JPH10293203A

JPH10293203A - 光制御層、その形成方法、および応用装置

Info

Publication number: JPH10293203A
Application number: JP9100578A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Unayama; 伸一宇南山; Yoshiyuki Sonda; 嘉之尊田; Eiji Shidouji; 栄治志堂寺; Masao Ozeki; 正雄尾関; Asako Kubo; 麻子久保
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】広視野角の表示素子を得る。【解決手段】厚みｔ＝４０μｍ、屈折率ｎ_F ＝１．５の
アクリル系高分子からなる面状の媒体２の中に、屈折率
ｎ₁ ＝１．５で外径ｄ₁ ＝３７μｍのアクリル系高分子
のビーズ３と、屈折率ｎ₂ ＝１．５９で外径ｄ₂ ＝５μ
ｍのアクリル系とポリスチレン系の混合高分子からなる
ビーズ４を配置した光制御層１。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示媒体の前方に
配置して通過する表示光を制御し、表示媒体の表示状
態、特に表示の視野角やコントラスト比、および、明る
さを改善する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置や、ＰＤＰ、その他の電子
表示装置、およびその他一般の表示媒体における表示の
明るさ、コントラスト比は、それぞれの動作原理で定ま
る光学特性によって制限され、理想的な表示が得られて
はいなかった。そのため、光制御層を補助的に設けて表
示状態を改良しようという試みが行われていた。

【０００３】なかでも、液晶表示装置やスクリーン装置
の表示特性の改善が求められていた。特に、斜め方向か
らの視認性、つまり視野角の拡大が大きな課題であっ
た。そのため、光路を調節する機能を有する光制御層を
併用することが知られていた。

【０００４】例えば、表示媒体の表示光を制御する方法
として、液晶表示装置などの表示媒体の前方にレンズ状
アレイ体を配置したもの（国際公開パンフレットＷＯ９
５／０１５８４、従来例１）、屈折率の異なった層を平
行に並べて配置したフィルム体（特開昭６４−７７００
１号公報、従来例２）、あるいは高分子ビーズをゾルゲ
ル層の媒体中に配置したもの（特開平８−９５０１５号
公報、従来例３）が知られていた。

【０００５】また、特開平４−９６０４１号公報（従来
例４）には、屈折率の異なる二種類のビーズをブラック
マトリックスの間に交互に配置した映写スクリーンに関
する発明が開示されていた。そして、映写スクリーンを
見る観客側の広い角度分布に対して、等しく高輝度映像
を鑑賞可能にしたとの記載があった。

【０００６】上記の従来例１は、レンズ状アレイ体の構
造／形状を直接利用し、幾何光学的に光を集光または拡
散する効果を生み出すものである。しかし、構造が複雑
であり製造が相対的に困難であり、高い生産性が期待で
きない。

【０００７】従来例２は、フィルム上にフォトマスクを
配し、斜め方向から紫外線を照射することにより、屈折
率の異なる平行な二つの層を形成する。そして、その屈
折率の異なった二つの層の界面での光の反射や屈折を利
用し、光の制御を行う。しかし、この従来例２の方法で
はヘイズ率が低いという問題点があった。

【０００８】また、従来例２に示された形成方法では、
紫外線を照射する方向のみしか、光散乱を起こす構造を
設けることができなかった。よって、全方向に光を散乱
させるためには、紫外線を複数の方向から照射しなくて
はならないため製造工程が複雑になるといった問題点が
あった。

【０００９】さらに、従来例２におけるフィルム形態の
光制御層では、フィルム一枚のみを用いた場合には、視
野角拡大効果が単方向にしか発現しないという問題点が
あった。また、ヘイズ率が小さいため充分な視野角拡大
効果を獲得できないという問題点があった。

【００１０】従来例３は、高分子の媒体と一種類の高分
子のビーズとが備えられていた。そして媒体の屈折率と
ビーズの屈折率が異なるように設けられていた。この従
来例３では、媒体とビーズとの界面での屈折および／ま
たは反射を利用して、全方向に光を散乱することができ
た。そのため、フィルム一枚のみで全方向に光を散乱さ
せ、全方向の視野角拡大効果を得ることができた。

【００１１】しかし、光の入射方向に依存せずヘイズ率
はほぼ一定であり、かつヘイズ率が高過ぎるため、正面
方向からの視認性、つまり正面コントラスト比や正面輝
度の低下を招き、これが新たな問題となっていた。

【００１２】従来例４においては、粒状体と空気との間
での屈折および／または反射を用いており、粒状体の表
面に汚れが付着しやすく光学性能の低下をもたらすこと
があった。また、外光の影響を直接受けやすい構造であ
った。さらに、基本構造としてブラックマトリックスを
粒状体と併用しているために全体の輝度が低下するとい
う問題があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
例では表示媒体の総合的な性能を向上させることができ
なかった。なぜなら、一つの性能を追求すると他の性能
を犠牲にすることになり、光学素子として求められる諸
機能を全て同時に満たすことが困難なためである。

【００１４】このように、表示媒体の視野角を広げ、か
つ、最も重要な正面側の表示特性を低下させない新たな
光制御層が求められていた。また、投射画像における高
コントラスト比と明るさの両方を同時に達成できる投射
型表示装置用の新しいスクリーン装置が求められてい
た。

【００１５】そして、広く使用されている液晶表示素子
や液晶プロジェクターと組み合わせて使用することが容
易で、薄膜状平面構造に形成しやすく、大面積の素子形
成が可能で、かつ生産性がよく、また安定した製造がで
きる新しい光制御層およびその応用装置を開発すること
が目的である。

【００１６】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の請求
項１は、粒状体が面状の媒体中に配置されてなる光制御
層において、それぞれ異なる屈折率を有するＫ種類（Ｋ
は２以上の整数）の粒状体が用いられ、そのうちＭ種類
（１≦Ｍ≦Ｋ−１、Ｍは整数）の粒状体の各屈折率ｎ_i
（１≦ｉ≦Ｍ、ｉは整数）と、（Ｋ−Ｍ）種類の粒状体
の各屈折率ｎ_j（Ｍ＋１≦ｊ≦Ｋ、ｊは整数）と、厚み
がｔである媒体の屈折率ｎ_F とが、｜ｎ_i −ｎ_F ｜≦
ｓ、ｕ≦｜ｎ_j −ｎ_F ｜、および、０．００≦ｓ＜ｕ≦
０．１５を満足することを特徴とする光制御層である。

【００１７】ここで、Ｓ＝０．００とは媒体の屈折率と
粒状体の一種類の屈折率とがほぼ一致する場合を含むこ
とを意味する。また、ｓとｕとの間に、｜ｓ−ｕ｜≧
０．０５、さらには、｜ｓ−ｕ｜≧０．０８、さらに
は、粒状体の外径の大きさと組み合わせて、｜ｓ−ｕ｜
≧０．１０とすることができる。基本的には、Ｍ種類の
粒状体と（Ｋ−Ｍ）種類の粒状体との間に一定の屈折率
差を設けることが好ましい。

【００１８】また、請求項２は、粒状体が面状の媒体中
に配置されてなる光制御層において、それぞれ異なる屈
折率を有する２種類の粒状体Ｒ_i とＲ_j が少なくとも用
いられ、Ｒ_i の屈折率をｎ_i 、Ｒ_j の屈折率をｎ_j 、媒
体の屈折率をｎ_F 、Ｒ_i の外径をｄ_i 、Ｒ_j の外径をｄ
_j 、媒体の厚みをｔとすると、｜ｎ_i −ｎ_F ｜≦ｓ、ｕ
≦｜ｎ_j −ｎ_F ｜、ｕ−ｓ≧０．０５、ｄ_i ≧ｔ／３、
ｄ_j ≦２・ｔ／３、および、ｄ_i ＞ｄ_j を満足すること
を特徴とする光制御層である。

【００１９】また、請求項３は、Ｍ種類の粒状体のうち
の最大の外径をｄ_M・max 、（Ｋ−Ｍ）種類の粒状体のう
ちの最小の外径をｄ_(K-M)・min とすると、ｔ＞ｄ
_M・max 、かつ、ｄ_M・max ＋ｄ_(K-M)・min ≧ｔを満足する
ことを特徴とする請求項１または２記載の光制御層であ
る。

【００２０】上記の各請求項に記載された光制御層の構
成部材として、屈折率が１．３〜１．７の材料を用いる
ことができる。さらに、本発明の好ましい態様１は、
１．４≦ｎ_F ≦１．６、かつ、１．４≦ｎ_i ≦１．６、
かつ１．４≦ｎ_j ≦１．６を満足する。

【００２１】さらに、本発明の好ましい態様２は、上記
の各請求項または態様１記載の光制御層において、媒体
の厚みをｔ（μｍ）、Ｍ種類の粒状体の外径をｄ_i 、
（Ｋ−Ｍ）種類の粒状体の外径をｄ_j （μｍ）、所定の
外径定数をｄ₀ （μｍ）とすると、０．５μｍ≦ｄ_j ≦
ｄ₀ ＜ｄ_i ≦ｔ、ｔ＝１０〜２００μｍ、ｄ₀ ＝８〜２
０μｍを満足する。

【００２２】また、本発明の好ましい態様３は、上記の
各請求項または各態様記載のいずれかの光制御層におい
て、（Ｋ−Ｍ）種類の粒状体の全粒状体に対する重量比
が１０〜７０％である。

【００２３】また、本発明の好ましい態様４は、上記の
各請求項または各態様のいずれかに記載された光制御層
において、ｓ≦０．０１４、かつ、ｕ＝０．０８〜０．
１４５を満足する。さらに、ｓ≦０．０５、ｕ−ｓ＝
０．０７〜０．１４５を満足することが好ましい。

【００２４】また、本発明の好ましい態様５は、上記の
各請求項または各態様のいずれかに記載された光制御層
において、粒状体が高分子ビーズ、媒体が高分子であ
る。また、本発明の好ましい態様６は、上記の各請求項
または各態様のいずれかに記載された光制御層におい
て、粒状体が球状、楕円体、もしくは多面体である。

【００２５】また、請求項４は、上記のいずれかに記載
された光制御層が備えられたことを特徴とする液晶表示
装置である。

【００２６】また、請求項５は、上記のいずれかに記載
された光制御層が備えられたことを特徴とするスクリー
ン装置である。特に、所定の指向性を持つ投射画像光を
投射する投射光学装置と組み合わせて用いることが好ま
しい。

【００２７】また、請求項６は、粒状体を媒体中に配置
する光制御層の形成方法において、それぞれ異なる屈折
率を有するＫ種類（Ｋは２以上の整数）の粒状体を準備
し、そのうちＭ種類（１≦Ｍ≦Ｋ−１、Ｍは整数）の粒
状体の各屈折率ｎ_i （１≦ｉ≦Ｍ、ｉは整数）と、（Ｋ
−Ｍ）種類の粒状体の各屈折率ｎ_j （Ｍ＋１≦ｊ≦Ｋ、
ｊは整数）と、媒体の屈折率ｎ_F とを、｜ｎ_i −ｎ_F ｜
＜｜ｎ_j −ｎ_F ｜の関係を満足するように選択し、あら
かじめＫ種類の粒状体を混合することを特徴とする光制
御層の形成方法である。

【００２８】

【発明の実施の形態】本発明は、屈折率が異なるＫ種類
（Ｋは２以上の整数）の粒状体を混合し、それらをある
媒体中に混入し、そのうちＭ種類（１≦Ｍ≦Ｋ−１を満
足する整数）の粒状体の屈折率を媒体の屈折率とほぼ同
じ屈折率に設定する。

【００２９】そして、残りの粒状体、すなわち（Ｋ−
Ｍ）種類の粒状体は媒体と異なる屈折率とし、これらの
粒状体を含む媒体を層状に薄膜化し、低ヘイズ率（また
は透明率）である領域と高ヘイズ率である領域とを単位
面積ごとにほぼ一様に作り出す。そして、この二つの領
域の比率を所望の表示効果を得られるように設定する。
そして、この光制御層、および光制御層を用いた応用装
置を構成する。

【００３０】さらに、好ましくは、Ｍ種類の粒状体の粒
径を（Ｋ−Ｍ）種類の粒状体の粒径よりも全て大きく設
けることが好ましい。両者の間で屈折率の差と作用しあ
って、より大きな光学的効果を生み出すことができる。

【００３１】本発明において、粒状体とは所定の大きさ
のものであれば使用でき、粉砕加工し、形状寸法をほぼ
揃えたものでもよい。また、粒状体の材料としてはガラ
スや透明性無機物でもよいが、実用上は光学特性、成型
性に優れた高分子からなるビーズを用いることが好まし
い。さらに、球状、楕円形状等の所望の形状および寸法
に加工されていることが取扱上、および光学特性上好ま
しい。

【００３２】以下に図を参照して本発明の好ましい態様
について説明する。図１は本例の光制御層の一例の断面
図である。光制御層１の膜厚ｔを１０μｍ≦ｔ≦２００
μｍの範囲から選択して設定する。さらに、高分子から
なる媒体２と、媒体とは異なる屈折率を持つ球状もしく
は楕円形の高分子からなる粒状体４（以下、ビーズとも
呼ぶ）の直径ｄ₂ を０．５μｍ≦ｄ₂ ≦１０μｍの範囲
に設定する。なお、粒状体の形状が楕円体状の場合に
は、その短軸方向の長さを外径として採用する。

【００３３】そして、光制御層１中での高分子のビーズ
４の重量比を１０〜７０ｗｔ％に設定する。ここで、重
量比とは、媒体と全てのビーズの重量の総和に対する相
対比である。

【００３４】また、媒体２の屈折率をｎ_F とし、ｎ_F と
異なる屈折率ｎ₂ を有する高分子からなるビーズ４、か
つ、高分子からなるビーズ３の屈折率ｎ₁ をｎ_F とほぼ
等しい範囲に設定する。光学的な条件面のみについて考
察すれば、高分子材料の屈折率はおよそ、１．３〜１．
７の範囲から適宜組み合わせて選択して設定すればよ
い。

【００３５】このとき、１．４≦ｎ_F ≦１．６、１．４
≦ｎ₁ ≦１．６、１．４≦ｎ₂ ≦１．６、０．００≦｜
ｎ_F −ｎ₁ ｜＜｜ｎ_F −ｎ₂ ｜≦０．１５、かつ｜ｎ₁
−ｎ₂ ｜≧０．０７〜０．１４５を満足するように設定
する。これは、ビーズ３、４と媒体２に、製造上有利で
あるアクリル系またはポリスチレン系の高分子を用いる
ことができるからである。

【００３６】ここで、｜ｎ_F −ｎ₂ ｜≦０．１５とした
理由は、｜ｎ_F −ｎ₂ ｜＞０．１５の場合には、光制御
層１全体のヘイズ率が大きくなりすぎ、光制御層を液晶
表示素子と組み合わせても、斜め方向からの視認性を改
善することができるが、正面からの視認性がかなり低下
し、液晶表示装置として実質使用できないためである。

【００３７】さらに、０．００≦｜ｎ_F −ｎ₁ ｜≦０．
０１４を満足するように設定した理由は、｜ｎ_F −ｎ₁
｜＞０．０１４の場合には、媒体２とビーズ３との界面
での光の屈折や反射が強く発生するため、光制御層１全
体のヘイズ率が大きくなり、斜め方向からの視認性を改
善することができるが、正面方向からの視認性が低下
し、液晶表示装置に実質使用できないためである。

【００３８】次に、光制御層１の膜厚ｔを、１０μｍ≦
ｔ≦２００μｍに設定するのは、まず、ｔ＜１０μｍの
場合には、光散乱能が低下して斜め方向からの視認性改
善効果が乏しく、ｔ＞２００μｍの場合には、光制御層
１全体のヘイズ率が高くなり、斜め方向からの視認性改
善効果は発現するが、正面からの視認性（明るさ、コン
トラスト、解像度）の低下が著しくなるためである。

【００３９】また、ビーズ４の外径ｄ₂ を０．５μｍ≦
ｄ₂ ≦１０μｍとする。その理由は、ｄ₁ ＜０．５μｍ
の場合には、ビーズ３の大きさが可視光の波長と相関で
きる大きさ以下になるので、可視光の反射や屈折の効果
が小さくなり、光散乱能が乏しくなる。また、ｄ₁ ＞１
０μｍの場合には、光制御層１内での光の反射や屈折の
回数が減るので光散乱能が乏しくなる。そのため、ｄ₁
＜０．５μｍやｄ₁ ＞１０μｍの場合では、斜めからの
視認性を改善することができないからである。

【００４０】したがって、厚みｔの媒体中に外径ｄ₁ を
有するビーズ３と外径ｄ₂ を有するビーズ４とを、厚み
方向における二群の粒状体の外径寸法の関係と、面積方
向における二群の実効的な断面積の関係が一定の条件を
満たすように配分する。

【００４１】また、光制御層１の構成において、媒体２
とほぼ同じ屈折率を持つビーズ３の直径は、媒体２と異
なる屈折率を持つビーズ４の直径より大きくすることが
特に好ましい。かつ、ビーズ３の外径とビーズ４の外径
の合計値が光制御層１の膜厚ｔより大きくなるように設
ける。つまり、ビーズ３の直径をｄ₁ 、ビーズ４の直径
をｄ₂ とすると、ｄ₂ ＜ｄ₁ 、かつ、ｄ₁ ＋ｄ₂ ≧ｔを
満たすことが好ましい。また、ｄ₁ ≧ｔ／２、ｄ₂ ≦ｔ
／２を満足することがさらに好ましい。

【００４２】また、上記の光制御層１の構成条件におい
て、ビーズ４の重量比ＷをＷ＜１０ｗｔ％、または、Ｗ
＞７０ｗｔ％を満足する場合には、媒体との相互関係に
おいて、屈折率の異なった界面の総合面積が小さくなる
ため、光の屈折や反射の回数が総じて少なくなる。

【００４３】このため、Ｗ＜１０ｗｔ％、および、Ｗ＞
７０ｗｔ％の場合は光散乱能が低下する。したがって、
光制御層１を利用して所望の光学特性、すなわち斜め方
向からの視認性を改善するためには１０ｗｔ％≦Ｗ≦７
０ｗｔ％とすることが好ましい。

【００４４】このような構成により、光制御層１に垂直
に入射する光の一部は必ず、媒体２とほぼ同じ屈折率を
持ち、かつ、ビーズ４よりは相対的に大きいビーズ３に
ほぼ直接入射する。すなわち、媒体２とビーズ３の界面
で反射や屈折を起こさずに正透過し、光制御層１に垂直
に入射した光のうちの一部や斜め方向から入射した光
は、ビーズ４と媒体２との界面で、反射や屈折を起こし
て拡散される。

【００４５】この光制御層１を従来公知の液晶表示素子
と組み合わせて用いると、正面からの視認性をほとんど
低下させることなく、斜め方向からの視認性を改善する
ことができる。本発明の光制御層１は、液晶表示装置の
内面側に設けることが好ましい。前側偏光板と前側位相
差板との間、前側位相差板と前側ガラス基板との間、前
側偏光板と前側ガラス基板との間、または前側ガラス基
板と液晶層との間に配置できる。

【００４６】特に、液晶層にできるだけ近づけることが
好ましい。つまり、実用上では前側ガラス基板に近設し
て配置した場合に、より大きな効果を奏するので好まし
い。この場合、媒体の屈折率ｎ_F を近接して設けられる
構成部材の屈折率とほぼ合わせることが好ましい。ま
た、内面に配置する場合、近接される構成部材との間に
光学カップリング材を設けることが好ましい。

【００４７】図３に本発明の液晶表示装置の一例の断面
図を示す。前側偏光板６Ａ、前側位相差板７Ａ、光制御
層１、前側ガラス基板８Ａ、ＲＧＢのカラーフィルタ
９、液晶層１０、後側ガラス基板８Ｂ、後側位相差板７
Ｂ、後側偏光板６Ｂ、導光板１１、光源１２が順次積層
された断面状態が模式的に示されたものである。

【００４８】また、図７に本発明の液晶表示装置の一画
素付近における、光制御層の粒状体３、４の分布状態を
模式的に示す。用いた粒状体の重量比はそのまま体積比
とみることができ、さらに平面方向における分布密度も
重量比にほぼ一致すると考えられる。

【００４９】したがって、ビーズ３の占める総面積Ｓ₃
を画素面積に対して、１０％≦Ｓ₃≦７０％、かつ、ビ
ーズ４の占める総面積Ｓ₄ を画素面積に対して、１０％
≦Ｓ₄ ≦７０％の範囲になるように設ければよい。この
とき、総面積Ｓ₃₊₄ は１０％≦Ｓ₃₊₄ ≦７０％をほぼ満
たすように設けることが好ましい。

【００５０】図７は模式的に描いた平面図であって、媒
体の屈折率に近い屈折率を有し、外径寸法が大きなビー
ズ３に対して、媒体の屈折率から離れた屈折率値を持
ち、外径寸法が小さなビーズ４、４Ａが配置された状態
を示す。ビーズ４Ａは楕円体形状を有している。

【００５１】同様に、図８に別の構成例の模式的平面図
を示す。ビーズ３、３Ａ、および、ビーズ４、４Ｂとが
配置されており、各二群のビーズのなかで、外径寸法を
それぞれわずかに分散して用いた例である。

【００５２】次に、本発明の光制御層の形成方法につい
て説明する。大きく分けて、以下の（イ）、（ロ）の２
つの手法があげられる。まず（イ）の手法は高分子から
なるビーズの散布を行うもので、（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）の場合がある。

【００５３】（ａ）薄膜状に設けた液状の樹脂に、二種
類の高分子ビーズを散布し自然に拡散した層を形成す
る。（ｂ）二種類の高分子ビーズを基板上に散布し、そ
の後、液状の樹脂を高分子ビーズを覆うように配置して
形成する。（ｃ）半固体状もしくは粘稠状の樹脂を準備
し、そのなかに二種類の高分子ビーズを散布し、外力を
加えて均一に攪拌を行って形成する。以上の三つがあげ
られる。この後、液状樹脂または粘稠状樹脂を硬化させ
て、光制御層が形成される。

【００５４】このとき、（ａ）と（ｂ）の手法において
は、二種類の高分子からなるビーズは同時に混合した状
態で散布してもよいが、ビーズの種類ごとの配置位置を
高度に制御するために、各種類ごとに散布する順番と量
を変えて行うことが可能となる。

【００５５】次に、（ロ）の手法はフィルムと硬化性化
合物を併用する。（ｄ）回転するロール上に二種類の高
分子からなるビーズが混入された液状の媒体を塗布し、
ロールの回転速度および／またはフィルムへの塗布量の
調整で膜厚を制御する。（ｅ）連続して搬送されるフィ
ルム状の基板の上に、二種類のビーズを混入した液状の
媒体を塗布する。搬送速度および／または塗布量の調整
で膜厚を制御する。（ｆ）連続して搬送されるフィルム
状の基板の上に、二種類のビーズを散布し、その後、液
状の媒体を配置し、搬送速度および／または散布量の調
整で高分子ビーズの分布密度を制御する手法である。

【００５６】上記の（ロ）の手法では、液状の媒体とし
て硬化性化合物を用いれば、その硬化により光制御層を
完成させることができる。硬化性化合物を使用した場合
には、膜状に形成した後に、紫外線照射または熱を印加
することで硬化形成を行う。

【００５７】この際、粒状体を構成する材料と、媒体材
料との間の物性差、例えば、融点や溶解性の差を利用し
て混合、攪拌、分散、および、媒体の硬化の各工程処理
を行うようにすればよい。また、上記の（イ）、（ロ）
の各手法をさらに組み合わせて光制御層を形成すること
もできる。

【００５８】次に、表１〜１６に本発明に用いることの
できる高分子の材料の一覧を示す。原則として光学的に
高い透明性を有し、粒状体に成型できるもの、もしくは
溶剤に溶けて液状になるものが使用できる。なかでも、
合成高分子がその組成を調整でき、かつ相互に組み合わ
せて使用し、安定して量産供給でき好ましい。また、光
制御層を構成した場合、所望の温度範囲でほぼ同様の光
学特性を示す材料の組み合わせを系統的に選択して用い
ることが好ましい。例えば、周囲温度が−４０〜＋９５
℃の温度域で所望の特性を発揮するように選択すること
が好ましい。

【００５９】表１〜１６の第１欄に物質の通算番号、第
２欄に物質名を、第３欄に本発明における適用手法を、
第４欄に屈折率を、第５欄に第４欄の屈折率が得られる
温度を示す。本発明の粒状体、および媒体にはいずれの
高分子材料を使用できる。しかし、通常の製造手法との
関係において、高分子材料の物質としての融点、線膨張
係数、成型性、および液状性質を有するかどうかなどを
考慮した場合、例えば、粒状体３としては第３欄の▽マ
ークの物質群、粒状体４としては欄３の△マークの物質
群、媒体２としては欄３の○マークの物質群を使用する
ことが好ましい。

【００６０】また、複数の種類の高分子を混合して、そ
の屈折率を調整し、あらかじめ粒状体材料、および媒体
材料として用いることができる。媒体にも複数の種類の
高分子を混合して使用できる。

【００６１】なお、高分子の物性に関しては、「ポリマ
ーハンドブック」（ＰｏｌｙｍｅｒＨａｎｄｂｏｏ
ｋ、ＷｉｌｅｙＩｎｔｅｒｓｃｉｅｎｃｅ）、およ
び、高分子学会編高分子新素材便覧、３．３節オプト
エレクトロニクス高分子材料（８８〜８９頁の図３．３
９、表３．１８、表３．１９など）等を参照し、所望の
構成を得ることができるように高分子材料を選択すれば
よい。

【００６２】

【表１】

【００６３】

【表２】

【００６４】

【表３】

【００６５】

【表４】

【００６６】

【表５】

【００６７】

【表６】

【００６８】

【表７】

【００６９】

【表８】

【００７０】

【表９】

【００７１】

【表１０】

【００７２】

【表１１】

【００７３】

【表１２】

【００７４】

【表１３】

【００７５】

【表１４】

【００７６】

【表１５】

【００７７】

【表１６】

【００７８】次に、本発明の作用について説明する。図
５と図６の模式的に描いた説明図に、比較例１と本発明
（構成例Ａ）の光制御層における光束の拡散状態を示
す。縦軸の輝度は正透過光の方を大きくスケールしてい
る。

【００７９】図５の比較例１では、膜厚３０μｍで屈折
率１．５０の媒体２の中に、屈折率１．５５で外径が６
μｍの高分子からなるビーズ４’を配置し、ビーズの重
量比を３０ｗｔ％としたものである。

【００８０】ここで、光源から出射し、光制御層に入射
され、光制御層のなかで屈折や反射を受けずに透過し
て、反対側の面から出射する光の成分を正透過光と定義
する。逆に光制御層のなかで屈折および／または反射さ
れることで光路が曲げられ拡散される成分を拡散光と定
義する。この比較例１では正透過光がほぼ０％であり、
拡散光の半値幅が約１０°であった。

【００８１】これに対して、図６の構成例Ａは、膜厚３
０μｍで屈折率１．５０の媒体２の中に屈折率１．５５
で外径が６μｍのビーズ４を重量比を２５ｗｔ％とし、
屈折率が１．５０で外径が２７μｍのビーズ３を重量比
を１０ｗｔ％となるように配置した。

【００８２】この構成例Ａでは、正面方向における正透
過光の割合がほぼ１０％であり、かつ、拡散光の半値幅
が約１０°であった。この際、媒体と屈折率の異なるビ
ーズの所定の領域における分布密度は比較例１のものと
ほぼ等しくなるように設けた。つまり、媒体の屈折率と
ほぼ一致せしめられた外径の大きなビーズが占める領域
外での、媒体の屈折率と異なる外径の小さなビーズの部
分的な領域における実効的な分布密度である。上述した
図７と図８に示した、ビーズ４、４Ａ、４Ｂの占める領
域における配置密度である。

【００８３】次に、本発明の光制御層と光の指向性との
関連性について説明する。表１７に光源から発する光の
平行度Ｐと、光度の半値幅（°）、収束される光量の数
値（％）を計算機シミュレーションによって解析し、そ
の結果を例示する。また、図３の下部に液晶表示装置に
おいて、バックライトから出射され、液晶表示素子の液
晶層１０を通過し、さらに光制御層１に入射する光源光
の光度分布を図示する。

【００８４】図３に示すようにバックライトからの光源
光の光度Ｉは天頂角Ψ（正面方向を０°とする）に対し
て、所定のプロフィールを有している。通常は、光源光
の出射面の垂線方向、つまり正面方向の光度がほぼ最大
となるように設けられ、その最大光度Ｉ₀ の半値幅を与
える天頂角をＤ₀ とする。このとき、ある天頂角Ψにお
ける光度をＩとすると、Ｉ＝Ｉ₀ ｃｏｓΨの関係があ
る。

【００８５】高い平行度Ｐを有する光源光を得るには、
フレネルレンズ、プリズム状アレイレンズなど各種の光
学要素を組み合わせることで達成できる。簡素な拡散板
方式のバックライトの場合の平行度Ｐが１、拡散板と２
枚のプリズムシートを組み合わせた場合が１０程度、画
素に対応して配置したフレネルレンズなどの高機能光学
要素を用いた場合がおよそ３０程度となる。

【００８６】本発明の光制御層は、そこを通過する光束
の指向性と一定の関係がある。少なくとも光源光の平行
度が高いほど、その作用が大きくなるという傾向を持
つ。したがって、液晶表示装置に用いる場合、バックラ
イトから出射される光源光、すなわち平面状光束の平行
度は少なくとも２０以上、さらに２５以上であれば、よ
り広い視野角と、高コントラスト比、画面の明るさを同
時に達成できる。一定の視野角のなかに７０〜８０％の
光量を集束できることがわかる。次に実施例について説
明する。

【００８７】

【表１７】

【００８８】表１８に液晶表示装置におけるバックライ
トの指向性と光制御層との具体的な関係をさらに説明す
る。構成例Ａ〜Ｄが本発明の光制御層を併用したもので
ある。本発明の光制御層は、上述したように、指向性の
ある光源光から生成された表示光に対して用いることが
好ましい。およそ、２０°以内の指向性の光源光の場合
に、より大きな効果を奏する。

【００８９】

【表１８】

【００９０】

【実施例】

（例１）本例は図１に示す構造のものであって、ｄ₁ ＝
３７μｍ、ｄ₂ ＝５μｍ、ｔ＝４０μｍ、ｎ_F ＝１．５
０、ｎ₁ ＝１．５０、ｎ₂ ＝１．５９に設定した。高分
子からなるビーズ３はアクリル系、高分子からなるビー
ズ４はアクリル系とポリスチレン系の二種混合高分子を
用い、媒体２はアクリル系の高分子を用いた。

【００９１】ＳＴＮ液晶表示素子の前側位相差板（視認
側）と前側ガラス基板との間に置いて視野角を測定し
た。コントラスト比が５以上の視野角は、光制御板を設
けない場合には、左４０°、右４５°、上３０°、下３
５°であったのに対し、本例は左５８°、右５０°、上
４３°、下５４°となった。つまり、相対的にコントラ
スト比が５以上の領域が、左右で±１０°程度、上下方
向で±１５°程度広がった。また、正面方向のコントラ
スト比は光制御層がない場合の５０に対して、３５に低
下したが、光制御層を設けない場合とほぼ同様の表示品
位で視認することができた。

【００９２】本例の光制御層は以下のようにして形成し
た。まず、液状の樹脂中にビーズ３を１０ｗｔ％、次
に、ビーズ４を２５ｗｔ％混入し、拡散した。その後、
紫外線硬化キャスティング法を（技術情報協会発行：
「ＵＶ硬化技術」２７２頁を参照）を用いて、液状の樹
脂を硬化させてフィルム上に固化せしめた。この際、ロ
ールの回転と液を出す速度で膜厚の制御を行った。

【００９３】（実施例２）図２を参照して本例を説明す
る。実施例１で用いた媒体２そのものを接着剤として用
いた。光学的に透明な基体Ａと基体Ｂとを面状の媒体２
の表側と裏側にそれぞれ接着した。その他の構成は実施
例１と同様とした。これにより、余分な接着剤を用いず
に光制御層を形成でき、かつより薄膜化できた。また、
光制御層１は液状の樹脂中に高分子からなるビーズ３と
高分子からなるビーズ４とを混入し、拡散させるだけ
で、紫外線照射の必要はない。このため製造が容易であ
った。

【００９４】本例の光制御層を液晶表示素子と併用する
ことにより、正面からの視認性を損なうことなく、斜め
方向から視ても正面と同等の視認性をもつ液晶表示装置
を得た。本例では前側偏光板と前側位相差板との間に配
置した。

【００９５】本例で用いた液晶表示素子は、１２．１サ
イズの行同時選択方式のＭＬＡ（マルチラインアドレッ
シング駆動）方式のもので、液晶層の厚みが５．２５μ
ｍ、ガラス基板の厚みが７ｍｍ、１画素の大きさが縦３
０６μｍ×横１０２μｍ、格子状のブラックマトリック
スの幅が２０〜２５μｍ、位相差板のリターデーション
値が４３０ｎｍ、Ｎｚ値が０．３、バックライトの指向
性が２１°であった。

【００９６】（実施例３〜７）次の表１９に各例の構成
をまとめて示す。

【００９７】

【表１９】

【００９８】（例８）本例では、用いるビーズの種類を
３種とした。Ｋ＝３、Ｍ＝１、（Ｋ−Ｍ＝２）の場合に
相当する。第１のビーズ、第２のビーズ、第３のビーズ
の各パラメータをそれぞれ下添字で区別して示す。ビー
ズの直径をｄ₁ ＝３７μｍ、ｄ₂ ＝５μｍ、ｄ₃ ＝８μ
ｍ、ｔ＝４０μｍ、屈折率をｎ_F ＝１．５０、ｎ₁ ＝
１．５０、ｎ₂ ＝１．５９、ｎ₃ ＝１．６３３、濃度を
Ｗ₁ ＝１０ｗｔ％、Ｗ₂ ＝２０ｗｔ％、Ｗ₃ ＝８ｗｔ％
に設定した。また、光制御層の厚みｔを４０μｍとし
た。

【００９９】第１のビーズ（上述した各図面中のビーズ
３に相当する）にはアクリル系の高分子、第２のビーズ
（図面中のビーズ４に相当する）にはアクリル系とポリ
スチレン系の二種混合高分子を用いた。さらに、異なる
屈折率を有する第３のビーズにはポリスルホンを用い
た。媒体２はアクリル系の高分子を用いた。

【０１００】そして、光制御層を液晶表示素子の前側位
相差板と前側ガラス基板との間に配置した。本例の液晶
表示装置の視野角を測定したところ、光制御板を設けな
い場合に比較してコントラスト比が５以上の領域が、左
右で±１０°程度、上下方向で±１５°程度広がった。
また、正面方向のコントラスト比は光制御層がない場合
の５０に対して、３５に低下したが、ほぼ同様の表示品
位で視認できた。

【０１０１】（例９）上記の実施例１〜８の光制御層を
他の構成部材と組み合わせて透過型のスクリーン装置３
０を作成した。その状態を図４に示す。本例のスクリー
ン装置３０は後方散乱が少なく、明るくコントラスト比
のよい投射画像を、広い範囲から見ることができた。本
例においても、所定の指向性のある投射画像光と組み合
わせて用いることが好適であった。

【０１０２】

【発明の効果】本発明の光制御層では、媒体中と屈折率
の異なる少なくとも二種類以上の粒状体を配置し、その
幾何学的分布に変化を持たせ、媒体と屈折率の異なる粒
状体の分布密度が高い部分を高ヘイズ率とし、一方媒体
と屈折率の異なる粒状体の分布密度が小さい部分を低ヘ
イズ率とすることができ、かつこの二つの領域の比率を
変えることができる。

【０１０３】そして、本発明の光制御層は、光制御層に
垂直に入射する光の一部をほぼ拡散させずに正透過させ
ることができ、かつ残りの光制御層に垂直な光と、光制
御層に斜めから入射する光を拡散させることができる。
よって、この光制御板を液晶表示素子等へ応用すると、
正面からの視認性を損なうことなく、斜め方向からのぞ
いても正面と同等の視認性を得ることができる。

【０１０４】請求項１記載の発明では、構成部材の屈折
率を調整することで所望の光学特性を獲得できた。請求
項２記載の発明では、屈折率と粒状体の外径寸法を組み
合わせて所望の光学特性を獲得できた。

【０１０５】請求項３記載の発明では、外径寸法を規定
し、媒体中での粒状体の配分確率をより安定化させ、そ
して、より均一な表示特性を得ることができた。

【０１０６】請求項４記載の発明では、高品位の表示を
提供できる液晶表示装置を得た。請求項５記載の発明で
は、明るく、高コントラスト比の投射画像を表示できる
スクリーン装置を得た。

【０１０７】請求項６の発明では、光制御層の安定した
製造方法を得た。そして、大量生産が可能で、安価で均
質、かつ、平坦性の良好な大面積の光制御層を製造でき
るようになった。

【０１０８】また、本発明はその効果を損しない範囲で
種々の応用ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光制御層の一例における断面図。

【図２】本発明の光制御層の一例における断面図。

【図３】本発明の液晶表示装置の断面図。

【図４】本発明の光制御層を投射スクリーンに用いた状
態を示す説明図。

【図５】比較例の作用を示す説明図。

【図６】本発明の作用を示す説明図。

【図７】本発明の液晶表示装置の画素付近を部分拡大
し、楕円状粒状体を有する光制御層を示した模式的平面
図。

【図８】本発明の液晶表示装置の画素付近を部分拡大
し、複数の粒状体の外径を分散させた光制御層を示した
模式的平面図。

【符号の説明】

１：光制御層２：媒体３、４：粒状体（ビーズ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾関正雄神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内 (72)発明者久保麻子神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地旭硝子株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒状体が面状の媒体中に配置されてなる光
制御層において、それぞれ異なる屈折率を有するＫ種類
（Ｋは２以上の整数）の粒状体が用いられ、そのうちＭ
種類（１≦Ｍ≦Ｋ−１、Ｍは整数）の粒状体の各屈折率
ｎ_i （１≦ｉ≦Ｍ、ｉは整数）と、（Ｋ−Ｍ）種類の粒
状体の各屈折率ｎ_j （Ｍ＋１≦ｊ≦Ｋ、ｊは整数）と、
厚みがｔである媒体の屈折率ｎ_F とが、｜ｎ_i −ｎ_F ｜
≦ｓ、ｕ≦｜ｎ_j −ｎ_F ｜、および、０．００≦ｓ＜ｕ
≦０．１５を満足することを特徴とする光制御層。
【請求項２】粒状体が面状の媒体中に配置されてなる光
制御層において、それぞれ異なる屈折率を有する２種類
の粒状体Ｒ_i とＲ_j が少なくとも用いられ、Ｒ_i の屈折
率をｎ_i 、Ｒ_j の屈折率をｎ_j 、媒体の屈折率をｎ_F 、
Ｒ_i の外径をｄ_i 、Ｒ_j の外径をｄ_j 、媒体の厚みをｔ
とすると、｜ｎ_i −ｎ_F ｜≦ｓ、ｕ≦｜ｎ_j −ｎ_F ｜、
ｕ−ｓ≧０．０５、ｄ_i ≧ｔ／３、ｄ_j ≦２・ｔ／３、
および、ｄ_i ＞ｄ_j を満足することを特徴とする光制御
層。
【請求項３】Ｍ種類の粒状体のうちの最大の外径をｄ
_M・max 、（Ｋ−Ｍ）種類の粒状体のうちの最小の外径を
ｄ_(K-M)・min とすると、ｔ＞ｄ_M・max 、かつ、ｄ_M・max
＋ｄ_(K-M)・min ≧ｔを満足することを特徴とする請求項
１または２記載の光制御層。
【請求項４】請求項１、２または３記載の光制御層が備
えられたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項５】請求項１、２または３記載の光制御層が備
えられたことを特徴とするスクリーン装置。
【請求項６】粒状体を媒体中に配置する光制御層の形成
方法において、それぞれ異なる屈折率を有するＫ種類
（Ｋは２以上の整数）の粒状体を準備し、そのうちＭ種
類（１≦Ｍ≦Ｋ−１、Ｍは整数）の粒状体の各屈折率ｎ
_i （１≦ｉ≦Ｍ、ｉは整数）と、（Ｋ−Ｍ）種類の粒状
体の各屈折率ｎ_j （Ｍ＋１≦ｊ≦Ｋ、ｊは整数）と、媒
体の屈折率ｎ_F とを、｜ｎ_i −ｎ_F ｜＜｜ｎ_j −ｎ_F ｜
の関係を満足するように選択し、あらかじめＫ種類の粒
状体を混合することを特徴とする光制御層の形成方法。