JPH09297204A

JPH09297204A - 異方性散乱素子及びそれを用いる液晶ディスプレイ

Info

Publication number: JPH09297204A
Application number: JP9053465A
Authority: JP
Inventors: Tsuyoshi Kamimura; 強上村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-03-08
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 1997-11-18
Anticipated expiration: 2017-03-07
Also published as: JP3090890B2

Abstract

(57)【要約】【課題】異方性散乱粒子を配列した異方性散乱面素子
を用い、液晶ディスプレイの高輝度化を図る。【解決手段】異方性散乱粒子を液晶マトリックス中に
分散させ、その粒子が液晶分子の配向方向と同じ方向に
配列させ、また、異方性散乱粒子を樹脂と混合して延伸
することで一方向に配向させる。アスペクト比が１以上
の散乱粒子は偏光成分に対し異方性を示す。この異方性
散乱素子をその散乱軸が光源から液晶パネルに入射され
る側の偏光軸と直交させるように組み合わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は異方性散乱素子、お
よびバックライトを有効に利用することができる液晶デ
ィスプレイに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶パネルは偏光板を有するため
にその明るさは半分以下になっていた。実際は液晶パネ
ルの表裏に２枚の偏光板を用いるために３０％から４０
％の明るさになっていた。より高輝度な液晶パネルを得
るために偏光変換してこれらの欠点を補うという試みが
なされている。 (1) 偏光ビームスピリッター（以下ＰＢＳ；Polarized
Beam Splitter と略す）による方法。（参考文献；ASIA
DISPLAY'95 page-731）。 (2) コレステリック偏光変換による方法（参考文献；AS
IA DISPLAY'95 page-735）。 (3) 液晶と高分子の複合体を用いる方法（参考文献：特
願平6-208319号）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の方
法では以下の問題が生じる。 (1) プリズムによる方法では光源からの光が平行光であ
れば損失は少ないが角度を有する場合、偏光変換効率は
落ちてしまう。それ故角度依存あるいは波長依存性が問
題である。またプリズム等を用いるために軽量、コンパ
クト性に欠けるという問題もある。 (2) コレステリックフィルムを用いる場合、全波長範囲
をカバーするには膜厚方向にコレステリックフィルム螺
旋ピッチは一定の分布を有さなくてはならず、非常に複
雑な作製法が必要となるという問題がある。 (3) 液晶と高分子の複合体を用いる場合は複合体の屈折
率が液晶材料によって限定されるので、大きな異方性散
乱を得ることができず、そのため大きな偏光変換効率が
得られないという問題がある。その製造には相分離等の
技術を用いる必要があり、複雑となる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するために鋭意検討の結果、アスペクト比が１以上
の散乱粒子をそれと屈折率の異なる透光性マトリックス
媒体中に、分散し、ほぼ一方向に配列して固定すると、
異方性散乱機能を示す素子が得られ、この異方性散乱素
子を用いて偏光変換を行うと、液晶パネルのバックライ
トによる高輝度化著しいことを見い出した。したがっ
て、本発明の目的はアスペクト比が１以上の散乱粒子を
屈折率の異なる支持媒質中に分散配列してなる異方性散
乱素子を提供することにある。上記散乱粒子のが短軸長
さと長軸長さで偏光成分に対して異方性を有することが
望ましい。また上記散乱粒子の短軸長さがRayleigh散乱
領域以下である一方,長軸長さがMie散乱領域あるいは幾
何学散乱領域であり、偏光成分に対し異方性を有するも
ので、好ましい。また上記散乱粒子の短軸長さが用いる
光の波長より短いこと異方性散乱の面で望ましい。散乱
粒子として酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、
炭化シリコン、窒化ケイ素、炭化ケイ素、ホウ酸アルミ
およびガラスからなる群から選ばれる１種を挙げること
ができる。他方、上記支持媒質が透光性であることが光
損失の点から望ましい。また延伸等で配列すること軽量
化の点からも樹脂または高分子であることが望ましい。
特に、上記支持媒質が液晶であって、液晶中に分散して
配列を行うことでより配列の自由度が増すことが考えら
れるので、望ましい。また、液晶中で配列した後、液晶中
にあらかじめ混合しておいた（あるいは液晶そのもの
が）重合性物質を光あるいは熱によって重合して支持媒
質中に散乱粒子を固定してなるのが比重等の差を考える
と、好ましい。なお、上記散乱粒子と支持媒質との屈折
率差が０．０５以上、上記散乱粒子の上記支持媒質中の
容積分率３％以上、素子厚みが３μm以上、上記散乱粒
子の厚み方向への配列数が３個以上である場合に異方性
散乱素子を形成することができるが、上記散乱粒子と支
持媒質との屈折率差または上記支持媒質中の散乱粒子の
密度を調整することにより後方散乱を主体とする異方性
散乱素子と前方散乱を主体とする異方性散乱素子を形成
することができる。また、本発明の他の目的は、上記異
方性散乱素子を用いる液晶ディスプレイを提供しようと
するものであり、その一つは後方散乱を主体とする異方
性散乱素子を使用する場合で、少なくとも表面側に偏光
板を有する液晶パネル、該液晶パネルの裏面側に位置す
るバックライト装置と、上記液晶パネルとバックライト
装置との間に位置する、アスペクト比が１以上の散乱粒
子を屈折率の異なる支持媒質中に分散配列してなる後方
散乱を主体とする異方性散乱面素子と、バックライト装
置の裏面側に反射板あるいは散乱板を備え、上記異方性
散乱素子の散乱方向と上記液晶面素子の偏光軸あるいは
吸収軸とをほぼ一致させてなる構成される。上記反射板
と液晶パネルとの間に位相差板を、特に１／４波長板を
備えるのが光の有効利用という面で好ましい。使用する
バックライト装置としては光源から導光板を通じて照明
を行うサイド型バックライト装置と直下型のバックライ
ト装置が代表として挙げられる。さらに、本発明は前方
散乱を主体とする異方性散乱素子を使用する反射型液晶
ディスプレイを提供しようとするもので、液晶パネル、
該液晶パネルの裏面側に位置する反射板ないしは散乱板
と、上記液晶パネルの表面側に位置する、アスペクト比
が１以上の散乱粒子を屈折率の異なる支持媒質中に、前
方散乱が得られるように分散配列してなる異方性散乱素
子とを備え、外光が上記液晶パネルに入射される前に上
記異方性散乱素子に入射するようにして構成される。

【０００５】本発明によれば、異方性散乱素子を用いる
ために角度依存による損失は少ない。また、複雑な作製
過程を経ないために簡単に製造可能である。その効率を
高めるためには後方散乱を利用する場合には異方性散乱
素子は屈折率の大きな（より散乱が大きい）物質からな
る粒子を配列したものが好ましい。また、位相差板との
組み合わせにより、偏光変換効率は改善される。より、
角度依存性を改善するために異方性散乱粒子の配列がね
じれ構造を有することが望ましい。

【０００６】以下、本発明の実施形態について図面を用
いて詳細に説明する。まず、粒子と散乱との関係につい
て、粒子径(ｄ)と光の波長（λ）との関係により次の３
つの場合に大別できる。 (1) 幾何光学的領域（ｄ≫λ）この領域では光の散乱は粒子表面の反射によるため、粒
子の比表面積が大きいほど光の散乱能力も大きくなる。
したがって、散乱能Ｓは粒子径ｄの逆数に比例する。Ｓ∝１／ｄよって、散乱は粒径に反比例して大きくなる (2) Ｍｉｅ散乱領域（ｄ〜λ）粒径と光の波長がほぼ同じレベルの領域ではＭｉｅ散乱
の式が成立する。本発明の散乱はほぼこの領域に当ては
まる。Ｓ〜ｄ²π・Ｋ／４（Ｋは定数）Ｍｉｅ散乱の場合、光散乱が最大となる粒子径は屈折率
にもよるが酸化チタンの場合にはｄ＝λ／２の時になる
とされている。（詳しくは石原産業（株）発行のＩＳＨ
ＩＨＡＲＡＴＩＰＡＱＵＥＮＥＷＳ「T100超微粒
子酸化チタンについて」、P.Stamatakis et.al.,J.Coating
s Tech.,62(10),951(1990)を参照のこと。） (3) Ｒａｙｌｅｉｇｈ散乱領域（ｄ≪λ）この領域では次のＲａｙｌｅｉｇｈのし記で全散乱能は
あらわされる。Ｓ∝ｄ⁶／λ⁴ （詳しくは久保輝一郎他著 ”粉体”丸善(1985)p177
を参照）これよりこの領域では散乱能Ｓはｄの６乗に比例して急
速に減少する。以上の散乱と粒子径との関係を図４に示
す。図４より、粒子径が小さくなる(Rayleigh散乱領
域）と急速に散乱係数Ｓが小さくなることがわかる。以
上の領域は粒子の径（ｄ）だけでなく屈折率差によって
も大きく影響する。一般的に屈折率差が大きいほど粒径
にくらべて波長が小さくてもＭｉｅ散乱領域となる傾向
にある。

【０００７】したがって、本発明の作用を次のように説
明することができる。図１に本発明の異方性散乱素子の
構造を示す。図１において１１はアスペクト比の異なる
粒子、１２は屈折率の異なる媒質を示している。図１Ａ
において粒子は棒状ないしはラグビーボール状をしてい
るが、図１Ｂのように層状にでも良い。板状でもアスペ
クト比が異なっていれば良い。図１Ａ、Ｂとも粒子は配
列しているが完全な一方向に揃わなくともバラツキが少
々あっても良いと考えれる。

【０００８】図３にこのような構造の素子を用いて偏光
変換を行う原理について説明する。図３において光源か
らの光３１は紙面に垂直方向の偏光３２と紙面に水平方
向の偏光３３からなると考える。異方性散乱素子３４は
紙面に水平方向に長軸方向３５を有している場合を考え
る。このとき紙面に垂直方向の偏光３２は異方性散乱板
の短軸方向に進むため、粒子の短軸長さが波長より充分
小さい領域であれば図４のRayleigh散乱領域となり散乱
せずにそのまま進み異方性散乱板３４を通過した偏光３
６となる。他方、光源からのもう一方の偏光３３は異方
性散乱素子３４の長軸方向３５に進むため波長と粒子の
長軸長さとの関係が図４の散乱が大きくなるMie散乱領
域に近いRayleigh散乱領域以上の散乱領域（Ｍｉｅ散乱
領域および幾何光学散乱領域）になると散乱光３７また
は３９となる。

【０００９】偏光３３の散乱光は以下の２つの場合に分
けられる。 (1) 粒子と媒質との屈折率差（△ｎ）がさほど大きくな
い場合、あるいは散乱粒子の密度が少ない（例えば異方
性散乱面素子の厚みが薄い、粒子の容積％が小さい）場
合には前方散乱が主に行われる。これは散乱能が弱いた
めに前方散乱光３７となるものである。また、散乱され
た光３７は一般的に偏光状態を保っておらず、紙面に垂
直な方向の偏光と紙面に平行な偏光とが混じった状態と
なる。また、異方性散乱板の散乱能がより弱いと散乱も
弱くなり、偏光成分が保存される傾向となる。 (2) 次に屈折率差（△ｎ）が大きい場合、あるいは光が
透過する方向（通常厚み方向）に対して散乱粒子の数が
多い（例えば異方性散乱素子の厚みが厚い、粒子の媒質
に対する容積％が大きい）場合には後方散乱が生じる。
この場合、偏光３３は異方性散乱面素子３４を通過せず
後方に戻る散乱光３９となる。この場合にも、偏光成分
は保存されず偏光が混じった光４０となる。一般に散乱
の場合、図５に示すように横軸を屈折率差あるいは散乱
粒子の数として縦軸を散乱光の透過率（全光束）とする
と最初の領域では前方散乱主体の領域であるため透過率
はほぼ変わらず、屈折率差あるいは散乱粒子数が上がる
と後方散乱が生じてきて光は後方に散乱され、透過率は
減少することとなる。本発明の異方性散乱素子の場合も
同様に散乱方向の偏光は図５と同様な透過率の現象を生
じると考えられる。

【００１０】図６を用いて上記の効果を詳しく説明す
る。図６において異方性散乱素子および偏光等の配置は
図３と同じとする。このとき紙面に垂直な偏光(1)（点
線）は垂直の偏光成分をほぼ保って透過する。これは短
軸方向が充分光の波長より短ければ横軸が大きくなって
も保たれるであろう。紙面に平行な偏光の散乱光(2)
（実線）は図９と同様に横軸が大きくなるに従い、後方
散乱が大きくなり、透過率が低下する。このとき(2)の
散乱光の紙面に垂直な偏光成分(3)（一点鎖線）は上記
に述べたように散乱能が弱いと偏光成分は保たれるため
横軸の小さい部分では小さく、右に行くに従い強い散乱
により大きくなる。もっと散乱が強くなると後方散乱が
生じるために(2)と同様に小さくなると考えれる。結
局、透過した全体の紙面に垂直な偏光成分(4)（太い実
線）は(1)＋(3)の成分となり、(4)のような曲線とな
る。以上のように本発明に係る異方性散乱面素子では、
それを通過した光は片方の偏光を保存してそのまま通過
させ、もう片方の偏光を散乱させ、偏光状態を変えさせ
ることができる。つまり、もとの偏光３２にプラスさせ
ることが出来る。これは図３の前方散乱３７の場合、紙
面に垂直な偏光が３６以外に３８の一部に生じているこ
とからも容易にわかる。また、図３のように偏光素子４
２（偏光板）を設け、その偏光軸４１を紙面垂直方向に
設置しておけば（偏光素子の偏光軸と異方性散乱素子の
透過軸（短軸方向）と一致していることとなる）透過し
た光３６はそのまま偏光素子に損失無く通過し、光４３
となる。また散乱した光３７は両方の偏光成分を有して
いるが偏光素子４２において紙面に平行方向の偏光はカ
ットされ、紙面に垂直方向の偏光４４のみとなるこのよ
うに偏光素子と組み合わせることで片方の偏光のみを効
率よく取り出せることとなる。また偏光素子と組み合わ
せると、図３の透過光３６は紙面に垂直な偏光成分のみ
ではなく少量の紙面平行成分を有している場合もあるの
で偏光の純度を上げるという意味で重要である。図３に
おいて後方散乱３９の場合、偏光は３６しか通過しない
ので見かけ上は増えていないが反射板を光源の後方に備
えることなどでもう一度、異方性散乱素子入射させるこ
とで偏光成分を増やすことができる。この場合も偏光素
子と組み合わせることで上記と同様な効果が期待でき
る。

【００１１】以下、後方散乱が生じた場合の偏光変換が
なされる原理を詳しく説明する。図２は光源からの光が
斜め方向から入射されるエッジライト型のバックライト
を想定した原理図である。図２において光源２１から発
せられた光２２は偏光成分として２３、２４の両偏光成
分を有している。このとき２３と２４は偏光の向きを示
しており、直交している。２５は異方性散乱面素子であ
り、素子ににおいて２６は散乱する偏光成分であり、２
７は散乱しない偏光成分の方向を示している（以下、こ
れらをそれぞれ、散乱軸と透過軸と呼ぶ）。

【００１２】図３でも説明したように透過軸に水平な偏
光成分である２３は散乱を受けずに透過する。散乱軸に
水平な偏光成分である２４は散乱する。このとき屈折率
が大きな散乱粒子を用いると後方散乱２８が生じ、これ
らの偏光成分は後方に散乱される。後方に散乱された成
分はバックライト中の例えば反射板３０に反射されて再
び異方性散乱面素子２５に戻ってくる。散乱した偏光成
分２９は元の偏光状態を通常有していない、そのため異
方性散乱素子の透過軸に水平な偏光成分を有しているた
め再び透過する偏光３１と後方散乱される偏光３２とに
分離される。上記のような課程の繰り返しで光源３１か
らの光３２はほぼ同一方向の偏光となって異方性散乱素
子を透過することとなり、偏光変換素子として機能する
こととなる。このため通常の２倍の明るさの液晶パネル
を得ることができる。

【００１３】また、より効率を上げるために位相差板３
３を反射板３０上に設置することにより、後方散乱され
た偏光成分の方向を変えることができ、より効率のより
偏光変換素子を得ることができる。特に、1/4λ板は９
０度偏光方向を変えることができ、より効率的な偏光変
換を行う位相差板といえる。

【００１４】本発明での異方性散乱素子は液晶のように
屈折率に異方性があるものではなく、屈折率は同等でも
アスペクト比が異なることで異方性を有することを特徴
とする。例えば棒状の酸化チタンの場合、短軸方向が用
いる波長よりも充分小さければ散乱は小さく、透過す
る。しかしながら長軸が波長よりも大きければ散乱が生
じ、一方向の偏光のみが透過されるという現象が生じ
る。この現象は異方性散乱素子が幾十にも積み重ねた構
造である場合多重散乱が生じより大きな効果が得られ
る。

【００１５】以下、異方性散乱素子の作製法の作用につ
いて説明する。異方性散乱素子を作製するには異方性散
乱粒子（屈折率の大きな材料、例えば酸化チタン、酸化
ジルコニウム、酸化亜鉛、炭化シリコン、窒化ケイ素、
炭化ケイ素、ホウ酸アルミ、グラスなどが望ましい）を
用いる必要がある。これらの粒子を一方向に配列させる
ことで異方性散乱素子が作製できる。また、これらの粒
子は偏光成分に対して異方性であるため棒状が望まし
い。また、散乱特性を良好にするためにも光の透過方向
に幾十にも層を成した状態が望ましい。また、散乱異方
性を効果的にするためには透過軸方向の長さが光の波長
に対してより短いほど透過率が高くなり、偏光保存性も
良い。

【００１６】一方向に配列するためには支持基体（屈折
率が異方性散乱粒子よりも小さい）に分散し、延伸する
配列方法が挙げられる。最も簡単な方法といえる。ま
た、磁気異方性あるいは電場異方性を有するものでは一
方向に電場あるいは磁場を印加しながら支持基体中で固
定化することによって配列が得られる。また、流動性媒
質中に粒子を分散させ、ずり応力（シェア）を一方向に
加えることでアスペクト比の異なる粒子を配列すること
が出来る。

【００１７】図７は上記のずり応力法を示す原理図であ
る。図７Ａは異方性素子の上方向から見た図である。基
板に挟まれた媒質内に分散されたランダムに近い粒子７
１は一方向のずり応力７２により、応力を緩和するよう
に配列７３する。図７Ｂは厚み方向から見た図である。

【００１８】上記方式では一方向に並んだ異方性散乱素
子しか作製できないが、液晶に混合することにより、任
意のねじれ構造を得ることができる。この場合斜め入射
光に対しても散乱成分が保存されやすく、角度依存が小
さくなる。図８にねじれた状態の異方性散乱素子の模式
図を示す。図８Ａは上部から見た図であり、図８Ｂは厚
み方向から見た図である。８１は媒質、８２は粒子を示
している。

【００１９】

【発明の実施の形態】

＜実施例１＞以下、本発明の一実施例として図面を用い
て詳細に説明する。アスペクト比の異なる酸化チタンと
して３種類のもの（石原産業（株）より購入）を用い
た。以下、表１に示す。

【表１】用いた棒状酸化チタン酸化チタン(1) 酸化チタン(2) 酸化チタン(3) 繊維長（平均値） 1.7μm 2.9μm 5.1μm 繊維系（平均値） 0.13μm 0.21μm 0.27μm これらの３種類を支持基体として2-エチルヘキシルアクリレートとウレタ
ン系オリコ゛マーとの混合物（７０：３０wt%）にそれぞれ３種
類の酸化チタン：高分子化合物＝２：１(wt%)の割合で混合
し、３本ローラにて混練し、酸化チタンを分散させた。こ
のとき重合開始剤としてヘ゛ンソ゛フェノンを2wt%加えた。な
お、酸化チタンに代え、屈折率の大きなもの、例えばチタン酸
カリウム、窒化シリコン(SiNx)あるいはシリコンカーハ゛イト゛(SiC)等があ
げられる。よく分散した上記混合物を硝子基板上に塗布
し、紫外線を強度20mW/cm²(360nmフィルター)で２分間照射
し、硬化してフィルム状の樹脂混合物を作製した。このとき
ランフ゜としては高圧水銀灯を用いた。フィルムの厚みとしては
約３μm〜１００μmのものを塗布後の時間調整により作
製した。このとき媒質の屈折率はほぼ１．５であった。
上記フィルムを約２倍から３倍の延伸率で一方向に延伸し
た。顕微鏡観察によると３種類の棒状酸化チタン、それぞ
れが全てほぼ延伸方向に配列していた。上記のように作
製した異方性散乱素子上で偏光板を回転すると偏光軸と
散乱軸（延伸方向）が一致したときもっとも暗く、直交
した場合（透過軸と一致）もっとも明るいという結果を
得た。

【００２０】＜実施例２＞実施例１で作製した約２０μ
mの厚みの異方性散乱素子の透過率を測定した。このと
き偏光素子としてニコルフ゜リス゛ムを用いて異方性散乱素子の
散乱軸に対して偏光軸を直交させた時の透過率をを直交
透過率、平行にしたときの透過率を平行透過率とし定義
して測定した。また、散乱粒子を添加していないときの
偏光素子の透過率を５０％として測定した。また、測定
方法として散乱した光を出来るだけ集めるため積分球を
用いて透過率を測定した。光の波長としては可視光（４
００から８００ｎｍ）を用いた。表２に実施例１で作製
した３種類の酸化チタンの約２０μmの厚みのものについて
それぞれ透過率を測定した結果を示す。図９はそれをグ
ラフに示したものである。

【００２１】

【表２】

【００２２】このク゛ラフより酸化チタン(2)及び(3)よりも酸
化チタン(1)の直交透過率が高く、また全てのサンプルで偏
光素子のみの場合の５０％を越えていることがわかっ
た。下記表３と図７にそれぞれの酸化チタンの短軸長さと
直交透過率との関係を、下記表４と図８に長軸長さと直
交透過率との関係を示す。

【００２３】

【表３】

【００２４】

【表４】

【００２５】これらの表及び図からわかるように短軸長
さが大きいほど直交透過率が下がっていることがわか
る。これは短軸長さが波長に近づいている影響であると
考えられる。また、長軸方向の長さはこの範囲（1.7μm
〜5.１μm）ではほぼ影響は少なかった。

【００２６】次にこれらの３種類の異方性散乱素子の直
交透過率の波長依存性を測定した。結果を図１２に示
す。図１２より、短波長になるに従い、直交透過率が下
がっていることがわかる。これは短軸長さとは長が近づ
くためと考えられる。短軸長さが大きいほど短波長の光
の直交透過率の低下が激しく、また、より長波長側で落
ち込むようになっている。これは先程も述べたように短
軸長さと光の波長が近づいてきているためであると推定
される。また、より短軸方向の長さが用いる波長に対し
て小さい程良い結果が得られることがわかった。

【００２７】＜実施例３＞実施例２で作製した異方性散
乱素子における酸化チタン(1)の容積分率の依存を検討し
た。作製法は実施例２と同様に行った。厚みは約２０μ
mとした。直交、平行透過率の測定結果を図１３に示
す。図１３より、酸化チタン(1)の容積分率が多くなるに従
い直交透過率が増加し、より多くなるに従い、減少して
いくことがわかった。他方、平行透過率は容積分率が増
えるに従い、急激に減少していくことがわかった。これ
は図６にほぼ対応していることがわかった。これより、
厚み２０μmのとき酸化チタンの場合には０．５容量％以上
で異方性散乱が生じており、偏光成分が増加しており、
３容量％以上で後方散乱が生じてきていることがわか
る。このとき、０．５容量％で２０μmの場合には厚み
方向には約７個相当の粒子が存在しており、７重の多重
散乱を受けることとなる。また、３容量％では４０層程
度の粒子層ができていることになる。また、８０容量％
以上で急激に直交透過率が低下しているが、これは酸化
チタンの分散が完全でないものと考えられる。

【００２８】＜実施例４＞実施例３で作製した異方性散
乱素子における酸化チタン(1)の厚み依存を検討した。作製
法は実施例２と同様に行った。酸化チタンの容量％は８容
量％、と３３容量％のものを用いた（それぞれ前方散乱
主体と後方散乱主体にほぼ相当する）。厚みはは約３か
ら１５０μmとした。結果を図１４に示す。

【００２９】８容量％の場合、直交透過率から５μm程
度から異方性散乱効果が生じており、１６μm以上で後
方散乱が生じていることがわかった。このとき粒子の数
は約３層で異方性散乱が生じていることとなり、３層以
上で散乱が効果的になるものと考えられる。また後方散
乱を利用する場合には８層以上必要なことがわかった
（理想的に配列していると考えて）。他方、３３容量％
の場合、約３μm程度でも後方散乱が生じていることが
わかった。

【００３０】＜実施例５＞次に他の異方性材料について
も実施例１と同様な方法で異方性散乱素子を作製した。
用いた粒子を表５に示す。ガラスファイバーはコーニン
グ（株）、日本電気硝子（株）、モトヤマ（株）等から
入手した。炭化ケイ素、窒化ケイ素については高純度化
学（株）から、ホウ酸アルミは岡田化学（株）より入手
した。

【００３１】

【表５】

【００３２】表５の材料について容量％が３５％のもの
を作製し、厚みを実施例４と同様に変えてを作製した。
直交透過率および平行透過率の測定結果を図１５に示
す。図１５より、屈折率差が大きいほど前方散乱の極大
となる厚み（言い換えると後方散乱がはじまる厚み）が
薄く、屈折率差が小さいほど前方散乱が極大となる厚み
が大きくなることがわかる。

【００３３】表６および図１６に直交透過率の極大値と
なる厚みと屈折率差との関係を示す。

【表６】

【００３４】図１６より、屈折率が０．０５以上であれ
ば厚みさえ厚くすれば異方性散乱が生じることがわか
る。また、後方散乱は図１５、図１６からわかるように
屈折率差が０．１３以上、好ましくは０．２８以上あれ
ば効率よく生じることがわかる。これらの効果はフィル
ム厚みだけではなく粒子の容積％を変化させても同様な
ことがいえる。図１５より、屈折率差が小さければ短軸
の長さが０．５μm(500nm)と波長よりも大きくなっても
あまり影響しないことがわかった。このとき屈折率差が
小さいため散乱はあまり効率的ではなかった。好ましく
は波長より小さいことが必要と思われる。

【００３５】＜実施例６＞配列の方法としてずり応力を
用いた方式について以下説明する。粒子は酸化チタン(1)を
用いて実施例１と同様な方法で樹脂との複合体を作製し
た。紫外線で硬化する前２０μmのスペーサ（積水ファインケ
ミカル（株）製）を0.5wt%樹脂に混入させ、ガラス基板状
に垂らし、もう一方のガラス基板で挟み込み、上のガラ
ス基板を２０μmの幅で６０回／分、マイクロメータを用いて一
方向にシェアリンク゛した。配列は延伸と同様に行われていた
ことが顕微鏡観察によりわかった。

【００３６】＜実施例７＞以下本発明の一実施例のバ
ックライト及び液晶パネルについて説明する。実施例１
で作製した３種類の異方性散乱素子１７７を図１７に示
すように両側に偏光板１７１を設けた液晶パネル１７０
と、サイト゛ライト型ハ゛ックライト１７２の導光板１７３の間に設置
した。このとき液晶パネルのハ゛ックライト側の偏光軸１７４
と異方性散乱素子１７７の透過軸１７６が一致するよう
に異方性散乱素子１７７を設置した。１７５は導光板下
に設置された反射板である。また液晶パネルはＴＮ型を
用いて最も明るい状態となるように電圧設定した（この
とき電圧無印加時が最も明るい状態であった）。このと
きハ゛ックライトからの明るさを測定した結果を表７に示す。フ
ィルム厚としては約２０μmのものをそれぞれ選んだ。また
表７で無しは異方性散乱素子を用いなかった場合であり
基準値となる。

【００３７】

【表７】液晶パネルの明るさの比較（異方性散乱素子の違いによる）無し(ref) 酸化チタン(1) 酸化チタン(2) 酸化チタン(3) 明るさ(nit) １４０２３０２００１９０

【００３８】表７より、全ての異方性散乱素子で輝度が
大幅に向上した。酸化チタン(1)がもっとも効率が高く、
短軸方向が小さいほど効果が大きいことが分かった。

【００３９】また、他の異方性散乱素子についても同様
の測定を行った。結果を表８に示す。表８において明る
さはRefの場合を100%とした。比較として導光板下の反
射板２５を除いた結果と合わせて表８に示す。表８よ
り、反射板のある場合はどの異方性散乱素子でも効果は
あった。しかしながら、反射板のない場合では後方散乱
の大きい異方性散乱素子では効果が少ないことがわかっ
た。これは前述の後方散乱の利用で述べたこととほぼ一
致する。

【００４０】

【表８】

【００４１】＜実施例８＞以下本発明の一実施例のハ゛
ックライト及び液晶パネルについて説明する。直下型バック
ライトとして図１８に示すように蛍光灯１８１を用いて
かつ蛍光灯１８２の後方に反射板１８３を設けたバック
ライトに種々の異方性散乱素子１８５を設置した。ま
た、両側に偏光板１８１を備える液晶パネル１８０を実
施例７と同様に設置し、液晶パネル１８０の透過率を測
定した。１８４は液晶パネルのハ゛ックライト側の偏光軸、１
８６は異方性散乱素子１８５の透過軸を示す。異方性散
乱素子の散乱軸を示す。いずれの場合も実施例７と同様
に明るい状態が得られた。

【００４２】＜実施例９＞実施例７の構成で図１９のよ
うに１／４λ板１９１を反射板１９２の上に設けた。他
の構成は図２と同じであるので、同一部品には同一番号
を付して説明を省略する。このときの液晶パネルの明る
さを表９に示す。

【００４３】

【表９】液晶パネルの明るさの比較（１／４λ板を挿入した場合）無し(ref) 酸化チタン(1) 酸化チタン(2) 酸化チタン(3) 明るさ(nit) １４０２５０２２０２１０１／４λ板を挿入した場合の方が約１０％の輝度の向上
がみられた。

【００４４】＜実施例１０＞以下、反射型液晶パネルに
用いた場合の一実施例について説明する。実施例７の液
晶パネルを用いて図２０のような配置で反射型液晶パネ
ルを作製した。２０１は液晶パネル、２０２は反射板、
２０３は異方性散乱素子である。異方性散乱素子２０３
の散乱軸と液晶パネルの偏光板２０４の偏光軸との関係
は実施例７と同様にした。種々の異方性散乱素子につい
て明るさとコントラストを測定した。結果を表１０に示
す。

【００４５】

【表１０】

【００４６】全ての異方性散乱板で明るさは増加してい
るが、後方散乱の大きな異方性散乱素子ではコントラス
トが低下していることがわかる。これは後方散乱のため
外光が反射しているためであり、反射液晶パネルの場合
には前方散乱主体のものが好ましいことがわかった。

【００４７】＜実施例１１＞実施例１で用いた異方性散
乱粒子である酸化チタン(1)を用いてネマティック液晶材料である
ＺＬＩ４７９２（メルク（株）製）と混合した。このと
き混合比率としてＺぃ４７９２：酸化チタン(1)＝７：３重
量比とした。配向膜はポリイミドＳＥ４１１０を用いて
硝子基板上に塗布、乾燥することで形成した。通常のラヒ
゛ンク゛法で上下基板とも一軸配向を施し、スヘ゜ーサとして２
０μmの硝子ファイバーを用いて基板上に分散し、通常
のシール印刷の後、加圧硬化して、均一なセル厚の空ハ゜ネル
を作製した。このときラヒ゛ンク゛方向は上下基板で同じ方向
になるようにした。この空ハ゜ネルに上記液晶混合物を通常
の真空注入法で注入し、通常の方法で封口を行い。１５
０℃で１時間アニールした。このように作製した液晶ハ゜ネルを
顕微鏡観察したところ異方性散乱粒子である酸化チタンは
ほぼ液晶の分子配列方向に並んでいた。上記液晶ハ゜ネルを
実施例２と同様に異方性散乱素子として用いたところ、
液晶パネルの明るさ約１．４倍に向上していた。

【００４８】また、ラビングを行わずとも当然ながら磁
場、電場等の印加により液晶の配列ひいては異方性散乱
粒子の配列を行うことが可能であることはいうまでもな
い。また、これらは当然ながら液晶モノマーを少量あるいは
全液晶成分として用いることによって紫外線による硬化
で酸化チタン粒子を固定化（例えば比重による違いでの重
力落下を防ぐ）することができる。

【００４９】＜実施例１２＞実施例１１と同様に液晶ハ゜
ネルを作製したこのとき上下基板でラビング軸を直交さ
せ、いわゆる９０度ねじれネマティックハ゜ネルを作製した。（以
下、TNハ゜ネルと略す）このときカイラル剤としてＳ８１１（メルク（株）製）をヒ゜
ッチ１００μmとなるようにした。このときのセル厚は２０
μmとした。このTNハ゜ネルを実施例４と同様に異方性散乱
素子として用いたところ、輝度早買う１．４倍となり、
しかも目視検査による視角依存が小さいことが分かっ
た。なお当然ながら実施例４と同様に液晶モノマーを用いる
ことにより同様の安定化を行えることができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、 (1) 異方性散乱素子、特にアスヘ゜クト比の異なる粒子を用い
ることで安定で効果の高い偏光変換素子を得ることがで
き、ハ゛ックライト及び液晶パネルの明るさを大幅に向上でき
る。 (2) 位相差板（１／４λ板等）との組み合わせにより偏
光変換をより有効にでき、明るさを向上できる。 (3) 液晶を用いて配向させることにより異方性散乱粒子
のねじれ構造を得ることができ、視角依存などをも改善
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の異方性散乱素子の構造を示す模式図で
ある。

【図２】本発明の後方散乱時の作用を示す偏光変換メカニス
゛ムを示す原理図である。

【図３】本発明の偏光変換メカニズムを示す原理図であ
る。

【図４】一般的な散乱と粒子径との関連を示す図であ
る。

【図５】一般的な前方散乱と後方散乱が生じる領域を示
した図である。

【図６】本発明の異方性散乱における屈折率差と透過率
との関係を示した図である。

【図７】本発明の粒子を配列させるずり応力の原理を示
す模式図である。

【図８】本発明のねじれ構造を持つ異方性散乱素子の模
式図である。

【図９】本発明の実施例の酸化チタン種類と透過率との関
係を示したグラフである。

【図１０】本発明の実施例の酸化チタン種の短軸長さと透
過率との関係を示したグラフである。

【図１１】本発明の実施例の酸化チタン種の長軸長さと透
過率との関係を示したグラフである。

【図１２】本発明の実施例の酸化チタン種類と透過率の波
長依存性との関係を示したグラフである。

【図１３】本発明の実施例の酸化チタン(1)の容積分率と透
過率との関係を示したグラフである。

【図１４】本発明の実施例の酸化チタン(1)の異方性散乱素
子の厚みと透過率との関係を示したグラフである。

【図１５】本発明の実施例の種々の粒子を用いた異方性
散乱素子の透過率と厚みとの関係を示したグラフであ
る。

【図１６】本発明の実施例の△ｎと透過率の極大値と
の関係を示すク゛ラフである。

【図１７】本発明の実施例のサイト゛型ハ゛ックライトまたは液晶
パネルを示す模式図である。

【図１８】本発明の実施例の直下型ハ゛ックライトまたは液晶
パネルを示す模式図である。

【図１９】本発明の実施例の位相差板を設けた場合の
液晶パネルを示す模式図である。

【図２０】本発明の実施例の反射型液晶パネルを示す
模式図である。

【符号の説明】

１１アスペクト比の異なる粒子、１２ (11)と異なる屈折率の媒質である。２１光源２５、３４、１７７、１８５、１９１、２０３異方性
散乱素子３０、１７５、１８３、１９２、２０２反射板３３、１９１位相差板１７０、１８０、２０１液晶パネル１７１、１８１偏光板１７２バックライト装置１７３導光板。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アスペクト比が１以上の散乱粒子を屈折
率の異なる支持媒質中に分散配列してなることを特徴と
する異方性散乱素子。
【請求項２】上記散乱粒子が短軸方向と長軸方向で偏光
に対して異方性を有する請求項１記載の異方性散乱素
子。
【請求項３】上記散乱粒子の短軸長さがRayleigh散乱領
域以下である一方,長軸長さがMie散乱領域あるいは幾何
学散乱領域であり、偏光成分に対し異方性を有する請求
項２記載の異方性散乱素子。
【請求項４】上記散乱粒子の短軸方向の長さが用いる光
の波長以下であることを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の異方性散乱素子。
【請求項５】偏光素子の偏光軸と異方性散乱素子の透過
軸を一致させたことを特徴とする請求項１〜３のいずれ
かに記載の異方性散乱素子。
【請求項６】上記散乱粒子の配列がねじれ構造を有する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の異方
性散乱素子。
【請求項７】上記散乱粒子が酸化チタン、酸化ジルコ
ニウム、酸化亜鉛、炭化シリコン、窒化ケイ素、炭化ケ
イ素、ホウ酸アルミおよびガラスからなる群から選ばれ
る１種である請求項１記載の異方性散乱素子。
【請求項８】上記支持媒質が透光性であることを特徴と
する請求項１記載の異方性散乱素子。
【請求項９】上記支持媒質が樹脂または高分子からなる
ことを特徴とする請求項１記載の異方性散乱素子。
【請求項１０】上記散乱粒子と支持媒質との屈折率差
が０．０５以上である請求項１記載の異方性散乱素子。
【請求項１１】上記散乱粒子の上記支持媒質の容積分
率３％以上である請求項１記載の異方性散乱素子。
【請求項１２】素子厚みが３μm以上である請求項１
記載の異方性散乱素子。
【請求項１３】上記散乱粒子の厚み方向への配列数が
３個以上である請求項１記載の異方性散乱素子。
【請求項１４】上記散乱粒子と支持媒質との屈折率差
または上記支持媒質中の散乱粒子の密度が後方散乱を主
体とする領域にある請求項１記載の異方性散乱素子。
【請求項１５】上記散乱粒子と支持媒質との屈折率差
または上記支持媒質中の散乱粒子の密度が前方散乱を主
体とする領域にある請求項１記載の異方性散乱素子。
【請求項１６】上記支持媒質中の散乱粒子の一方向配
列が電場あるいは磁場の印加、支持媒質の一方向延伸ま
たはずり応力の適用のいずれかにより行う請求項１記載
の異方性散乱素子。
【請求項１７】上記支持媒質が液晶であり、液晶中に
分散して配列しすることを特徴とすることを特徴とする
請求項１〜４のいずれかに記載の異方性散乱素子。
【請求項１８】液晶によって配列した後、液晶中の重
合性成分を重合することにより、支持媒質中に散乱粒子
を固定してなる請求項１〜４のいずれかに記載の異方性
散乱素子。
【請求項１９】少なくとも表面側に偏光板を有する液
晶パネル、該液晶パネルの裏面側に位置するバックライ
ト装置と、上記液晶パネルとバックライト装置との間に
位置する、アスペクト比が１以上の散乱粒子を屈折率の
異なる支持媒質中に分散配列してなる後方散乱を主体と
する異方性散乱面素子と、バックライト装置の裏面側に
反射板あるいは散乱板を備え、上記異方性散乱素子の散
乱方向と上記液晶面素子の偏光軸あるいは吸収軸とをほ
ぼ一致させてなる液晶ディスプレイ。
【請求項２０】上記液晶パネルが表面側および裏面側
にそれぞれ偏光板を有する請求項２０記載の液晶ディス
プレイ。
【請求項２１】上記異方性散乱素子と反射板ないしは
散乱板の間に位相差板を有する請求項１９記載の液晶デ
ィスプレイ。
【請求項２２】位相差板が１／４波長板である請求項
２１記載の液晶ディスプレイ。
【請求項２３】上記バックライト装置が光源から導光
板を通じて照明を行うサイド型バックライトである請求
項１９記載の液晶ディスプレイ。
【請求項２４】上記バックライト装置が直下型のバッ
クライトである請求項１９記載の液晶ディスプレイ。
【請求項２５】液晶パネルの裏面側に位置する反射板
と、上記液晶パネルの表面側に位置する、アスペクト比
が１以上の散乱粒子を屈折率の異なる支持媒質中に、前
方散乱が得られるように分散配列してなる異方性散乱素
子とを備え、外光が上記液晶パネルに入射される前に上
記異方性散乱素子に入射するようにしてなることを特徴
とする反射型液晶ディスプレイ。