JPH1096924A - 光路制御板及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 入射光の分割拡散機能又は混合集収機能に優
れる光路制御板を得ると共に、それにより視野角の拡大
やモアレの防止等による視認特性が改善された液晶表示
装置を得ること。 【解決手段】 表面に微細なプリズム状凹凸の繰返し構
造を有する透明基材（１）における前記プリズム状凹凸
の少なくとも凹部を、屈折率が異なる固体又は液状流動
体で埋設（２）してなる光路制御板（３）、及びその光
路制御板を液晶セルの視認側に配置してなる液晶表示装
置。 【効果】 表面反射によるバックスキャッタが少なくて
コントラストの低下を防止でき、画像光の拡大や方向制
御、あるいはモアレの発生防止などの視認特性の向上性
に優れる光路制御板が得られ、液晶式等の表示装置にお
ける視野角の拡大、上下ないし左右方向における視認性
の均等化又はモアレの発生防止などの視認特性を大幅に
改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、入射光の分割拡散機能又
は混合集収機能に優れる光路制御板及びそれを用いた視
野角の拡大性やモアレの防止性等の視認特性に優れる液
晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、液晶表示装置における視野角拡大
等の視認特性を向上させるための光路制御板としては、
表面を粗面化したシートや反射性粒子を含有させたシー
ト等からなる拡散シート、あるいはレンズシートが知ら
れていた。しかしながら、臨界角以上の入射光が表面で
の全反射で戻り光となるバックスキャッタが多くて画面
が白け、コントラストの低下で視認性の向上が困難な問
題点があった。

【０００３】

【発明の技術的課題】本発明は、入射光の分割拡散機能
又は混合集収機能に優れる光路制御板を得ると共に、そ
れにより視野角の拡大やモアレの防止等による視認特性
が改善された液晶表示装置を得ることを目的とする。

【０００４】

【課題の解決手段】本発明は、表面に微細なプリズム状
凹凸の繰返し構造を有する透明基材における前記プリズ
ム状凹凸の少なくとも凹部を、屈折率が異なる固体又は
液状流動体で埋設してなることを特徴とする光路制御
板、及びその光路制御板を液晶セルの視認側に配置して
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。

【０００５】

【発明の効果】本発明によれば、表面反射によるバック
スキャッタが少なくてコントラストの低下を防止でき、
画像光の拡大や方向制御、あるいはモアレの発生防止な
どの視認特性の向上性に優れる光路制御板を得ることが
できる。その結果、かかる光路制御板を用いて液晶式等
の表示装置における視野角の拡大、上下ないし左右方向
における視認性の均等化、又はモアレの発生防止などの
種々の視認特性を大幅に改善することができる。

【０００６】

【発明の実施形態】本発明の光路制御板は、表面に微細
なプリズム状凹凸の繰返し構造を有する透明基材におけ
る前記プリズム状凹凸の少なくとも凹部を、屈折率が異
なる固体又は液状流動体で埋設したものからなる。その
例を図１（ａ），（ｂ）に示した。１が透明基材、２が
埋設層である。

【０００７】透明基材は、ガラスやポリマー等の適宜な
透明性物質で形成でき、その形成材については特に限定
はない。一般には、入射の波長光、特に可視光に対して
良好な透明性を示すポリマーで形成される。そのポリマ
ーの例としては、ポリオレフィンや各種の合成ゴム、ポ
リ塩化ビニルやポリエステル、ポリカーボネートやポリ
スチレン、ポリイミドやポリアミド、セルロース系ポリ
マーやポリビニルアルコール、ポリアクリル酸エステル
やポリメタクリル酸エステル、ポリウレタンやポリウレ
タンアクリレート、エポキシ樹脂やエポキシアクリレー
トなどがあげられる。

【０００８】透明基材の表面における微細なプリズム状
凹凸は、多数の凹凸の繰返し構造として設けられる。そ
のプリズム状凹凸の形態については、特に限定はなく、
例えば図２（ａ），（ｂ），（ｃ）の如く三角形１１，
１２や台形１３等の断面形態、あるいは図２（ｄ）の如
くレコード盤の如き曲面ないし円形面１４からなる形
態、その他、三角柱や三角錐やドーム形からなる形態、
階段状ないしステップ部を有する多段形態などの適宜な
形態とすることができる。またプリズム状凹凸は、図２
（ｄ）や図３（ａ）に例示の如く連続面１４，１５とし
て形成されていてもよいし、図２（ｃ）や図３（ｂ）に
例示の如く不連続面１３，１６，１７として形成されて
いてもよい。

【０００９】さらに透明基材におけるプリズム状凹凸の
繰返し構造は、同じ形態の凹凸で形成されていてもよい
し、異なる形態の凹凸で形成されていてもよい。また繰
返し構造は、図３（ａ），（ｂ）に例示の如くプリズム
状凹凸１５，１６，１７が規則的に配列したものであっ
てもよいし、不規則に配列したものであってもよい。光
路制御を面全体で統一する点よりは、ほぼ同じ形態のプ
リズム状凹凸を規則的に配列した繰返し構造が好まし
い。その規則的な配列状態としては、例えば縦列や横
列、斜列や同心円列に加えて、縦横列や縦斜列、横斜列
や縦横斜列等の縦列と横列と斜列又は／及び同心円列と
の組合せからなる配列などがあげられる。従ってストラ
イプ状の配列、三角状や格子状等の多角状の配列なども
含まれる。

【００１０】上記したプリズム状凹凸の形態やその繰返
し構造等を制御することにより、目的とする視認特性の
改善に有利な光路制御板を得ることができる。ちなみに
液晶表示装置等における、上下や左右方向の視野角特性
の改善には、図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に例示の如き
三角状や台形状の凹凸のストライプ状又は格子状等の一
定ピッチによる規則的な配列が有利であり、画素に由来
するモアレの発生を防止する点よりは、レコード盤の溝
形状の如く不定形の曲線斜面やグレイズ等の不規則な配
置からなるプリズム状凹凸が有利である。

【００１１】プリズム状凹凸の繰返し構造を有する透明
基材の製造は、例えば所定の形状（プリズム状凹凸の繰
返し構造）が転写形成される型の上に熱や放射線等で重
合処理できる液状の基材形成材を流延して重合処理する
方法、所定の形状が形成される金型等に熱可塑性樹脂を
押付けてその金型等の面形状を転写する方法又はその所
定の金型等に熱可塑性樹脂を充填して成形する方法、溶
剤溶液や溶融液等としたポリマーを所定形状の成形開口
を有するノズルから台上に押出して固化させる方法、基
材上に別途形成のプリズム状凹凸の繰返し構造を付設す
る方法、ポリマー層にマスクを介し紫外線等を照射する
マスク露光方法などの適宜な方法で形成することができ
る。

【００１２】前記のようにプリズム状凹凸の繰返し構造
は、透明基材にそれと同種又は異種の材料からなるプリ
ズム状凹凸を付設する方法にても形成しうるものである
が、本発明においては、付設界面での反射損等の防止に
よる光利用効率の向上化などの点より、プリズム状凹凸
の繰返し構造を含む透明基材の全体が同じ材料にて一体
に形成されていることが好ましい。

【００１３】プリズム状凹凸を形成する斜面の傾斜角
は、目的とする光路の制御方向や光の利用効率、斜め入
射光のカット角などに応じて適宜に決定される。一般に
は、透明基材における水平面を基準に７０度以下、就中
５〜６０度、特に１０〜５０度の傾斜面を少なくとも１
面有する構造とされる。従って本発明においては、図２
（ｂ）に例示の如く傾斜角が９０度の面を有する構造も
許容され、これは上又は下方向、あるいは左又は右方向
などの光路の一方向を制御する場合などに好ましく用い
うる。

【００１４】またプリズム状凹凸の幅（ピッチ）は、使
用目的などに応じて適宜に決定でき、一般には１mm以
下、就中５００μm以下、特に５〜３００μmとされる。
液晶表示装置に用いる場合には、液晶セルの画素ピッチ
よりも小さいピッチ、就中１／２以下、特に１／３以下
のピッチでプリズム状凹凸の繰返し構造を形成したもの
が、モアレの防止や視野角の拡大などの点より特に好ま
しい。

【００１５】ちなみにカラー化液晶セルにおける各色の
画素を１００μm×３００μmとし、それを縦長に配列し
たピッチとした場合、縦長のプリズム状凹凸を１００μ
m以下、就中５０μm以下、特に３０μm以下のピッチで
有する光路制御板をその凹凸の縦長方向を画素の縦長
（垂直）方向に対応させて配置することで、モアレの発
生なく横（水平）方向の視野角を拡大することが可能と
なる。なおプリズム状凹凸のピッチは、回折現象を抑制
する点より５μm以上とすることが好ましい。

【００１６】プリズム状凹凸を設けた透明基材の厚さ
は、使用目的等による光路の制御度などに応じて適宜に
決定できるが、一般には薄いほど好ましく、３mm以下、
就中１０μm〜１mm、特に３０〜５００μmとされる。ま
たプリズム状凹凸の高さないし深さも使用目的等に応じ
て適宜に決定でき、一般には１mm以下、就中０．１〜８
００μm、特に１〜３００μmとされる。

【００１７】本発明の光路制御板は、図１に例示の如く
透明基材１に設けたプリズム状凹凸の少なくとも凹部
を、屈折率が異なる固体又は液状流動体２で埋設したも
のである。その埋設材としては固体又は液状流動体の適
宜なものを用いることができ、光路の制御性や反射損の
防止性などの点より、透明基材との屈折率差が０．０１
以上、就中０．０２〜０．４、特に０．０３〜０．３の
埋設材が好ましく用いうる。

【００１８】前記埋設材の具体例としては、上記の透明
基材で例示したガラスや各種のポリマーのほか、アクリ
ル系やゴム系やシリコーン系等の各種の粘着剤等からな
る粘着性物質やゲル物質、水等の各種の液体からなる流
動体などがあげられる。プリズム状凹凸の埋設処理は、
透明基材のプリズム状凹凸に対応する凹凸を有する埋設
基材を用いる方式や、流動体を塗工する方式などの適宜
な方式で行うことができる。なお埋設材が光路制御板の
形成後もその流動性を維持する場合には、封止処理する
必要があるが、その処理には適宜な方式を適用してよ
く、液晶セルのセル基材などもその封止処理に利用する
ことができる。

【００１９】光路制御板、特に液晶表示装置の偏光板や
位相差板の内側に用いる場合の光路制御板は、画像の視
差問題や内面反射によるコントラストの低下防止などの
点より、複屈折による位相差が小さいもの、就中１０nm
以下、特に５nm以下であるものが好ましい。

【００２０】本発明の光路制御板には光散乱性を持たせ
ることもできる。その光散乱性の付与は、例えばプリズ
ム状凹凸を形成する斜面等に粗面化処理などによりその
プリズム状凹凸よりも微細な任意な形状の凹凸を付与す
る方式や、光散乱層を付設する方式などの適宜な方式で
行うことができる。

【００２１】前記の光散乱層は、例えばガラス粒子等か
らなる光散乱性粒子の含有層などとして形成することが
できる。図４（ａ）〜（ｄ）に例示の如く光散乱層４
は、光路制御板３の外面の一方（ａ），（ｂ）や両方
（ｃ）、又は／及び内部（ｄ）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。なお光散乱性粒
子の含有層は、光散乱性粒子を含有させたポリマーや粘
着層の塗布層などの適宜な方式で形成することができ
る。

【００２２】光路制御板は、２枚以上の透明基材を用い
た積層物として形成することもでき、また表面に反射光
による視認妨害の防止等を目的とした防眩処理や反射防
止処理などを施すこともできる。その防眩処理や反射防
止処理は、従来に準じて施すことができ、ちなみに反射
防止層は、例えばフッ化マグネシウムや屈折率が１．３
８以下のフッ素系樹脂等を用いてなる５０〜３００nm厚
の低屈折率透明膜や多層薄膜などとして形成することが
できる。

【００２３】また光路制御板には、被着体への接着を目
的とした粘着層を設けることもできる。粘着層の付設
は、適宜な塗工機を用いて粘着剤を塗工する方式や、セ
パレータ上に設けた粘着層を移着する方式などの適宜な
方式で行うことができる。粘着層の厚さは、使用目的に
応じて決定でき、一般には１〜５００μmとされる。付
設した粘着層は、実用に供するまでの間、セパレータな
どを仮着して保護しておくことが好ましい。

【００２４】なお光路制御板の表裏は、上記の必要に応
じた防眩処理層や粘着層等を設けた外表面に基づいて、
光拡散層を形成する微細凹凸を除いて平面状態、就中、
表裏で平行平面状態にあることが視認に有利な垂直入射
光を有効利用する点などより好ましい。

【００２５】本発明の光路制御板は、図１（ａ）に矢印
で示した如く、入射光の分割拡散機能又は混合集収機能
を示すものであり、プリズム状凹凸の形状や大きさ、配
置形態やピッチなどで光路を制御ができ、バックスキャ
タ等によるコントラストの低下、特に黒表示の低下を有
効に防止することができると共に、視認特性の改善目的
に応じた光路制御板を用いることで、視野角の調節や拡
大、モアレの防止などの視認特性の向上をはかることが
できる。

【００２６】従って本発明の光路制御板は、例えば表示
装置における画像光の拡散などの種々の目的に用いるこ
とができる。特にプロジェクションテレビの如き各種の
プロジェクション式の表示装置や液晶式の表示装置など
におけるコントラストを維持した、画像光の視野角拡大
やモアレ防止などに好ましく用いることができる。

【００２７】光路制御板の各種装置への適用に際して
は、液晶セル等の表示主体の適宜な位置に配置すること
ができ、就中、視認性の向上には視認側への配置が好ま
しい。また視認側への配置に際してもその位置は適宜に
決定でき、例えば液晶セル等の表示主体の表面や、その
装置全体の表面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。特に上記したように、複屈折に
よる位相差の少ない光路制御板は、液晶表示装置の外表
面のほか、偏光板や位相差板の内側にも好ましく配置す
ることができる。

【００２８】ちなみに図５、図６に本発明の光路制御板
を有する液晶表示装置を例示した。図５は液晶セルの視
認側表面に光路制御板を配置したものであり、図６は装
置全体の視認側表面に光路制御板を配置したものであ
る。なお図５、図６において、３は光路制御板、５は偏
光板、６はカラー表示式の液晶セル、７はバックライト
システム、８は位相差板である。

【００２９】液晶表示装置は一般に、偏光板や液晶セ
ル、及び必要に応じてのバックライトや反射板や位相差
板等の構成部品を適宜に組立てて駆動回路を組込むこと
などにより構成されるが、本発明においては上記した光
路制御板を用いる点を除いて特に限定はなく従来に準じ
て形成することができ、プロジェクション式の表示装置
等の他の用途においても同様である。

【００３０】前記において、左右又は上下方向の視野角
を拡大するための光路制御板としては、図２ａに例示の
如き三角状のプリズム状凹凸を例えばストライプ状や縦
列（横列）の如く一方向に有するものが特に好ましい。
これによれば、そのプリズム状凹凸の形成方向に基づい
て視認における視野角の拡大方向を制御することができ
る。ちなみにプリズム状凹凸がストライプの場合、その
ストライプ方向を画面の縦方向として配置することで画
面の左右方向の視野角を拡大でき、またストライプ方向
を画面の横方向として配置することで画面の上下方向の
視野角を拡大することができる。

【００３１】従って、画面の視野角を改善したい視認方
向と垂直な方向にプリズム状凹凸を配列させることで、
目的方向の視野角を拡大することができる。なおプリズ
ム状凹凸の配列が一方向でない場合における視野角の拡
大方向は、各プリズム状凹凸の各方向毎の斜面の合計面
積と傾斜角、屈折率差より算出される屈折力の積分によ
り算定でき、その積分値が最大となる方向が視野角の最
大拡大方向である。

【００３２】また前記において光路制御板の表示画面へ
の適用に際しては、そのプリズム状凹凸と液晶セル等の
表示主体との接近をはかることが視認特性の改善効果等
の点より好ましい。従って光路制御板では、そのプリズ
ム状凹凸に近い側、換言すればプリズム状凹凸を支持す
る層の薄い側を表示主体側として適用することが好まし
い。

【００３３】一方、液晶セル等の表示主体においても、
光路制御板を配置する側、特に視認側に位置するセル基
板等の表面材は、可及的に薄いことが好ましい。ちなみ
に液晶セルのガラス基板の場合、その厚さが１．１mm以
下、就中０．７mm以下、特に０．５mm以下であることが
好ましい。よって液晶表示装置の場合には、液晶セルの
視認側のセル基板を可及的に薄くしてその面に、必要に
応じ接着層を介して光路制御板をそのプリズム状凹凸に
近い側をセル基板側として配置した構造が好ましい。

【００３４】

【実施例】

実施例１ 屈折率（ｎ_d、以下同じ）１．５９のポリカーボネート
シートの片表面に稜角９０度の三角柱（図２ａ）をスト
ライプ状に１００μmピッチで隣接形成してなる市販の
プリズムシートのプリズム形成面に、屈折率１．４０の
トリフルオロエチルアクリレート９０部（重量部、以下
同じ）と屈折率１．４８の架橋剤１０部と光反応開始剤
５部を配合してなる屈折率１．４１の埋設材を塗布し、
紫外線照射で硬化させて、プリズム部を埋設層（屈折率
差０．１８）で密着充填した厚さ３００μmの光路制御
板を得た。

【００３５】前記の光路制御板を市販のスーパーツイス
ト型液晶表示装置の表面にその画素と対応した縦方向の
ストライプ状態で厚さ２０μmのアクリル系粘着層を介
し接着したところ、画面の正面（垂直）方向を基準とし
た左右方向の±６０度の範囲で画像反転のない良好な視
認を示した。なお光路制御板を用いないブランク状態で
液晶表示装置を視認した場合、左右方向における画像反
転のない良好な視認範囲は、±３０度の範囲であった。

【００３６】実施例２ 屈折率１．４９のポリメチルメタクリレートシートの片
表面に稜角９０度の三角柱をストライプ状に１００μm
ピッチで隣接形成してなる市販のプリズムシートのプリ
ズム形成面に、屈折率１．３３の蒸留水を塗布し、その
埋設層（屈折率差０．１６）を厚さ１００μmのガラス
板で封止して厚さ４００μmの光路制御板を得、それを
実施例１に準じて液晶表示装置の表面に接着したとこ
ろ、左右方向±５０度の範囲で画像反転のない良好な視
認を示した。また界面での反射等による表示品位の低下
も認められなかった。

【００３７】実施例３ 実施例１で用いた屈折率１．４１の埋設材を市販のＬＰ
レコード（プリズム稜角９０度）の表面に塗布し、厚さ
５０μmのトリアセチルセルロースフィルムで封止して
紫外線照射で硬化させたのち剥離し、透明基材を得た。
その基材におけるプリズム状凹凸は、稜角９０度のプリ
ズム面を有する不均一な台形の連続体からなり、円形状
のプリズム部の円弧に微細なウネリを有してその繰返し
構造は不均一不規則な周期であった。

【００３８】次に、前記の透明基材のプリズム形状転写
面に、屈折率１．５９のスチレン９０部と屈折率１．４
８の架橋剤１０部と光反応開始剤５部を配合してなる屈
折率１．５８の埋設材を塗布し、厚さ５０μmのトリア
セチルセルロースフィルムで封止して紫外線照射で硬化
させ、プリズム部を埋設層（屈折率差０．１７）で密着
充填した厚さ５００μmの光路制御板を得、それを実施
例１に準じて液晶表示装置の表面に接着したところ、画
素との干渉がなくてモアレのない良好な視認を示した。

【００３９】実施例４ プリズムシートに、４５度と９０度の傾斜面からなる屋
根型のプリズム状凹凸（図２ｂ）を有するものを用いた
ほかは実施例１に準じて光路制御板を得、それを低屈折
率側を介し、かつストライプ方向を画面の左右方向とす
ると共に、９０度傾斜面が上側となるように液晶表示装
置の表面に接着したところ、上下方向における視野角特
性の不揃いが解消されて上下方向各３０度の範囲で良好
な視認を示し、対称な視野角特性が得られた。なお光路
制御板を用いないブランク状態で液晶表示装置を視認し
た場合、上下方向における良好な視認範囲は、上方向で
４０度、下方向で２０度であった。

【００４０】実施例５ プリズムシートに、図２ｃの如き台形型の傾斜面からな
る板チョコタイプのプリズム状凹凸を有するものを用い
たほかは実施例１に準じて光路制御板を得、それを液晶
表示装置の表面に接着したところ、左右方向で±５０
度、上下方向で±３０度の範囲で良好な視認を示した。

【００４１】実施例６ 微細クレイズを配合したポリカーボネートシートのクレ
イズ発生面に、実施例１に準じ埋設処理を施して厚さ５
０μmの光路制御板を得、それを液晶表示装置の表面に
接着したところ、規則性に乏しいクレイズ構造に基づい
てモアレのない良好な視認を示した。

【００４２】比較例 プリズムシートを埋設処理することなくそのまま用いて
実施例１に準じ液晶表示装置の表面に接着したところ、
空気界面との臨界角反射に起因する強いバックスキャッ
タによりコントラストが低下し、正面方向では良好な表
示品位が得られなかった。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）光路制御板例の断面図 （ｂ）他の光路制御板例の断面図

【図２】各種のプリズム状凹凸例の断面説明図

【図３】プリズム状凹凸の配置例の平面図

【図４】光散乱層を配置した例の断面図

【図５】液晶表示装置例の断面図

【図６】他の液晶表示装置例の断面図

【符号の説明】

３：光路制御板（１：透明基材 ２：埋設層） ４：光散乱層 ５：偏光板 ６：カラー表示式の液
晶セル ７：バックライトシステム ８：位相差板

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に微細なプリズム状凹凸の繰返し構
   造を有する透明基材における前記プリズム状凹凸の少な
   くとも凹部を、屈折率が異なる固体又は液状流動体で埋
   設してなることを特徴とする光路制御板。
2. 【請求項２】 請求項１において、透明基材と埋設材の
   屈折率差が０．０１以上である光路制御板。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、複屈折による
   位相差が１０nm以下である光路制御板。
4. 【請求項４】 請求項１〜３において、透明基材におけ
   るプリズム状凹凸が規則的又は不規則な断面三角形、断
   面台形、三角柱、三角錐、曲面又は円形面からなる連続
   面又は不連続面である光路制御板。
5. 【請求項５】 請求項１〜４において、内部又は外面に
   少なくとも１層の光散乱性粒子の含有層を有して光散乱
   性を示す光路制御板。
6. 【請求項６】 請求項１〜５に記載の光路制御板を液晶
   セルの視認側に配置してなることを特徴とする液晶表示
   装置。
7. 【請求項７】 請求項６において、光路制御板がそのプ
   リズム状凹凸に近い側を介して液晶セルの視認側に位置
   する液晶表示装置。
8. 【請求項８】 請求項６又は７において、光路制御板の
   プリズム状凹凸の形成方向を介して視認における視野角
   拡大方向を制御してなる液晶表示装置。
9. 【請求項９】 請求項６〜８において、プリズム状凹凸
   の繰返し構造のピッチが液晶セルの画素ピッチよりも小
   さい光路制御板を用いてなる液晶表示装置。