JPH03293602A - 光学フィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、特に液晶表示装置などの視認性の向上に有利
な光学フィルタに関する。

〈従来の技術〉 たとえば液晶表示素子において、スポンジ構造のマトリ
クス高分子の孔に液晶を充填させた複合膜の両面に透明
電極を形成したものが提案されている（たとえばＰｏｌ
ｙｍｅｒ　Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ、Ｊａｐａｎ　Ｖｏｌ、
３７゜Ｎｏ、８．Ｐ、２４５０　（１９８６）参照）。

この液晶表示素子は、マトリクス高分子と液晶材料とを
溶剤中に溶解させた溶液を透明電極上に流延させて塗布
し、これを乾燥させて高分子と液晶とが複合した上記の
複合膜を形成した後に、この複合膜上に透明電極を重ね
合わせるようにして作製される。

この液晶表示素子は、通常の液晶表示素子のように透明
電極間の間隔を一定に保つためのスペーサ散布などの操
作が不要であるので、大面積の液晶表示素子が実現でき
、さらには透明電極として透明導電フィルムを用いるこ
とにより、柔軟性を有する表示素子が実現されるという
利点がある。

この液晶表示素子では、透明電極間に電圧を印加しない
無電界の状態では、マトリクス高分子の孔内の液晶分子
がランダムな状態にあり、このランダムな状態の液晶分
子によって入射光が散乱されるために、複合膜は全体と
して不透明な状態になる。一方、複合膜を挟んだ一対の
透明電極間に電圧が印加されると、電気光学効果によっ
て液晶分子がたとえば電場方向に配向して、入射光が散
乱されずに複合膜を通過できるようになり、複合膜が透
明な状態に転換する。したがって、透明電極を複合膜の
各部に選択的に電圧を印加できる構成とすれば、光透過
部と光散乱部とのコントラストを利用して各種の表示を
行うことができる。

液晶表示素子では、より明るい表示画面を得るために、
表示素子の裏面に光拡散板を有したバックライトユニッ
トを配設することが一般に行われている。しかし、前述
のような光散乱／光透過によってコントラストを得てい
る液晶表示素子では、バックライトユニットにより表示
素子の背面から照明を行うと、光散乱部および光透過部
がともに明るく光り、コントラストが全く得られなくな
ってしまう。

この不具合は、アメリカ合衆国特許第４６０６６１１号
に開示された技術（特にＰｉｇ、　１４〜Ｆｉｇ、　１
６）により解消される。すなわち、同特許公報に開示さ
れた技術では、液晶表示素子とバックライトユニットと
の間に住友スリーエム株式会社から市販されている「ラ
イトコントロールフィルム」　（商品名）を介在させて
、コントラストの向上を図り、液晶表示装置の視認性を
向上しようとしている。

前記「ライトコントロールフィルム」の構成は、本願第
４図に示されている。このフィルムは、プラスチック板
１中に複数の微小な黒色ルーバ２が相互に平行に配列さ
れて構成されている。前記黒色ルーバ２は、バックライ
トユニットから液晶表示素子を垂直に横切ろうとする光
（以下「直進光」という）Ｌｌを遮り、フィルムに対し
て斜めに入射する入射光Ｌ２のみを通過させるようにし
たものである。

この［ライトコントロールフィルム」を、上述の光散乱
／光透過の切換えにより表示を行う液晶表示素子とバッ
クライトユニットとの間に配設すると、前記直進光は「
ライトコントロールフィルム」で遮断されるので、バッ
クライトユニットからの光は液晶表示素子に対して斜め
にコリメートされて入射することになる。このため、液
晶に電界を印加した場合には液晶表示素子に斜めに入射
した光かその方向に通過する。この通過した光は、黒色
ルーバ２の角度を適宜設定しておくことにより、視野角
度範囲外に導かれる。一方、液晶に電界を印加しない場
合には、ランダムな状態の液晶分子によって斜めに入射
した光が散乱され、この散乱光の一部が前記の視野角度
範囲に入ることになる。このようにして、電界印加時に
は光が観察されず、電界無印加時には前記散乱光が観察
されるので、表示に必要なコントラストが確保される。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかし、上述のような「ライトコントロールフィルム」
は、透明部３（第４図参照）となるポリマーシートとル
ーバ２となる黒色のポリマーシートとを交互に積層し、
この積層物を各シートに対して所定角度をなす方向にス
ライスすることにより得られるものである。したがって
、その作製に当たっては多数のシートの積層が必要であ
り、特に大面積のフィルムを作製するには非常に多くの
シートを積層することか必要である。このため、大面積
のフィルムの作製は実際上非常に困難となる。したがっ
て上述の複合膜で構成した液晶表示素子は大面積に構成
することができるにもかかわらず、この大面積の液晶表
示素子に対応できるフィルムか作製できないという問題
があった。

さらに、たとえば０．５　ｍｍ以下の薄いフィルムを得
るためには、前記積層物のスライス時に厳密な制御が必
要てあり、実際上このような薄いフィルムを作製するこ
とはできなかった。このため柔軟なフィルムを作製する
ことができず、上述の複合膜で構成した液晶表示素子の
ように柔軟な表示素子に使用すると、素子の柔軟性が損
なわれるという問題があった。

そこで、本発明は、上述の技術的課題を解決し、光散乱
／光透過の切換えにより表示を行う表示素子を用いた表
示装置の視認性を向上することができるとともに、大面
積または柔軟性のある表示素子にも良好に対応すること
ができる光学フィルタを提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 上記の目的を達成するための本発明の光学フィルタは、
シート状の透明基体と、 この透明基体の一面にパターン形成された第１の遮光膜
と、 この第１の遮光膜とほぼ同様のパターンに形成され、前
記透明基体の他面に前記第１の遮光膜のパターンとは位
置をずらして形成された第２の遮光膜とを備え、 前記透明基体に対して、前記第１および第２の遮光膜の
ずらした距離および前記透明基体の膜厚により定まる所
定範囲の入射角で斜めに入射する光を透過させるように
したものである。

上記の前記第１の遮光膜および第２の遮光膜はたとえば
ストライプ状にパターン形成されてもよい。

〈作用〉 上記の構成によれば、透明基体の一面にパターン形成さ
れた第１の遮光膜とその他面にパターン形成された第２
の遮光膜とは、はぼ同様のパターンでかつ相互に位置を
ずらして形成されているので、この光学フィルタに対し
てほぼ垂直に入射する光をほとんど遮断することができ
る。

一方、透明基体の一面において第１の遮光膜が形成され
ていない部位と、透明基体の他面において第２の遮光膜
が形成されていない部位とを通過する光は、この光学フ
ィルタを通過できるので、結局、透明基体に対して所定
範囲の入射角で斜めに入射する光はこの光学フィルタを
通過することになる。

〈実施例〉 以下実施例を示す添付図面によって詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例の光学フィルタ５の基本的
な構成を示す平面図であり、第２図は第１図の切断面線
■−πから見た断面図である。この光学フィルタ５は、
ポリエチレンテレフタレートなどで構成したシート状の
透明基体１０の一面に第１の遮光膜１１をパターン形成
し、他面に第２の遮光膜１２をパターン形成したもので
ある。

なお、第１図において、第１の遮光膜１１には左上がり
の斜線を付して示し、また第２の遮光膜１２には右上が
りの斜線を付して示す。

第１の遮光膜１１は輻すの帯状の単位膜６をピッチａで
形成して、ストライプ状のパターンに形成されており、
第２の遮光膜１２は第１の遮光膜１１と同様のパターン
（すなわちピッチａで幅すの帯状の単位膜７を形成した
ストライプパターン）であって、第１の遮光膜１１に対
して単位膜６゜７の長手方向と交差する方向に位置をず
らして形成されている。この第１および第２の遮光膜１
１゜１２のパターン形成は、透明基体ｌＯに感光剤を塗
布し、この感光剤を紫外線などで露光する露光法や、遮
光塗料を印刷する方法などの各種の技術を適用して行う
ことができる。

このような構成によって、透明基体ＩＯに対して垂直に
入射する光Ａ’ｌは、第１または第２の遮光膜１１．１
２で遮断されて、この光学フィルタ５を透過することが
できず、透過光は斜めに入射する光１１２．１１３など
に制限される。すなわち、第１．第２の遮光膜１１．１
２のピッチａ、パターン幅すおよび第１．第２の遮光膜
１１．１２のずらした距離、ならびに透明基体１０の膜
厚ｔにより定まる所定入射角度範囲の入射光のみか、こ
の光学フィルタ５を通過できる。

第３図は光学フィルタ５を液晶表示装置に適用した例を
示す概念図である。この液晶表示装置は、たとえばスポ
ンジ構造のマトリクス高分子の孔に液晶を充填させた複
合膜の両面に透明電極を形成した液晶表示素子２１を備
えている。この液晶表示素子２１は、透明電極（図示せ
ず）へのｎ圧の印加／無印加により、液晶分子を整列さ
せて入射光を透過させることができる光透過状態と、入
射光がランダムな液晶分子に散乱される光散乱状態との
２つの状態を、この液晶表示素子２１の各部で選択的に
設定して各種の表示を行うようにしたものである。

この液晶表示素子２１の背後には、明るい表示を行うた
めに光拡散板などを用いたバックライトユニット２２が
配置され、このバックライトユニット２２と液晶表示素
子２１との間に前述の光学フィルタ５が配設される。

このような構成によれば、バックライトユニット２２か
ら光学フィルタ５に対して垂直に入射する光（以下［直
進光」という）は、この光学フィルタ５により遮断され
、液晶表示素子２１には、この液晶表示素子２１に対し
て斜めに伝搬する光のみか入射する。この液晶表示素子
２１に対して斜めに入射した光は、液晶表示素子２１の
光透過部（電界を印加した部分）では、その進行方向を
保って通過し、視野角度範囲Ｓ外に出射する。

方、光散乱部（電界を印加しない部分）では、ランダム
な状態の液晶分子によって斜めに入射した光が散乱され
、視野角度範囲Ｓ内へも散乱光の一部が出射する。した
がって、光透過部は暗く、光散乱部は明るくなるので、
光透過部と光散乱部との充分なコントラストが確保され
る。このようにして、光学フィルタ５に関する前記の各
パラメータ（ピッチａ、パターン輻すおよび第１．第２
の遮光膜のずらした距離ならびに透明基体ｌＯの膜厚ｔ
）により定まる上側有効視野角αおよび上側有効視野角
βの範囲Ｓで、良好な視認性が達成される。

しかも、バックライトユニット２２を用いているので、
明るい表示を行うことが可能である。上記の各パラメー
タは、所望の視野角α、βに対応して適宜設定される。

本件発明者らによる光学フィルタの作製例を以下に示す
。

透明基体（１０）として膜厚ｔ＝１００μｍのポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）膜を用い、上述の露光法
によって、 ピッチａ　　　＝２００μｍ パターン輻ｂ＝１４０μｍ 長さ２８０＋ｕ＋ の９５０本の単位膜（６，７）で構成したストライプパ
ターンの遮光膜（１１，１２）を前記ＰＥＴ膜の一方表
面に形成した。このストライプパターンを形成したＰＥ
Ｔ膜を２枚作製し、この２枚のＰＥＴ膜をそれぞれの遮
光膜形成面とは反対側の面を粘着テープにより相互に固
定して光学フィルタ（５）を構成した。２枚のＰＥＴ膜
を固定するときに、各ストライプパターンの位置をずら
して、一方のストライプパターンの単位膜の間を他方の
ストライプパターンの単位膜が遮蔽するようにした。

この光学フィルタ（５）を第３図の構成に適用して、光
学フィルタ（５）を使用しない場合との視認性を比較し
た。その結果、光学フィルタ（５）を使用しない場合に
は、バックライトユニット２２のために、光散乱部と光
透過部とが判別できなかった（コントラストが得られな
かった）のに対して、前記の光学フィルタ（５）を用い
た場合には、視野角±２２度（α２８２２２度）の範囲
で良好なコントラストが得られた。

以上のように本実施例の光学フィルタ５においては、透
明基体ｌＯの一面にストライプ状の第１の遮光膜１１を
形成し、透明基体ＩＯの他面に第１の遮光膜１１と同様
なストライプ状の第２の遮光膜１２を形成することによ
って、この光学フィルタ５への直進光を遮断し、所定角
度範囲の入射角を有して斜めに入射する光のみを透過さ
せることかできる。これにより、従来の黒色ルーバを組
み込んだ［ライトコントロールフィルム」　（第４図参
照）と同等の作用を達成できる。

しかも、この［ライトコントロールフィルム１では、ポ
リマーシートを積層し、この積層物をスライスするとい
う製法で作製されるために、大面積のフィルムの作製が
困難であったのに対して、本実施例の光学フィルタ５は
、１枚のシート状の透明基体１０の表面に第１および第
２の遮光膜１１．１２を印刷や露光法などの方法により
パターン形成すればよいので、大面積の透明基体ＩＯを
用意すれば、任意に大面積の光学フィルタを容易に作製
することができる。このため、大面積の表示素子に対し
ても、良好に適用することができ、この結果、大面積の
表示素子（光散乱／光透過により表示を行うもの）を用
いた表示装置の視認性を向上することができる。

さらに、上述のようにして作製される「ライトコントロ
ールフィルム」では、薄いフィルムの作製が困難である
のに対して、本実施例の光学フィルタ５では、透明基体
ｌＯに任意に薄い膜厚（０，５−以下）の透明な高分子
シートなどを適用して、薄く柔軟なものを容易に作製す
ることができる。

この結果、上述の複合膜を用いた液晶表示素子のように
、柔軟に構成することができる表示素子に対しても、そ
の柔軟性を損なうことなく適用することができる。した
がって、柔軟で、かつ視認性の優れた表示装置が実現さ
れる。

なお、本発明は上述の実施例に限定されるものではない
。たとえば、前述の実施例では、第１および第２の遮光
膜１１．１２はストライプ状にパターン形成されるよう
にしたが、透明基体ｌＯ上に形成される第１．第２の遮
光膜はストライプ状に限らず、任意の微細パターンに形
成されてもよい。この場合に、第１および第２の遮光膜
がほぼ同様なパターンであって、かつ透明基体ｌＯの表
面に沿って相互に位置がずらされて、直進光をほぼ遮断
できるようにされていればよい。すなわち、たとえば遮
光膜がモザイク状に形成されてもよく、また透明基体の
表面内で均一なパターンでなくともよい。さらには第１
．第２の遮光膜のパターンが厳密に同一パターンである
必要はなく、たとえば前述の実施例において第１．第２
の遮光膜１１゜１２の各パターン幅が相互に異なっても
よく、また第１．第２の遮光膜のパターンが相互にほぼ
陰画と陽画との関係をなすようなものであってもよい。

要するに、第１．第２の遮光膜は、協働して直進光をほ
ぼ遮断して斜めに入射する光を透過させることができる
ように透明基体の各面にパターン形成されればよい。但
し、遮光膜の色が表示装置の画像の色に影響を与えるこ
とになるので、たとえばモザイク状のパターンを用いる
場合などには、画像への影響を考慮してパターンを選択
すべきである。

遮光膜には通常は黒色のものが用いられるが、必要に応
じて任意の色のものが用いられてもよい。

また、特殊な場合には鏡面により遮光膜を構成してもよ
い。

なお、第１．第２の遮光膜により、直進光を完全に遮断
してしまう必要はなく、少なくとも表示に必要なコント
ラストが得られる程度に直進光が減衰されればよい。

さらに、前述の実施例では、マトリクス高分子と液晶と
が複合した複合膜を用いて構成した液晶表示素子に適用
される場合を例にとったが、この発明の光学フィルタは
、光散乱状態と光透過状態とを切り換えることにより表
示を行う表示素子に対して広〈実施することができるも
のであり、そのような表示素子を用いた表示装置の視認
性を向上することができる。その他本発明の要旨を変更
しない範囲内において、種々の設計変更を施すことが可
能である。

〈発明の効果〉 以上のように本発明の光学フィルタは、透明基体の両面
に第１．第２の遮光膜をパターン形成することにより構
成されているので、大面積の透明基体を用意すれば、大
面積のものを容易に作製することができ、また薄い膜厚
の透明基体を用意すれば薄くて柔軟なものを容易に作製
することができる。このため、大面積の表示素子にも適
用することができるので、大面積の表示装置における視
認性を向上することができるとともに、柔軟な表示素子
にもその柔軟性を損なうことなく適用することかできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光学フィルタの基本的な構
成を示す平面図、 第２図は第１図の切断面線■−■から見た断面図、 第３図は前記の光学フィルタを表示装置に適用した例を
示す概念図、 第４図は従来から用いられている「ライトコントロール
フィルム」 の構成を示す斜視図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、シート状の透明基体と、 この透明基体の一面にパターン形成された 第１の遮光膜と、 この第１の遮光膜とほぼ同様のパターンに 形成され、前記透明基体の他面に前記第１の遮光膜のパ
   ターンとは位置をずらして形成された第２の遮光膜とを
   備え、 前記透明基体に対して、前記第１および第 ２の遮光膜のずらした距離および前記透明基体の膜厚に
   より定まる所定範囲の入射角で斜めに入射する光を透過
   させるようにしたことを特徴とする光学フィルタ。 ２、前記第１の遮光膜および第２の遮光膜がストライプ
   状にパターン形成されたものであることを特徴とする請
   求項１記載の光学フィルタ。