JPH11287905A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射型液晶表示装置の明るさ、高解像度化と
共に広視野角化をも高度に達成し得る光学素子を提供す
る。 【解決手段】 厚さ方向に透明樹脂層／光散乱層／透明
樹脂層の順に積層された積層シート構造を有する光学素
子であって、上記光散乱層は山谷が繰り返される屈曲面
もしくは湾曲面を有し、且つ、光散乱層の積層方向の厚
さが略均一であることを特徴とする光学素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶表示装
置の視野角特性を改善する光学素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報処理システムの発展と共に、携帯用
高度情報端末機器が広く普及し、これに用いられる反射
型液晶表示装置の明るさ、高解像度化、広視野角化のよ
り一層の改善が求められるようになってきている。

【０００３】従来の反射型液晶表示装置は、図６に示さ
れるように、液晶表示セル１の上下両面に偏光板２が積
層され、該下面の偏光板の下端面に反射板３が積層され
た構成となっているため、画像は、上下両面の偏光板２
を通った入射光が、反射板で反射され、再び上下両面の
偏光板２を通って観察されるものであるので、画面が暗
くなり、又、液晶表示セルと反射板との距離があること
から表示が二重に見えたりする画像のぼけ等の問題があ
るので、高解像度化によるより明るく、より高精細であ
ることが求められている。

【０００４】上記従来の反射型液晶表示装置の問題点を
解決する試みとして、例えば、（社）電子情報通信学
会、信学技報〔ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＲＥＰＯＲＴ Ｉ
ＥＩＣＥ．ＥＩＤ９５−１４６，ＥＤ９５−２２０，Ｓ
ＤＭ９５−２６０（１９９６─０２）〕に、内田ら（東
北大学工学部）が、図２に示される「反射型フルカラー
液晶ディスプレイを目指した高解像度・広視野角・高速
応答セル（Ｒ−ＯＣＢセル）」を提案している。

【０００５】上記液晶表示装置は、図７に示すように、
反射板３１を液晶層の内部に入れて電極と一体化させる
と共に、前方散乱の強い光散乱媒体４と鏡面反射板を用
い、この間にブラックシャッターとして液晶１１と偏光
板２１を挿入する構成としている。この方式では、従来
の入射光が４回偏光板を透過していたものを２回とし、
液晶表示セルと反射板との距離をなくすることによっ
て、より明るく、より高精細に表示されることが期待で
きる。

【０００６】更に、従来の反射型液晶表示装置では後方
の反射面を粗面とすることによって視認範囲を確保して
いたが、上記提案では、前面に光散乱層を設け、入射光
を拡散させることによって正反射以外の方向からも画像
を認識できるように視認範囲を広げることが可能になっ
たとしている。前方散乱層がなければ、液晶表示装置の
正面に近い方向に光源がある場合、観測者は、液晶表示
装置の正面から画像を認識することができるが、光源が
液晶表示装置の法線方向から大きくずれた位置にある場
合、反射光は液晶表示装置の法線方向即ち、正面には反
射されないため、観測者は画像を認識することができな
い。

【０００７】一方、前方散乱層があれば、液晶表示装置
の正面に近い方向に光源がある場合、観測者は、前方散
乱層がない場合と同様に液晶表示装置の正面から画像を
認識することができ、しかも、光源が液晶表示装置の法
線方向から大きくずれた位置にある場合でも、入射光が
前方散乱層によって様々な方向に散乱し、正反射以外の
方向からも画像を認識できるのである。

【０００８】しかしながら、上記液晶表示装置に前方散
乱層が設けられればそれだけで、視認範囲を広げること
ができるものではない。即ち、上記提案の液晶表示装置
においても、視認範囲を広げるために前方散乱層の光拡
散性を高めると、反射光も拡散してしまい、画面のコン
トラストの低下、画像のぼけ等表示品質の低下をきた
す。逆に、画面のコントラストの確保等表示品質を高め
ようとすれば、視認範囲が犠牲になるという二律背反の
問題があり、上記提案によっても根本的な解決には到っ
ていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事実に
鑑みなされたものであって、反射型液晶表示装置の明る
さ、高解像度化と共に広視野角化をも高度に達成し得る
光学素子を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、厚さ方向に透
明樹脂層／光散乱層／透明樹脂層の順に積層された積層
シート構造を有する光学素子であって、上記光散乱層は
山谷が繰り返される屈曲面もしくは湾曲面を有し、且
つ、光散乱層は積層方向の厚さが略均一であることを特
徴とする光学素子をその要旨とするものである。

【００１１】本発明で用いられる透明樹脂層５は、光学
的等方性が大きく複屈折性が小さい材料からからなるも
のが好ましい。上記透明樹脂層の複屈折性が大きいと、
偏光板と液晶表示セルの間にあって、その位相差によっ
て、所謂光抜け或いは異常着色光の発生等によって、コ
ントラストの低下、表示色純度の低下等の表示品質の低
下を招くことになる。ただし、本発明の光学素子を偏光
板の前面に積層する場合には複屈折性の影響を考慮する
必要はない。

【００１２】上記透明樹脂層５は、図１〜図３に示され
るように、後述する山谷が繰り返される屈曲面もしくは
湾曲面を有する厚さが略均一なシート状の光散乱層６を
２枚の透明樹脂層５の間に挟着する空間が形成されたも
しくは上記シート状空間が形成され得るものであれば特
に限定されるものではなく、上記材料としては、例え
ば、ポリカーボネート樹脂、ポリメチルメタクリレート
樹脂、スチレン系樹脂、脂環式オレフィン系樹脂、脂環
式アクリル系樹脂等が挙げられる。

【００１３】上記透明樹脂層を形成する材料としては、
上記光学的性能の他、該透明樹脂層を形成するための、
成型加工性に優れたものであることが好ましい。上記透
明樹脂層を形成するための成型加工手段は、特に限定さ
れるものではないが、例えば、射出成型、ロール成型、
スタンピング成型等が挙げられる。成型加工性の点から
も上記した合成樹脂系材料が好適に用いられる。

【００１４】上記光散乱層は、入射光を散乱するもので
あり、且つ、入射側に反射する後方散乱成分が少ないも
のであって、その構造は、山谷が繰り返される屈曲面も
しくは湾曲面を有し、且つ、光散乱層の積層方向の厚さ
が略均一であるものである。後方散乱成分が大きいと、
黒表示の輝度が高まりコントラストが低下して表示品質
の低下を招くからである。

【００１５】後方散乱成分が小さい光散乱層は、特に限
定されるものではないが、例えば、透明樹脂バインダー
内に、これと屈折率の異なる透明な微粒子が分散された
構成からなる粒子分散型光散乱層、複数の樹脂がミクロ
に層分離した構成からなるもの等が挙げられる。粒子分
散型光散乱層は、透明樹脂バインダーと透明な微粒子の
屈折率差が、好ましくは０．０１以上である。上記屈折
率差が小さ過ぎると必要な散乱強度が得られ難く、必要
散乱強度を得るために山谷が繰り返される屈曲面もしく
は湾曲面を長くすれば、積層シート全体の厚さが大とな
って液晶表示装置を薄くするという命題に反するものと
なってしまう。

【００１６】上記透明な微粒子の形状は、特に限定され
るものではないが、例えば、再帰反射しない屈折率の球
状微粒子が光の効率的な分散機能をより大きく有するの
で好適に用いられる。又、透明樹脂バインダーに対する
透明な微粒子の濃度は、用いられる透明樹脂バインダー
及び透明な微粒子の種類等によって決定されるものであ
って、特に限定されるものではないが、光散乱層成型加
工性及び得られる光散乱層の厚さの均一性を確保すると
いう観点から好ましくは６０重量％以下である。

【００１７】又、上記光散乱層による入射光の好ましい
散乱は、積層シートのヘイズが好ましくは６０％以下、
より好ましくは３０％以下において実現される。上記積
層シートのヘイズが６０％を超えて大きくなると、画面
が暗くなるばかりか、画像のぼけ等、表示品質が低下す
るおそれがある。

【００１８】上記光散乱層の形状は、山谷が繰り返され
る屈曲面もしくは湾曲面を有し、且つ、上記光散乱層の
積層方向の厚さが略均一である。反射型液晶表示装置は
外光を利用した表示装置であり、一般に光源は該液晶表
示装置、即ち上記積層シートの積層方向からずれた方向
にあることが多く、しばしば液晶表示装置の正面から表
示を視認しにくいことがある。それゆえ、反射型液晶表
示装置の視認範囲を大きく拡げることが求められるので
ある。従って、光散乱層の厚さは、光源から見れば厚
く、且つ、得られる画面の観察者（通常、液晶表示装置
の正面に位置する）から見れば薄いことが好ましい。

【００１９】上記光散乱層の形状について、図１（１）
〜（４）に実施の一例を示すが、本発明の光散乱層の形
状は例示された光散乱層に限定されるものではない。光
源から見れば、光散乱層の厚さが厚く、観察者（通常、
液晶表示装置の正面に位置する）から見れば、薄くなる
ためには、上記山谷が繰り返される屈曲面〔図１（１）
及び（３）〕もしくは湾曲面〔図１（２）及び（４）〕
が、反射型液晶表示装置即ち、積層シートの積層方向に
対して１０〜６０度の範囲にあることが好ましい。

【００２０】上記積層シートの積層方向に対する角度が
１０度未満であると、観察者の画像観察方向に近くな
り、反射光が散乱され、光散乱による画像のぼけ、コン
トラストの低下等の表示品質の低下のおそれがあり、６
０度を超えると、光散乱層の厚さが実質的に薄くなり、
入射光の散乱能力が低下して液晶表示装置の正面、即ち
観察者が画像を認識し難くなる。

【００２１】上記積層シートの積層方向の光散乱層の厚
さは、用いられる光散乱層の構成材料によって左右され
るが、好ましくは５〜１００μｍである。上記光散乱層
の厚さが、１００μｍを超えると、反射光の散乱が大き
くなり視認性の低下を来すことになり、５μｍ未満であ
ると、必要な散乱を得るための入射光の入射角度が狭く
制限されるので好ましくない。

【００２２】上記光散乱層の山谷のピッチは、使用され
る液晶表示素子によって決定されるものであって、特に
限定されるものではないが、好ましくは上記液晶表示素
子の画素ピッチより小さく設定される。上記光散乱層の
山谷のピッチが画素ピッチより大きいと、画素間で輝度
ムラができ、表示色のズレやコントラストの低下を招く
おそれがある。

【００２３】上記透明樹脂層及び光散乱層の調製方法並
びにこれらを積層して本発明の光学素子を製造する方法
は、特に限定されるものではなく、例えば、図１に示さ
れる山谷が繰り返される屈曲シート状もしくは湾曲シー
ト状の光散乱層が挟持できる空間を有する一対の透明樹
脂層を予め成型加工しておき、上記空間に、液状材料を
塗工して両者を積層、接着し、硬化させて光散乱層が形
成されると同時に光学素子が製造されてもよく、塑性材
料を上記空間に充填もしくは積層して両者を一体化、硬
化させて光散乱層が形成されると同時に光学素子が製造
されてもよい。尚、上記液状材料は、非粘着性の被膜形
成能を有する硬化性組成物が用いられてもよいが、粘着
性シート形成能を有する粘着剤組成物が用いられてもよ
い。

【００２４】又、逆に、予め山谷が繰り返される屈曲シ
ート状もしくは湾曲シート状の光散乱層を成型加工して
おき、該光散乱層をインサートして上下両面に一対の透
明樹脂層を成型して設け、光学素子が製造されてもよ
く、予め山谷が繰り返される屈曲シート状もしくは湾曲
シート状の光散乱層の上下両面に液状材料を塗工して透
明樹脂層が各々形成されてもよい。

【００２５】本発明の光学素子は、叙上のように、厚さ
方向に透明樹脂層／光散乱層／透明樹脂層の順に積層さ
れた積層シート構造からなり、山谷が繰り返される屈曲
面もしくは湾曲面を有し、且つ、上記積層シートの積層
方向の厚さが略均一である光散乱層を有するものである
ので、光源から見れば、光散乱層の厚さが厚く、観察
者、即ち、液晶表示装置の正面から見れば、薄いという
状態を極めて薄い光学素子で実現できるものである。従
って、従来の反射型液晶表示装置では実現できなかった
反射型液晶表示装置の明るさ、高解像度化と共に広視野
角化をも高度に達成した反射型液晶表示装置を提供し得
るものである。更に、本発明の光学素子は、反射板を液
晶層の内部に入れて電極と一体化させると共に、前方散
乱の強い光散乱媒体と鏡面反射板を用い、この間にブラ
ックシャッターとして液晶と偏光子を挿入する構成の反
射型液晶表示装置とすることによって更に本発明の光学
素子の上記特徴が発揮されるものとなる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に実施例を掲げて、本発明を
更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限
定されるものではない。

【００２７】（実施例１） （光散乱層用感光性組成物の調製）２−エチルヘキシル
アクリレート９５重量部、アクリル酸５重量部、ヘキサ
ンジオールアクリレート（架橋剤）０．２重量部及び１
−｛４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル｝−２−
ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１−オン−イソホロ
ンジイソシアネートダイマー（光重合開始剤）２重量部
に、平均粒径１．５μｍのジビニルベンゼン重合体透明
微粒子５．４重量部を攪拌混合して光散乱層用感光性組
成物を調製した。

【００２８】（光学素子の作製）図２に示された寸法図
に基づいてポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）によ
って図１（１）に示される山谷が繰り返される屈曲面を
有する平均厚さ５０μｍの一対の透明樹脂層用成形体を
調製した。得られた下面の透明樹脂層用成形体表面に、
バーコーターで上記光散乱層用感光性組成物を硬化後の
厚さが１０μｍとなるように塗布した後、直ちに、上面
の透明樹脂層用成形体を図１（１）に示すように重ね合
わせて積層し、ラミネーターによって強く圧着して脱泡
し、次いでこれに紫外線を照射させて上記光散乱層用感
光性組成物を硬化させて光学素子を作製した。

【００２９】（実施例２）実施例１の透明樹脂層用成形
体に替えて、図３に示された寸法図に基づいてＰＭＭＡ
によって図１（３）に示される山谷が繰り返される屈曲
面を有する平均厚さ５０μｍの一対の透明樹脂層用成形
体を用いたこと以外、実施例１と同様にして光学素子を
作製した。

【００３０】（実施例３） （光散乱層用粘着シートの調製）アクリル系粘着剤（固
形分１７重量％）１００重量部に、平均粒径１．５μｍ
のジビニルベンゼン重合体透明微粒子０．９重量部及び
トルエン１８．４重量部を添加して攪拌混合し、これを
離型処理されたポリエチレンテレフタレートフィルム上
にバーコーターを用いて乾燥後の厚さが１０μｍとなる
ように塗布し、９０℃に加熱されているオーブンに５分
間入れて乾燥し、光散乱層用粘着シートを調製した。

【００３１】（光学素子の作製）ＰＭＭＡによって図１
（２）に示される山谷が繰り返される山の高さ３０μ
ｍ、山の頂点間の長さ（サイクル長さ）が６０μｍであ
るｓｉｎ曲線で光散乱層と接する表面が形成された湾曲
面を有する平均厚さ５０μｍの一対の透明樹脂層用成形
体を調製した。得られた一方の透明樹脂層用成形体表面
に、ラミネートロールを用いて上記光散乱層用粘着シー
トを貼着し、他方の透明樹脂層用成形体を図１（２）に
示すように重ね合わせて積層し、ラミネーターによって
強く圧着して脱泡し、次いでこれを６０℃、５ｋｇｆ／
ｃｍ² の条件に設定されたオートクレーブ中で３０分間
処理して光学素子を作製した。

【００３２】（実施例４） （光学素子の作製）ＰＭＭＡによって図１（４）に示さ
れる山谷が繰り返される山の高さ３０μｍ、山の頂点間
の長さ（サイクル長さ）が３０μｍである半円を上方に
突出させて横に連ねて光散乱層と接する表面が形成され
た湾曲面を有する平均厚さ５０μｍの一対の透明樹脂層
用成形体を調製した。得られた一方の透明樹脂層用成形
体表面に、ラミネートロールを用いて上記光散乱層用粘
着シートを貼着し、他方の透明樹脂層用成形体を図１
（４）に示すように重ね合わせて積層し、ラミネーター
によって強く圧着して脱泡し、次いでこれを６０℃、５
ｋｇｆ／ｃｍ² の条件に設定されたオートクレーブ中で
３０分間処理して光学素子を作製した。

【００３３】（比較例１）実施例１の光散乱層用感光性
組成物を平滑なガラス表面上に重合硬化後の厚さが１０
μｍとなるように塗布し、次いでこれに紫外線を照射し
て平滑な表面を有する厚さ１０μｍの光散乱シートを作
製した。

【００３４】（比較例２）実施例１の光散乱層用感光性
組成物を用いて、比較例１と同様にして平滑な表面を有
する厚さ３０μｍの光散乱シートを作製した。

【００３５】（比較例３）実施例３の光散乱層用粘着シ
ートを平滑な表面を有する厚さ５０μｍのＰＭＭＡシー
ト間に挟着し、ラミネーターによって強く圧着して脱泡
し、次いでこれを６０℃、５ｋｇｆ／ｃｍ² の条件に設
定されたオートクレーブ中で３０分間処理して光学素子
を作製した。

【００３６】（比較例４）比較例３の光散乱層用粘着シ
ートを２枚重ねにし、光散乱層の厚さを２０μｍとした
こと以外、比較例３と同様にして光学素子を作製した。

【００３７】上記実施例１〜４及び比較例１〜４の光学
素子の性能を評価するため、ヘーズ、透過光強度の半値
角、反射光強度及び画像のぼけについて、以下に示す方
法で試験した。試験結果を表１に示す。

【００３８】１．ヘーズ：ヘーズメーターを用いて光学
素子のヘーズを常法に従い測定した。

【００３９】２．半値角：図４に測定系及びこれと関連
して半値角（θ）をグラフで示すように、光学素子の裏
面に設けられた光源より光学素子の部材の積層方向（基
軸：０度と称する）の透過光強度をエリプソメーターで
測定し、エリプソメーターを図４（１）に示されるよう
に上記透過光軸より移動し、上記０度の透過光強度の５
０％に相当する散乱光強度を検出する位置（上記透過光
軸となす角度）を半値角として検知した。

【００４０】３．反射光強度：図５に測定系を示すよう
に、裏面に厚さ２５μｍの粘着剤層で鏡面処理されたＡ
ｌ板を貼合した光学素子をその貼合面の鉛直線上にエリ
プソメーターを設置し、該鉛直線に４０度をなす位置に
光源を置き、反射光強度を測定し、上記光学素子に替え
て標準白色板を用いたときの反射光強度の比（光学素子
の反射光強度）／（標準白色板の反射光強度）の百分率
を求めた。

【００４１】４．画像のぼけ：光学素子に１０．５ポイ
ントの大きさの文字を印刷したＰＥＴフィルムを厚さ２
５μｍの透明粘着剤層で貼着したものを、光学素子を上
面にして反射面上に載置し、該光学素子面の鉛直線上に
おいて、側方の光源によって正面から上記文字を目視
し、同様に光学素子に替えて厚さ２５μｍの透明ＰＥＴ
フィルムを同様に貼着したブランクと比較し、１０名の
観察者の内、半数以上がブランクと同等であると評価し
たものを○、半数以上がブランクに比して文字のにじみ
によるぼけが認められるとしたものを×、上記以外のも
のを△として評価した。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１より明らかなように、実施例のいずれ
の光学素子も、半値角が小さく、散乱広がり幅が小さい
ものであり、文字のダブリ等の画像のぼけはなく、反射
光強度が示すように、側方からの入射光を効率よく散乱
させ、正面の観察者がこれを十分に利用できることが判
る。上記データが示すように実施例の光学素子いずれ
も、反射型液晶表示装置の明るさ、高解像度化と共に広
視野角化をも高度に達成し得ることを実証している。

【００４４】

【発明の効果】本発明の光学素子は、叙上の如く構成さ
れているので、反射型液晶表示装置の明るさ、高解像度
化と共に広視野角化をも高度に達成し得る。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学素子の断面形状を（１）〜（４）
に各々例示する断面図である。

【図２】図１（１）の光学素子の光散乱層の断面形状を
具体的に示す寸法図である。

【図３】図１（３）の光学素子の光散乱層の断面形状を
具体的に示す寸法図である。

【図４】光学素子の半値角の測定方法における（１）角
度の定義及び半値角の定義を示す説明図である。

【図５】光学素子の反射光強度の測定方法を示す説明図
である。

【図６】従来の反射型液晶表示装置の要部を示す断面図
である。

【図７】従来の反射型液晶表示装置の他の例の要部を示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 液晶セル １１ 液晶 ２、２１ 偏光板 ３、３１ 反射板 ４ 光散乱媒体 ５ 透明樹脂層 ６ 光散乱層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚さ方向に透明樹脂層／光散乱層／透明
   樹脂層の順に積層された積層シート構造を有する光学素
   子であって、上記光散乱層は山谷が繰り返される屈曲面
   もしくは湾曲面を有し、且つ、光散乱層は積層方向の厚
   さが略均一であることを特徴とする光学素子。