(57)【要約】【課題】光を散乱させることによる表示のボケを抑制し、なお且つ一方向から見た際に起こる階調の反転を抑制することを可能とした光学素子、並びにそのような光学素子を用いた偏光板、液晶表示パネル及び液晶表示装置を提供する。【解決手段】少なくとも光透過性を有する基材８の上に、内面散乱体１２を形成用材料１１中に分散させた光散乱層９が形成されてなる光学素子１０であって、内面散乱体１２は、屈折率が１．６５〜１．８０の粒子からなる。【選択図】図１
2008250163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示装置の観察者側に配置して用いられ、少なくとも光透過性を有する基材の上に、内面散乱体を形成用材料中に分散させた光散乱層が形成されてなる光学素子であって、
前記内面散乱体は、屈折率が１．６５〜１．８０の粒子を有することを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記粒子として、単位体積当たりの散乱断面積が最大となる粒子直径の半分となるような粒子直径のうち、小さい方をＤＳ、大きい方をＤＬとしたときに、粒度分布のモード径が、ＤＳ以上、ＤＬ以下となる粒子を用いたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記粒子は、酸化アルミニウム粒子からなることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記酸化アルミニウム粒子として、粒度分布のモード径が、０．５μｍ以上、２．０μｍ以下となる粒子を用いたことを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記酸化アルミニウム粒子として、オーバーサイズの累積粒度分布において、積算量が１０％となる粒子直径Ｄ１０が０．５μｍ以上、積算量が９０％以上となる粒子直径Ｄ９０が２．５μｍ以下となる粒子を用いたことを特徴とする請求項３又は４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記基材側から照射される光の全光線透過率が８５％以上であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の光学素子。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか一項に記載の光学素子と、偏光子とが組み合わされてなることを特徴とする偏光板。
【請求項８】
請求項７に記載の偏光板と、一対の基板の間にツイストネマティック液晶が挟持されてなる透過型の液晶セルとを備え、前記液晶セルの画像を表示する面側に前記偏光板が配置されていることを特徴とする液晶表示パネル。
【請求項９】
前記液晶セルと前記偏光板との間にディスコティック液晶からなる位相差フィルムが配置されていることを特徴とする請求項８に記載の液晶表示パネル。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに光を照射する光照射手段とを備える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、ツイストネマティック（ＴＮ）型の液晶表示装置に用いて好適な光学素子、並びにそのような光学素子を備える偏光板、液晶表示パネル及び液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、軽い、薄い、低消費電力であるといった利点を有しており、フラットパネルディスプレイなどに代表される画像表示装置として、例えばテレビや、カーナビゲーション、パソコン用モニター、ノートＰＣ(personal computer)、ＦＡ(Factory Automation)などに幅広く利用されている。
【０００３】
また、液晶表示装置を用いたテレビでは、中間階調を多く有するような映像を様々な角度から鑑賞できるように、どの方向からみても、階調性が崩れず、色変化の少ないことが求められている。そして、このような条件を満たすために、液晶の配向方式については、現在までにＴＮ(Twisted Nematic)方式や、ＯＣＢ(Optically Compensated Bend)方式、ＶＡ(Vertical Alignment)方式、ＩＰＳ(In-Plane Switching)方式などが開発されている。
【０００４】
このうち、ＴＮ（ツイストネマティック）方式は、液晶が捻れ配向となるために、位相差フィルムで偏光を補正しても、一方向だけコントラストの反転が起こってしまうという欠点があり、様々な方向から見ることが想定されるテレビには不向きとされている。一方、このＴＮ方式は、広い温度範囲で動作させることができるため、モバイルディスプレイや車載用ディスプレイなどに多く用いられている。また、近年はその中でも車載用途に幅広く用いられるようになっている。
【０００５】
ＴＮ方式を用いた液晶表示装置の場合、例えば拡散フィルムを液晶表示パネルの前面に配置することによって、視域を拡大する技術が提案されている（例えば、特許文献１，２を参照。）。しかしながら、これら特許文献１，２に記載される技術では、視域拡大効果又は階調反転防止効果は得られるものの、それに伴う表示のボケを抑制することは困難である。
【０００６】
一方、斜め方向に抜ける光が正面にくることによるコントラストの低下を抑制するために、バックライトの光を正面方向に強く集光させる技術が提案されている（例えば、特許文献３を参照）。しかしながら、この特許文献３に記載される技術では、光を正面方向により強く集光させる必要があるため、バックライトの構造が複雑で高価となり易く、効率も低下しやすい。また、この特許文献３に記載される技術は、特に拡散フィルムを特定したものではなく、階調反転を十分に抑制できるものとはなっていない。
【０００７】
このように、従来よりＴＮ型液晶の視域を広げるために用いられる拡散フィルムは、その視域拡大効果を上げていくと、逆に表示のボケが大きくなるといった欠点がある。特に、モニターやナビゲーションなどでは、小さな文字等も表示するため、このようなボケの発生が大きな問題となっている。
【特許文献１】特開平１０−１０５１３号公報
【特許文献２】特開２００１−３４３６４６号公報
【特許文献３】特開２００４−４７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、ＴＮ型の液晶表示装置において、光を散乱させることによる表示のボケを抑制し、なお且つ一方向から見た際に起こる階調の反転を抑制することを可能とした光学素子、並びにそのような光学素子を用いた偏光板、液晶表示パネル及び液晶表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述したように、見た目のボケを低減し、且つ階調反転を抑制するためには、広い散乱プロファイルを有することが望ましい。また、広い散乱プロファイルを得るためには、光を散乱させるための粒子（内面散乱体）を小さくすればよいが、小さな粒子を用いると光が散乱しにくくなるため、屈折率差を大きくする必要があり、その一つの技術として高屈折率の粒子を用いることが考えられる。
【００１０】
高屈折率の粒子としては、高分子化合物をベースとしたものや、ガラスにジルコニウム等を混ぜたガラスをベースとしたもの、金属化合物からなるものなどがある。しかしながら、ガラスをベースとした粒子は、水を吸着しやすく、周辺のバインダ（形成用材料）の屈折率が変動しやすい。一方、高分子化合物をベースとした粒子も、溶剤に対する耐性の問題や、分散時に二次凝集し易いなどの問題があり、微粒子として取り扱いにくい。
【００１１】
そこで、本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、内面散乱体として、屈折率が１．６５〜１．８０の粒子を用いることを見出した。その中でも金属化合物粒子を好適に用いることができる。散乱粒子として金属化合物粒子は、一般的に安定しており、また、シリカのような水分を吸収するようなこともなく、高湿度下でも、周辺のバインダに水が吸収される等によるヘイズの変動が非常に少ない。また、金属化合物粒子は、屈折率差がつきやすいため、少量でも十分な散乱性が得られる等の面で優れている。このような金属化合物粒子は、比較的安価に安定的に入手可能であるため、材料供給の面からも優位である。
【００１２】
さらに、金属化合物粒子の中でも、金属酸化物粒子は、空気中の酸素により酸化されることもなく、比較的安定であり、実用上から更に好ましい。また、その構造として結晶構造を有していれば、屈折率を更に高めることができる。その中でも特に、酸化アルミニウムは、化学的な安定性が高く、また酸化チタンのような触媒作用もほとんど見れられず、化学的に非常に安定であるため、このような用途には最適である。また、酸化チタンのような隠蔽性のような性質も少ないため、液晶表示パネルの最表面に用いて、光を散乱させる用途に適している。これにより、耐久性、耐溶剤性、分散性を有し、実用上必要な性質を有した光学素子を得ることが可能である。
【００１３】
本発明は、以上のような知見に基づくものであって、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）  液晶表示装置の観察者側に配置して用いられ、少なくとも光透過性を有する基材の上に、内面散乱体を形成用材料中に分散させた光散乱層が形成されてなる光学素子であって、前記内面散乱体は、屈折率が１．６５〜１．８０の粒子を有することを特徴とする光学素子。
（２）  前記粒子として、単位体積当たりの散乱断面積が最大となる粒子直径の半分となるような粒子直径のうち、小さい方をＤＳ、大きい方をＤＬとしたときに、粒度分布のモード径が、ＤＳ以上、ＤＬ以下となる粒子を用いたことを特徴とする前記（１）に記載の光学素子。
（３）  前記粒子は、酸化アルミニウム粒子からなることを特徴とする前記（１）に記載の光学素子。
（４）  前記酸化アルミニウム粒子として、粒度分布のモード径が、０．５μｍ以上、２．０μｍ以下となる粒子を用いたことを特徴とする前記（３）に記載の光学素子。
（５）  前記酸化アルミニウム粒子として、オーバーサイズの累積粒度分布において、積算量が１０％となる粒子直径Ｄ１０が０．５μｍ以上、積算量が９０％以上となる粒子直径Ｄ９０が２．５μｍ以下となる粒子を用いたことを特徴とする前記（３）又は（４）に記載の光学素子。
（６）  前記基材側から照射される光の全光線透過率が８５％以上であることを特徴とする前記（１）〜（５）の何れか一項に記載の光学素子。
（７）  前記（１）〜（６）の何れか一項に記載の光学素子と、偏光子とが組み合わされてなることを特徴とする偏光板。
（８）  前記（７）に記載の偏光板と、一対の基板の間にツイストネマティック液晶が挟持されてなる透過型の液晶セルとを備え、前記液晶セルの画像を表示する面側に前記偏光板が配置されていることを特徴とする液晶表示パネル。
（９）  前記液晶セルと前記偏光板との間にディスコティック液晶からなる位相差フィルムが配置されていることを特徴とする前記（８）に記載の液晶表示パネル。
（１０）  前記（８）又は（９）に記載の液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルに光を照射する光照射手段とを備えることを特徴とする液晶表示装置。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、光を散乱させることによる表示のボケを抑制し、なお且つ一方向から見た際に起こる階調の反転を抑制することを可能とした光学素子、並びにそのような光学素子を用いた偏光板、液晶表示パネル及び液晶表示装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した光学素子、偏光板、液晶表示パネル及び液晶表示装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上、特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１６】
本発明の実施形態として図１に示す液晶表示装置Ａは、液晶表示パネル１と、この液晶表示パネル１の背面側から光を照射するバックライト（光照射手段）２とを備えている。液晶表示パネル１は、一対の基板の間にツイストネマティック液晶が挟持されてなる透過型の液晶セル３と、この液晶セル３の両面に配置された偏光板４、５とから構成されている。バックライト２は、例えば冷陰極蛍光ランプ(ＣＣＦＬ：Cold Cathode Fluorescent Lamp)と、このＣＣＦＬからの光を液晶表示パネル１へと導く導光板とから構成されている。
【００１７】
そして、この液晶表示装置Ａでは、液晶表示パネル１の一方の偏光板４が配置された前面４ａ側を正面Ａ１側とし、液晶表示パネル１の他方の偏光板５が配置された背面５ａ側からバックライト２が光を照射し、他方の偏光板５、液晶セル３、一方の偏光板４の順に透過した光によって、正面Ａ１側に画像を表示することが可能となっている。
【００１８】
一方の偏光板４は、偏光層（偏光子）６が基材７と基材８との間に挟持された構造となっている。また、他方の偏光板５も、図示を省略するが、偏光板４と同様に偏光層が２枚の基材の間に挟持された構造となっている。
【００１９】
さらに、液晶表示パネル１の正面Ａ１側に配置される一方の偏光板４は、基材８の一方の面８ａ上に光散乱層９を積層して形成した光散乱フィルム１０を備えており、この光散乱フィルム１０は、基材８の他方の面８ｂを偏光層６に接触させて積層配置されている。なお、光散乱フィルム１０は、基材８の他方の面８ｂ上に光散乱層９を積層形成し、この光散乱層９を偏光層６に接触させて積層配置した構成としてもよい。
【００２０】
また、ＴＮ型の液晶表示パネル１では、位相差フィルムを用いて光学補償を行うことが好ましく、例えば、液晶セル３と偏光板４，５との間に、傾斜配向されたディスコティック液晶等からなる位相差フィルム（ともに図示せず。）をそれぞれ配置することが好ましい。
【００２１】
光散乱フィルム１０は、本発明を適用した光学素子として、図２に示すように、形成用材料１１中に内面散乱体１２を分散させた光散乱層９を基材８上に形成したものである。
基材８の材質については、光透過性を有するものであれば特に制限されないものの、可視光に対して透明なプラスチックフィルムを用いることが好ましい。具体的に、このような透明なプラスチックフィルムとしては、例えば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、シクロオレフィン系フィルムなどを挙げることができる。
【００２２】
光散乱層９は、形成用材料１１とは異なる屈折率を有する内面散乱体１２を形成用材料１１中に分散させることで、層内に屈折率の異なる複数の微細な領域を形成している。この光散乱層９は、形成用材料１１と内面散乱体１２とを溶媒中で混合した混合液（塗液）を基材８上に、例えば、ダイコータ、スピンコータ、ロールコータ、カーテンコータ、スクリーン印刷等の塗布方法を用いて塗布し、乾燥後にＥＢ(Electron Beam)や紫外線等の放射線を照射し、硬化させることで形成される。なお、光散乱層９を形成する際は、塗工特性を良くするため、塗液の粘度は、１〜２００ｃｐ（ｍＰａ・ｓ）とすることが好ましく、塗液中の溶媒を除いた固形成分の割合は、２０〜６０質量％とすることが好ましい。
【００２３】
また、形成用材料１１中に１〜４０質量％の内面散乱体１２を有することが好ましく、より好ましくは２〜１２質量％である。内面散乱体１２の含有量が上記範囲より少なくなると、ヘイズと厚みとの関係から、光を散効率良く乱させることが困難となる。一方、内面散乱体１２の含有量が上記範囲より多くなると、基材８に塗布する際に、内面散乱体１２が凝集してダマ等が発生しやすくなり、塗布しにくくなる。なお、ヘイズは、２０〜７０％の範囲が好ましく、より好ましくは２５〜６０％の範囲である。光散乱層９の厚みは、２〜２０μｍの範囲が好ましい。
【００２４】
形成用材料１１については、種々の樹脂材料（バインダ）を用いることができ、その中でも放射線硬化型の樹脂材料を好適に用いることができる。また、形成用材料１１については、偏光板４の最表層に配置されることから、ハードコート性を有するものが好ましい。
【００２５】
このようなハードコート性を有する形成用材料１１としては、例えば、ポリエステルアクリレートやウレタンアクリレートなどのアクリレート系官能基を持つ樹脂材料を用いることが好ましい。このうち、ポリエステルアクリレートについては、ポリエステル系ポリオールのオリゴマーのアクリレート又はメタアクリレート、若しくはその混合物を挙げることができる。（以下、アクリレート及び／又はメタアクリレートを（メタ）アクリレートと記載する。）一方、ウレタンアクリレートついては、ポリオール化合物をジイソシアネート化合物からなるオリゴマーをアクリレート化したものを挙げることができる。
【００２６】
アクリレートを構成する単量体としては、例えば、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ブチル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、メトキシエチル（メタ）アクリレート、ブトキシエチル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート等を挙げることができる。
【００２７】
また、形成用材料１１は、多官能モノマーを併用してもよい。多官能モノマーとしては、例えば、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ヘキサンジオール（メタ）アクリレート、トリプロピレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ（メタ）アクリレート、１，６−ヘキサンジオールジ（メタ）アクリレート、ネオペンチルグリコールジ（メタ）アクリレート等を挙げることができる。
【００２８】
ポリエステル系オリゴマーとしては、例えば、アジピン酸とグリコール（エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブチレングリコール、ポリブチレングリコール等）やトリオール（グリセリン、トリメチロールプロパン等）、セバシン酸とグリコールやトリオールとの縮合生成物であるポリアジペートポリオールや、ポリセバシエートポリオール等を挙げることができる。
【００２９】
また、形成用材料１１の重合を効率良く進行させるために、重合開始剤（Ｉ）を配合してもよい。この重合開始剤（Ｉ）としては、特に制限はないものの、活性エネルギーを照射した際にラジカルを発生する化合物を用いることが好ましい。このような重合開始剤（Ｉ）としては、例えば、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニルプロパンー１−オン、２−メチル［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２，２−ジメトキシー１，２−ジフェニルエタン−１−オン、ベンゾフェノン、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１−プロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）ブタン−１−オン、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチルペンチルフォスフィンオキサイド等を挙げることができる。また、重合開始剤（Ｉ）の配合量については、形成用材料１００重量部に対して、０．１〜１０重量部であることが好ましく、より好ましくは１〜７重量部であり、更に好ましくは１〜５重量部である。
【００３０】
溶媒については、特に制限されないものの、例えば、メチルエチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類、トルエン、キシレン等の芳香族化合物、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等のエーテル類、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール類などを挙げることができる。
【００３１】
内面散乱体１２は、屈折率ｎが１．６５〜１．８０の粒子を有している。このような高屈折率材料としては、金属化合物粒子が適している。金属化合物粒子としては、酸化アルミニウム(ｎ＝１．７６)、酸化ジルコニウム(ｎ＝２．４）、硫化亜鉛（ｎ＝２．３７）、酸化亜鉛(ｎ＝２．０１）、酸化チタン(ｎ＝２．６１，２．９０３)、酸化マグネシウム(ｎ＝１．７２)などを挙げることができるが、その中でも特に、酸化アルミニウムは、屈折率ｎが１．６５〜１．８０の範囲にあり、化学的な安定性が高く、本発明の内面散乱体１２として最適である。また、このような内面散乱体１２は、形成用材料１１中に均一に分散配置されていることが好ましい。
【００３２】
ところで、光散乱フィルム１０は、その散乱性を高めるにあっては、以下のような問題がある。
すなわち、光散乱層９を厚くして、光散乱層９における内面散乱体１２の含有量を相対的に増加させれば、散乱性はより高まるが、光散乱層９が厚くなると、カール発生等の問題が生じるため、その膜厚を厚くすることができない。
また、光散乱層９の厚みは変えずに、内面散乱体１２の含有量を増やせば、散乱性はより高まるが、塗布作業を考慮すると、光散乱層９における内面散乱体１２の含有量は制限される。
さらに、形成用材料１１は雰囲気中の湿気を吸湿しやすいため、液晶表示パネル１や、液晶表示装置Ａのおかれる環境の変化によって、形成用材料１１の屈折率が変動するので、安定した散乱性が得られにくくなる。
【００３３】
そこで、本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、安定して、且つ、より高い散乱性を得るには、光散乱フィルム１０として単位面積、単位厚当たりに、単位コンテント量の内面散乱体１２を入れた際の散乱量（散乱性）が重要であることを見出した。
【００３４】
該散乱量は、以下のようにして求められる。
なお、本発明における散乱量とは、入射する光量と散乱される光量の比率を意味する。
先ず、光散乱フィルム１０中における、１粒子当たりの散乱量は、下記式（１）で与えられる散乱断面積Ｓで表される。
Ｓ＝Ｑ×Ａ  ・・・（１）
【００３５】
ここで、Ａは粒子の断面積（Ａ＝円周率×粒子半径）である。一方、Ｑは散乱因子であり、Ｍｉｅの散乱理論から、下記式（２）より求められる。
【００３６】
【数１】
2008250163.tif 000003
【００３７】
χ、ａｎ、ｂｎは、サイズパラメータと呼ばれ、χは下記式（３）より求められる。
χ＝２πａ／λ  ・・・（３）
【００３８】
一方、ａｎ、ｂｎは、それぞれ下記式（４）、（５）より求められる。
【００３９】
【数２】
2008250163.tif 000004
【００４０】
【数３】
2008250163.tif 000005
【００４１】
Ψｎ（χ）とξｎ（χ）は、Ricatti-Bessel関数で球状ベッセル関数のそれぞれ第一種のＪ［ｎ］と２種のＹ［ｎ］であり（Bronstein＆Semendjajew１９９１参照。）、それぞれ下記式（６）、（７）より求められる。
Ψｎ（χ）＝χＪｎ（χ）・・・（６）
ξｎ（χ）＝Ψｎ（χ）−χＹｎ（χ）Ｉ・・・（７）
【００４２】
また、Ｄｎは、下記式（８）、（９）で示される関数である。
【００４３】
【数４】
2008250163.tif 000006
【００４４】
【数５】
2008250163.tif 000007
【００４５】
このように、散乱効率は、特殊関数の級数展開で与えられる。
次に、光散乱フィルム１０中に複数の粒子を有する場合、粒子の総数をＮとすると、散乱断面積の総面積Ｓｎは、下記式（１０）で表される。
Ｓｎ＝Ｓ×Ｎ・・・（１０）
【００４６】
また、光散乱フィルム１０に入射する光量Ｌと、散乱する光量Ｌｓは、入射面積をＷとし、単位面積当たりの入射光量をＰとした場合、各々、下記式（１１）、（１２）で表される。
Ｌ＝Ｗ×Ｐ・・・（１１）
Ｌｓ＝Ｓｎ×Ｐ・・・（１２）
【００４７】
したがって、入射する光量と散乱する光量の比率（散乱量）Ｈは、上記式（１０）〜（１２）より、下記式（１３）で表される。
Ｈ＝Ｌｓ／Ｌ＝Ｓｎ／Ｗ＝Ｎ×Ｓ／Ｗ・・・（１３）
【００４８】
ここで、粒子の形成用材料１１に対する体積密度をρｖ、光散乱フィルム１０の体積をＶ、１粒子当たりの体積をＶｐとすると、粒子の総数Ｎは、下記式（１４）で表される。
Ｎ＝（ρｖ×Ｖ）／Ｖｐ・・・（１４）
【００４９】
したがって、入射する光量と散乱する光量の比率Ｈは、上記式（１３）、（１４）より、下記式（１５）で表される。
Ｈ＝ρｖ×Ｓ×Ｖ／（Ｖｐ×Ｗ）＝（Ｓ／Ｖｐ）×ρｖ×Ｖ／Ｗ・・・（１５）
【００５０】
ここで、Ｓ／Ｖｐは単位体積当たりの散乱断面積（μｓ）、Ｖ／Ｗは光散乱フィルム１０の厚さ（ｄ）であるから、上記式（１５）は下記式（１６）のように表される。
Ｈ＝μｓ×ρｖ×ｄ・・・（１６）
【００５１】
体積密度（ρｖ）と光散乱フィルム１０の厚さ（ｄ）は、事実上、ある数値に限定されるため、散乱量（散乱性）においては、単位体積当たりの散乱断面積（μｓ）が重要な因子となることが明らかとなった。
【００５２】
見た目のボケを低減し、且つ階調反転を抑制するためには、平行光線透過率が高く、散乱の広がり角を広くする必要がある。そのためには、粒子直径の小さいものを用いることが好ましい。しかしながら、形成用材料（バインダ）と内面散乱体（散乱粒子）との屈折率の差が小さいもので、粒子直径を小さくしていくと、上述した単位体積当たりの散乱断面積も小さくなってしまう。したがって、形成用材料と内面散乱体との屈折率の差は大きくする必要がある。しかしながら、形成用材料は、上述した樹脂材料からなるため、耐久性、生産性、ハンドリング、硬度の面から選択できる材料が少なく、一般的にはアクリル樹脂からなり、屈折率は１．５３前後になってしまう。このため、内面散乱体として、屈折率の高いものか、屈折率の低いものを選択する必要があるが、屈折率の低いものは、フッ素添加ポリマー等で実現できるが、１．４程度のものしか得られず、且つ分散性が低いため、扱いにくい。一方、高い屈折率のものは、金属酸化物の結晶等があり、これらは入手もしやすく扱いやすいため、このような用途には、非常に適している。
【００５３】
このような内面散乱体をディスプレイの前面に配置するためには、明所でのコントラストを維持するために、後方散乱を低く抑える必要がある。これは、後方散乱が高い散乱体をディスプレイの前面に配置すると、外光を散乱し、黒が浮いた印象を与え、コントラストが低く感じられてしまうためである。上記の式と同様にＭｉｅの散乱理論から後方散乱は求められる。
【００５４】
ここで、形成用材料の硬化時の屈折率を１．５３とした場合に散乱粒子の屈折率による後方散乱量を図９に示す。なお、粒子直径は、上記の単位体積当たりの散乱断面積が最大となるようにした。図９から分かるように、粒子の屈折率としては、１．１〜１．８が適している。
また、単位体積当たりの散乱断面積が最大となる粒子直径を図１０に示す。図１０に示すように、屈折率が１．６５未満では、粒子直径大きくなってしまうため、屈折率としては、１．６５以上が好ましい。
したがって、本発明に用いられる内面散乱体では、その粒子の屈折率を１．６５〜１．８０とすることが好ましい。なお、屈折率の測定方法としては、ベッケ法による測定を用いることができる。
【００５５】
また、本発明に用いられる内面散乱体としては、単位体積当たりの散乱断面積が最大となる粒子直径の半分となるような粒子直径のうち、小さい方をＤＳ、大きい方をＤＬとしたときに、粒子のモード径が、ＤＳ以上、ＤＬ以下となる粒子を用いるのが、効率の面から好ましい。なお、防眩性、密着防止、硬度向上などの他の機能を付加する理由などによって、上記範囲から外れる粒子が添加されていても、上記範囲の粒子が添加されていれば、同様の効果が期待できる。また、上記粒子のモード径は、レーザー光による光散乱分布から求める方法、より好ましくは、顕微鏡等により粒子直径を直接求める方法などを用いることができる。
【００５６】
上述したように、ＴＮ型の液晶表示装置Ａにおいて、見た目のボケを低減し、且つ階調反転を抑制するためには、上述した酸化アルミニウム粒子が化学的な安定性が高く、内面散乱体１２として最適である。
【００５７】
そこで、図３、図４及び図１１のグラフを用いて、内面散乱体１２として酸化アルミニウム粒子（ｎ＝１．７６）を用いた場合の最適な粒子直径について求めた。
【００５８】
なお、図３は、屈折率が１．５２の形成用材料１１に、屈折率ｎが１．４３／１．６５／１．７６（酸化アルミニウム）／１．６／１．４９５／１．５２５の６種の粒子を分散させた際の、内面散乱体の粒子直径と各単位体積当たりの散乱断面積（μｓ［１／μｍ］）の関係を示すグラフである。
【００５９】
一方、図４は、屈折率が１．５２の形成用材料１１に、屈折率ｎが１．４３／１．６５／１．７６（酸化アルミニウム）の３種の粒子を分散させた際の、散乱断面積の波長依存性を示すグラフである。これは、内面散乱体の粒子直径と散乱断面積の波長での差異を示す指標として、以下の式で表されるΔＳ／Ｓを示したグラフである。
ΔＳ／Ｓ＝Ｓ(λ：６５０ｎｍ) −Ｓ(λ：４５０ｎｍ)／Ｓ(λ：５５０ｎｍ)
なお、式中のＳ(λ：４５０ｎｍ)、Ｓ(λ：５５０ｎｍ) 、Ｓ(λ：６５０ｎｍ)は、それぞれ、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍでの散乱断面積である。このグラフでは、数値がプラスであれば、長波長の光をより多く散乱し、逆にマイナスであれば、短波長の光をより多く散乱する。
【００６０】
図３に示すように、単位体積当たりの散乱断面積を高めるためには、酸化アルミニウム粒子の粒子直径は０．５〜２．０μｍの範囲にあることが好ましく、より好ましくは１．０〜１．５μｍの範囲である。一方、ＴＮ型の液晶表示装置Ａでは、図４に示すΔＳ／Ｓを０に近づけることで、波長による散乱性の違いが小さくできるため、角度による色味の変化を最小限とすることができる。したがって、酸化アルミニウムの粒子直径は、１．０〜１．５μｍの範囲が好ましく、特に酸化アルミニウムの粒子直径を１．５μｍとした場合には、ΔＳ／Ｓをほぼ０にすることができる。また、上記理由から、粒度分布のモード径が、０．５〜２．０μｍの範囲の粒子を用いることが好ましく、より好ましくは、１．０〜２．０μｍであり、更に好ましくは１．０〜１．５μｍの範囲である。
【００６１】
また、図１１に示すように、後方散乱を考慮した場合、後方散乱が急激に大きくなる粒径が０．５μｍ未満となる粒子直径の累積重量比率が１０％以下、粒子直径が２．５μｍ以下となる累積重量比率が９０％以上であることが好ましい。これは、言い換えれば、オーバーサイズでの累積粒度分布において、積算量１０％の粒子が入る粒子直径をＤ１０、積算量９０％の粒子が入る粒子直径Ｄ９０とすると、Ｄ１０が、０．５以上、Ｄ９０が２．５以下となることが好ましい。
【００６２】
ディスプレイにおいては、輝度も重要な要素であるため、フィルムの全光線透過率が下がってしまうのは望ましくないため、通常の上側偏光板の表面で用いられる光学フィルムと同様に本発明の光散乱フィルム１０も９０％前後の透過率を有するのが好ましく、実際にはバラツキや測定誤差等を加味すると、８５％以上の全光線透過率を有することが好ましい。なお、粒径が２．０μｍ超となる酸化アルミニウム粒子があると、後方散乱の増加や散乱効率の低下が著しくなってしまう。また、粒子の後方散乱が強くなると、フィルムの全光線透過率が下がってしまうため、通常は９０％前後の透過率を有している。本発明の光散乱フィルム１０も、これと同程度の透過率を有していることが望ましく、実際にはバラツキや測定誤差等を加味すると、８５％以上の全光線透過率を有することが好ましい。なお、この全光線透過率は、例えば、ＪＩＳ Ｋ ７１０５の規格に準じて、村上色彩株式会社のＨＲ−１００や、日本電色株式会社製のＮＤＨ−２０００等により測定することができる。
【００６３】
なお、粒子直径の測定方法としては、光を粒子に当てて散乱のプロファイルから粒子直径を求める方法や、光学顕微鏡や電子線顕微鏡で粒子を観察した画像のエッジをコンピュータによりフィティング処理を行うことによって粒子直径を計測する方法がある。
【００６４】
以上のように、ＴＮ型の液晶表示パネル１を備えた液晶表示装置Ａに、本発明の光散乱フィルム１０を適用すれば、光を散乱させることによる表示のボケを抑制し、なお且つ一方向から見た際に起こる階調の反転を抑制することが可能である。
【００６５】
なお、本実施形態では、光散乱フィルム１０が偏光板４の一部を構成するものとしたが、この光散乱フィルム１０は、偏光板と分離して用いられてもよい。また、光散乱フィルム１０及び偏光板４は、防汚層、反射防止層、帯電防止層を備えて形成されてもよい。また、光散乱層９を形成する段階の塗液中に添加剤を加えて防汚性を付与してもよい。このような添加剤としては、例えば、シリコーン系、フッ素系の界面活性剤が例示できる。
【００６６】
さらに、本発明を適用した光散乱フィルム１０は、図５に示すように、光散乱層９の表面９ａ（偏光板４及び液晶表示装置Ａの前面）に、内面散乱体１２がその一部を外側に突出させて形成されていてもよい。この場合、光散乱層９は、その表面９ａが凹凸状に形成されることにより、防眩性を大幅に向上させることが可能である。すなわち、このような光散乱層９の表面９ａに外光が照射された場合に、外光が反射して偏光板４及び光散乱フィルム１０を透過した光の視認性が低下するのを防止することが可能である。
【００６７】
また、本発明を適用した光散乱フィルム１０は、図６に示すように、光散乱層９の表面９ａを、エンボス加工することによって、凹凸状に形成してもよい。この場合、アンチグレア処理を施して凹凸状の表面９ａを形成することによっても、防眩性を向上させることが可能である。
【実施例】
【００６８】
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００６９】
＜光散乱フィルムの作製＞
本実施例では、先ず、形成用材料としてアクリレート樹脂を使用し、この樹脂に対し、粒子直径２．０μｍ以下の酸化アルミニウム粒子を８．７重量％加え、固形成分比が４５％となるように溶剤で希釈した塗液を作製した。次に、得られた塗液をＴＡＣフィルム（富士フイルム（株）製「フジタック」）に塗工し、加熱により溶剤を揮発させ、紫外線を約５００ｍＪ／ｃｍ２で照射することにより硬化させて、膜厚６．９μｍの光散乱フィルムを形成した。以上に作製された階調反転防止用の光散乱フィルムは、雰囲気中の湿度の影響を受けることなく、高い散乱性を示した。
【００７０】
（実施例１）
実施例１では、本発明の光散乱フィルムを用いた液晶表示パネルを実際に作製し、視野角に対する各波長に対する輝度を測定した。その測定結果を示すグラフを図７に示す。
【００７１】
（比較例１）
比較例１では、本発明の光散乱フィルムを用いない以外は、実施例１と同様の液晶表示パネルを実際に作製し、視野角に対する各波長に対する輝度を測定した。その測定結果を示すグラフを図８に示す。
【００７２】
図７及び図８に示すように、本発明の光散乱フィルムを用いた実施例１の液晶表示パネルでは、階調反転が十分に抑制されていることがわかる。一方、比較例１の液晶表示パネルでは、本発明の光散乱フィルムを用いないため、階調反転が生じていることがわかる。また、本発明の光散乱フィルムを用いた実施例１の液晶表示パネルでは、表示のボケもほとんど見受けられなかった。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の一構成例を示す模式図である。
【図２】図１に示す光散乱フィルムを示す模式図である。
【図３】内面散乱体の粒子直径と単位体積当たりの散乱断面積との関係を示すグラフである。
【図４】内面散乱体の粒子直径とΔＳ／Ｓ（散乱断面積の波長依存性）との関係を示すグラフである。
【図５】図１に示す光散乱フィルムの変形例を示す模式図である。
【図６】図１に示す光散乱フィルムの別の変形例を示す模式図である。
【図７】実施例１の視野角に対する各波長の輝度を示すグラフである。
【図８】比較例１の視野角に対する各波長の輝度を示すグラフである。
【図９】内面散乱体の屈折率と後方散乱の比率を示すグラフである。
【図１０】内面散乱体の屈折率と散乱断面積／粒子体積が最大化する粒子直径を示すグラフである。
【図１１】内面散乱体の酸化アルミニウムであるときの後方散乱の比率を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
１…液晶パネル  ２…バックライト（光照射手段）  ３…液晶セル、４…一方の偏光板  ５…他方の偏光板  ６…偏光層（偏光子）  ７…基材、８…基材  ９…光散乱層  １０…光散乱フィルム（光学素子）  １１…形成用材料  １２…内面散乱体  Ａ…液晶表示装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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