹脂が好ましい。
【0075】
また必要に応じ放射線硬化型樹脂の支持に用いて、光学素子を形成することのある透明フィルムや透明板は、照明装置等を介して入射させる光の波長域に応じそれに透明性を示す適宜な材料の1種又は2種以上を用いて形成しうる。ちなみに可視光域では、例えば上記の透明基材で例示したものなどで代表される透明樹脂や、熱、紫外線、電子線等で重合処理しうる硬化型樹脂などがあげられる。
【0076】
なお放射線硬化型樹脂の成形硬化層の形成に際し、支持用の透明基材を用いた場合、光学素子は、その透明基材と当該成形硬化層とが固着一体化したものとして得ることもできるし、透明基材とは分離された状態の当該成形硬化層からなるものとして得ることもできる。透明基材と当該成形硬化層の分離は、例えば透明基材を剥離剤で表面処理する方式などの適宜な方式にて達成することができる。
【0077】
前記した固着一体化の場合、成形硬化層と透明基材の屈折率差が大きいと、界面反射等にて光の出射効率が大きく低下する場合がある。それを防止する点より、透明基材との屈折率差が−0.02〜0.04、就中−0.01〜0.03、特に0〜0.02の成形硬化層を形成できる放射線硬化型樹脂が好ましい。またその場合、透明基材よりも付加する成形硬化層の屈折率を高くすることが出射効率の点より好ましい。
【0078】
なお金型上ないし透明基材上に形成する放射線硬化型樹脂の塗布層の厚さは、金型における凸部の高さの1〜5倍、就中1.1〜3倍、特に1.2〜2倍が好ましいが、これに限定されない。
【0079】
上記の金型を介した光学素子の形成方法としては、放射線硬化型樹脂に代えて熱硬化型樹脂を用いてそれを熱硬化処理する方法や、ホットプレス方式等にて熱可塑性樹脂に形状転写する方法もあげられる。また射出成形型内や注形型内に上記電気鋳造法による金型を設置し、射出成形方式や注形方式にて光学素子を成形する方法などもあげられる。斯かる成形方法は、例えば導光板等として使用できる板状の透明基材からなる光学素子を形成する場合などに特に適している。
【0080】
従って光学素子は、必要に応じ流動状態とした熱可塑性樹脂や硬化性樹脂等の適宜な材料を介して、金型における光出射手段を形成しうる凸部を有する面の形態を転写してなる透明基材を形成しうる適宜な方法にて形成することができる。
【0081】
光学素子における光出射手段形成面には、必要に応じて外光の表面反射による視認阻害の防止を目的としたノングレア処理や反射防止処理、傷付き防止を目的としたハードコート処理などを施すことができる。斯かる処理を施した光学素子は、特にフロントライト方式に好ましく用いうる。
【0082】
前記したノングレア処理は、サンドブラスト方式やエンボス加工方式等の粗面化方式、シリカ等の前記した透明粒子を配合した樹脂の塗工方式などの種々の方式で、表面を微細凹凸構造化することにより施すことができる。また反射防止処理は、干渉性の蒸着膜を形成する方式などにて施すことができる。更にハードコート処理は、硬化型樹脂等の硬質樹脂を塗工する方式などにて施すことができる。ノングレア処理や反射防止処理やハードコート処理は、その1種又は2種以上の処理を施したフィルムの接着方式などにても施すことができる。
【0083】
光学素子は、図1の例の如く光出射手段を有しない側に接着手段11を有するものとすることができる。透明フィルムからなる光学素子は、上記したように側面や角部からの入射光を伝送する導光板やセル基板などとしての基板に対して配置されるものである。その場合に、光学素子を接着手段を介して基板に密着させることにより、光出射手段の光路変換斜面を介した反射効率、ひいては側面等の方向よりの入射光の有効利用による輝度を向上させることができる。
【0084】
接着手段としての接着層の形成には、例えば紫外線や放射線等の照射又は加熱で硬化する接着剤などの適宜なものを用いることができ、特に限定はない。就中、透明性に優れて被接着体との屈折率差が小さいものが好ましい。また簡便接着性等の取扱性や内部応力の発生を抑制する応力緩和性などの点よりは、粘着層が好ましく用いうる。
【0085】
接着手段の屈折率は、上記した透明基材と同様に光出射効率等の点より1.49以上、就中1.50以上、特に1.51以上、更には1.52以上であることが好ましい。特に光伝送効率の点より側面入射光を伝送する主体となる基板の屈折率よりも、接着手段や透明フィルムからなる光学素子の屈折率は、高いこと、あるいは少なくとも同じであることが好ましい。その屈折率が低いと伝送光の角度が伝送主体の基板表面に対して小さいとき、全反射によって基板内に伝送光が閉じ込められやすく光の出射効率が低下しやすい。
【0086】
また界面での屈折率差が大きい場合にも界面反射により伝送光が閉じ込められやすくなる。従って前記の全反射や界面反射を小さくする点より、伝送主体の基板と接着手段等との屈折率差は、可及的に小さいことが好ましく、0.05以下、就中0.03以下、特に0.02以下、更には0.01以下であることが好ましい。
【0087】
前記した粘着層の形成には、例えばゴム系やアクリル系、ビニルアルキルエーテル系やシリコーン系、ポリエステル系やポリウレタン系、ポリエーテル系やポリアミド系、スチレン系などの適宜なポリマーをベースポリマーとする粘着剤などを用いうる。就中、アクリル酸ないしメタクリル酸のアルキルエステルを主体とするポリマーをベースポリマーとするアクリル系粘着剤の如く透明性や耐候性や耐熱性などに優れるものが好ましく用いられる。
【0088】
また接着層は、それに例えばシリカやアルミナ、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ノンモン等の導電性のこともある無機系粒子や、架橋又は未架橋ポリマー等の有機系粒子などの適宜な透明粒子を1種又は2種以上含有させて光拡散型のものとすることもできる。
【0089】
光学素子、特に透明フィルムからなる光学素子は、偏光板の透明保護層として用いることもできる。すなわち光学素子をその光出射手段を有しない側を介し偏光板に積層したものとすることもできる。その場合、光学素子と偏光板は、接着手段を介して接着積層されていることが、光出射手段の光路変換斜面を介した反射効率、ひいては側面や角部の方向からの入射光の有効利用による輝度向上の点より好ましい。
【0090】
前記した偏光板一体型の光学素子は、そのまま液晶表示パネル等に適用することができる。その場合、光出射手段が外側に位置するように光学素子を配置する方式が、通例である。複屈折による位相差が発生しにくい光学素子の使用にて、偏光板を介した直線偏光が入射した場合にその偏光状態を良好に維持できて、偏光板に再入射した際の吸収や、表示品位の低下を有効に防止することができる。
【0091】
偏光板としては、適宜なものを用いることができ特に限定はない。高度な直線偏光の入射による良好なコントラスト比の表示を得る点などよりは、例えば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ものからなる吸収型偏光フィルムなどの如く、偏光度の高い偏光板が好ましく用いうる。
【0092】
偏光板は、前記偏光フィルムの片側又は両側に透明保護層を有するものであってもよい。透明保護層は、フィルムの接着方式やポリマー液等の塗布方式などにて付与でき、その形成には上記の透明基材で例示した樹脂、就中トリアセチルセルロースの如く透明性や機械的強度、熱安定性や水分遮蔽性などに優れる樹脂が好ましく用いられる。上記した偏光板一体型の光学素子は、薄型化を目的に光学素子が当該透明保護層を兼ねるものとして積層されていてもよいし、透明保護層の外側に付加する状態で積層されていてもよい。
【0093】
偏光板一体型の光学素子にも、液晶セル等の他部材と接着するための透明な接着層等の接着手段を、必要に応じて設けることができる。その接着層は、上記に準じることができる。光学素子に設けた接着層に対しては、図1の例の如くそれを実用に供するまでの間、異物の混入等の防止を目的に剥離シート12を仮着して、カバーしておくことが好ましい。なお光学素子は、表面保護フィルムで覆って傷や汚れの付着を抑えることができる。
【0094】
光学素子は、その光出射手段(光路変換斜面)を介して、照明装置による側面や角部の方向からの入射光ないしその伝送光を、視認に有利な垂直性に優れる方向(法線方向)に光路変換して光の利用効率よく出射し、また外光に対しても良好な透過性を示すものとすることができる。
【0095】
従って例えば従来の透過型や、反射層ないし半透過型反射層を具備する反射型ないし半透過型等の各種の液晶表示パネル等に適用して、明るくて見やすい透過型、又は外光・照明両用型の液晶表示装置等の非発光型表示装置などの種々の装置を形成することができる。また透明フィルムからなる光学素子の場合には液晶表示装置等の薄型軽量化も達成することができる。
【0096】
前記した液晶表示装置の例を図10、11に示した。図10は、光学素子1を透明板20に接着し側面に照明装置3を配置してサイドライト型導光板2とし、それを従来の透過型液晶表示パネル101の背面側に配置して、バックライト方式の液晶表示装置100とした例を示したものである。
【0097】
また図11は、前記のサイドライト型導光板2を反射層具備の従来の反射型液晶表示パネル201の視認側に配置して、フロントライト方式の外光・照明両用型液晶表示装置200とした例を示したものである。111、116、211が偏光板、112、212が光拡散板、113、115、213が位相差板、114、214が透明電極又は反射層や配向膜を具備する液晶セルである。なお225が反射層である。
【0098】
図例の如く液晶表示装置は、光学素子1を液晶表示パネル101、201における液晶セル114、214の少なくとも片側に配置することにより形成することができる。その場合、光学素子は、その光出射手段を有する側が外側となるように、液晶表示パネルの視認側又は背面側の少なくとも一方に配置することが一般的である。
【0099】
上記のように光学素子は、透明フィルムタイプや導光板タイプとして形成でき、そのいずれもがフロントライト又はバックライトとして用いうるが、一般には導光板タイプの光学素子は、バックライトとして用いることが好ましい。光学素子、特に透明フィルムタイプのものは、接着層を介し液晶セル等に接着することが明るい表示を達成する点より好ましい。
【0100】
また光学素子、特に透明フィルムタイプの光学素子では、それを液晶表示パネルの視認側又は背面側の少なくとも一方に配置すると共に、液晶表示パネルの1又は2以上の側面又は/及び角部、特に光学素子1を配置した側のセル基板の1又は2以上の側面又は/及び角部に、1個又は2個以上の照明装置を配置することによりパネルの照明機構を形成することもできる。
【0101】
前記において図7の例の如きピット状配置の光出射手段を有する光学素子の場合には、点状の照明装置による放射状入射光を効率よく利用して明るい表示を達成する点より、ピット状配置の光出射手段の仮想中心を含む垂直線上における液晶表示パネルの側面又は/及び角部に点状の照明装置を配置することが好ましい。なお図例は照明装置を液晶表示パネルの角部に配置するようにした、ピット状配置の光出射手段を有する光学素子を示している。
【0102】
導光板や液晶表示パネルの側面等に配置する照明装置としては、適宜なものを用いることができる。例えば発光ダイオード等の点状光源のほか、(冷,熱)陰極管等の線状光源、点状光源を線状や面状等に配列したアレイ体、あるいは点状光源と線状導光板を組合せて点状光源からの入射光を線状導光板を介し線状の照明装置に変換するようにしたものなどが好ましく用いうる。
【0103】
また照明装置は、光学素子の光路変換斜面が対面することとなる導光板や液晶表示パネルの側面等に配置することが、出射効率の点より好ましい。上記したピット状配置の場合も含めて、光路変換斜面が照明装置に対して可及的に垂直に対面するように配置することにより、照明装置を介した側面や角部からの入射光を効率よく面状に変換して高効率に面発光させることができる。
【0104】
従って凹部が光路変換斜面としての傾斜角を満足する対向面を具備して二面の光路変換斜面を具備する凹部による光出射手段を有する光学素子の場合には、導光板やセル基板等の対向する側面や角部の両方に対応した数の照明装置を配置することもできる。またピット状配置の場合には、光学素子における光出射手段の仮想中心に対応した1個所又は2個所以上に点状の照明装置を配置することもできる。
【0105】
照明装置は、その点灯による照明モードでの視認を可能とするものであり、外光・照明両用型の液晶表示装置の場合に、外光による外光モードにて視認するときには点灯の必要がないので、その点灯・消灯を切り替えうるものとされる。その切り替え方式には任意な方式を採ることができ、従来方式のいずれも採ることができる。なお照明装置は、発光色を切り替えうる異色発光式のものであってもよく、また異種の照明装置を介して異色発光させうるものとすることもできる。
【0106】
照明装置に対しては、必要に応じ発散光を導光板や液晶セルの側面等に導くためにそれを包囲するリフレクタなどの適宜な補助手段を配置した組合せ体とすることもできる。リフレクタとしては、高反射率の金属薄膜を付設した樹脂シートや白色シートや金属箔などの適宜な反射シートを用いうる。リフレクタは、その端部を液晶セル基板等の端部に接着する方式などにて、照明装置の包囲を兼ねる固定手段として利用することもできる。
【0107】
液晶表示装置は一般に、液晶シャッタとして機能する液晶セルとそれに付随の駆動装置、フロントライト又はバックライト(光学素子)及び必要に応じての反射層や補償用位相差板等の構成部品を適宜に組立てることなどにより形成される。本発明においては光学素子と照明装置を用いて照明機構を形成する点を除いて特に限定はなく、従来のフロントライト型やバックライト型のものに準じて形成することができる。
【0108】
従って用いる液晶セルについては特に限定はなく、図例の如くセル基板の間に封止材を介し液晶を封入し、その液晶等による光制御を介して表示光を得るようにした、適宜な透過型や反射型、ないしハーフミラーの如く光を透過し、かつ反射する半透過型反射層を用いた半透過型のものを用いることができる。
【0109】
ちなみに前記液晶セルの具体例としては、TN型やSTN型、IPS型やHAN型、OCB型やVA型の如きツイスト系や非ツイスト系、ゲストホスト系や強誘電性液晶系の液晶セル、あるいは内部拡散式等の光拡散型の液晶セルなどがあげられる。また液晶の駆動方式も、例えばアクティブマトリクス方式やパッシブマトリクス方式などの適宜なものであってよい。
【0110】
反射型ないし半透過型の液晶表示装置では反射層ないし半透過型反射層の配置が必須であるが、その配置位置については図11に例示の如く液晶セルの内側に設けることもできるし、液晶セルの外側に設けることもできる。従って図11の例で反射層215は、電極も兼ねている。
【0111】
反射層についは、例えばアルミニウムや銀、金や銅やクロム等の高反射率金属の粉末をバインダ樹脂中に含有する塗工層や蒸着方式等による金属薄膜の付設層、その塗工層や付設層を基材で支持した反射シート、金属箔や透明導電膜、誘電体多層膜などの、従来に準じた適宜な反射層として形成することができる。また半透過型反射層についても、例えばハーフミラーや反射材含有シート、前記反射層に多数の孔を設けたなどの、従来に準じた適宜な半透過型反射層として形成することができる。
【0112】
一方、透過型の液晶表示装置は、図10の例の如く液晶表示パネルの背面側に光学素子を配置してバックライト機構を形成することにより製造しうる。その場合に、光出射手段の背面側(外側)に反射層を設けることにより、光路変換斜面等から洩れる光を反射させて液晶セルの方向に戻すことでパネル照明に利用でき、輝度の向上を図ることができる。またその反射層を拡散反射面とすることで、反射光を拡散させて正面方向に向けることができ、視認により有効な方向に向けることができる。
【0113】
さらに前記した反射層の配置により、透過型で、かつ外光・照明両用型の液晶表示装置を形成することも可能である。その場合には透明フィルムタイプの光学素子が特に好ましく用いうる。透過型液晶表示装置に配置する反射層は、上記した反射型液晶表示装置で例示した反射層に準じることができる。なお電界により光を変調する液晶層を有する反射型液晶表示装置では、図11の例の如く液晶セルの視認側に光学素子を配置するフロントライト式が一般的である。
【0114】
他方、半透過型反射層を用いた半透過型液晶表示装置の場合には、前記したフロントライト方式及びバックライト方式のいずれにても照明機構を形成することができる。従って液晶表示パネルの視認側と背面側の両方に光学素子を配置して、フロントライトとバックライトの両方の照明機構を設けた、外光・照明両用型の半透過型液晶表示装置を形成することもできる。
【0115】
なお前記の透過型において、反射層を液晶セルの外側に配置する場合、そのセル基板や電極は、液晶表示を可能とするために透明基板や透明電極として形成することが必要である。一方、図11の例の如く、液晶セルの内部に反射層を設ける場合には、液晶表示を可能とするためにその視認側のセル基板や電極は透明基板や透明電極として形成する必要があるが、背面側のセル基板はその反射層215と同様に透明である必要はなく、不透明体にて形成されていてもよい。半透過型の場合には、前記の透過型や反射型に準じうる。
【0116】
セル基板を上記した光伝送主体として利用する場合、その厚さについては液晶の封入強度や、配置する照明装置の大きさなどに応じて適宜に決定しうる。一般には光伝送効率と薄型軽量性のバランスなどの点より10μm〜5mm、就中50μm〜2mm、特に100μm〜1mmの厚さとされる。またセル基板の厚さは、照明装置を配置する側と配置しない側とで相違していてもよいし、同厚であってもよい。透明フィルムタイプの光学素子の場合、輝度向上の点より照明装置を配置する側のセル基板を厚くすることが有利である。
【0117】
液晶表示パネルの形成に際しては、必要に応じ液晶を配向させるためのラビング膜等の配向膜や、カラー表示を実現するためのカラーフィルタ、低屈折率層、偏光板、位相差板などを設けることができる。配向膜は液晶層に隣接するように配置し、カラーフィルタはセル基板と電極の間に配置する方式が一般的である。なお直線偏光を介した表示光の制御を目的とした偏光板は、液晶セルの視認側及び背面側の一方又は両方の適宜な位置に配置することができる。
【0118】
前記した低屈折率層は、照明装置を介した側面や角部の方向からの入射光を界面反射させて、照明装置より遠離る方向の後方に効率よく伝送し、後方にある光路変換斜面にも光が効率よく入射して、パネル表示面の全面での明るさの均一性の向上を目的とする。従って低屈折率層は、透明フィルムタイプの光学素子の場合に有利に適用することができる。低屈折率層は、その配置位置に応じてフッ素化合物等の無機物や有機物からなる適宜な低屈折率材料による透明層や接着層として形成することができる。
【0119】
低屈折率層の配置位置は、照明装置を配置したセル基板の内側、すなわち基板の光学素子付設側とは反対の面が液晶表示の明るさの向上の点より好ましい。またセル基板よりも屈折率が0.01以上、就中0.02〜0.15、特に0.05〜0.10低い低屈折率層が液晶表示の明るさの向上の点より好ましい。
【0120】
液晶表示装置の形成に際しては必要に応じ、上記したノングレア層等のほかに光拡散層や位相差板などの適宜な光学層の1層又は2層以上を付加した液晶表示パネルとすることもできる。光拡散層は、表示光の拡散による表示範囲の拡大や発光の平準化による輝度の均一化、液晶セル内の伝送光の拡散による光学素子への入射光量の増大などを目的とする。なお前記の付加する光学層は、必要に応じ接着層等を介し光学素子と積層一体化して液晶セルに適用することもできる。
【0121】
光拡散層は、上記のノングレア層に準じた表面微細凹凸構造を有する塗工層や拡散シートなどによる適宜な方式にて設けることができる。光拡散層は、接着層に透明粒子を配合して接着層を兼ねる層として配置することもでき、これにより液晶表示装置の薄型化を図かることができる。光拡散層は、光学素子と視認側の液晶セル基板の間などの適宜な位置に、1層又は2層以上を配置することができる。
【0122】
また前記した位相差板は、光学補償による視野角の拡大や着色防止等を目的とし通例、図例の如く視認側又は/及び背面側の偏光板とセル基板の間に配置される。補償用の位相差板には、波長域などに応じて適宜なものを用いることができ1層又は2層以上の位相差層の重畳層として形成されていてもよい。
【0123】
位相差板は、適宜な透明ポリマーからなるフィルムを一軸や二軸等の適宜な方式で延伸処理してなる複屈折性フィルム、ネマチック系やディスコティック系等の適宜な液晶ポリマーの配向フィルムやその配向層を透明基材で支持したものなどとして得ることができ、熱収縮性フィルムの加熱収縮力の作用下に厚さ方向の屈折率を制御したものなどであってもよい。
【0124】
なお上記した図11の反射型液晶表示装置において、外光・照明両用による視認は、照明装置3の点灯による照明モードにおいて、導光板の光学素子を有しない側より出射した光が、液晶セルを経由してその反射層215で反射された後、液晶セル内を逆経由して光学素子に至り、光出射手段A以外の部分より透過した表示光が視認される。
【0125】
一方、照明装置の消灯による外光モードにおいては、光学素子1の光出射手段形成面における光出射手段以外の部分より入射した光が反射層215を介し、前記に準じ液晶セル内を逆経由して光学素子に至り、光出射手段以外の部分より透過した表示光が視認される。
【0126】
他方、透過型液晶表示装置において外光・照明両用による視認は、照明装置の点灯による照明モードにおいて、背面側に配置した光学素子より出射した光が液晶セル内に入射し、偏光板等を透過した表示光が視認される。また照明装置の消灯による外光モードでは、視認側表面より入射した外光が液晶セルを透過して光学素子に至り、その光出射手段形成面の光出射手段以外の部分より入射した光が背面に設けた反射層を介し反転し、液晶セル内を逆経由して透過した表示光が視認される。なお半透過型液晶表示装置では、前記の反射型と透過型に準じて外光・照明両用による視認が行われる。
【0127】
本発明において、上記した液晶表示装置等の非発光型表示装置を形成する各部品は、全体的又は部分的に積層一体化されて固着されていてもよいし、分離容易な状態に配置されていてもよい。界面反射の抑制によるコントラストの低下防止などの点よりは、固着状態にあることが好ましい。また透明フィルムタイプの光学素子は、固着密着状態にあることが好ましい。前記の固着処理には、粘着剤等の適宜な透明接着剤を用いることができ、その透明接着層に透明粒子等を含有させて拡散機能を示す接着層などとすることもできる。
【0128】
また前記の形成部品、特に視認側のそれには、例えばサリチル酸エステル系化合物やベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物やシアノアクリレート系化合物、ニッケル錯塩系化合物等の紫外線吸収剤で処理する方式などにより紫外線吸収能をもたせることもできる。
【0129】
【実施例】
例1
厚さ60μmの無延伸PC(ポリカーボネート)フィルムに紫外線硬化性のアクリル系樹脂をスポイトにて滴下し、アプリケータで厚さ25μmに展延してその塗工層をゴムローラで予め所定の形状に加工した金型に密着させると共に、余分な樹脂と気泡を押し出した後、メタルハライドランプにて紫外線を300mJ/cm照射して硬化させ、形成された光出射手段を有する屈折率が1.522の透明フィルムを金型から剥離して所定サイズに切出した後、無延伸PCフィルムと分離した。
【0130】
次に前記した幅20mm、長さ30mmの透明フィルムの光出射手段を有しない面に屈折率が1.520のアクリル系粘着層を設け、その粘着層を介して透明フィルムを幅25mm、長さ37mm、厚さ1mm、屈折率1.50のアクリル系樹脂板に接着し、導光板タイプの光学素子を得た。
【0131】
前記において光出射手段を形成する凹部は、横断面が三角形であり、フィルム面での開口が台形で、光路変換斜面形成辺の長さが100μm、対向面形成辺の長さが90μm、幅が約10μmであり、フィルム面に対する傾斜角が約41度の光路変換斜面と約72度の対向面を有するものである。
【0132】
また透明フィルムにおける光出射手段は、光路変換斜面がフィルムの幅方向端面と対面するように前記凹部の複数がランダムな配置位置でフィルムの幅方向と平行に、かつ均等な分布密度で配列したものであり、凹部間のフィルム面は平坦で、全凹部の開口がフィルム表面で占有する面積は約1/15である。
【0133】
なお前記した透明フィルムの形成に用いた金型の製造は、下記の方法による。すなわち金属箔に所定形状の台形又は長方形の開口を設けた投影マスクを介して波長248nmのエキシマレーザー光をビーム幅1.5mmで照射し、投影マスクの透過光をレンズを介し1/15に縮小して、ガラス基板上に固定したポリイミド膜に照射する方式において、レーザー光をエッチングレート0.26μm/パルスで照射しながら当該開口を幅150μmの開状態から、2枚の開口遮蔽用の投影マスクを速度比30:4の異なる速度で幅方向に等速移動させて閉塞状態とし、ポリイミド膜に開口の閉塞方向に向かって深くエッチングされた横断面が三角形の凹部を形成した。
【0134】
ついで予め所定の密度になるように基本的な凹部の配置を決定した後、制限化した乱数を発生させてその配置をランダムにした座標データに基づいて前記のエッチング加工をポリイミド膜に対する位置を変えながら繰り返して洗浄し、光出射手段を有する被照射膜(母型)を形成してその凹部付き面を導電化し、その上に電気鋳造法によりニッケル・リンを充填して厚さが約200μmの金属層を形成した後、被照射膜を剥離して所定の光出射手段に対応する凸部形成面を有する金型を得たものである。
【0135】
例2
透明フィルムとアクリル系樹脂板の接着を屈折率が1.505のアクリル系粘着層を介して行ったほかは、例1に準じて光学素子を得た。
【0136】
例3
透明フィルムとアクリル系樹脂板の接着を屈折率が1.52のアクリル系紫外線硬化型接着剤層を介して行ったほかは、例1に準じて光学素子を得た。
【0137】
例4
無延伸PCフィルムに代えてアクリル系樹脂板を用い、その樹脂板に透明フィルムを直接形成して固着させたほかは、例1に準じて光学素子を得た。
【0138】
例5
サンドブラスト加工にて表面を粗面化した金型を用いた以外は例1と同様にして透明フィルムを作製し、それを用いて例1に準じ光学素子を得た。なお透明フィルムにおける光出射手段としての凹凸面の形状をテーラーホブソン製タリサーフを用いて評価したところ、傾斜角の最大値は約15度であり、ほぼランダムな凹凸が形成されていた。
【0139】
例6
透明フィルムとアクリル系樹脂板の接着を屈折率が1.47のアクリル系粘着層を介して行ったほかは、例1に準じて光学素子を得た。
【0140】
例7
異なる紫外線硬化型樹脂を用いた以外は例1と同様にして屈折率が1.46の透明フィルムを形成し、それを用いて例1に準じ光学素子を得た。
【0141】
例8
異なる金型を用いた以外は例1と同様にして透明フィルムを形成し、それを用いて例1に準じ光学素子を得た。なお光出射手段は、それを形成する凹部が横断面三角形でフィルム面での開口が長方形であり、光路変換斜面形成辺の長さと対向面形成辺の長さが約30μmで、幅も約30μmである点でのみ例1と相違する。従って光路変換斜面の傾斜角は約41度、対向面のそれは約72度である。
【0142】
例9
異なる金型を用いた以外は例1と同様にして透明フィルムを形成し、それを用いて例1に準じ光学素子を得た。なお光出射手段は、それを形成する凹部が横断面三角形でフィルム面での開口が長方形であり、光路変換斜面形成辺の長さと対向面形成辺の長さが約100μmで、幅が約10μmであり、光路変換斜面の傾斜角が約60度である点でのみ例1と相違する。従って対向面の傾斜角は約72度である。
【0143】
例10
異なる金型を用いた以外は例1と同様にして透明フィルムを形成し、それを用いて例1に準じ光学素子を得た。なお光出射手段は、フィルム面での開口が幅約10μmで一端から他端まで連続する横断面三角形の連続溝を180μmピッチで有するものからなり、光路変換斜面の傾斜角が約41度で、対向面の傾斜角が約72度である。また連続溝間のフィルム面は平坦で、全連続溝の開口がフィルム表面で占有する面積は約1/15である。
【0144】
評価試験
例1〜10で得た光学素子の光路変換斜面が対面する側面に冷陰極管を配置し、銀蒸着のポリエステルフィルムで包囲保持してサイドライト型導光板を形成し、それを光出射手段が視認側となるように反射型液晶表示パネルの上面に配置し、フロントライト方式の反射型液晶表示装置を作製した。次に暗室にて液晶セルに電圧を印加しない状態で冷陰極管を点灯させて、入射側面より10mmの位置(画面中央)での正面輝度(トプコン社製、BM7)を調べた。また光の出射状態とモアレの様子を観察した。その結果を次表に示した。
【0145】

Figure 0004191498
なお正面輝度の単位は、cd/mである。
【0146】
例1〜4、8、10は、例5と比べて明るさの点に加えてその均一性の点でも優れていた。例5では光源と反対側の方向に大角度で光が出射し、液晶表示装置の照明には実質的に寄与せず画面が暗かった。また例6、7では正面近傍で実施例よりも暗い画面であった。
【0147】
フロントライトの状態で光出射面、すなわち光出射手段を有しない面から導光板を観察したところ、例1〜4では正面方向近傍に光が強く出射しているのに対し、例6、7ではむしろ正面方向近傍で暗かった。また例9では特に光源側に向けた出射が強く、正面方向では出射の強さが大きく低下した。
【0148】
例8では例1〜4より明るさが若干低く、光源から遠離るにつれて暗くなる傾向が例1〜4よりも強く、かつ例1〜4と比べて散乱による白ボケが大きくて表示が見にくかった。また例10では明るさが例1〜4に相当したが、明確なモアレが観察された。
【0149】
一方、光源を消灯した外光モードによる視認においては、例10でモアレが観察されたほかは、他の例において良好であった。
【0150】
他方、例1〜4において、サイドライト型導光板の表裏を逆転させて光出射手段側に反射板を配置し、導光板の光出射面上に透過型液晶表示パネルを配置してバックライトとして使用したところ、明るくて見やすい透過型の液晶表示装置を実現することができた。この液晶表示装置は、明るい環境下でバックライトを消灯しても外光モードで見ることができ、良好な外光・照明両用型の(透過型)液晶表示装置であった。
【0151】
また視認側のセル基板の内側に屈折率が1.38の低屈折率層を設けた反射型液晶表示パネルの視認側に例1〜4で得た透明フィルムを貼付け、その光路変換斜面が対面するパネル側面に冷陰極管を配置したところ、導光板を用いない形態で明るい照明を実現することができた。
【0152】
以上より本発明にては、凹部側面による伝送光の散乱を防止し、横方向の入射光を縦方向に効率よく光路変換して出射光の正面指向性に優れ、散乱光やモアレの生じにくい光出射手段を有する、透明フィルムタイプと導光板タイプの光学素子を形成できることが判る。
【0153】
また前記の透明フィルムタイプの光学素子は、それを透明板に貼付けて明るい面発光のクリアな導光板を形成できること、また液晶表示パネルに貼付けパネル側面等に照明装置を設けてパネルの照明機構を形成できること、一方、導光板タイプのものも明るい面発光のクリアな導光板を形成できること、さらにそれらの導光板や照明機構にて、モアレが生じにくくて明るくて見やすい表示品位の良好な反射型や透過型、外光・照明両用型等の液晶表示装置などを形成できることが判る。
【図面の簡単な説明】
【図1】光学素子の断面図
【図2】他の光学素子の断面図
【図3】凹部の説明断面図
【図4】他の凹部の説明断面図
【図5】凹部の説明平面図
【図6】光出射手段の説明図
【図7】他の光出射手段の説明図
【図8】さらに他の光学素子の断面図
【図9】さらに他の光学素子の断面図
【図10】液晶表示装置の断面図
【図11】他の液晶表示装置の断面図
【符号の説明】
1、2:光学素子
10A:透明基材
A:凹部
a:光路変換斜面
b:対向面
x、y:凹部側面
20:透明板
3:照明装置
100、200:液晶表示装置
101、201:液晶表示パネル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical element suitable for forming a non-light-emitting display device and a method for manufacturing the same, which is less likely to generate scattered light by efficiently changing the optical path of incident light in the horizontal direction in the vertical direction.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In a non-light-emitting display device such as a liquid crystal display device or an electrochromic display, an illumination mechanism capable of surface light emission is provided in order to achieve a display purpose. Conventionally, as the illumination mechanism, a sidelight type light guide plate having a light emitting means formed by printing white scattering dots has been known. However, the light scattering efficiency of side incident light is poor and the display is dark, and when it is arranged on the viewing side surface of a liquid crystal display panel to make a front light type reflective liquid crystal display device, the display image is displayed with white scattering dots. There was a problem that it was scattered and became invisible.
[0003]
In view of the above, a side light type light guide plate having a light emitting means having a stripe prism structure has also been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 11-250715). However, the stripe-shaped prism structure interferes with the pixels of the liquid crystal display panel and moire is generated, so that the display quality is liable to deteriorate, defects such as scratches on the light guide plate are easily noticeable, and if the thickness of the light guide plate is reduced, the prism There is a problem that the interval becomes wider and the light becomes rough streak and the unevenness of light and dark becomes large.
[0004]
[Technical Problem of the Invention]
In view of the above, the present inventors have conceived a method using a light emitting means in which a large number of minute-sized recesses (grooves) having a triangular or quadrangular cross section and having an optical path changing slope are dispersed and distributed. According to this, it is possible to easily overcome the moire problem, the visual obstruction problem due to defects, the brightness unevenness problem, and the like. Moreover, the problem that the light emission function is impaired due to the damage caused by friction or the like when the convex portion is formed due to the concave portion can be overcome. Furthermore, the front directivity can be improved by forming the outgoing light by reflection through the optical path changing slope, and the problem that the outgoing light is poor in the front directivity due to scattering of the reflected light when the cross section is a bowl-shaped recess can be overcome.
[0005]
However, in the light emitting means having a triangular or quadrangular concave portion as described above, the light incident on the side surface of the concave portion formed between the optical path changing slope and its opposing surface is scattered in the horizontal direction. Inconvenience that the front directivity of the outgoing light is reduced due to scattering of the transmission light inside the light guide plate, thereby reducing the display brightness in the front when the front light system is used, the increase of the scattered outgoing light, the light guide plate There has been a problem that the display is blurred due to an increase in light emitted from the back surface.
[0006]
In view of the above, the present invention prevents scattering of the transmission light by the side surface of the concave portion, efficiently converts the incident light in the horizontal direction in the vertical direction, and has excellent front directivity of the emitted light, and hardly generates scattered light or moire. An object is to develop an optical element having a light emitting means.
[0007]
[Means for solving problems]
The present invention comprises a light emitting means in which a plurality of recesses are discontinuously distributed on one surface of a transparent base material, the recess has an optical path conversion slope and its opposing surface, and the transparent base of the recess The length of the optical path conversion slope forming side at the opening on the material surface is at least three times the depth of the recess, and the projected area of the optical path conversion slope with respect to the vertical plane is larger than that of the opposing surface. An optical element and a liquid crystal display device comprising the optical element arranged on at least one side of a liquid crystal cell in a liquid crystal display panel are provided.
[0008]
Further, the present invention is characterized in that the light emitting means is formed by repeating the operation of forming a recess by laser etching that irradiates the irradiated film made of a transparent substrate with laser light to partially remove the irradiated film. A method of manufacturing the optical element, and a form of a surface on which a light emitting means is formed by forming a metal layer by electroforming on the surface on which the light emitting means of the optical element is formed, and separating the metal layer from the optical element. A step of obtaining a transferred mold, and a step of transferring the form of a surface having a convex portion capable of forming light emitting means in the mold to a transparent substrate and then separating it from the mold. The manufacturing method of the said optical element is provided.
[0009]
【The invention's effect】
According to the present invention, the area ratio of the side surface of the recess formed between the optical path conversion slope and the opposing surface can be reduced by setting the depth of the recess to 1/3 or less of the length of the optical path conversion slope forming side. At the same time, the light path conversion slope is controlled by the shadow effect based on the size of the light, and the transmission light in the lateral direction from the light source is prevented from being incident on the side surface and the opposite surface of the recess, and the transmitted light is incident on the side surface of the recess and scattered Accordingly, it is possible to obtain an optical element having a light emitting means that is excellent in front directivity of outgoing light and hardly generates scattered light and moire by efficiently changing the optical path of the incident light in the vertical direction in the vertical direction.
[0010]
In addition, by using the above-mentioned optical element, the light incident from the side or corner of the liquid crystal display panel is efficiently optically changed in the viewing direction, so that the liquid crystal display is bright and easy to see with little white blurring or disturbance of the display image. A device can be formed, and an optical element made of a transparent film can be easily reduced in thickness and weight.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The optical element according to the present invention has a light emitting means in which a plurality of concave portions are discontinuously distributed on one surface of a transparent substrate, and the concave portion includes an optical path changing slope and its opposing surface, and the concave portion The length of the optical path conversion slope forming side at the opening on the transparent substrate surface is at least three times the depth of the recess, and the projected area of the optical path conversion slope with respect to the vertical plane is larger than that of the opposing surface. is there. Examples thereof are shown in FIGS. 1 is an optical element, 10A is a transparent base material, A is a recessed part, a is an optical path conversion slope, and b is an opposing surface. In addition, 10B is a support base material, 11 is an adhesion | attachment means, 12 is a peeling sheet, The arrow is the incident direction of light (the following is the same).
[0012]
As a transparent base material, what consists of a suitable material which shows transparency according to the wavelength range of the light which enters through an illuminating device etc. can be used, and what consists of a polymer is generally used. By the way, examples of the polymer when making visible light incident include polyester resins, cellulose resins, urethane resins, polystyrene resins, polyethylene resins, polyamide resins, polyimide resins, acrylic resins, polycarbonate resins. And thermoplastic resins such as polyether resins, vinyl chloride resins, polyether sulfone resins, norbornene resins and polyphenylene sulfide resins.
[0013]
Further, polymers described in JP-A No. 2001-343529 (WO01 / 37007), for example, (A) a thermoplastic resin having a substituted or / and unsubstituted imide group in the side chain, and (B) a substituted or / and substituted side chain. And a resin composition containing the above A and B with a thermoplastic resin having an unsubstituted phenyl group and a nitrile group, or heat or light of acrylic, urethane, acrylic urethane, epoxy, silicone, or the like, or A curable resin that can be polymerized by radiation such as ultraviolet rays or electron beams can also be used to form the transparent substrate.
[0014]
Specific examples of the resin composition containing A and B include those containing an alternating copolymer of isobutene and N-methylmaleimide and an acrylonitrile / styrene copolymer. The transparent substrate can be formed using one kind of polymer or a mixture of two or more kinds of polymers.
[0015]
The transparent substrate can be formed by an appropriate method such as a casting method or an extrusion molding method, and preferably has a small phase difference due to birefringence. Reducing the retardation of the transparent substrate as necessary can be performed by a method of removing internal optical distortion by, for example, a method of annealing a film or a plate. Therefore, a polymer having no birefringence or a small birefringence can be preferably used for forming the transparent substrate.
[0016]
The optical element can be formed as a transparent film or a transparent plate based on the thickness of the transparent substrate 10A as in the examples of FIGS. About the thickness of a transparent base material, it can determine suitably and there is no limitation in particular. In general, a thickness of 10 mm or less, especially 5 μm to 5 mm, particularly 10 μm to 2 mm is preferable. In particular, in the case of a transparent film, a thickness of 5 to 300 μm, especially 10 to 200 μm, particularly 20 to 100 μm is preferable from the viewpoint of thinning and weight reduction. With such a thickness, sizing by punching or cutting can be easily performed.
[0017]
The optical element may be formed as a single layer or may be formed as a laminated body made of the same or different materials. As shown in FIGS. 8 and 9, the light guide plate 2 may be formed by adhering the optical element 1 made of the transparent film 10A having the supporting base 10B to the transparent plate 20 through the bonding means 11 as necessary as shown in FIGS. it can. The light guide plate can also be formed as the optical element 1 composed of the above-described transparent plate 10A as in the example of FIG. When the optical element is laminated with another member as necessary through an adhesive layer or the like, the other member is usually laminated on the side of the optical element that does not have the light emitting means A as shown in the figure.
[0018]
As shown in FIGS. 10 and 11, the optical element is a light emitting means (light path changing slope a) for light incident on the light guide plate 2, the liquid crystal cell, or the like through the illumination device 3 from the side surfaces or corners or the transmitted light. Is reflected on the back side (the side not having the light emitting means), and thus the light path is changed in the viewing direction of the liquid crystal display panels 101 and 102 and emitted, and the emitted light is emitted from the non-light emitting display such as the liquid crystal display panel. It aims at utilizing as illumination light (display light) of an element. In that case, the optical element 1 is generally arranged so that the surface on which the light emitting means is formed is in the direction along the plane of the liquid crystal cell or the like.
[0019]
In the above, the transparent substrate or the optical element has a refractive index of 1.49 or more from the viewpoint that it is possible to achieve a display that is bright and excellent in uniformity by increasing the incident efficiency on the light path conversion slope. preferable. The refractive index is generally based on D-rays in the visible light range, but is not limited to the above when the wavelength range of incident light has specificity, etc., and may depend on the wavelength range. Yes (the same applies below).
[0020]
Incidentally, the range of the transmission angle of the light incident from the side surface of the transparent base material is ± 42.9 degrees when the refractive index of the transparent base material is 1.47, whereas it is ± 42 when the refractive index is 1.49. When the refractive index is 1.51, it is ± 41.5 degrees. Therefore, the higher the refractive index of the transparent substrate, the more concentrated the transmitted light can be in a narrow angle range.
[0021]
Also, assuming an optical path conversion slope with an inclination angle of 45 degrees, the angle range in which the transmitted light is directly incident on the slope and totally reflected is 2.1 degrees when the refractive index of the transparent substrate is 1.47. On the other hand, when the refractive index is 1.49, the refractive index is 2.8 degrees, and when the refractive index is 1.51, it is 3.5 degrees. Therefore, the higher the refractive index of the transparent base material, the more the transmitted light is directly incident on the optical path changing slope. Thus, the probability of emission by one reflection increases, and the emission efficiency of incident light from the side surface or the like is improved. Incidentally, when the refractive index is 1.51, the outgoing light rate is about twice that when the refractive index is 1.27.
[0022]
The preferable refractive index of the transparent base material is 1.50 or more, especially 1.51 or more, particularly 1.52 or more in terms of the above-described transmission light condensing and emission light ratio. Higher is preferable. On the other hand, since there is a problem of surface reflection of external light in the front light system, the refractive index is preferably 1.6 or less, particularly 1.56 or less, particularly 1.54 or less from the viewpoint of suppressing the surface reflection. .
[0023]
The cell substrate of the liquid crystal cell is mainly made of optical glass. In the case of non-alkali glass, the refractive index is about 1.51 to 1.52, and the incident transmission light from the side surface of the cell substrate is the cell substrate. When the refractive index of the other member adjacent to the cell substrate is lower than the refractive index of the cell substrate, it is easy to be totally reflected. It is more preferable than the rate.
[0024]
Therefore, by setting the refractive index of the transparent base material forming the optical element such as the light guide plate and the adhesive means attached to the base material as necessary to the above range, the angle at which the transmitted light is totally reflected is within the allowable range. It is possible to suppress the decrease in light utilization efficiency due to the fact that the transmission light cannot be emitted due to total reflection, and it is also possible to improve the uniformity of the luminance distribution of light emitted by the emitted light.
[0025]
In some cases, such as when the cell substrate is made of plastic, the refractive index is about 1.50. In that case, it is preferable that the refractive index of the transparent base material or the adhering means attached thereto is a similar refractive index such as about 1.50.
[0026]
As described above, the phase difference due to the birefringence of the optical element forming member such as a transparent substrate is as small as possible, particularly in the case of the front light system, and the display device with less display unevenness by suppressing uneven brightness and color unevenness. It is preferable from the point which obtains. The fact that the phase difference due to birefringence is small is advantageous in preventing deterioration of display quality because the polarization state can be maintained well when linearly polarized light is incident through a polarizing plate or the like.
[0027]
In terms of prevention of display unevenness and the like, the preferable in-plane average phase difference in the transparent base material or optical element is 50 nm or less, especially 30 nm or less, particularly 20 nm or less. Smaller ones are more preferable. Furthermore, a transparent substrate or an optical element made of a material having a small photoelastic coefficient is preferable from the viewpoint of suppressing the internal stress generated in the optical element and preventing the occurrence of the phase difference due to the internal stress. In addition, the average retardation in the thickness direction of the transparent substrate or optical element is preferably 50 nm or less, more preferably 30 nm or less, particularly 20 nm or less from the viewpoint of preventing display unevenness.
[0028]
The phase difference is preferably based on visible light, particularly light having a wavelength of 550 nm. The average in-plane phase difference is defined by (nx−ny) × d, and the average phase difference in the thickness direction is defined by {(nx + ny) / 2−nz} × d. Where nx is the average refractive index in the direction showing the maximum refractive index in the plane of the forming member such as a transparent substrate, ny is the average refractive index in the direction perpendicular to the nx direction in the plane, and nz is the thickness of the forming member. The average refractive index in the vertical direction, d, means the average thickness of the forming member.
[0029]
The light emitting means provided in the optical element is formed as a plurality of predetermined concave portions A distributed discontinuously on one side of the transparent substrate 10A as in the examples of FIGS. 6 and 7 for the purpose of preventing moire or the like. Such light emitting means is advantageous in terms of reduction in visibility and manufacturing efficiency due to the reduction in the size of the recess. In addition, a recessed part means that it is recessed in the transparent base material (groove).
[0030]
The concave portion forming the light emitting means is formed to have an optical path changing inclined surface a and its facing surface b as illustrated in FIGS. 3-5, the length L1 of the optical path conversion slope forming side at the opening on the surface of the transparent substrate 10A is three times or more the depth h of the recess, and the optical path conversion slope a The projected area with respect to the vertical surface is formed to be larger than the projected area with respect to the vertical surface of the facing surface b. Accordingly, as illustrated in FIG. 5, the length L1 of the optical path changing slope forming side at the opening of the concave portion on the surface of the transparent substrate is formed to be larger than the length L2 of the opposing surface forming side.
[0031]
As described above, the side surface of the concave portion formed between the optical path conversion inclined surface a and the opposing surface b as illustrated in FIG. 5 is formed by forming the concave portion having the length L1 of the optical path converting slope forming side being three times or more the depth h. The area ratio of x and y can be reduced, and the probability that transmitted light is incident on the side surface of the recess can be reduced. A recess that is more preferable than such a point is such that the length L1 of the optical path conversion slope forming side is 5 times or more, especially 8 times or more, especially 10 times or more of the depth h.
[0032]
Further, as described above, the light path conversion inclined surface a is made larger than the opposing surface b based on the projected area with respect to the vertical surface, so that the transmitted light is shaded by the side effect of the light path conversion inclined surface a as shown by the arrow in FIG. It becomes difficult to enter x, y and the opposing surface b, and it is possible to suppress the generation of scattered light due to the transmission light entering the side surface of the recess together with the effect of reducing the area ratio of the side surface of the recess.
[0033]
As shown in FIG. 5, the preferred recess has a trapezoidal opening shape on the surface of the transparent substrate, and one of the parallel sides thereof is an optical path conversion slope forming side L1 and the other is a facing surface forming side L2, and a cross section The shape is a triangle or a trapezoid as illustrated in FIGS. In addition, a cross section means the cross section with respect to the optical path conversion inclined surface of a recessed part.
[0034]
According to the concave portion of the above form, the concave side surfaces x and y are usually surfaces having a shape similar to a cone, and are surfaces arranged at an angle between the optical path conversion inclined surface a and the opposing surface b. In this case, even if transmission light having an angle that can be incident on the side surface of the concave portion is incident on the side surface of the concave portion and reflected (scattered), the transmission angle becomes small due to the angle effect on the side surface of the concave portion, and the scattered and emitted light is condensed. As a result, the light use efficiency is improved. Accordingly, the side surface of the concave portion exhibits a light collecting effect and functions conveniently.
[0035]
In the above, the angle of the side surface of the concave portion, that is, the angle with respect to the normal line of the optical path conversion slope forming side L1 is not particularly limited, but as described above, for example, the maximum value of the refraction angle of transmitted light when the refractive index is 1.49 is ± Since the angle is 42.2 degrees, setting the angle on the side surface of the concave portion to 42 degrees or more can almost prevent transmission light from entering the side surface of the concave portion, and greatly reduce light scattering due to incidence of the transmitted light on the side surface of the concave portion. Can be reduced.
[0036]
In the above case, since there is no incidence on the side surface of the concave portion, it means that there is no opportunity to exhibit the light collecting effect due to the side surface of the concave portion. From the point, it is preferable that the angle of the side surface of the concave portion is more than 0 degree and less than 42 degrees, especially 30 degrees or less, particularly 20 degrees or less. In particular, by setting it to 30 degrees or less, the amount of light incident on the side surface of the recess can be improved, and the effect of collimation can be increased. The angles and the like of the side surfaces formed on the left and right sides of the recess may be the same or different, and therefore the recess may have a left-right symmetric shape or a left-right asymmetric shape. Good.
[0037]
The cross-sectional shape of the concave portion is preferably a triangular shape in which the intersecting line between the optical path converting slope a and the facing surface b is a ridge line as in the example of FIG. 3, but as in the example of FIG. A trapezoidal shape in which the ridge portion is flattened is advantageous. In the case of a trapezoid, the length (width) of the upper side by the flattening is 1/5 or less, particularly 1/7 or less, especially the distance (width) between parallel sides in the opening trapezoid of the concave portion of the transparent base material surface. It is preferably 1/10 or less from the viewpoint of preventing the occurrence of white blur caused by the light emitting means and reducing the visibility.
[0038]
Further, it is preferable that each of the surfaces such as the optical path changing slope a, the facing surface b, and the side surfaces x and y forming the concave portion is a straight and smooth flat surface, but there is a slight change in the inclination angle or the like based on a manufacturing error or the like. It is acceptable and the range is preferably within 10 degrees, and more preferably within 5 degrees. Furthermore, the intersection line between the surfaces forming the recesses preferably has a clear ridgeline, but may have a slight roundness. The roundness is preferably as small as possible from the viewpoint of non-visibility and light scattering prevention. In particular, it is preferably 1 μm or less, particularly 0.5 μm or less based on the radius of curvature. Therefore, the above-described triangles and trapezoids are not strictly meant and can be deformed based on processing accuracy or manufacturing error.
[0039]
If the size of the concave portion is large, the presence of the light path changing slope and the like is easily seen by the observer, and the display quality is liable to be lowered, and the uniformity of illumination for the liquid crystal cell and the like is also liable to be lowered. On the other hand, if the size is too small, light scattering due to diffraction or the like increases, or rounding is likely to occur at the intersections between the surfaces.
[0040]
From the above points, the size of the recess is based on the opening size of the recess on the surface of the transparent substrate, the distance between the sides of the trapezoid parallel side (width) or the distance between the sides of the optical path conversion slope forming side and the opposing surface forming side (width). And the depth h of the recess is preferably 1 to 100 μm, especially 3 to 50 μm, particularly 5 to 20 μm.
[0041]
Moreover, it is preferable that the length L1 of the optical path conversion slope forming side is 3 to 500 μm, especially 10 to 200 μm, and particularly 15 to 150 μm. Further, the length L2 of the opposing surface forming side is a length that achieves the above-mentioned angle of the side surface of the concave portion based on the length L1 of the optical path conversion slope forming side, and is generally 50 to 99% of the L1, and particularly 70 to 98%, particularly 80 to 97%.
[0042]
As shown in FIGS. 10 and 11, the optical path changing slope provided in the concave portion reflects the incident light from the side surface direction by the illuminating device 3 arranged on the side surface of the light guide plate 20 or the liquid crystal cell or the like, and the transmitted light thereof. The object of the present invention is to change the optical path to the back surface side that does not have one light emitting means A and to emit it as illumination light of the display device.
[0043]
The transparent substrate 10A has a preferable inclination angle θ1 of the light path conversion inclined surface a from the point that the illumination light excellent in normal direction directivity with respect to a display device such as a light guide plate or a liquid crystal cell is emitted efficiently by the use of light by the lighting device. It is 35 to 48 degrees with respect to the plane to be formed. If the tilt angle θ1 is less than 35 degrees, the angle of the display light emitted from the display device may exceed 30 degrees, which may be disadvantageous for visual recognition. On the other hand, if the inclination angle θ1 exceeds 48 degrees, light leakage is likely to occur from the optical path conversion slope, and the light utilization efficiency may decrease.
[0044]
In the above case, instead of the reflection method using the light path changing slope, if the scattering reflection method using the light emitting means having a roughened surface is used, the light is not reflected in the vertical direction and is emitted from the display device in a direction inclined more than the front direction. As a result, the liquid crystal display becomes dark and the contrast becomes poor.
[0045]
The lateral light incident from the side surface is efficiently totally reflected through the optical path conversion slope, and is emitted with good directivity in the normal direction of the optical element plane from the side having no light emitting means, thereby efficiently displaying the display device. In view of achieving a bright and easy-to-view display by illuminating, the preferable inclination angle θ1 of the light path conversion slope is 38 to 45 degrees, and in particular 40 to 43 degrees.
[0046]
On the other hand, there is no particular limitation on the inclination angle θ2 of the facing surface b provided in the recess. Generally, it is set to 35 degrees or more. Therefore, it may be an opposing surface that satisfies the inclination angle as the optical path conversion inclined surface. In the case of an opposing surface that does not satisfy the inclination angle as an optical path conversion slope, it does not contribute to emitting incident light from the lateral direction such as the side surface from the back surface, but it is possible for display quality, light transmission or light emission as much as possible. It is preferable not to affect. Incidentally, if the inclination angle θ2 of the facing surface is small, the projected area on the optical element surface becomes large, and in the external light mode by the front light system in which the optical element is arranged on the viewing side, the surface reflected light from the facing surface returns to the observation direction. Display quality tends to be hindered.
[0047]
Therefore, in the above case, the larger the inclination angle θ2 of the opposing surface, the more advantageous, so that the projected area with respect to the optical element surface can be reduced, the decrease in the total light transmittance can be suppressed, and the surface reflected light can be reduced. The reflected light can be tilted in the direction of the optical element surface, and the influence on the liquid crystal display or the like can be suppressed. Further, it is more advantageous that the angle of inclination θ2 of the facing surface is larger than the point at which the light transmitted through the light path changing slope is taken into the light guide plate or the like again from the facing surface. From this point, the preferable inclination angle θ2 of the facing surface is 60 degrees or more, especially 70 degrees or more, and particularly 75 to 90 degrees.
[0048]
The arrangement of the plurality of concave portions forming the light emitting means may be distributed in parallel as shown in the example of FIG. 6 based on the optical path changing slope, or may be irregularly distributed. Further, as shown in the example of FIG. 7, it may be in a distributed state in which pits (concentric circles) are arranged with respect to the virtual center. The irregular arrangement of the recesses is advantageous for prevention of moire, that is, prevention of occurrence of moire due to interference with regular arrangements such as pixels.
[0049]
When the linear light source is disposed on the side surface of the optical element, it is preferable that the concave portion is disposed so that the optical path changing slope is perpendicular to the transmission direction of the side incident light from the viewpoint of achieving efficient light emission. In general, in the case of a linear light source such as a cathode ray tube, transmitted light in a direction perpendicular to the incident side surface shows the maximum intensity. Therefore, in such a case, as shown in the example of FIG. 6, it is efficient to distribute the recesses A in parallel to the end surface (side surface) of the transparent base material on which the linear light source is to be arranged based on the optical path changing slope. This is advantageous from the point of achieving emission.
[0050]
On the other hand, for example, when the linear light source is composed of a combination of a point light source and a linear light guide plate, the transmitted light with the maximum intensity may be inclined with respect to the normal direction of the incident side surface. In the side-parallel arrangement, light is emitted with an inclination. Therefore, in such a case, it is preferable to arrange the recess so that the light path conversion inclined surface is perpendicular to the transmission direction of the maximum intensity, and the angle is usually 3 with respect to the end face (light incident side face) of the transparent substrate. It is an angle inclined at an angle of 5 to 10 degrees.
[0051]
On the other hand, the pit-like arrangement of the recesses described above is a distribution form that can be preferably applied when a point light source such as a light emitting diode is arranged at the virtual center. In this case, since the transmitted light is transmitted so as to spread from the virtual center, the transmitted light is efficiently incident on the optical path conversion slope located so as to face the virtual center, and effective light emission is achieved. The virtual center may be at the corners or between corners of the side (end face) in the transparent substrate, or outside the sides or corners. Further, the virtual center may be one place, or may be two or more places at different positions.
[0052]
The discontinuous arrangement state of the plurality of recesses can be appropriately determined according to the form of the recesses. As described above, the light path changing slope a is for emitting incident light from the side surface direction by the illuminating device or its transmitted light in the illumination mode by changing the light path in the back direction by reflection. Accordingly, the surface emission state such as luminance can be controlled by the number and arrangement of the recesses.
[0053]
In the above-described front light optical element, the arrangement state of the concave portion relates to the disturbance of the display image due to light scattering or the like and the incident efficiency of the external light in the external light mode. 1/5 or less, especially 3-18%, especially 5-15%, based on the area based on the concave opening of the light emitting means on one side of the material, that is, the area occupied by the projected area of the light emitting means on the substrate surface It is preferable to do.
[0054]
On the other hand, in the optical element for backlight, since the above-described disturbance of the display image and the incident efficiency of external light are not related, the concave portions can be placed in an arbitrary arrangement state. Generally, the arrangement state is 1 to 90%, especially 10 to 70%, particularly 20 to 50% based on the occupied area.
[0055]
It is preferable that the surface on which the concave portion is formed, particularly the optical path conversion slope, is a straight surface with as few irregularities and bends as possible. The cross-sectional shape of the recess may be a shape in which the inclination angle of the surface is constant over the entire surface of the optical element, or light emission on the optical element in response to absorption loss or attenuation of transmitted light due to the previous optical path conversion. For the purpose of achieving uniformity, the concave portion may be enlarged as the distance from the side surface or the virtual center on the light incident side increases.
[0056]
It is also possible to use light emitting means in which the concave portions are distributed and distributed at a constant pitch, or light in which the concave portion is gradually narrowed as the distance from the side surface or virtual center on which light is incident is increased to increase the distribution density of the concave portions. It can also be an emitting means. Furthermore, it is possible to make the light emission uniform on the optical element by light emitting means with a random pitch with irregular distribution density and arrangement position of the recesses. The random pitch is particularly advantageous for preventing moire due to interference with pixels. Therefore, the light emitting means may be composed of a combination of recesses having different shapes and the like in addition to the pitch.
[0057]
Optical elements, particularly those made of transparent films, must have flat surfaces that are as smooth as possible except for the concave portions that form the light emitting means, and in particular an angle change of ± 2 degrees or less, especially 0 It is preferable that the surface has a flat surface. The angle change is preferably within 1 degree per 5 mm length. By adopting such a flat surface, most of the film surface can be made a smooth surface with an angle change of 2 degrees or less, and light transmitted through the inside of an optical transmission body such as a liquid crystal cell can be used efficiently, and an image can be displayed. Uniform light emission without disturbance can be achieved.
[0058]
The optical element can be manufactured by an appropriate method. By the way, as an example, a method of forming a light emitting means by repeating the operation of forming a recess by laser etching that irradiates the irradiated film made of a transparent substrate with laser light to partially remove the irradiated film, etc. Is given.
[0059]
That is, for example, while irradiating a laser beam through a projection mask and irradiating the irradiated film made of a transparent substrate with the laser beam transmitted through the projection mask reduced in size through an optical device that creates a projection image By subjecting the irradiated film to laser etching by changing the irradiation amount of the laser beam through the movement of the projection mask, etc., it is possible to form a fine recess with a triangular cross section with excellent shape accuracy, and the recess forming operation is irradiated. By repeating it at a predetermined position on the film, it is possible to form a light emitting means in which the concave portions are distributed and distributed with high positional accuracy. In addition, a concave portion having a trapezoidal cross section can be formed by performing laser etching penetrating the film by using a thin film to be irradiated in the above.
[0060]
Further, the laser beam is irradiated through a projection mask having a trapezoidal opening having a predetermined size, and the opening on the surface of the irradiated film is trapezoidal by opening and closing the opening through a separate projection mask or the like. Can be formed. In that case, the opening / closing operation of the opening can continuously remove the material for forming the film to be irradiated according to the movement distance of the mask, and the position where the irradiation time of the laser beam is longer is closer to the closing position of the mask opening. The recess (groove) A is formed by being etched so deeply.
[0061]
In addition, the formation of the concave portion A including the optical path converting slope a having an inclination angle θ1 of 35 to 48 degrees and the facing surface b having the angle θ2 of 35 to 90 degrees with respect to the plane formed by the irradiated film is performed by, for example, etching. Laser etching is performed at a rate (etching amount per shot) of 0.01 to 5 μm / pulse, and at that time, one side of the parallel side and the other side of the trapezoidal opening of the projection mask are 1.1 to 150 times larger It can be performed by a method of opening and closing at a speed ratio.
[0062]
The distribution of the pit-like arrangement described above assumes, for example, a virtual center on the end face of the film to be irradiated or the outside thereof when irradiating laser light, and in a direction orthogonal to the virtual radiation derived from the virtual center. It can be formed by providing a recess so that an opening / closing line of a trapezoidal opening in the projection mask is formed.
[0063]
In the above, examples of laser light include excimer laser, YAG laser, titanium / sapphire laser, and CO. 2 One type or two or more types that can be dry-etched, such as laser and femtosecond laser, can be used. In particular, ablation processing using an oscillator capable of obtaining laser light in the ultraviolet region with a wavelength of 400 nm or less is preferable from the viewpoint of fine processing accuracy and the like. Laser light can be irradiated to the film to be irradiated as a harmonic of the second order, the third order, the fourth order or the like.
[0064]
On the other hand, an appropriate mask made of a laser light shielding material such as metal can be used as the projection mask. A glass mask in which an appropriate laser light shielding material such as metal or dielectric is vapor-deposited on a glass plate made of quartz or the like, and the vapor deposition layer is patterned as necessary to form a laser light transmitting portion instead of the opening. Etc. can also be used. The vapor deposition material for the glass mask is not limited, but chromium, aluminum, molybdenum, a dielectric multilayer film, and the like are preferable from the viewpoint of durability against laser light and resolution.
[0065]
The optical element can be manufactured integrally by using the transparent base material on the irradiated film by the above-described method. From the viewpoint of mass productivity, a preferable method for manufacturing an optical element is to manufacture a mold for forming an optical element using the optical element obtained by the above method as a mother mold, and mass-produce the optical element using the mold. It is a method to do.
[0066]
Incidentally, the mold can be formed by transferring the shape of the surface on which the light emitting means of the optical element is formed to a mold forming material. In addition, the optical element can be formed by transferring the form of the surface having the convex portion that can form the light emitting means in the obtained mold to the transparent substrate and then separating it from the mold. In this case, the irradiated film used for the mother mold is formed with a concave portion having a rectangular opening on the surface, and the side surface of the convex portion in the mold is cut to form a transparent substrate. The above-mentioned trapezoidal concave portion intended for the opening on the surface can be formed when transferred to the surface. Therefore, the shape of the concave portion or the light emitting means formed by the shape transfer can be adjusted through the processing on the convex portion formed in the mold.
[0067]
The method of forming the optical element by transferring the form of the light emitting means to the mold as described above can be applied even when the material having the form of the light emitting means is not an optical element, and light provided on the material that is not the optical element. An optical element can also be formed by a method in which a form corresponding to the emitting means is transferred to a mold, and the surface form transferred to the mold is transferred to a transparent substrate. Therefore, in that case, a film other than the transparent substrate can be used as the irradiated film.
[0068]
In the manufacture of a mold for forming an optical element using an irradiated film having a plurality of predetermined concave portions as a matrix, for example, an electroforming method is applied to the irradiated film provided with a light emitting means or a form corresponding thereto. Can be performed. As a result, it is possible to form a mold having convex portions corresponding to high precision in the concave portions forming the light emitting means provided on the irradiated film.
[0069]
As the electroforming method, a metal mold having a replica filled with a metal from the laser-treated side of the irradiated film and having a replica of the surface shape of the irradiated film having the light emitting means, etc. It is possible to apply a conventional method for forming In that case, the irradiated film can be supported on a substrate made of glass or metal. Note that a conductive film is provided on the irradiated film when the metal layer is formed, and a method according to the related art can be applied to the formation of the conductive film.
[0070]
There are no particular limitations on the type of metal that forms the mold. Generally, for example, gold, silver, copper, iron, nickel, cobalt, or alloys thereof are used, and nitrides, phosphorus, etc. are added. It may be. The metal species to be used may be one or two or more, and a mold formed by laminating different metals can also be formed.
[0071]
The thickness of the metal layer formed as a mold may be determined as appropriate. Metal foil or metal plate made of a metal layer having a thickness of about 0.02 to 3 mm in thickness of the portion not having a convex portion from the viewpoint of preventing breakage when separated from the film to be irradiated and handling properties when forming an optical element It is preferable to use a mold according to.
[0072]
The optical element is formed through the mold by, for example, applying a radiation curable resin to a transparent film, a transparent plate, or the like, if necessary, in close contact with the surface on which the convex portion of the mold is formed. The surface shape of the convex portion forming side of the mold is copied to the radiation curable resin layer, thereby forming a molded layer that reflects the surface shape, and the molded layer is irradiated with radiation to cure the molded cured layer. Can be separated from the mold.
[0073]
When forming the optical element, the transparent substrate or the transparent substrate made of a transparent plate with respect to the radiation-curable resin molding layer is placed in close contact with the above-described prior coating method, for example, the molding layer on the mold. It is possible to adopt an appropriate method that can cure the molding layer by irradiating radiation from the transparent substrate side in a state where the transparent substrate is in close contact with the molding layer, such as a posterior method of arranging the transparent substrate on the top. it can.
[0074]
As the radiation curable resin, for example, one or two or more kinds of appropriate resins that can be cured by irradiation with ultraviolet rays such as the above-described ultraviolet curable resin, in particular, irradiation with ultraviolet rays or / and electron beams are used. There is no particular limitation on the type. In particular, a radiation curable resin capable of forming a molded cured layer having excellent light transmittance is preferable.
[0075]
In addition, a transparent film or a transparent plate that may be used for supporting a radiation curable resin to form an optical element, if necessary, has an appropriate transparency depending on the wavelength range of light incident through an illumination device or the like. It can be formed using one or more of the materials. Incidentally, in the visible light region, for example, transparent resins represented by those exemplified for the above-mentioned transparent substrate, and curable resins that can be polymerized by heat, ultraviolet rays, electron beams, and the like can be mentioned.
[0076]
When a transparent transparent substrate is used for forming the molded cured layer of the radiation curable resin, the optical element can be obtained as the transparent substrate and the molded cured layer fixed and integrated. Further, it can also be obtained as comprising the molded and hardened layer in a state separated from the transparent substrate. Separation of the transparent substrate and the molded cured layer can be achieved by an appropriate method such as a method of surface-treating the transparent substrate with a release agent.
[0077]
In the case of the fixed integration described above, if the refractive index difference between the molded and hardened layer and the transparent substrate is large, the light emission efficiency may be greatly reduced due to interface reflection or the like. Radiation that can form a molded hardened layer having a refractive index difference of -0.02 to 0.04, especially -0.01 to 0.03, especially 0 to 0.02, from the point of preventing it. A curable resin is preferred. Moreover, in that case, it is preferable from the point of the emission efficiency to raise the refractive index of the shaping | molding hardening layer added rather than a transparent base material.
[0078]
The thickness of the radiation-curable resin coating layer formed on the mold or on the transparent substrate is 1 to 5 times, especially 1.1 to 3 times, especially 1. Although 2 to 2 times is preferable, it is not limited to this.
[0079]
As a method of forming an optical element through the above-mentioned mold, a shape is transferred to a thermoplastic resin by a thermosetting treatment using a thermosetting resin instead of a radiation curable resin or a hot press method. There are also ways to do this. Another example is a method in which a mold formed by the electrocasting method is installed in an injection mold or a casting mold, and an optical element is molded by an injection molding method or a casting method. Such a molding method is particularly suitable when, for example, an optical element made of a plate-like transparent substrate that can be used as a light guide plate or the like is formed.
[0080]
Therefore, the optical element is formed by transferring the form of the surface having the convex portion that can form the light emitting means in the mold through an appropriate material such as a thermoplastic resin or a curable resin that is in a fluidized state as necessary. It can be formed by an appropriate method capable of forming a transparent substrate.
[0081]
The light emitting means forming surface of the optical element is subjected to non-glare treatment or antireflection treatment for the purpose of preventing visual obstruction due to surface reflection of external light, and hard coat treatment for the purpose of preventing scratches as necessary. Can do. The optical element subjected to such treatment can be preferably used particularly for the front light system.
[0082]
The above-mentioned non-glare treatment is performed by making the surface into a fine concavo-convex structure by various methods such as a roughening method such as a sand blasting method or an embossing method, or a resin coating method in which the transparent particles such as silica are mixed. Can be applied. The antireflection treatment can be performed by a method of forming an interfering vapor deposition film. Further, the hard coat treatment can be performed by a method of applying a hard resin such as a curable resin. The non-glare treatment, the antireflection treatment and the hard coat treatment can be applied to a film adhesion method or the like subjected to one or more treatments.
[0083]
The optical element may have an adhesive means 11 on the side not having the light emitting means as in the example of FIG. As described above, an optical element made of a transparent film is disposed on a substrate such as a light guide plate or a cell substrate that transmits incident light from side surfaces and corners. In that case, the optical element is brought into close contact with the substrate through the bonding means, thereby improving the reflection efficiency through the light path changing slope of the light emitting means, and consequently the luminance by effective use of incident light from the direction of the side surface or the like. Can do.
[0084]
For the formation of the adhesive layer as the adhesive means, for example, an appropriate material such as an adhesive that is cured by irradiation with ultraviolet rays or radiation or heating can be used, and there is no particular limitation. In particular, those having excellent transparency and small refractive index difference from the adherend are preferable. In addition, an adhesive layer can be preferably used in terms of handling properties such as simple adhesiveness and stress relaxation properties that suppress the generation of internal stress.
[0085]
The refractive index of the adhering means is 1.49 or more, especially 1.50 or more, especially 1.51 or more, more preferably 1.52 or more from the viewpoint of the light emission efficiency and the like, similar to the transparent substrate described above. preferable. In particular, from the viewpoint of light transmission efficiency, it is preferable that the refractive index of the optical element made of an adhesive means or a transparent film is higher than or at least the same as the refractive index of the substrate that mainly transmits side incident light. When the refractive index is low, when the angle of the transmitted light is small with respect to the substrate surface of the transmission main body, the transmitted light is easily confined in the substrate by total reflection, and the light emission efficiency is likely to be lowered.
[0086]
Even when the refractive index difference at the interface is large, transmission light is easily confined by the interface reflection. Therefore, from the viewpoint of reducing the total reflection and interface reflection, the difference in refractive index between the transmission main substrate and the bonding means is preferably as small as possible, preferably 0.05 or less, especially 0.03 or less, In particular, it is preferably 0.02 or less, more preferably 0.01 or less.
[0087]
For the formation of the above-mentioned adhesive layer, for example, an adhesive based on an appropriate polymer such as rubber-based, acrylic-based, vinyl alkyl ether-based, silicone-based, polyester-based, polyurethane-based, polyether-based, polyamide-based, or styrene-based polymer. An agent or the like can be used. Among them, those having excellent transparency, weather resistance, heat resistance and the like, such as an acrylic pressure-sensitive adhesive mainly composed of a polymer mainly composed of alkyl ester of acrylic acid or methacrylic acid, are preferably used.
[0088]
In addition, the adhesive layer includes inorganic particles having conductivity such as silica, alumina, titania, zirconia, tin oxide, indium oxide, cadmium oxide, and nonmony oxide, and organic particles such as a crosslinked or uncrosslinked polymer. One kind or two or more kinds of appropriate transparent particles may be contained to obtain a light diffusion type.
[0089]
An optical element, particularly an optical element made of a transparent film, can also be used as a transparent protective layer of a polarizing plate. That is, the optical element can be laminated on the polarizing plate through the side not having the light emitting means. In that case, the optical element and the polarizing plate are bonded and laminated via the bonding means, so that the reflection efficiency through the light path changing slope of the light emitting means, and the effective use of incident light from the side and corner directions This is preferable from the viewpoint of improving the luminance.
[0090]
The above-described polarizing plate-integrated optical element can be applied to a liquid crystal display panel or the like as it is. In that case, a method of arranging the optical elements so that the light emitting means is located outside is usually used. By using an optical element that does not easily generate a phase difference due to birefringence, when the linearly polarized light enters through the polarizing plate, the polarization state can be maintained well, and the absorption and display when the light enters the polarizing plate again. Degradation can be effectively prevented.
[0091]
As a polarizing plate, a suitable thing can be used and there is no limitation in particular. Higher hydrophilicity such as polyvinyl alcohol film, partially formalized polyvinyl alcohol film, ethylene / vinyl acetate copolymer partially saponified film, etc. A polarizing plate having a high degree of polarization can be preferably used, such as an absorption-type polarizing film formed by stretching a molecular film by adsorbing a dichroic substance such as iodine or a dichroic dye.
[0092]
The polarizing plate may have a transparent protective layer on one side or both sides of the polarizing film. The transparent protective layer can be applied by a film adhesion method or a coating method such as a polymer solution, and the formation thereof is exemplified by the resin exemplified in the above transparent base material, especially transparency and mechanical strength such as triacetyl cellulose, Resins excellent in thermal stability and moisture shielding properties are preferably used. The above-described polarizing plate-integrated optical element may be laminated with the optical element serving also as the transparent protective layer for the purpose of thinning, or may be laminated in a state of being added to the outside of the transparent protective layer. Good.
[0093]
The polarizing plate-integrated optical element can be provided with an adhesive means such as a transparent adhesive layer for adhering to other members such as a liquid crystal cell, if necessary. The adhesive layer can conform to the above. The adhesive layer provided on the optical element is temporarily covered with a release sheet 12 for the purpose of preventing foreign matters from being mixed until it is put to practical use as shown in FIG. Is preferred. The optical element can be covered with a surface protective film to suppress the adhesion of scratches and dirt.
[0094]
The optical element has a vertical direction (normal direction) that is advantageous for visual recognition of incident light or transmitted light from the direction of the side surface or corner by the illuminating device via its light emitting means (optical path changing slope). It is possible to change the optical path to emit light with high light utilization efficiency and to exhibit good transparency to external light.
[0095]
Therefore, for example, it is applied to various liquid crystal display panels such as a conventional transmissive type, a reflective type or a semi-transmissive type having a reflective layer or a semi-transmissive reflective layer, and is bright and easy to see, or for both external light and illumination. Various devices such as a non-light-emitting display device such as a liquid crystal display device can be formed. In the case of an optical element made of a transparent film, a thin and light weight liquid crystal display device can also be achieved.
[0096]
Examples of the liquid crystal display device described above are shown in FIGS. 10 shows an optical element 1 bonded to a transparent plate 20 and an illuminating device 3 arranged on the side surface to form a sidelight type light guide plate 2, which is arranged on the back side of a conventional transmissive liquid crystal display panel 101, An example of a light-type liquid crystal display device 100 is shown.
[0097]
FIG. 11 also shows the front light type external light / illumination type liquid crystal display device 200 by arranging the side light type light guide plate 2 on the viewing side of a conventional reflective liquid crystal display panel 201 having a reflective layer. An example is shown. 111, 116, and 211 are polarizing plates, 112 and 212 are light diffusion plates, 113, 115, and 213 are retardation plates, and 114 and 214 are liquid crystal cells that include a transparent electrode, a reflective layer, or an alignment film. Reference numeral 225 denotes a reflective layer.
[0098]
As shown in the figure, the liquid crystal display device can be formed by disposing the optical element 1 on at least one side of the liquid crystal cells 114 and 214 in the liquid crystal display panels 101 and 201. In that case, the optical element is generally arranged on at least one of the viewing side or the back side of the liquid crystal display panel so that the side having the light emitting means is the outside.
[0099]
As described above, the optical element can be formed as a transparent film type or a light guide plate type, and any of them can be used as a front light or a backlight. In general, a light guide plate type optical element is preferably used as a backlight. . An optical element, particularly a transparent film type, is preferably bonded to a liquid crystal cell or the like through an adhesive layer from the viewpoint of achieving bright display.
[0100]
Further, in an optical element, particularly a transparent film type optical element, it is disposed on at least one of the viewing side or the back side of the liquid crystal display panel, and one or more side surfaces or / and corners of the liquid crystal display panel, particularly optical It is also possible to form a panel illumination mechanism by arranging one or more lighting devices on one or more side surfaces and / or corners of the cell substrate on which the element 1 is arranged.
[0101]
In the case of the optical element having the light emitting means having the pit-like arrangement as in the example of FIG. 7, the pit-like arrangement is achieved from the point that the radial incident light from the point-like illumination device is efficiently used to achieve bright display. It is preferable to arrange a point-like illumination device on the side surface or / and the corner of the liquid crystal display panel on the vertical line including the virtual center of the light emitting means. The figure shows an optical element having light emitting means arranged in a pit shape, in which the illumination device is arranged at the corner of the liquid crystal display panel.
[0102]
As a lighting device disposed on the side surface of the light guide plate or the liquid crystal display panel, an appropriate device can be used. For example, in addition to a point light source such as a light emitting diode, a linear light source such as a (cold, heat) cathode tube, an array body in which point light sources are arranged in a line or surface, or a point light source and a linear light guide plate A combination of the incident light from the point light source and the linear illumination device via the linear light guide plate in combination can be preferably used.
[0103]
In addition, it is preferable that the illumination device is disposed on the light guide plate, the side surface of the liquid crystal display panel, or the like on which the optical path conversion slope of the optical element faces, from the viewpoint of emission efficiency. Including the above-mentioned pit arrangement, the incident light from the side surface and the corner through the illumination device is efficiently arranged by arranging the light path changing slope so as to face the illumination device as vertically as possible. It can be converted into a planar shape and can emit surface light with high efficiency.
[0104]
Therefore, in the case of an optical element having a light emitting means with a concave portion having a concave portion having a two-side optical path changing slope, and having a facing surface satisfying an inclination angle as an optical path changing slope, facing the light guide plate, cell substrate, etc. It is also possible to arrange a number of lighting devices corresponding to both the side surfaces and the corners. In the case of a pit arrangement, a point-like illumination device can be arranged at one place or two or more places corresponding to the virtual center of the light emitting means in the optical element.
[0105]
The illumination device enables visual recognition in the illumination mode by lighting, and in the case of an external light / illumination type liquid crystal display device, it is not necessary to be lit when visually confirming in the external light mode by external light. Therefore, it can be switched on / off. As the switching method, any method can be adopted, and any of the conventional methods can be adopted. Note that the illumination device may be of a different color light emission type capable of switching the emission color, or may be capable of emitting different color light through different types of illumination devices.
[0106]
For the lighting device, a combination body in which appropriate auxiliary means such as a reflector surrounding the light guide plate and the side surface of the liquid crystal cell, etc., are arranged as necessary to guide the divergent light to the side surface of the light guide plate or the liquid crystal cell. As the reflector, an appropriate reflection sheet such as a resin sheet, a white sheet, or a metal foil provided with a highly reflective metal thin film can be used. The reflector can also be used as a fixing means that also serves as an enclosure of the lighting device, for example, by bonding the end of the reflector to an end of a liquid crystal cell substrate or the like.
[0107]
In general, a liquid crystal display device includes a liquid crystal cell that functions as a liquid crystal shutter, an accompanying driving device, a front light or a backlight (optical element), and components such as a reflective layer and a compensation retardation plate as necessary. It is formed by assembling. In the present invention, there is no particular limitation except that an illumination mechanism is formed using an optical element and an illumination device, and the illumination mechanism can be formed according to a conventional front light type or backlight type.
[0108]
Accordingly, the liquid crystal cell to be used is not particularly limited. As shown in the figure, liquid crystal is sealed between cell substrates via a sealing material, and display light is obtained through light control by the liquid crystal or the like. A transflective type using a transflective reflective layer that transmits and reflects light such as a mold, a reflective type, or a half mirror can be used.
[0109]
Incidentally, specific examples of the liquid crystal cell include a TN type, STN type, IPS type, HAN type, OCB type, VA type twist type, non-twist type, guest host type, ferroelectric liquid crystal type liquid crystal cell, or Examples thereof include a light diffusion type liquid crystal cell such as an internal diffusion type. The liquid crystal driving method may be an appropriate one such as an active matrix method or a passive matrix method.
[0110]
In the reflective or transflective liquid crystal display device, the arrangement of the reflective layer or transflective layer is essential, but the arrangement position can be provided inside the liquid crystal cell as illustrated in FIG. It can also be provided outside the cell. Therefore, in the example of FIG. 11, the reflective layer 215 also serves as an electrode.
[0111]
For the reflective layer, for example, a coating layer containing a powder of high reflectivity metal such as aluminum, silver, gold, copper, or chromium in a binder resin, or a metal thin film attached layer by a vapor deposition method, the coating layer or the attached layer It can be formed as an appropriate reflective layer according to the prior art, such as a reflective sheet having a layer supported by a substrate, a metal foil, a transparent conductive film, or a dielectric multilayer film. The semi-transmissive reflective layer can also be formed as an appropriate semi-transmissive reflective layer according to the prior art, such as a half mirror, a reflective material-containing sheet, or a plurality of holes provided in the reflective layer.
[0112]
On the other hand, the transmissive liquid crystal display device can be manufactured by forming a backlight mechanism by arranging optical elements on the back side of the liquid crystal display panel as in the example of FIG. In that case, by providing a reflective layer on the back side (outside) of the light emitting means, it can be used for panel lighting by reflecting the light leaking from the light path changing slope and returning it to the direction of the liquid crystal cell, improving the brightness. Can be planned. Moreover, by making the reflective layer a diffuse reflection surface, the reflected light can be diffused and directed in the front direction, and can be directed in an effective direction by visual recognition.
[0113]
Furthermore, it is possible to form a transmissive and external light / illumination type liquid crystal display device by arranging the reflective layer. In that case, a transparent film type optical element can be particularly preferably used. The reflective layer disposed in the transmissive liquid crystal display device can conform to the reflective layer exemplified in the above reflective liquid crystal display device. In a reflective liquid crystal display device having a liquid crystal layer that modulates light by an electric field, a front light type in which an optical element is arranged on the viewing side of a liquid crystal cell as in the example of FIG. 11 is common.
[0114]
On the other hand, in the case of a transflective liquid crystal display device using a transflective reflective layer, the illumination mechanism can be formed by either the above-described front light system or backlight system. Accordingly, an optical element is arranged on both the viewing side and the back side of the liquid crystal display panel to form an external light / illumination type transflective liquid crystal display device provided with both front light and backlight illumination mechanisms. You can also
[0115]
In the above transmission type, when the reflective layer is disposed outside the liquid crystal cell, the cell substrate or electrode needs to be formed as a transparent substrate or transparent electrode in order to enable liquid crystal display. On the other hand, when a reflective layer is provided inside the liquid crystal cell as in the example of FIG. 11, the cell substrate or electrode on the viewing side must be formed as a transparent substrate or transparent electrode in order to enable liquid crystal display. However, the cell substrate on the back side does not need to be transparent like the reflective layer 215, and may be formed of an opaque body. In the case of a transflective type, it can conform to the above transmissive type or reflective type.
[0116]
When the cell substrate is used as the light transmission main body, the thickness can be appropriately determined according to the sealing strength of the liquid crystal, the size of the lighting device to be arranged, and the like. In general, the thickness is 10 μm to 5 mm, especially 50 μm to 2 mm, especially 100 μm to 1 mm, in view of the balance between light transmission efficiency and thin and light weight. In addition, the thickness of the cell substrate may be different between the side where the lighting device is disposed and the side where the lighting device is not disposed, or may be the same thickness. In the case of a transparent film type optical element, it is advantageous to increase the thickness of the cell substrate on the side where the illumination device is arranged in order to improve the luminance.
[0117]
When forming a liquid crystal display panel, an alignment film such as a rubbing film for aligning liquid crystals, a color filter, a low refractive index layer, a polarizing plate, a retardation plate, etc. for realizing color display are provided as necessary. Can do. In general, the alignment film is disposed adjacent to the liquid crystal layer, and the color filter is disposed between the cell substrate and the electrode. Note that a polarizing plate for the purpose of controlling display light via linearly polarized light can be disposed at one or both appropriate positions on the viewing side and the back side of the liquid crystal cell.
[0118]
The low refractive index layer described above reflects the incident light from the direction of the side surface and the corner through the lighting device, and efficiently transmits it to the rear in the direction far away from the lighting device. The purpose is to improve the uniformity of the brightness over the entire surface of the panel display surface. Therefore, the low refractive index layer can be advantageously applied in the case of a transparent film type optical element. The low refractive index layer can be formed as a transparent layer or an adhesive layer made of an appropriate low refractive index material made of an inorganic material or an organic material such as a fluorine compound depending on the arrangement position.
[0119]
The arrangement position of the low refractive index layer is preferably the inner side of the cell substrate on which the illumination device is arranged, that is, the surface opposite to the optical element mounting side of the substrate from the viewpoint of improving the brightness of the liquid crystal display. Further, a low refractive index layer having a refractive index of 0.01 or more, especially 0.02 to 0.15, particularly 0.05 to 0.10, is preferable from the viewpoint of improving the brightness of the liquid crystal display.
[0120]
When forming a liquid crystal display device, if necessary, a liquid crystal display panel having one or more appropriate optical layers such as a light diffusing layer and a retardation plate in addition to the above-described non-glare layer may be used. . The purpose of the light diffusing layer is to expand the display range by diffusing display light, to make the luminance uniform by leveling light emission, and to increase the amount of light incident on the optical element by diffusing transmitted light in the liquid crystal cell. The optical layer to be added can be applied to a liquid crystal cell by being laminated and integrated with an optical element via an adhesive layer or the like, if necessary.
[0121]
The light diffusing layer can be provided by an appropriate method using a coating layer or a diffusing sheet having a surface fine concavo-convex structure according to the non-glare layer. The light diffusing layer can also be arranged as a layer that also serves as an adhesive layer by blending transparent particles in the adhesive layer, whereby the liquid crystal display device can be thinned. One layer or two or more layers of the light diffusion layer can be disposed at an appropriate position such as between the optical element and the liquid crystal cell substrate on the viewing side.
[0122]
The retardation plate described above is usually disposed between the polarizing plate on the viewing side or / and the back side and the cell substrate as shown in the figure for the purpose of expanding the viewing angle by optical compensation and preventing coloring. As the retardation plate for compensation, an appropriate one can be used in accordance with the wavelength region or the like, and it may be formed as an overlapping layer of one or more retardation layers.
[0123]
The retardation plate is a birefringent film obtained by stretching a film made of an appropriate transparent polymer by an appropriate method such as uniaxial or biaxial, an appropriate liquid crystal polymer alignment film such as a nematic or discotic type, and the like. The alignment layer may be obtained by supporting it with a transparent substrate, or may be one in which the refractive index in the thickness direction is controlled under the action of the heat shrinkage force of the heat shrinkable film.
[0124]
In the reflection type liquid crystal display device of FIG. 11 described above, the visual recognition by both external light and illumination is such that the light emitted from the side having no optical element of the light guide plate passes through the liquid crystal cell in the illumination mode by lighting of the illumination device 3. After being reflected by the reflective layer 215, the light reaches the optical element via the liquid crystal cell in the reverse direction, and the display light transmitted from the portion other than the light emitting means A is visually recognized.
[0125]
On the other hand, in the external light mode by turning off the lighting device, light incident from a portion other than the light emitting means on the light emitting means forming surface of the optical element 1 passes through the reflective layer 215 and reversely passes through the liquid crystal cell according to the above. Thus, the display light transmitted through the portion other than the light emitting means is visually recognized.
[0126]
On the other hand, in the transmissive liquid crystal display device, the external light and the illumination are both visually recognized. In the illumination mode in which the illumination device is turned on, the light emitted from the optical element arranged on the back side enters the liquid crystal cell and is transmitted through the polarizing plate. Display light is visually recognized. In the external light mode by turning off the lighting device, the external light incident from the viewing surface passes through the liquid crystal cell and reaches the optical element, and the light incident from the portion other than the light emitting means on the light emitting means forming surface is the back surface. Display light that is inverted through the reflective layer provided on the liquid crystal cell and transmitted through the liquid crystal cell in the reverse direction is visually recognized. In the transflective liquid crystal display device, visual recognition is performed for both external light and illumination according to the reflection type and the transmission type.
[0127]
In the present invention, the components forming the non-light emitting display device such as the above-described liquid crystal display device may be wholly or partially stacked and integrated and fixed, or arranged in an easily separated state. May be. It is preferable to be in a fixed state from the viewpoint of preventing a decrease in contrast due to suppression of interface reflection. Moreover, it is preferable that the transparent film type optical element is in a fixed adhesion state. For the fixing treatment, an appropriate transparent adhesive such as a pressure-sensitive adhesive can be used, and the transparent adhesive layer can contain transparent particles or the like to form an adhesive layer exhibiting a diffusion function.
[0128]
In addition, the above-mentioned formed parts, particularly those on the viewer side, absorb ultraviolet rays by treating with ultraviolet absorbers such as salicylic acid ester compounds, benzophenone compounds, benzotriazole compounds, cyanoacrylate compounds, nickel complex compounds, etc. It can also have a function.
[0129]
【Example】
Example 1
A UV-curable acrylic resin is dropped onto an unstretched PC (polycarbonate) film with a thickness of 60 μm with a dropper, spreads to a thickness of 25 μm with an applicator, and the coating layer is processed into a predetermined shape with a rubber roller in advance. After sticking to the mold and extruding excess resin and air bubbles, 300 mJ / cm of UV light is emitted from the metal halide lamp. 2 The transparent film having a refractive index of 1.522 having light emitting means formed by irradiation was cured from the mold and cut into a predetermined size, and then separated from the unstretched PC film.
[0130]
Next, an acrylic adhesive layer having a refractive index of 1.520 is provided on the surface of the transparent film having a width of 20 mm and a length of 30 mm which does not have the light emitting means, and the transparent film is 25 mm in width and length through the adhesive layer. It was bonded to an acrylic resin plate having a thickness of 37 mm, a thickness of 1 mm, and a refractive index of 1.50 to obtain a light guide plate type optical element.
[0131]
The concave portion forming the light emitting means has a triangular cross section, a trapezoidal opening on the film surface, an optical path conversion slope forming side length of 100 μm, an opposing surface forming side length of 90 μm, and a width of It is about 10 μm, and has an optical path changing slope with an inclination angle of about 41 degrees with respect to the film surface and an opposing surface with about 72 degrees.
[0132]
Further, the light emitting means in the transparent film has a plurality of the concave portions arranged in a random arrangement position in parallel with the width direction of the film and with an even distribution density so that the light path changing slope faces the end surface in the width direction of the film. The film surface between the recesses is flat, and the area occupied by the openings of all the recesses on the film surface is about 1/15.
[0133]
In addition, manufacture of the metal mold | die used for formation of an above described transparent film is based on the following method. In other words, excimer laser light with a wavelength of 248 nm is irradiated with a beam width of 1.5 mm through a projection mask in which a metal foil is provided with a trapezoidal or rectangular opening of a predetermined shape, and the transmitted light of the projection mask is reduced to 1/15 through a lens. Then, in the method of irradiating the polyimide film fixed on the glass substrate, the aperture is opened from a 150 μm width while irradiating the laser beam at an etching rate of 0.26 μm / pulse, and two projection masks for shielding the aperture. Were moved at a constant speed in the width direction at different speed ratios of 30: 4 to form a closed state, and a concave portion having a triangular cross section formed by deep etching in the polyimide film toward the closing direction of the opening was formed.
[0134]
Next, after determining the basic arrangement of the recesses so as to have a predetermined density, the position of the etching process is changed with respect to the polyimide film based on the coordinate data generated by generating a restricted random number and randomizing the arrangement. While being repeatedly cleaned, an irradiated film (matrix) having a light emitting means is formed to make the surface with the recess conductive, and nickel-phosphorous is filled on the surface by electrocasting to a thickness of about 200 μm. After the metal layer is formed, the irradiated film is peeled off to obtain a mold having a convex portion forming surface corresponding to a predetermined light emitting means.
[0135]
Example 2
An optical element was obtained according to Example 1 except that the transparent film and the acrylic resin plate were bonded via an acrylic adhesive layer having a refractive index of 1.505.
[0136]
Example 3
An optical element was obtained according to Example 1, except that the transparent film and the acrylic resin plate were bonded via an acrylic ultraviolet curable adhesive layer having a refractive index of 1.52.
[0137]
Example 4
An optical element was obtained according to Example 1 except that an acrylic resin plate was used instead of the unstretched PC film, and a transparent film was directly formed and fixed on the resin plate.
[0138]
Example 5
A transparent film was produced in the same manner as in Example 1 except that a mold having a roughened surface by sandblasting was used, and an optical element was obtained in accordance with Example 1 using the transparent film. When the shape of the uneven surface as the light emitting means in the transparent film was evaluated using a Talysurf manufactured by Taylor Hobson, the maximum value of the inclination angle was about 15 degrees, and almost random unevenness was formed.
[0139]
Example 6
An optical element was obtained according to Example 1, except that the transparent film and the acrylic resin plate were bonded via an acrylic adhesive layer having a refractive index of 1.47.
[0140]
Example 7
A transparent film having a refractive index of 1.46 was formed in the same manner as in Example 1 except that a different ultraviolet curable resin was used, and an optical element was obtained according to Example 1 by using the transparent film.
[0141]
Example 8
A transparent film was formed in the same manner as in Example 1 except that a different mold was used, and an optical element was obtained according to Example 1 using the transparent film. The light emitting means has a concave portion forming a triangular cross section and a rectangular opening on the film surface, the length of the optical path conversion slope forming side and the length of the opposing surface forming side is about 30 μm, and the width is also about 30 μm. This is different from Example 1 only in that point. Accordingly, the inclination angle of the optical path changing slope is about 41 degrees, and that of the opposite surface is about 72 degrees.
[0142]
Example 9
A transparent film was formed in the same manner as in Example 1 except that a different mold was used, and an optical element was obtained according to Example 1 using the transparent film. The light emitting means has a concave section forming a triangular cross section and a rectangular opening on the film surface, the length of the optical path conversion slope forming side and the length of the opposing surface forming side is about 100 μm, and the width is about 10 μm. And differs from Example 1 only in that the inclination angle of the optical path changing slope is about 60 degrees. Therefore, the inclination angle of the facing surface is about 72 degrees.
[0143]
Example 10
A transparent film was formed in the same manner as in Example 1 except that a different mold was used, and an optical element was obtained according to Example 1 using the transparent film. The light emitting means has an opening on the film surface having a width of about 10 μm and a continuous groove having a triangular cross section continuous from one end to the other end at a pitch of 180 μm, and the inclination angle of the optical path conversion slope is about 41 degrees. The angle of inclination of the facing surface is about 72 degrees. The film surface between the continuous grooves is flat, and the area occupied by the openings of all the continuous grooves on the film surface is about 1/15.
[0144]
Evaluation test
A cold-cathode tube is arranged on the side surface of the optical element obtained in Examples 1 to 10 facing the optical path conversion slope, and is surrounded and held by a silver-deposited polyester film to form a sidelight-type light guide plate. A reflective liquid crystal display device of the front light type was manufactured by arranging on the upper surface of the reflective liquid crystal display panel so as to be on the viewing side. Next, the cold cathode tube was turned on in the dark room without applying a voltage to the liquid crystal cell, and the front luminance (BM7, manufactured by Topcon Corporation) at a position 10 mm (center of the screen) from the incident side surface was examined. Moreover, the light emission state and the state of moire were observed. The results are shown in the following table.
[0145]
Figure 0004191498
The unit of front luminance is cd / m. 2 It is.
[0146]
Examples 1-4, 8, and 10 were superior to Example 5 in terms of uniformity in addition to brightness. In Example 5, light was emitted at a large angle in the direction opposite to the light source, and the screen was dark without substantially contributing to the illumination of the liquid crystal display device. In Examples 6 and 7, the screen was darker than the example in the vicinity of the front.
[0147]
When the light guide plate was observed from the light emitting surface in the front light state, that is, the surface having no light emitting means, in Examples 1 to 4, light was emitted strongly in the vicinity of the front direction, whereas in Examples 6 and 7, Rather it was dark near the front. In Example 9, the emission toward the light source side was particularly strong, and the intensity of the emission was greatly reduced in the front direction.
[0148]
In Example 8, the brightness was slightly lower than in Examples 1 to 4, the tendency to become darker as the distance from the light source was stronger than in Examples 1 to 4, and white blurring due to scattering was larger than in Examples 1 to 4, making it difficult to see the display. . In Example 10, the brightness corresponded to Examples 1 to 4, but clear moire was observed.
[0149]
On the other hand, the visual recognition in the external light mode with the light source turned off was good in the other examples except that the moire was observed in the example 10.
[0150]
On the other hand, in Examples 1 to 4, the front and back sides of the sidelight type light guide plate are reversed, a reflective plate is arranged on the light emitting means side, and a transmissive liquid crystal display panel is arranged on the light emitting surface of the light guide plate to serve as a backlight. As a result, it was possible to realize a bright and easy-to-see transmission type liquid crystal display device. This liquid crystal display device can be seen in the external light mode even when the backlight is turned off in a bright environment, and is a good external light / illumination type (transmission type) liquid crystal display device.
[0151]
In addition, the transparent film obtained in Examples 1 to 4 is pasted on the viewing side of a reflective liquid crystal display panel in which a low refractive index layer having a refractive index of 1.38 is provided inside the cell substrate on the viewing side. When a cold cathode tube was arranged on the side of the panel, bright illumination could be realized without using a light guide plate.
[0152]
As described above, in the present invention, scattering of the transmission light by the side surface of the concave portion is prevented, the incident light in the horizontal direction is efficiently converted into the optical direction in the vertical direction, and the front directivity of the outgoing light is excellent, and scattered light and moiré are not easily generated. It can be seen that a transparent film type and a light guide plate type optical element having light emitting means can be formed.
[0153]
In addition, the transparent film type optical element can be pasted on a transparent plate to form a bright light-emitting clear light guide plate, and an illumination device is provided on the side of the panel pasted on a liquid crystal display panel, etc. On the other hand, the light guide plate type can also form a bright light-emitting clear light guide plate, and the light guide plate and illumination mechanism are less reflective and have a good display quality that is less likely to cause moire. It can be seen that a liquid crystal display device such as a transmission type, an external light / illumination type, etc. can be formed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an optical element.
FIG. 2 is a sectional view of another optical element.
FIG. 3 is an explanatory sectional view of a recess.
FIG. 4 is an explanatory sectional view of another recess.
FIG. 5 is an explanatory plan view of a recess.
FIG. 6 is an explanatory diagram of light emitting means.
FIG. 7 is an explanatory diagram of other light emitting means.
FIG. 8 is a sectional view of still another optical element.
FIG. 9 is a sectional view of still another optical element.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device
FIG. 11 is a cross-sectional view of another liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
1: Optical element
10A: transparent substrate
A: Recess
a: Optical path conversion slope
b: Opposing surface
x, y: concave side surface
20: Transparent plate
3: Lighting device
100, 200: Liquid crystal display device
101, 201: Liquid crystal display panel

Claims (20)

透明基材の片面に複数の凹部が不連続に分布してなる光出射手段を有してなり、前記凹部が光路変換斜面とその対向面を具備すると共に、前記凹部の透明基材表面での開口における光路変換斜面形成辺の長さが凹部の深さの3倍以上であり、かつ前記光路変換斜面の垂直面に対する投影面積が対向面のそれよりも大きいことを特徴とする光学素子。It has a light emitting means in which a plurality of recesses are discontinuously distributed on one side of the transparent substrate, and the recess has an optical path conversion slope and its opposing surface, and the recess has a surface on the transparent substrate surface. An optical element characterized in that the length of the optical path conversion slope forming side in the opening is at least three times the depth of the recess, and the projected area of the optical path conversion slope with respect to the vertical plane is larger than that of the opposing surface. 請求項1において、透明基材が屈折率1.49以上のフィルム又は板からなる光学素子。2. The optical element according to claim 1, wherein the transparent substrate is a film or plate having a refractive index of 1.49 or more. 請求項1又は2において、透明基材表面における凹部の開口形状が台形で、その平行辺の一方が光路変換斜面形成辺であり、凹部の横断面形状が三角形ないし台形である光学素子。3. The optical element according to claim 1, wherein the opening shape of the concave portion on the surface of the transparent substrate is a trapezoid, one of the parallel sides is an optical path conversion slope forming side, and the cross sectional shape of the concave portion is a triangle or a trapezoid. 請求項3において、透明基材表面の凹部の開口台形における平行辺の辺間距離が1〜100μmで、光路変換斜面形成辺の長さが3〜500μmであり、凹部の深さが1〜100μmである光学素子。In Claim 3, the distance between the parallel sides in the opening trapezoid of the concave portion on the surface of the transparent substrate is 1 to 100 µm, the length of the optical path conversion slope forming side is 3 to 500 µm, and the depth of the concave portion is 1 to 100 µm. An optical element. 請求項1〜4において、透明基材が形成する平面に対する光路変換斜面の傾斜角が35〜48度で、対向面のそれが60〜90度である光学素子。5. The optical element according to claim 1, wherein the inclination angle of the optical path conversion slope with respect to the plane formed by the transparent base material is 35 to 48 degrees and that of the opposing surface is 60 to 90 degrees. 請求項1〜5において、凹部がその光路変換斜面に基づき透明基材の端面に対して平行に、又は3〜10度の傾斜角で分布する光学素子。6. The optical element according to claim 1, wherein the recesses are distributed in parallel to the end face of the transparent substrate or at an inclination angle of 3 to 10 degrees based on the optical path conversion slope. 請求項1〜5において、凹部がその光路変換斜面に基づき透明基材の端面又は角部、あるいはそれらの外側に設定された一箇所又は二箇所以上の仮想中心に対してピット状に分布する光学素子。6. The optical system according to claim 1, wherein the concave portion is distributed in a pit shape with respect to one or two or more virtual centers set on the end face or corner portion of the transparent base material or on the outside thereof based on the optical path conversion slope. element. 請求項1〜7において、透明基材が形成する平面に対する光路変換斜面の傾斜角が38〜45度である光学素子。The optical element according to claim 1, wherein an inclination angle of the optical path conversion slope with respect to a plane formed by the transparent substrate is 38 to 45 degrees. 請求項1〜8において、透明基材の片面に占める光出射手段の凹部開口に基づく面積が1/5以下である光学素子。9. The optical element according to claim 1, wherein the area based on the concave opening of the light emitting means occupying one side of the transparent substrate is 1/5 or less. 請求項1〜9において、光出射手段を形成する凹部の配置が不規則である光学素子。10. The optical element according to claim 1, wherein the arrangement of the concave portions forming the light emitting means is irregular. 請求項1〜10において、光出射手段を形成する凹部が透明基材における端面又は仮想中心から遠離るに従って密に配置されてなる光学素子。11. The optical element according to claim 1, wherein the concave portions forming the light emitting means are arranged densely with distance from the end face or the virtual center of the transparent substrate. 請求項1〜11において、透明基材の光出射手段を有しない側に透明な接着手段を有する光学素子。The optical element according to claim 1, wherein the transparent substrate has a transparent adhesive means on a side not having the light emitting means. 請求項12において、接着手段が屈折率が1.49以上の粘着層である光学素子。13. The optical element according to claim 12, wherein the adhesive means is an adhesive layer having a refractive index of 1.49 or more. 請求項1〜13において、フィルムからなる透明基材の光出射手段を有しない側に偏光板又は透明板が積層されてなる光学素子。The optical element according to claim 1, wherein a polarizing plate or a transparent plate is laminated on the side of the transparent substrate made of a film that does not have the light emitting means. 請求項12又は13において、接着手段の表面に剥離シートを有する光学素子。14. The optical element according to claim 12, wherein a release sheet is provided on the surface of the adhesive means. 透明基材からなる被照射膜にレーザー光を照射して被照射膜を部分的に除去するレーザーエッチングにて凹部を形成する操作を繰り返して光出射手段を形成することを特徴とする請求項1〜11に記載の光学素子の製造方法。2. The light emitting means is formed by repeating the operation of forming recesses by laser etching for irradiating a film to be irradiated made of a transparent substrate with laser light to partially remove the film to be irradiated. The manufacturing method of the optical element of ~ 11. 請求項16に記載の製造方法による光学素子の光出射手段を形成した面上に電気鋳造により金属層を形成し、それを光学素子と分離して光出射手段を形成した面の形態を転写した金型を得る工程、その金型における光出射手段を形成しうる凸部を有する面の形態を透明基材に転写した後、それを金型より分離する工程を有することを特徴とする請求項1〜11に記載の光学素子の製造方法。A metal layer is formed by electroforming on the surface on which the light emitting means of the optical element is formed by the manufacturing method according to claim 16, and the form of the surface on which the light emitting means is formed by separating it from the optical element is transferred. The method of obtaining a mold, comprising: transferring a form of a surface having a convex portion capable of forming light emitting means in the mold to a transparent substrate, and then separating the mold from the mold. The manufacturing method of the optical element of 1-11. 請求項17において、金型における光出射手段を形成しうる凸部を有する面の形態の転写を、当該凸部を有する面に放射線硬化型樹脂を密着させてその光出射手段の形状を写した成形層を形成し、その成形層に放射線を照射して硬化させることにより行う請求項1〜11に記載の光学素子の製造方法。In Claim 17, transfer of the form of the surface which has a convex part which can form the light-projection means in a metal mold | die was made to stick the radiation-curable resin to the surface which has the said convex part, and the shape of the light-projection means was copied The manufacturing method of the optical element of Claims 1-11 performed by forming a shaping | molding layer and irradiating the radiation to the shaping | molding layer and making it harden | cure. 請求項18において、成形層の上に透明基材を密着させた状態でその透明基材側より放射線を照射して成形層を硬化させる請求項1〜11に記載の光学素子の製造方法。The method for producing an optical element according to claim 1, wherein the molded layer is cured by irradiating radiation from the transparent substrate side in a state where the transparent substrate is in close contact with the molded layer. 請求項1〜14に記載の光学素子又は請求項16〜19に記載の方法による光学素子を液晶表示パネルにおける液晶セルの少なくとも片側に配置してなることを特徴とする液晶表示装置。A liquid crystal display device comprising the optical element according to claim 1 or the optical element according to the method according to claim 16 arranged on at least one side of a liquid crystal cell in a liquid crystal display panel.
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