(57)【要約】【課題】  液晶表示装置のコントラストの低下を抑制し、視野角の優れた液晶表示装置形成し得る子額フィルムとそれお用いた液晶表示装置を提供することである。【解決手段】   液晶表示装置の液晶表示素子の観察者側に光の入社方向によって、散乱特性が変わり、かつ、画面の中央の散乱ヘイズが５０以下であり、かつ、周辺部の散乱ヘイズが、中心部の散乱ヘイズより５〜２０大きい散乱製を有した光散乱フィルムを用いることにより解決した。 【選択図】図１
2005049764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶素子の観察者側に光の入射方向によって、散乱特性が変わり、かつ、画面の中心と周辺部で異なる散乱性を有することを特徴とする光散乱フィルム。
【請求項２】
前記中心部の散乱性のヘイズが、５０以下に対し、周辺部のヘイズは、中心部ヘイズより５〜２０大きい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】
前記中心付近の最大散乱角度は、0〜４０度、周辺部の最大散乱角度は、２０〜５０度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４】
前記光散乱フィルムのヘイズが、２０〜７０の範囲であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光散乱フィルム。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光散乱フィルムを、液晶表示素子の観察者側に配置したことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項６】
前記液晶表示素子が、両側に位相差フィルム、さらに外側に偏光板が配置されていることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置。
【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し、特にツイスト配向された液晶素子とディスコティック液晶とを用いた液晶表示装置により下方向以外の視野角を補償し、下方向については、入射角依存性を有する拡散フィルムを用いることにより、視域の広い液晶表示装置に関するものである。
【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、液晶の複屈折により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、例えば、特許文献１から特許文献３にしめされるように、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。
【０００４】
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ず、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、特許文献２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ないとされている。
【０００５】
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、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、この複屈折の補償されてない方向は、モニターではあまり観察しない方向である下縁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、下縁の方向の視野角は、通常３０度程度までしか得られていない。３０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。
【０００６】
しかし、最近では、液晶テレビなどの普及により画面を、例えば、寝転んで下側から観察できるようなニーズが高まってきている。
【０００７】
こうした課題に対して、従来の拡散フィルムだけを用いたようなものがあるが、このような拡散フィルムでは、中心の視認性が劣り、通常液晶テレビ(ＴＮ系)など３０度より深い角度での視野拡大は不充分となる。
【０００８】
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インチ以上大きさの商品が開発されており、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。
【０００９】
更に、人間がデイスプレイを見る場合は、中心に垂線を下ろすようにして焦点を合わせて見る。この時、周辺部は角度が付いてしまい、斜め方向で見ることになるので、中心と周辺で焦点距離や角度が異なる。そのため中心で焦点を合わせて見る場合、周辺部はボケやすくなる。
【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】
【００１０】
そこで、本発明は、位相差を補償するフィルムと下方向の光のみを散乱する異方性散乱フィルムを併用し、特に中心部分のヘイズを低くめにし、周辺部のヘイズを高めにすることで、焦点距離及び角度のズレを補正して周辺部が見やすい画面表示を実現する光散乱フィルムおよびこのフィルムを用い、全面が均一に見る事ができる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】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、液晶素子の観察者側に光の入射方向によって、散乱特性が変わり、かつ、画面の中心と周辺部で異なる散乱性を有することを特徴とする光散乱フィルムである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、前記中心部の散乱性のヘイズが、５０以下に対し、周辺部のヘイズは、中心部ヘイズより５〜２０大きいことを特徴とする請求項１記載の光散乱フィルムである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記中心付近の最大散乱角度は、0〜４０度、周辺部の最大散乱角度は、２０〜５０度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である。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、前記光散乱フィルムのヘイズが、２０〜７０の範囲であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光散乱フィルムである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の光散乱フィルムを、液晶表示素子の観察者側に配置したことを特徴とする液晶表示装置である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記液晶表示素子が、両側に位相差フィルム、さらに外側に偏光板が配置されていることを特徴とする請求項５記載の液晶表示装置である。
【発明の効果】
【００１７】
この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得ることができる。
【００１８】
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拡散フィルムで、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。
【００１９】
そして、中心部分ヘイズを低めにすることで正面画像の解像度をより高めて、周辺部分ヘイズを高めに設定することで視認性をアップすることが可能となる。また、中心部に比べ、周辺部で最大散乱角度を小さめに設定することで見掛けヘイズが同じでも、周辺部の方が中心部よりヘイズが高いのと同じように視認性がアップする。
【００２０】
一方、本発明の散乱フィルムは、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セルでありながら、十分なコントラストが得られ、この結果、階調の反転しない観察角範囲を大きくすることにより、広視野角化を実現することができる。
【００２１】
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。
【００２２】
この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得ることができる。
【００２３】
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拡散フィルムで、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。
【００２４】
そして、中心部分ヘイズを低めにすることで正面画像の解像度をより高めて、周辺部分ヘイズを高めに設定することで視認性をアップすることが可能となる。また、中心部に比べ、周辺部で最大散乱角度を小さめに設定することで見掛けヘイズが同じでも、周辺部の方が中心部よりヘイズが高いのと同じように視認性がアップする。
【００２５】
一方、本発明の散乱フィルムは、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セルでありながら、十分なコントラストが得られ、この結果、階調の反転しない観察角範囲を大きくすることにより、広視野角化を実現することができる。
【００２６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
＜構造＞
本発明で、用いられる液晶表示装置は、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表示素子と、2枚のディスコティック液晶フィルムを液晶表示素子の両側に配置され、さらにその外側に偏光板が配置され、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。
【００２８】
液晶表示素子は、ガラス等からなる一対の透明基板の間に液晶層を介在したものであり、この液晶表示素子の両基板の内側には、電極が形成されるとともに、その上に配向膜が設けられている。なお、この一対の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。
【００２９】
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。
【００３０】
また、上記偏光板のうち、入射方向の偏光板は、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、前記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。
＜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。これら円盤状分子配向変化の中心軸線（円盤状分子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。
【００３１】
例えば、液晶セルの液晶分子ツイスト角がほぼ９０度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、他方液晶の近傍の液晶分子配向方向と略平行に設けるのが好ましい。
【００３２】
したが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。
【００３３】
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との積とほぼ同じであるものが望ましい。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。
【００３４】
本発明の液晶表示装置に使用する散乱性フィルムとして、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、そのまま透過する性質を有する。
【００３５】
更に、本発明では、中心付近は正面でのコントラストや文字ボケ（不鮮明さ）の解消を優先して、ヘイズ５０以下で設計され、外周部は、中心部より５〜２０大きく設計されている。
また、散乱性を発生させる角度は特に指定はないが、中心で１０〜４０度の範囲、周辺部は、中心部より５〜２０度大きくすることが好ましい。
＜視域拡大効果＞
このような、構成による液晶表示装置により、ツイスト型の液晶表示装置と、ディスコティック液晶のみの構成では、従来４５°程度で、コントラストが低下し、画像が非常に見え難いものとなっていたが、本発明の構成によれば、このような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、しかも広い視域を有する液晶表示装置を実現することができる。
【００３６】
この際、このフィルムの散乱性（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。
【００３７】
種々実験の結果、目を画面の中心に置いて、下側４５度付近で観察したところ、中心付近のヘイズは５０程度以下がより見やすく、周辺部は目との角度がついて焦点距離が異なるため、ヘイズが中心より５〜２０度高い方が見やすい。一方ヘイズ中心において７０以下の光拡散フィルムを用いたものでは、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。このように、正面での画質を鑑みると、ヘイズは７０以下、好ましくは５０以下にするのが妥当であると共に、周辺部は、中心部より５０〜２０高い方が、目を中心に据えた場合角度が中心と異なり、
かつ焦点距離が合わないので良好である。
【００３８】
また、下方向から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。このような光拡散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５０以下のもので、良いものが得られた。この場合でも、周辺部は、中心部より５〜２０程度高くすることで周辺画質の向上が計られた。
＜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。
【００３９】
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。
【００４０】
本発明の光散乱フィルムは、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。
【００４１】
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選択性を持つ光散乱フィルムを得ることができた。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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が得られた。
【００４５】
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。
【００４６】
＜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クロムパターンとからなる。
【００４７】
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。
【００４８】
この原版作製において、本発明の場合、スペックルパターンの密度を中心部と周辺部で意図的に調整することが行われる。この方法としては、例えば、原版撮影時にＵＶ照射量を中心で強く、周辺部で弱くすることで可能となる。この他には、マスクブランクのクロム層２１上のレジスト厚みを中心部で薄く、周辺部で厚くして、撮影することでも可能である。また、この技術は、原版に部分的な文字や絵柄をパターン化して挿入することも可能であり、配置を自由に設定できるなど、従来にない文字、絵柄入り散乱フィルムの作製も可能となる。図４にその1例を示す。
【００４９】
一方この原版からの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、入射角度依存性の散乱ピーク角度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。
【００５０】
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。
【００５１】
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（商品名８Ｅ５６乾板）、デュポン社製ホログラム用感光材料Ｈ（商品名ＲＦフィルム）、あるいは重クロム酸ゼラチン，ポラロイド社製（商品名ＤＭＰ−１２８記録材料）などが使用可能である。
【実施例１】
【００５２】
（具体例１）
記録材料として、ポラロイド社の商品名DMP128を用い、中心部と周辺部の最大散乱角度を変化させた場合の画質の変化を観察した。
【００５３】
下記は最大散乱角度を４０度にした場合の中心部と周辺部のヘイズの違いによる画質への影響結果を表１に示す。  
【００５４】
【表１】
2005049764.tif 000003
（具体例２）
具体例１と同じ記録材料を用い、ヘイズを５０に固定した場合に、中心部と周辺部の最大散乱角度の違いにより、画質がどの様に変化するかを実験した結果を表２に示す。
【００５５】
【表２】
2005049764.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る光散乱フィルムの1例を示す説明図であり、（ａ）断面図、（ｂ）平面図。
【図２】本発明の光散乱フィルムを用いた液晶表示装置の構成説明図。
【図３】図１に示す光散乱フィルムを、ランダムマスクパターンを利用して作製する光学系の1例を示す説明図。
【図４】本発明での入射角により散乱性の異なる拡散フィルムの中心と周辺で光学性能（ヘイズ、最大散乱角度）が異なる構成を示す平面図。
【符号の説明】
【００５７】
１…拡散フィルム
１ａ…拡散フィルム中の高屈折率領域
１ｂ…拡散フィルム中の低屈折率領域
２ａ、２ｂ…偏光板
３ａ、３ｂ…ディスコティック液晶
４…液晶素子
６ａ…拡散フィルムへの垂直入射光
６ｂ…拡散フィルムへの垂直に入射した光の射出光
６ａ…拡散フィルムへの斜めからの入射光
６ｂ…拡散フィルムへの斜めからの入射した光の射出光
１０…照明装置
３１…感光材料
３２…マスク原版
３３…ＵＶ平行光
３４…ＵＶ光源
【図１】
2005049764.tif 000005
【図２】
2005049764.tif 000006
【図３】
2005049764.tif 000007
【図４】
2005049764.tif 000008