(57)【要約】【課題】位相差補償フィルムと下方向の光のみを散乱する、光の入射方向によって散乱特性が変わる光散乱フィルム（異方性散乱フィルム）を併用する視角調整フィルムにおいて、劣化に伴う黄変を防止すること。【解決手段】光の入射方向によって散乱特性が変わる光散乱フィルムを液晶素子の観察者側に有する液晶表示装置に用いる光散乱フィルムであって、劣化に伴う黄変の補色で着色したこと。補色で着色したことにより、光散乱フィルムのａ、ｂ値が１、５以内であること。補色で着色した際に、顔料分散系のインキを用い、光散乱フィルムの最大散乱角度は０〜４０度、ヘイズは３０〜５０であること。顔料分散系のインキの補色で着色したフィルタを光散乱フィルムに積層したこと。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光の入射方向によって散乱特性が変わる光散乱フィルムを液晶素子の観察者側に有する液晶表示装置に用いる光散乱フィルムであって、劣化に伴う黄変の補色で着色したことを特徴とする光散乱フィルム。
【請求項２】
前記補色で着色したことにより、光散乱フィルムのａ、ｂ値が１、５以内であることを特徴とする請求項１記載の光散乱フィルム。
【請求項３】
前記補色で着色した際に、顔料分散系のインキを用い、光散乱フィルムの最大散乱角度は０〜４０度、正面でのヘイズは５０以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光散乱フィルム。
【請求項４】
前記補色で着色が、顔料分散系のインキの補色で着色したフィルタを光散乱フィルムに積層したことによる着色であり、光散乱フィルムの最大散乱角度は０〜４０度、正面でのヘイズは５０以下であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載の光散乱フィルム。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光散乱フィルムを搭載したことを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置のコントラストの低下を抑制し、視野角に優れる液晶表示装置を形成しうる光学フィルムに関するものであり、特に、ツイスト配向された液晶素子にディスコティック液晶を用いることにより下側方向以外の視野角を補償し、下側方向については、入射角依存性を有する光散乱フィルムを用いることにより、視域の広い液晶表示装置を可能とする光散乱フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置（ＬＣＤ）のテレビやパソコンモニタ等への普及に伴い拡視野角化や高コントラスト化が望まれている。一般的に広く用いられているＴＮ（ツイステッドネマティック）型における良視認の視野角の拡大や、ＳＴＮ−ＬＣＤにおける着色補償による白黒表示の達成のごとく、液晶の複屈折による位相差を位相差板で補償して視認特性を改善する提案がなされている。
【０００３】
このような位相差補償フィルムとしては、特開平６−２１４１１６号公報、特開平６−２２２２１３号公報、特開平６−２６５７２８号公報に開示されているように、ディスコティック液晶フィルムを用い、液晶により複屈折性を補償するフィルムが知られている。しかしながら、従来の補償板では、液晶の位相差特性に十分に対応できない。一方向以外では、十分に複屈折性を補償するが、一方向に対しては、十分に複屈折を補償することができず、その視認特性の改善に満足できない問題点があった。
このことは、例えば、特開平６−２２２２１３号公報の表２等のように、一方向に対しては、視野角が４５度までしか広げられていない。
【０００４】
そのため、このような複屈折を補償するようなディスコティック液晶を用いた液晶表示装置においては、ノートパソコンなどは目線が斜め上からのため、正面から上側視域が優先されて、下側の視域は不十分であった。従来は、この複屈折の補償されてない方向は、モニターであるのではあまり観察しない方向である下側の方向にもってきていた。したがって、このような液晶表示装置では、下側の方向の視野角は、通常４５程度までしか得られていない。４５度より深い角度では階調の反転が起こり、画像の視認性が著しく悪化する。
【０００５】
しかし、最近では、液晶テレビなどの普及により画面を寝転んで下側から見るとか、説明を印刷物でなくノートパソコンなどを使用して行うなど、広範囲の視角特性のニーズが高まっている。
こうした問題に対して、従来の拡散フィルムだけを用いたようなものがあるが、このようなものでは、中心の視認性が劣り、通常液晶テレビ（ＴＮ系）など４５度より深い角度での視野拡大は不充分である。
【０００６】
特に、最近ＬＣＤを用いたＦＡ、ナビゲーション、タブレットＰＣ、モニターなどの各種デイスプレイが普及してきている。このうち、テレビは最近の大型化にともない、ＬＣＤでも３０インチ以上が開発されており、通常の家庭で使用する場合、台の上に置くことや寝転んで、下からからみるような場合がある。また、ＦＡの場合も不特定多数の人が広告などで見るため、下方向に関しても、広い視域を有する事が切望されてきている。同時に単純な散乱では見かけのコントラストは大きくなるが文字、画像ボケが大きくなる。
【０００７】
さらに、ナビゲーションなどは自動車内に放置されることになり、夏場の室内は裕に５０〜７０℃に達する。この環境では、高分子の劣化が進行して、フィルムに黄変が生じる
。
【特許文献１】特開平６−２１４１１６号公報
【特許文献２】特開平６−２２２２１３号公報
【特許文献３】特開平６−２６５７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、位相差補償フィルムと下方向の光のみを散乱する、光の入射方向によって散乱特性が変わる光散乱フィルム（異方性散乱フィルム）を併用する視角調整フィルムにおいて、劣化に伴う黄変を防止することを課題とするものである。
これにより、初期のａ、ｂ値を１．５以下に下げ、環境試験での色調変化は問題のないレベルを達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、光の入射方向によって散乱特性が変わる光散乱フィルムを液晶素子の観察者側に有する液晶表示装置に用いる光散乱フィルムであって、劣化に伴う黄変の補色で着色したことを特徴とする光散乱フィルムである。
【００１０】
また、本発明は、上記発明による光散乱フィルムにおいて、前記補色で着色したことにより、光散乱フィルムのａ、ｂ値が１、５以内であることを特徴とする光散乱フィルムである。
【００１１】
また、本発明は、上記発明による光散乱フィルムにおいて、前記補色で着色した際に、顔料分散系のインキを用い、光散乱フィルムの最大散乱角度は０〜４０度、正面でのヘイズは５０以下であることを特徴とする光散乱フィルムである。
【００１２】
また、本発明は、上記発明による光散乱フィルムにおいて、前記補色で着色が、顔料分散系のインキの補色で着色したフィルタを光散乱フィルムに積層したことによる着色であり、光散乱フィルムの最大散乱角度は０〜４０度、正面でのヘイズは５０以下であることを特徴とする光散乱フィルムである。
【００１３】
また、本発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光散乱フィルムを搭載したことを特徴とする液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の液晶表示装置によれば、照明部からきた光が偏光板に入射し、液晶素子と２枚のディスコティック液晶フィルムにより偏光補償された光が透過することにより広い視野角を有し、またこれら２枚のディスコティック液晶フィルムで補償されない方向については、射出側の偏光板の観察者側に配置されている光散乱フィルムでコントラストが反転する領域に対して、コントラストの反転のない領域の光を拡散することにより、ディスコティック液晶で補償されない領域でのコントラストの低下を抑制することができる。
【００１５】
更に、本発明の光散乱フィルムは入射角により、散乱性が異なるため、ディスコティック液晶フィルムで偏光の補償がされる領域に関しては、光をほとんど散乱しない。よって、ボケや輝度低下をあまり招かずに、視野角を広げたい領域についてのみ光を散乱させることができるため、ツイスト配向している液晶素子でありながら、十分なコントラストが得られる。この結果、階調の反転しない観察角範囲を大きく、すなわち、広視野角化を実
現することができる。
【００１６】
前記２枚のディスコティック液晶フィルムは、それぞれの液晶の屈折率異方性Δｎ’とフィルム厚ｄ’との積Δｎ’・ｄ’のトータル値が前記液晶素子の液晶の屈折率異方性Δｎとフィルム厚ｄとの積Δｎ・ｄの値とほぼ同じであるものが望ましく、このようにすれば、ディスコチック液晶フィルムの複屈折作用が表示に悪影響を及ぼすことがない。
【００１７】
ここで、本発明における光散乱フィルムで最も顕著な効果は、光散乱フィルムを形成する感光材料に青色顔料を分散させることにより、もしくは青色顔料分散層を積層することにより、初期状態で日本人の好む、青白い画面が採用でき、環境耐性に優れているものが得られることである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
＜構造＞
本発明による液晶表示装置の構造は、一対の電極を有する基板とその基板間に挟持した液晶層とを備えている液晶素子と、２枚のディスコティック液晶フィルム（位相差補償フィルム）が液晶素子の両側に配置され、さらに２枚の偏光板がその外側に配置され、射出側偏光板の観察者側に、光の入射方向によって散乱特性が変わる光散乱フィルム（異方性散乱フィルム）を有するものである。通常、このような構成にバックライト等の照明部材が付加される。
【００１９】
液晶素子は、ガラス等からなる１対の透明基板の間に液晶層を介在入したものであり、この液晶素子の両基板の内側には、電極が形成されるとともに、その電極上に配向膜がもうけられている。なお、この一対の透明基板は枠状のシール材を介して接合されており、液晶は両基板の前記シール材で囲まれた領域に封入されている。
この液晶は、誘電異方性が正のネマティック液晶であり、その液晶分子は、それぞれの基板の近傍における配向方向を前記配向膜で規制されて、前記基板間においてツイスト配向している。
【００２０】
また、上記偏光板のうち、入射側の偏光板は、その吸収軸を液晶素子の入射側基板の近傍における液晶分子の配向方向と略平行にして設けられ、射出側の偏光板は、その吸収軸を液晶素子の射出側基板の近傍における液晶分子の配向方向と略平行にして設けられており、前期液晶素子とこれらの偏光板によって、ＴＮ型の液晶表示系が構成されている。
【００２１】
＜液晶表示装置＞
本発明の液晶表示装置において、位相差補償フィルムは、分子形状が円盤状をなしている高分子液晶からなる特殊なディスコティック液晶フィルムであって、円盤状の分子がフィルムの一方の面から他方の面に向かってほぼ水平に倒伏した状態からほぼ垂直にたち上がるように順次配向している。これらの円盤状分子の配向変化の中心軸線（円盤状分子の直径方向のうちフィルム面に平行な方向）に沿った方向が遅相軸、それと直行する方向が進相軸である。
【００２２】
例えば、液晶セルの液晶分子ツイスト角がほぼ90°であるツイスト型液晶では、一方のディスコティック液晶フィルムをその遅相軸を液晶表示素子の一方の基板の近傍における液晶分子の配向方向とほぼ平行に設け、他方のディスコティック液晶の配向方向を他方の液晶の近傍の液晶分子の配向方向と略平行に設けるのが好ましい。
【００２３】
従って、ツイスト型の液晶表示装置では、これら２枚のディスコティック液晶フィルムを円盤状の分子の配向状態が同じである面同士をむかえあわせるとともに、それぞれの遅
相軸をお互いに略直行させて、液晶表示素子の両側に配置するのが望ましい。
【００２４】
前記２枚のディスコティック液晶フィルムは、それぞれの液晶の屈折率異方性Δｎ’とフィルム厚ｄ’との積Δｎ’・ｄ’のトータル値が、前記液晶セルの液晶の屈折率異方性Δｎとフィルム厚ｄとの積Δｎ・ｄの値とほぼ同じであるものが望ましく、このようにすれば、ディスコチック液晶フィルムの複屈折作用が表示に悪影響を及ぼすことがない。
【００２５】
本発明の液晶表示装置に使用する光散乱フィルムとして、屈折率の異なる筒状の微細な層が海島構造をなしており、厚み方向に対して筒状になっているようなものを用いている。図１、図２に、このような光散乱フィルムの平面図（ａ）及び断面図（ｂ）を示す。
このようなフィルムの屈折率の異なる層状の領域の境界面と平行な方向に光が入射すると、その境界の屈折率の差により光が散乱される。一方屈折率の異なる層状の領域の境界面と垂直に近い角度で入射した光に対しては、境界での散乱がないため、そのまま透過する。
【００２６】
また、本発明では、パネルの色調において、カーボンアーク試験や湿熱、耐熱試験で黄色に変色することを極力防止することを主眼としている。具体的には光散乱フィルムの作製に用いる感光材料に補色である、青色系統の色調材料を混合する。これにより、色の変化がΔＹで１０／１０００以下に改善した。また、画質において、青系統の色調の鮮明性が失われず、階調表現豊かなディスプレイを提供できるものとなる。
【００２７】
＜視域拡大効果＞
従来、ツイスト型の液晶素子とディスコティック液晶のみの構成では、４５°程度で、コントラストが低下し、画像が非常に見難いものとなっていた。上記のような本発明の構成によれば、このような光散乱フィルムを付加する構成により、４５〜６０°までも、コントラストの低下を抑制でき、広い視域の液晶表示装置を実現することができる。
【００２８】
この際、この光散乱フィルムの散乱性（ヘイズ）を高くすれば、より効果の高いものが得られる。しかし、ヘイズが高いと、正面でのコントラストが落ちてきてしまう。
【００２９】
種々実験の結果、青色色調にするには、例えば、顔料分散系のインキなどを用いることができる。初期の色調は混入しなければ、ｂ値で１．５前後になる。これに対し、混入することで１．０を下回ることが可能となった。適性なヘイズとしては３０〜６０位で最も効果が高いことが判った。しかし、これ以外のヘイズでも効果はある。
【００３０】
入れるインキは顔料分散系以外で全光線透過率が８５％以上、ヘイズが１０％、好ましくは５％以下であれば良い。光散乱フィルムのヘイズの適性範囲であるが、上限はヘイズが高すぎると正面でのコントラストの高い液晶を用いても、後方散乱も大きくなるため、実用上十分なコントラストが得られない。また、正面から像を観察した際のボケも大きくなるため、満足な画質が得られなかった。よって、正面での画質を鑑みると、ヘイズは５０以下にするのが妥当であるとの結果を実験的に得られた。
【００３１】
また、下限としては、あまり下方向で観察されることが想定されないもの、例えば、パーソナルな液晶ディスプレイなどでは、正面での画質を最優先し下方向から観察した画質を重視しないような用途であれば、さらに、ヘイズが低い光拡散フィルムを用いることもできる。このような光散乱フィルムを用いた場合には、下方向からは良い画質ではないが、正面の画質はより良いものが得られた。このような用途を想定したものに関しては、ヘイズが２０程度のもので、良いものが得られた。
【００３２】
＜フィルム構造＞
次に、本発明の光散乱フィルム１の構造について詳細に説明する。上述したように、本発明の光散乱フィルム１の内部には、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布することにより、屈折率の高低からなる濃淡模様が形成されている。この屈折率の差異は、小さすぎると散乱性が悪くなり、逆に大きすぎるとどのような角度で光が入射しても光散乱が生じてしまうことになり、散乱性の入射角依存性を持たせることが困難となる。そのため、表面上の屈折率差だけでは光散乱が生じず、フィルムに厚みがあることで十分な散乱性を持つような最適な屈折率差である必要がある。
【００３３】
本発明では、上記条件に当てはまるように、屈折率差が０．００１から０．２の範囲で適宜選択し、同様にフィルム厚みも前記屈折率差に応じて１０００μｍから１μｍの範囲で適宜選択している。
一例を挙げると、平均屈折率が１．５２で厚みが２０μｍのフィルム中に、屈折率が１．５６（屈折率差０．０４）の部分を分布させて、濃淡模様を形成することで、十分な散乱性と入射角度依存性を持つ光散乱フィルムを得ることができた。
【００３４】
記録できる屈折率差は作成方法や記録材料などにより制限を受けるため、大きな屈折率差を持つ場合はフィルムを薄く、小さな屈折率差を持つ場合はフィルムを厚くすることで、本発明の光散乱フィルムを実現することが可能である。
屈折率の異なる部分の大きさは、光散乱を生じさせるためにランダムで規則性はないが、必要な散乱性を持たせるために、その平均の大きさは直径で０．１μｍから３００μｍの範囲内で、それぞれの用途での必要な散乱性に応じて適宜選択される。一例として、１２μｍの平均の大きさを持つ屈折率の高低からなる濃淡模様とすることで、約±４０度程度の散乱広がりをもつ散乱性を得た。
【００３５】
また、屈折率の異なる部分のフィルム表面上での分布は、光散乱を生じさせるためにランダムで規則性はないが、必要な散乱性を持たせるために、フィルム全体の平均屈折率を＜ｎ＞とすると、その確率分布は＜ｎ＞を中心とする正規分布を呈する。あるいは屈折率ｎの最小値ｎｍｉｎで最大値をとり、指数関数的に屈折率の最大値ｎｍａｘまで単調減少するような確率分布、或いは単調増加する確率分布に従って分布していてもよい。
【００３６】
＜作製手段＞
図３は、光散乱フィルムを、ランダムマスクパターンを利用して作製する光学系の一例を示す説明図である。ＵＶ光源１５から出た紫外光をコリメート光学系１６により平行光１７とし、マスク原版１８を照射する。マスク原版１８は、ガラス基板２０とランダムパターンである金属クロムパターン２１とからなる。
【００３７】
図３で用いられるランダムパターンを持つマスク原版１８は、計算機を用いた乱数計算から作製した白黒パターンデータを、所謂フォトリソグラフィーの手法によりガラス基板２０上の金属クロムパターン２１としてエッチングしたものを用いた。もちろんマスク原版の作成方法としては、上記方式に限定されるものではなく、リス乾板を使った写真手法などにより作製しても同様なマスクを作製できることは周知である。
【００３８】
一方、この原版からの光散乱フィルム作製方法については、マスク原版１８のＵＶ照射側とは反対の面には感光材料１９を密着して配置しており、マスク原版１８のパターンを感光材料１９に露光照射する。この際、図示のようにＵＶ平行光１７とマスク原版１８は所定角度αだけ傾いて配置されているため、パターン露光は感光材料１９中で、所定角度傾いてなされることになる。この角度が、光散乱フィルム中の屈折率の異なる部分の傾斜角度（すなわち、入射角度依存性の最大散乱角度θ）に相当しすることになるので、前記角度は用途に応じて０から６０度程度の範囲内で適宜選択される。
【００３９】
また、ここで使用する感光材料１９は、ＵＶ光の露光部と未露光部との屈折率の変化の形態で記録できる感光材料であり、記録しようとする濃淡模様より高い解像力を持ち、その厚みの方向にもパターンを記録できるような材料である必要がある。
このような記録材料としては、体積型ホログラム用感光材料が利用でき、アグファ社製ホログラム用銀塩感光材料８Ｅ５６乾板，デュポン社製ホログラム用感光材料ＨＲＦフィルムあるいは重クロム酸ゼラチン，ポラロイド社製ＤＭＰ−１２８記録材料などが使用可能である。
【００４０】
本発明では、この種々の感光材料に黄色への色調変化を抑制するため、例えば、カラーフィルターに用いられる青色顔料を少量分散させて、特性に支障のない範囲で黄色を打ち消す。ここで必要となるインキ特性としては、感光材料と紫外線照射で副反応が発生せず、全光線透過率が８５％以上、ヘイズ５％以下であることが望まれる。また、青色顔料分散レジストを積層しても構わない。このとき、最表面にくる場合はハードコート層が必要となるので、ここにレジストを混合して塗布することで、ハードコートと色補正の両立が可能となる。
【実施例】
【００４１】
以下に、実施例により具体的に説明する。
＜実施例１＞
＜実施例２＞
＜比較例１＞
＜比較例２＞
記録材料として、ポラロイド社製ＤＭＰ−１２８を用いた。青色顔料タイプレジストは極少量を添加した。実施例１及び２は、青色顔料タイプレジストを添加。各々の初期ｂ値は、１．０、１．５であった。比較例１及び２は、青色顔料タイプレジストを添加していない。
表１は、最大散乱角度を３０度にした場合のヘイズであり、また色調変化の確認実験結果である。実施例１及び２において良好な結果が得られている。
【００４２】
【表１】
2006154389.tif 000003
＜実施例３＞
＜実施例４＞
＜比較例３＞
次に、実施例３及び４は、ヘイズを５０に固定した場合で、最大散乱角度２０〜４０に変えた場合での色調変化の確認である。比較例３は、ヘイズを５０、最大散乱角度２０の場合である。実験結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
2006154389.tif 000004
＜実施例５＞
＜比較例４＞
次に、ハードコート層に青レジストを加えて積層した場合の実施例５の結果を、比較例４として上記層なしと比較して表３に示す。ヘイズは４０、露光角度を３０度に固定した。
【００４４】
【表３】
2006154389.tif 000005
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】（ａ）は、本発明に係る光散乱フィルムの一例であり、青色顔料タイプレジストを記録材料に混合して光散乱フィルム単一層とした場合の平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す光散乱フィルムの一例の断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明に係る光散乱フィルムの他の例であり、青色顔料タイプレジストを光散乱フィルムの上に塗布してハードコート層も兼ねる平面図である。（ｂ）は、（ａ）に示す光散乱フィルムの他の例の断面図である。
【図３】ランダムマスクパターンを利用して光散乱フィルムを作製する光学系の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…光散乱フィルム
１ａ…光散乱フィルム中の高屈折率領域
１ｂ…光散乱フィルム中の低屈折率領域
２…屈折率の異なる層状の領域の境界面と平行な方向の入射光
３…屈折率の異なる層状の領域の境界面と垂直に近い角度の入射光
１５…ＵＶ光源
１６…コリメート光学系
１７…平行光
１８…マスク原版
１９…感光材料
２０…ガラス基板
２１…金属クロムパターン
２２…光ファイバー
θ…最大散乱角度
【図１】
2006154389.tif 000006
【図２】
2006154389.tif 000007
【図３】
2006154389.tif 000008