JP6078904B2 - 光拡散部材、光拡散部材の製造方法、及び表示装置 - Google Patents
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Description
(1)すなわち、本発明の一態様における光拡散部材は、光透過性を有する基材と、前記基材の一面に形成された複数の波長制御層と、前記基材の一面のうち前記波長制御層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、を備え、前記光拡散部は、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、を有するとともに感光性樹脂から構成されており、前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記波長制御層の層厚よりも大きく、前記波長制御層は、紫外光波長域の第1波長における光の吸収率が、可視光波長域の第2波長における光の吸収率よりも高い特性を有することを特徴とする。なお、基材の一面のうち前記波長制御層の形成領域以外の領域に形成される光拡散部とは、概ね波長制御層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部を含むものである。「概ね波長制御層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部」とは、一部分が波長制御層に重なった状態に形成された光拡散部を含むことを意味する。
以下、本発明の第1実施形態について、図面を用いて説明する。
本実施形態では、表示体として透過型の液晶パネルを備えた液晶表示装置の例を挙げて説明する。
なお、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
本実施形態の液晶表示装置1(表示装置)は、図1および図2に示すように、バックライト2と第1偏光板3と液晶パネル4と第2偏光板5とを有する液晶表示体6(表示体)と、光拡散フィルム7(光拡散部材)と、から構成されている。図1では、模式的に液晶表示体6を1枚の板状に図示し、図2では、模式的に液晶パネル4を1枚の板状に図示しているが、その詳細な構造については後述する。観察者は、光拡散フィルム7が配置された図2における液晶表示装置1の上側から表示を見ることになる。よって、以下の説明では、光拡散フィルム7が配置された側を視認側と称し、バックライト2が配置された側を背面側と称する。
ここでは、アクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルを一例に挙げて説明するが、本発明の実施形態として適用可能な液晶パネルはアクティブマトリクス方式の透過型液晶パネルに限るものではない。本発明の実施形態として適用可能な液晶パネルは、例えば半透過型(透過・反射兼用型)液晶パネルや反射型液晶パネルであってもよい。更に、本発明の実施形態として適用可能な液晶パネルは、各画素がスイッチング用薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor, 以下、TFTと略記する)を備えていない単純マトリクス方式の液晶パネルであっても良い。
液晶パネル4は、図3に示すように、スイッチング素子基板としてのTFT基板9と、TFT基板9に対向して配置されたカラーフィルター基板10と、TFT基板9とカラーフィルター基板10との間に挟持された液晶層11と、を有している。液晶層11は、TFT基板9と、カラーフィルター基板10と、シール部材(図示せず)と、によって囲まれた空間内に封入されている。シール部材は、TFT基板9とカラーフィルター基板10とを所定の間隔をおいて貼り合わせる枠状の部材である。
光拡散フィルム7は、図1および図2に示すように、基材39と、基材39の第1の面39a(視認側と反対側の面)に形成された波長制御層41と、基材39の第1の面39aに形成された複数の光拡散部40と、から構成されている。光拡散フィルム7は、図2に示すように、光拡散部40が設けられた側を第2偏光板5に向け、基材39の側を視認側に向けた姿勢で第2偏光板5上に配置されている。
本実施形態において、波長制御層41は、365nmの透過率が0.1%以下とされている。本実施形態において、波長制御層41は、555nmを含む可視光域の透過率が数(例えば、2〜3)%程度とされている。
図4に示されるように、波長制御層41は、365nmを含む紫外光波長域の光透過率に対して可視光域の透過率が十分に大きいため、紫外光波長域で十分に低い光透過率が紫外光及び可視光の境界付近(380nmの近傍)で変曲点を含むように急峻に高くなるように階段状に変化する特性を有している。
したがって、スネルの法則より、本実施形態の構成においては臨界角が最も小さくなり、光拡散部40の側面40cで光が全反射する入射角範囲が最も広くなる。その結果、光の損失がより抑えられ、高い輝度を得ることができる。
以下では、光拡散フィルム7の製造工程を中心に説明する。
液晶表示体6の製造工程の概略の一例を先に説明すると、最初に、TFT基板9とカラーフィルター基板10とをそれぞれ作製する。その後、TFT基板9のTFT19が形成された側の面とカラーフィルター基板10のカラーフィルター31が形成された側の面とを対向させて配置し、TFT基板9とカラーフィルター基板10とをシール部材を介して貼り合わせる。その後、TFT基板9とカラーフィルター基板10とシール部材とによって囲まれた空間内に液晶を注入する。このようにしてできた液晶パネル4の両面に、光学接着剤等を用いて第1位相差板13、第2位相差板8、第1偏光板3、第2偏光板5をそれぞれ貼り合わせる。
以上の工程を経て、液晶表示体6が完成する。
TFT基板9やカラーフィルター基板10の製造方法には従来から公知の方法が用いられるため、説明を省略する。
次いで、上記の塗膜44を形成した基材39をホットプレート上に載置し、温度90℃で塗膜のプリベークを行う。これにより、ブラックネガレジスト中の溶媒が揮発する。
次いで、上記の塗膜48を形成した基材39をホットプレート上に載置し、温度95℃で塗膜48のプリベークを行う。これにより、透明ネガレジスト中の溶媒が揮発する。
その後、上記の塗膜48を形成した基材39をホットプレート上に載置し、温度95℃で塗膜48のポストエクスポージャーベイク(PEB)を行う。
図7(A)は波長制御層41における効果を説明するための図であり、光拡散部40の要部を示す写真である。また、図7(B)は比較として紫外線吸収剤を含まない波長制御層41Xにおける効果を示す図であり、光拡散部40Xの要部を示す図である。
図7(A)に示すように、波長制御層41は紫外線吸収剤を含有することで拡散光(紫外線)の透過率が十分に低いため、開口部41a以外の領域において拡散光Fを確実に遮光することができる。これにより、光拡散部40は、側面40cが所定のテーパ角に形成されることとなり、光拡散部40の間に中空部42が形成される。
図9に示す製造装置150は、長尺の基材39をロール・トゥー・ロールで搬送し、その間に各種の処理を行うものである。製造装置150は、波長制御層41の形成に、上述のフォトマスク45を用いたフォトリソグラフィー法に代えて、印刷法を用いている。
基材39の下方には、露光装置158が配置されている。
このとき、光拡散フィルム7は、光拡散部40や波長制御層41が形成されている部分が液晶パネル4の画素領域よりも外側に位置するように液晶表示体6へ貼付する。光拡散フィルム7は基材39の一面に光拡散部40や波長制御層41が形成されていても、基材39の少なくとも周縁部の一部に光拡散部や波長制御層が形成されていない部分があっても良い。
以上の工程により、本実施形態の液晶表示装置1が完成する。
上述したように、本実施形態の液晶表示装置1は紫外線吸収剤を含有する波長制御層41を含む光拡散フィルム7を備えているため、液晶パネル4から射出される光が光拡散フィルム7によって良好に拡散される。これにより、観察者は明るい表示を広い視野角で視認することができる。また、外光散乱を防止する程度に可視光域における光透過性が高い波長制御層41を含む光拡散フィルム7を貼付した場合は、バックライト2から出射された光が波長制御層41を透過するので、より正面輝度が高い液晶表示装置1となる。
また、光拡散部40の平面形状は、円形のほか、多角形、半円等の形状が含まれていても良い。あるいは、光拡散部40の一部が重なって形成されていても良い。
以下、本発明の第2実施形態について、図10〜図12を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光拡散フィルムの構成が第1実施形態と異なるのみである。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光拡散フィルムについてのみ説明する。
図10は、本実施形態の液晶表示装置を示す斜視図である。図11は、図9のA−A’線に沿う、本実施形態の液晶表示装置の断面図である。図12は、本実施形態の光拡散フィルムの製造プロセスを、工程順を追って示す斜視図である。
図10〜図12において、第1実施形態で用いた図面と共通の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
なお、中空部143には、空気に代えて、窒素等の不活性ガスが充填されていても良い。もしくは、中空部143の内部が真空状態であっても良い。
以下では、光拡散フィルム107の製造工程を説明し、液晶表示体の製造工程については説明を省略する。
次いで、上記の塗膜44を形成した基材39をホットプレート上に載置し、温度90℃で塗膜のプリベークを行う。これにより、ブラックネガレジスト中の溶媒が揮発する。
次いで、上記の塗膜148を形成した基材39をホットプレート上に載置し、温度95℃で塗膜148のプリベークを行う。これにより、透明ネガレジスト中の溶媒が揮発する。
その後、上記の塗膜48を形成した基材39をホットプレート上に載置し、温度95℃で塗膜48のポストエクスポージャーベイク(PEB)を行う。
以上の工程を経て、本実施形態の光拡散フィルム107が完成する。
上記の例では波長制御層141や光拡散部140の形成時に液状のレジストを塗布することとしたが、この構成に代えて、フィルム状のレジストを基材39の第1の面に貼付するようにしても良い。
以上の工程により、本実施形態の液晶表示装置101が完成する。
また、波長制御層141の平面形状は、円形の他、多角形、半円等の形状が含まれていても良い。あるいは、波長制御層141の一部が重なって形成されていても良い。
以下、本発明の第3実施形態について、図13、図14を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第2実施形態と同一であり、光拡散フィルムの構成が第2実施形態と異なるのみである。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光拡散フィルムについてのみ説明する。
波長制御層141の長軸の寸法は、例えば20μmであり、波長制御層141の短軸の寸法は、例えば10μmである。本実施形態の光拡散フィルム207では、それぞれの波長制御層141において長軸の長さに対する短軸の長さの比が概ね等しい。
以下、本発明の第4実施形態について、図15、図16を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光拡散フィルムの構成が第1実施形態と異なるのみである。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光拡散フィルムについてのみ説明する。
以下、本発明の第5実施形態について、図17を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光拡散フィルムの構成が第1実施形態と異なるのみである。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光拡散フィルムについてのみ説明する。
上記第1実施形態では、複数の光拡散部40の側面40c(反射面)の傾斜角度は全て同一であった。これに対して、本実施形態に係る光拡散フィルム407では、図17に示すように、複数の光拡散部40の側面40cの傾斜角度が異なっている。すなわち、複数の光拡散部40の全体を見ると、複数の光拡散部40の光射出端面40aが複数種類の寸法を有し、複数の光拡散部40の側面40cが複数種類の傾斜角度を有している。複数の光拡散部40の側面40cの傾斜角度が異なることに伴い、光入射端面40bの寸法も異なる。
以下、本発明の第6実施形態について、図18を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光拡散フィルムの構成が第1実施形態と異なるのみである。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光拡散フィルムについてのみ説明する。
上記第1実施形態では、光拡散部40の側面40cの傾斜角度が一定であった。
これに対し、本実施形態の光拡散フィルム507の光拡散部40B,40Cのそれぞれの側面40Bc,40Ccの傾斜角度は、図18(A)、(B)に示すように、場所によって異なっている。具体的には、本実施形態の光拡散部40B,40Cのそれぞれの側面40Bc,40Ccは、傾斜角度が連続的に変化している。
図18(B)に示す光拡散フィルム507においては、光拡散部40Cの側面40Ccが内側に湾曲している。
以下、本発明の第7実施形態について、図19を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光拡散フィルムの構成が第1実施形態と異なるのみである。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光拡散フィルムについてのみ説明する。
上記第1実施形態では、光拡散部40の側面40cの傾斜角度が一定であった。
これに対し、本実施形態の光拡散フィルム607の光拡散部40D,40Eのそれぞれの側面40Dc,40Ecの傾斜角度は、図19(A)、(B)に示すように、場所によって異なっている。具体的には、本実施形態の光拡散部40D,40Eのそれぞれの側面40Dc,40Ecは、複数の異なる傾斜角度(断面形状が折れ線状の傾斜面)となっている。
図19(A)に示す光拡散フィルム607においては、光拡散部40Dの側面40Dcが傾斜角度の異なる3つの傾斜面を有し、外側に凸となっている。
図19(B)に示す光拡散フィルム607においては、光拡散部40Eの側面40Ecが傾斜角度の異なる3つの傾斜面を有し、内側に凸となっている。
以下、本発明の第8実施形態について、図20を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光拡散フィルムに屈折率調整層が設けられている点が第1実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光拡散フィルムについてのみ説明する。
本実施形態において、基材39の一面には、屈折率調整層243が波長制御層41を覆うように全面に設けられている。屈折率調整層243は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂等の光透過性を有する有機材料で構成されている。本実施形態の一例として、屈折率調整層243は、屈折率が1.57のアクリル樹脂で構成されている。屈折率調整層243の屈折率は、基材239の屈折率よりも小さく、かつ、光拡散部240の屈折率および第2偏光板5の屈折率よりも大きくなるように設定されている。言い換えると、第2偏光板5と基材39との間に、第2偏光板5の屈折率と基材39の屈折率との間の屈折率を有する屈折率調整層243が設けられている。
ここで、屈折率調整層243を持たない比較例の液晶表示装置を考える。比較例の液晶表示装置は、屈折率調整層243を持たないこと以外は本実施形態の表示装置と同じ構成である。その場合、比較例の液晶表示装置においては、図21(A)に示すように、液晶パネルから射出される光Liは、第2偏光板5X、光拡散部240X、基材39をこの順に透過して観察者側に射出される。第2偏光板5Xの屈折率niが1.50であり、光拡散部240Xの屈折率ntが1.50であるから、第2偏光板5Xと光拡散部240Xとの界面K1では界面反射が生じない。ところが、光拡散部240Xの屈折率ntが1.50であり、基材39の屈折率noが1.65であるから、光拡散部240Xと基材39との界面K2では界面反射が生じ、光の透過率が低下する。
以下、本発明の第9実施形態について、図22を用いて説明する。
本実施形態の液晶表示装置の基本構成は第1実施形態と同一であり、光拡散フィルムに光散乱部が設けられている点が第1実施形態と異なる。したがって、本実施形態では、液晶表示装置の基本構成の説明は省略し、光拡散フィルムについてのみ説明する。
本実施形態の光拡散フィルム807においては、図22(A)、(B)に示したように、散乱フィルム52(光散乱層)が、基材39の視認側の面に粘着層53により固定されている。散乱フィルム52は、例えばアクリル樹脂等のバインダー樹脂の内部に多数のアクリルビーズ等の光散乱体54が分散されたものである。散乱フィルム52の厚みは、一例として20μm程度である。球状の光散乱体54の直径は、一例として0.5〜20μm程度である。粘着層53の厚みは、一例として25μm程度である。散乱フィルム52は、等方散乱材として機能する。すなわち、散乱フィルム52は、光拡散部40で射出角度が制御された光を等方的に散乱し、さらに広角に広げる機能を果たす。
例えば、上記実施形態では、波長制御層41,141として、黒色のブラックレジストに紫外線吸収剤を含有させることで遮光層としての機能を有するものを例示したが、本発明の波長制御層は遮光層としての機能を有していなくてもよい。例えば、外光の影響が少ない環境下で使用される液晶表示装置に使用される光拡散フィルムであれば、波長制御層として、可視光域における光透過性が高い(遮光性を有しない)樹脂材料に紫外線吸収剤を含有させたものを用いても良い。あるいは、波長制御層が黒色以外の色(例えば、青色、赤色、黄色等)に着色された構成であっても良い。
Claims (4)
- 光透過性を有する基材と、前記基材の一面に形成された複数の波長制御層と、前記基材の一面のうち前記波長制御層の形成領域以外の領域に形成された光拡散部と、を備え、
前記光拡散部は、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、を有するとともに感光性樹脂から構成されており、
前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記波長制御層の層厚よりも大きく、
前記波長制御層は、紫外光波長域の第1波長における光の吸収率が、可視光波長域の第2波長における光の吸収率よりも高い特性を有するとともに、前記第2波長の光に対して透過性を有する樹脂材料と、前記樹脂材料中に含有された紫外線吸収剤と、を含む光拡散部材。 - 光透過性を有する基材と、前記基材の一面に形成された複数の光拡散部と、前記基材の一面のうち前記光拡散部の形成領域以外の領域に形成された波長制御層と、を備え、
前記光拡散部が、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、を有するとともに感光性樹脂から構成されており、
前記光拡散部の前記光入射端面から前記光射出端面までの高さが前記波長制御層の層厚よりも大きく、
前記波長制御層は、紫外光波長域の第1波長における光の吸収率が、可視光波長域の第2波長における光の吸収率よりも高い特性を有するとともに、前記第2波長の光に対して透過性を有する樹脂材料と、前記樹脂材料中に含有された紫外線吸収剤と、を含む光拡散部材。 - 光透過性を有する基材の一面に、複数の波長制御層を形成する工程と、
前記基材の一面に、前記複数の波長制御層を覆うように光透過性を有する感光性樹脂層を形成する工程と、
前記波長制御層および前記感光性樹脂層を形成した前記基材の一面と反対側の面から、前記波長制御層の形成領域以外の領域の前記基材を通して前記感光性樹脂層に対して紫外光を照射する工程と、
前記紫外光の照射が終わった前記感光性樹脂層を現像し、前記基材に接する光射出端面と、前記光射出端面に対向し、前記光射出端面の面積よりも大きい面積を有する光入射端面と、を有する光拡散部を前記基材の一面に形成することにより、前記光拡散部の前記光入射端面の側から入射した光を、前記基材の法線方向から見た方位角方向において異方的に拡散させる光拡散部材を作製する工程と、を有し、
前記波長制御層を形成する工程において、前記波長制御層の形成材料として、少なくとも前記感光性樹脂層を感光させる波長域の紫外線を吸収する紫外線吸収材を含有するとともに、可視光波長域の光に対して透過性を有する樹脂材料を用いる光拡散部材の製造方法。 - 表示体と、前記表示体の視認側に設けられ、前記表示体から入射される光の角度分布を入射前よりも広げた状態にして光を射出させる視野角拡大部材と、を含み、
前記視野角拡大部材が、請求項1又は2に記載の光拡散部材で構成されており、
前記表示体が、表示画像を構成する複数の画素を有し、
前記光拡散部材の前記波長制御層の少なくとも一部分が、前記表示体の前記画素に含まれる表示装置。
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