(57)【要約】      （修正有）【課題】反射型ＬＣＤで明るい表示を得ることができる拡散板を提供する。【解決手段】フィルム内部の特殊な屈折率分布構造により、該構造の有する縞並び方向で定まる入射方位からの特定の入射角度領域内の入射光を前記入射角度領域と同じ角度範囲をもつ拡散角度領域内に略トップハット型の拡散パターンで拡散射出させる拡散フィルムを少なくとも２枚、うちいずれか２枚の拡散フィルム3A,3Bの縞並び方向200A,200Bが互いに異なるように、重ね合わせて構成した拡散板5である。【選択図】図１
2012037611.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射型ＬＣＤにおける偏光板の上面に配置する拡散板であって、
前記拡散板は少なくとも２枚の拡散フィルムを用いて構成され、
前記拡散フィルムは、隣接相互間で異なる屈折率を有して複数のステップインデックス型光導波路または、これとグラジエントインデックス型（グレーデッドインデックス型）光導波路との混在型、融合型をなす複数の層が、
拡散フィルム表面に平行な平面内の一方向に並んだ縞を形成し、
拡散フィルム厚さ方向に前記縞同士が略平行に所定の角度範囲に延在する構造を有し、
該構造によって、拡散フィルム表面内において前記縞と垂直となる角度に切断した際の断面と該フィルム入射光側表面との境界における縞の接線方向に平行な角度の点光源入射光を入射させた場合、前記フィルム表面の縞の並び方向に一致した略トップハット型の拡散パターンで拡散射出させ、
かつ、前記フィルム表面の縞の並び方向以外の方向へは、前記入射光を実質的に拡散させないものであり、
前記拡散板は、任意の２枚の前記拡散フィルムの縞の並び方向が互いに異なるように、重ね合わせて構成されたものである
ことを特徴とする反射型ＬＣＤ用異方性拡散板。
【請求項２】
ＬＣＤ背面側から順に反射板、液晶セル、位相差板、偏光板を有する反射型ＬＣＤの反射板/液晶セル間、液晶セル/位相差板間、位相差板/偏光板間、及び偏光板の上面のいずれか１箇所に配置する拡散板であって、
前記拡散板は少なくとも２枚の拡散フィルムを用いて構成され、
前記拡散フィルムは、隣接相互間で異なる屈折率を有して複数のグラジエントインデックス型（グレーデッドインデックス型）光導波路をなす複数の層が、
拡散フィルム表面に平行な平面内の一方向に並んだ縞を形成し、
拡散フィルム厚さ方向に前記縞同士が略平行に所定の角度範囲に延在する構造を有し、
該構造によって、拡散フィルム表面内において前記縞と垂直となる角度に切断した際の断面と該フィルム入射光側表面との境界における縞の接線方向に平行な角度の点光源入射光を入射させた場合、前記フィルム表面の縞の並び方向に一致した略トップハット型の拡散パターンで拡散射出させ、
かつ、前記フィルム表面の縞の並び方向以外の方向へは、前記入射光を実質的に拡散させないものであり、
前記拡散板は、任意の２枚の前記拡散フィルムの縞の並び方向が互いに異なるように、重ね合わせて構成されたものである
ことを特徴とする反射型ＬＣＤ用異方性拡散板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型ＬＣＤ用異方性拡散板に関する。ここで、ＬＣＤとは液晶表示装置(Liquid Crystal Display)を意味する。
【背景技術】
【０００２】
反射型ＬＣＤは、消費電力が小さいことから、ＰＤＡ等の情報ツールや携帯電話、ウォッチ等の携帯型電子機器用途に適している。反射型ＬＣＤは概ね、ＬＣＤの前面側から入射した光が液晶セル背面で反射して再度液晶セルを通って画像表示光として拡散射出するよう構成されている。光を画像表示光として拡散射出させる光拡散手段として、プリズムシート（特許文献１）、面内に凹凸を設けたフィルム（特許文献２，３）、内部に微粒子を分散させたフィルム（特許文献４）が公知である。
【０００３】
尚、特許文献５は、プロジェクションディスプレイ用スクリーンに関するものであるが、参考技術として後に引用するために、ここに挙げた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６２２２４号公報
【特許文献２】特許第４０６３５９１号公報
【特許文献３】特許第３９７４７８７号公報
【特許文献４】特許第２８９８８６０号公報
【特許文献５】特開２００６−８４５６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記従来の反射型ＬＣＤ用光拡散手段では、理想的なトップハット型の拡散パターンを実現するのが極めて困難なため、従来の反射型ＬＣＤは明るい表示を得ることができないという課題があった。プリズムシートや面内に凹凸を設けたフィルムでトップハット型の拡散パターンを得ようとすれば、面内でパターンを複雑に変化させねばならず、かかるフィルムを実際に製造するのは極めて困難である。また、通常、内部に微粒子を分散させたフィルムでは、ガウス型の拡散パターンしか実現されず、トップハット型の拡散パターンを得るのは不可能である。一方、内部に分散させる微粒子を針状にすることにより、ある程度のトップハット型の拡散パターンを得ることができる。しかし、内部に針状微粒子を分散させたフィルムでは偏光解消が生じ易く、偏光板よりも視認者側にしか設置できないという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明は以下のとおりである。
（１）    反射型ＬＣＤにおける偏光板の上面に配置する拡散板であって、
前記拡散板は少なくとも２枚の拡散フィルムを用いて構成され、
前記拡散フィルムは、隣接相互間で異なる屈折率を有して複数のステップインデックス型光導波路または、これとグラジエントインデックス型（グレーデッドインデックス型）光導波路との混在型、融合型をなす複数の層が、
拡散フィルム表面に平行な平面内の一方向に並んだ縞を形成し、
拡散フィルム厚さ方向に前記縞同士が略平行に所定の角度範囲に延在する構造を有し、
該構造によって、拡散フィルム表面内において前記縞と垂直となる角度に切断した際の断面と該フィルム入射光側表面との境界における縞の接線方向に平行な角度の点光源入射光を入射させた場合、前記フィルム表面の縞の並び方向に一致した略トップハット型の拡散パターンで拡散射出させ、
かつ、前記フィルム表面の縞の並び方向以外の方向へは、前記入射光を実質的に拡散させないものであり、
前記拡散板は、任意の２枚の前記拡散フィルムの縞の並び方向が互いに異なるように、重ね合わせて構成されたものである
ことを特徴とする反射型ＬＣＤ用異方性拡散板。
（２）    ＬＣＤ背面側から順に反射板、液晶セル、位相差板、偏光板を有する反射型ＬＣＤの反射板/液晶セル間、液晶セル/位相差板間、位相差板/偏光板間、及び偏光板の上面のいずれか１箇所に配置する拡散板であって、
前記拡散板は少なくとも２枚の拡散フィルムを用いて構成され、
前記拡散フィルムは、隣接相互間で異なる屈折率を有して複数のグラジエントインデックス型（グレーデッドインデックス型）光導波路をなす複数の層が、
拡散フィルム表面に平行な平面内の一方向に並んだ縞を形成し、
拡散フィルム厚さ方向に前記縞同士が略平行に所定の角度範囲に延在する構造を有し、
該構造によって、拡散フィルム表面内において前記縞と垂直となる角度に切断した際の断面と該フィルム入射光側表面との境界における縞の接線方向に平行な角度の点光源入射光を入射させた場合、前記フィルム表面の縞の並び方向に一致した略トップハット型の拡散パターンで拡散射出させ、
かつ、前記フィルム表面の縞の並び方向以外の方向へは、前記入射光を実質的に拡散させないものであり、
前記拡散板は、任意の２枚の前記拡散フィルムの縞の並び方向が互いに異なるように、重ね合わせて構成されたものである
ことを特徴とする反射型ＬＣＤ用異方性拡散板。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、拡散板表面に対して所定角度の点光源の入射光を略トップハット拡散パターンで拡散射出させることができて、反射型ＬＣＤに明るい表示を実現させることができる。尚、本発明の拡散板は、光拡散機能のない鏡面反射板を用いている反射型ＬＣＤに対して使用しても、十分なトップハット拡散機能を発揮し、明るい表示を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の拡散板の１例を示す説明図
【図２】本発明の実施形態を示す説明図
【図３】本発明に用いる拡散フィルムの構造X1を示す説明図
【図４】本発明に用いる拡散フィルムの構造X2を示す説明図
【図５】実施例の拡散フィルムを適用した反射型ＬＣＤ(a)を比較例(b)と並べて示す概略図
【図６】画面の右半分に本発明の拡散板を用い、左半分には用いなかった反射型ＬＣＤにおける表示パターンの正面撮影像を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図２は、本発明の実施形態を示す説明図である。図２に示すように、反射型ＬＣＤはその背面側から順に反射板10、液晶セル20、位相差板（例えば1/4波長板）、偏光板40を有するが、本発明に係る拡散板5は、反射板10/液晶セル20間S1、液晶セル20/位相差板(1/4波長板)30間S2、位相差板(1/4波長板)30/偏光板40間S3、及び偏光板40の上面S4のいずれか１箇所に配置される。
【００１０】
拡散板5は２枚の拡散フィルム3A,3Bをフィルム厚さ方向100に重ね合わせて構成されている。尚、拡散板5の構成に用いる拡散フィルム3の枚数は３枚以上であってもよい。
拡散フィルム3は、図３に示すとおり、隣接相互間で異なる屈折率nA,nB(nA>nB)を有して複数のステップインデックス型光導波路をなす複数の層1A,1Bが、フィルム面に平行な平面内の一方向に並んだ縞を形成し、フィルム厚さ方向100に対して所定の角度範囲（γ1〜γ2）に略均等に分布する層傾き角度γの方向に延在する構造（便宜上、構造X1という）を有するものである。縞の並び方向の層の屈折率は高、低、交互に並ぶのが好ましい。尚、構造X1において、フィルム厚さ方向断面内の層界面はうねり波面形状又は弓形形状を有することが好ましい。
【００１１】
構造X1を有する拡散フィルム3はその構造X1によって、フィルム厚さ方向100と縞並び方向200とがなす平面内において、特定の角度範囲（α1〜α2）をもつ入射角度領域Ain内の任意の入射角度αで入射した光を拡散角度領域Aout内に略トップハット型の拡散パターンで（即ち略一様に）拡散射出させることができる（特許文献５の段落0019〜0030(*1)参照）。ここで、角度αは、フィルム面の法線（０°とする）に対し反時計回りの角度を正、時計回りの角度を負とする。前記角度範囲（α1〜α2）の上下限は構造X1から導出される(前記(*1)参照)。尚、構造X1を有する拡散フィルム3では、拡散の均一性をより高める観点から、縞並び方向200の縞幅（層厚さに対応）は、最大縞幅の場合でも、フィルム厚さの1/10以下であることが好ましい。
【００１２】
構造X1を有する拡散フィルムは、少しうねった板状のステップインデックス型導波路がアレイ構造を形成し、このステップインデックス型導波路内を光が何度も多重全反射を起こしながら、全反射条件が成立する臨界角に達するまでに、臨界角内で均一なトップハット的拡散光が生成され、臨界角を越えると、ステップインデックス型導波路を飛び出して、フレネル反射係数が急激に減少する領域にはいるため、これ以上大きな角度へは拡散しない物理メカニズムにより、入射角無依存のトップハット的拡散を実現する。
【００１３】
よって、上記メカニズムは、全反射を何度もくりかえすことによるため、全反射をおこす毎に、Ｐ偏光とＳ偏光に位相差が発生するメカニズムである。つまり、Ｐ偏光とＳ偏光のみを利用するシステム以外では、偏光状態を保持できないことになる。よって本発明に適用できる配置としては、図２の偏光板40より観測者側のS4であれば、使用可能である。
楕円偏光や、円偏光においても偏光を保持できる拡散メカニズムを発現できる形態が、次に示す、板状グラジエントインデックス型（グレーデッドインデックス型）の屈折率分布、を有する光導波路アレイ構造X2の拡散フィルムである。
【００１４】
この拡散フィルム3は、図４に示すとおり、フィルム厚さ方向100の一部位に、層厚さ方向300に集光能力（入射光を層内部に留めようとする集光能力）を発現する屈折率分布、例えばグラジエントインデックス型の屈折率分布、を有する光導波路をなす複数の層1が、フィルム面に平行な平面内の一方向に並んだ縞を形成し、所定の層長さ範囲（L1〜L2）に略均等に分布する層長さLでフィルム厚さ方向100または該方向100から角度（層傾き角度）θだけ傾いた方向に延在する構造（便宜上、構造X2という）を有するものを用いる。
【００１５】
構造X2を有する拡散フィルム3はその構造X2によって、フィルム厚さ方向100と縞並び方向200とがなす平面内において、特定の角度範囲（β1〜β2）をもつ入射角度領域Bin内の任意の入射角度βで入射した光を拡散角度領域Bout内に略トップハット型の拡散パターンで（即ち略一様に）拡散射出させることができる（特許文献５の段落0035〜0087(*2)参照）。ここで、角度βは、フィルム面の法線（０°とする）に対し反時計回りの角度を正、時計回りの角度を負とする。前記角度範囲（β1〜β2）の上下限は構造X2から導出される(前記(*2)参照)。尚、構造X2を有する拡散フィルム3では、拡散の均一性をより高める観点から、層長さLの存在範囲幅ΔL(=L2-L1)は、層傾き角度θ及び光導波路のピッチPの関数式：(P/2)×cosθ  の値以上（即ち、ΔL≧(P/2)×cosθ）であることが好ましい。ここで、光導波路のピッチPとは、光導波路内の光線の位置（光導波路厚さ方向位置）及び同位置における光線方向が周期的に同じ状態になるその１周期分の光導波路長さ方向距離を意味し、光導波路の屈折率分布関数式中の定数をAとすると、P=2π/√A   である。
【００１６】
この構造X2の拡散メカニズムは、板状グラジエントインデックス型（グレーデッドインデックス型）の屈折率分布、を有する光導波路内で、光は蛇行して伝播し、板状グラジエントインデックス型（グレーデッドインデックス型）の屈折率分布、を有する光導波路の長さが異なっていると、蛇行光線の出射方向が、長さの異なった層毎に異なっているため、複数の層では拡散機能が発現することになる。よって長さのばらつきΔLが半ピッチ以上であれば、トップハット的拡散特性が発現する。よって、上記構造X2の拡散特性発現メカニズムは、板状グラジエントインデックス型（グレーデッドインデックス型）の屈折率分布、を有する光導波路内で光が蛇行することによるため、等方屈折率媒体中での滑らかな光の方向の変化に対しては、Ｐ偏光とＳ偏光の位相差は発生しない。よって何度蛇行しても、楕円偏光や、円偏光の偏光状態は保持されることになる。よって、本発明における、拡散フィルム設置場所は、図２のS1〜S4のどの位置であっても機能する形態である。つまりこのX2構造拡散フィルムが理想形態となる。
【００１７】
或いは、拡散フィルム3は、前記構造X1と前記構造X2とがフィルム厚さ方向及び/又はフィルム面内方向に混在する構造を有するものや、前記構造X1と前記構造X2とが融合した構造を有するものであってもよい。ただし、構造X1と混在、または融合した場合、偏光状態の保持はできなくなるため、設置位置は、図２のS4に限定される。
尚、前記混在した構造（混在型）とは、構造X1と構造X2とがフィルム厚さ方向或いはフィルム面内方向に交互に延在する構造を意味する。又、前記融合した構造（融合型）とは、構造X1において相異なる屈折率の層がその層内にグラジエントインデックス型（グレーデッドインデックス型）の屈折率分布を有する構造を意味する。
【００１８】
上記拡散フィルムの製造方法について述べる。
上記拡散フィルムは、異なる屈折率を有する少なくとも２種類の光重合可能なモノマーあるいはオリゴマーからなる混合物に一方向から光を照射し硬化させることで得られる。この光の照射条件は、本発明の要件が満たされる適正条件とするが、この適正条件は実験で決定される。
【００１９】
ここで、光重合可能なモノマーあるいはオリゴマーとは、分子内にアクリロイル基、メタアクリロイル基、ビニル基などの重合可能な基を１個以上有するモノマーまたはオリゴマーである。これら化合物の複数の混合物を基板上に塗布するかまたはセル中に封入し膜状とし、一方向から光を照射しながら徐々に硬化させる。
照射する光はモノマーあるいはオリゴマーを含有する組成物を硬化させるものであればどのような波長でもよく、例えば可視光線および紫外線等がよく用いられる。
【００２０】
紫外線は水銀ランプやメタルハライドランプ等を用いて照射されるが、棒状ランプを用いた場合はその照射条件を調整することにより、生成したシート状の硬化物に光源の長軸と短軸方向に対し異方性を発現させる。
本発明に係る拡散板5は、上記拡散フィルム3を少なくとも２枚重ね合わせて構成される。重ね合わせる際には、例えば図１に示すように、いずれか２枚の拡散フィルム3A,3B同士の縞並び方向200A,200Bが互いに略直交（交叉角90°±10°以内で交叉）するように、重ね合わせる。その理由を以下に述べる。
【００２１】
上記拡散フィルムの光拡散作用効果（所定の入射角度領域からの入射光を所定の拡散角度領域へのトップハット型拡散射出光に変換する作用効果）は、光入射方位によって大きく異なる。すなわち、光入射方位が、縞並び方向200で特定されるフィルム面内方位（便宜上、ＦＤ方位という）と一致するときに前記光拡散作用効果は極大を示し、光入射方位がＦＤ方位側からＦＤ方位との直交方位側へ移行するにつれて前記光拡散作用効果は低下し、光入射方位がＦＤ方位との直交方位と一致するときに前記光拡散作用効果は極小となる。従って、上記拡散フィルムを１枚だけ用いた拡散板では、ＦＤ方位に近い入射方位からの入射光は画像表示光として活用できるが、ＦＤ方位との直交方位に近い入射方位からの入射光は画像表示光として活用できないから、明るい表示を得るには不十分である。
【００２２】
これに対し、図１のように、少なくとも２枚の拡散フィルム3A,3Bをそれらの縞並び方向200A,200Bが互いに異なるように重ね合わせる。好ましくは、略直交するように重ね合わせた拡散板5では、略直交する２つのＦＤ方位が存在し、略全方位からの入射光を画像表示光として活用できるので、明るい表示を得ることができる。又、３枚重ねる場合は、上記同様の考えに基づき１２０°ずつずらして重ねるとよい。
【００２３】
尚、上記拡散板5のうち、構造X2のみで構成された拡散フィルムは、光の偏光状態に殆ど影響を及ぼさないため、偏光板40の上面から反射板10にかけての間のどの箇所に配置しても、偏光を乱すことなく前記光拡散作用効果を発揮することができる。
【実施例】
【００２４】
ゲーム機の表示部として使われる反射型ＬＣＤに、本発明に係る拡散板を適用した。実施例の拡散板は、構造X2の拡散フィルム２枚をそれらのＦＤ方位が互いに直交するように重ね合わせて構成した。実施例を適用した反射型ＬＣＤの概略図を図５(a)に示す。拡散板5の配置箇所は偏光板40/位相差板(1/4波長板)30間とした。尚、反射板10と液晶セル20との境界面には凹凸が設けられている。図５(b)には比較例として、実施例から拡散板5を取り除いた反射型ＬＣＤの概略図を示す。これら反射型ＬＣＤの画面にテストパターンを表示し、通常の事務室内照明の下で、画面法線に対する視線角度で左30°〜右30°、０°（正面）〜下30°の各方向から目視観察した。その結果、実施例では、比較例と比べて格段に明るい表示が視認された。例えば図６は、同じ画面の左半分には拡散板を用いず、右半分には実施例１の拡散板を上記のとおり配置した反射型ＬＣＤにおける表示パターンの正面撮影像であり、本発明の拡散板を用いることで格段に明るい表示が得られたことが明らかである。
【００２５】
尚、拡散板5として、構造X1の拡散フィルム２枚をそれらのＦＤ方位が互いに直交するように重ね合わせて構成したものを用い、これの配置箇所を偏光板40の上面側とした場合にも、同様に明るい表示が得られた。
【符号の説明】
【００２６】
1 層（屈折率によって特定される層）
3 拡散フィルム（3A,3Bは２枚の拡散フィルム2のうちの一方と他方）
5 拡散板
10 反射板
20 液晶セル
30 位相差板(1/4波長板)
40 偏光板
100 フィルム厚さ方向
200 縞並び方向
300 層厚さ方向
【図１】
2012037611.tif 000003
【図２】
2012037611.tif 000004
【図３】
2012037611.tif 000005
【図４】
2012037611.tif 000006
【図５】
2012037611.tif 000007
【図６】
2012037611.tif 000008