JP3731414B2

JP3731414B2 - Off-axis anisotropic light scattering film and display device using the same

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Publication number: JP3731414B2
Application number: JP30431499A
Authority: JP
Inventors: 敦佐藤; ルイス・マヌエル・ムリジョ−モラ
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2019-10-26
Also published as: JP2001124906A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の入射角度に応じて散乱性が異なる（あるいは、入射角度選択性を持つ）と共に、光散乱特性に異方性を持つ光散乱フィルムと、それを適用して表示画像の視認性（明るさやコントラストなど）を向上したり、表示装置の消費電力の軽減が実現される表示装置に関する。
【０００２】
上記の表示装置としては、バックライトやエッジライトなどの特殊光源を必要とせず、周辺光（日光や室内照明光など）からの反射光を表示光とするタイプの「反射型液晶表示装置」や、前記の特殊光源を擁するタイプの「透過型液晶表示装置」、または、その双方を兼ねるタイプである「反射・透過型液晶表示装置」が代表される。以後、本明細書では、本発明の適用は、液晶表示装置へのついて中心に説明する。
また、本発明は、液晶表示装置に限らず、プラズマ・ディスプレイ（ＰＤＰ）やエレクトロ・ルミネセンス（ＥＬ）などの、画素が自己発光するタイプの表示装置や、ＣＲＴ方式のテレビ画面にも適用されうる。
【０００３】
なお、本発明において、「散乱」という用語と「拡散」という用語を光に関して使用する場合、これらは同義である。
また、「フィルム」という用語と「シート」という用語も、本発明では同義語として使用される。
【０００４】
【従来の技術】
液晶表示装置では、観察の際の視野角を確保する（すなわち、表示装置の前面には、明るく表示画像を見せる）ことや、表示画面の全面に渡って均一な明るさで表示画像を見えるようにする目的で、装置の前面に光散乱フィルムを配置することが行なわれている。
従来の光散乱フィルムとしては、表面をマット状に加工した樹脂フィルムや、内部に拡散材を包含した樹脂フィルムなどが用いられている。
【０００５】
しかし、上記のフィルムの場合、入射光の入射角度に依存した散乱性の変化といった機能（以後、散乱異方性と称する）を持たせることは原理上困難であり、現実にそのような機能は持ちあわせていないため、表示装置に使用した際に不要な散乱光が生じ、表示の明るさやコントラストの低下、あるいは表示画像のぼけを招くという問題点がある。
【０００６】
表面をマット状に加工した光散乱フィルムの場合、フィルム表面をサンドブラスター処理のように物理的に加工してマット面を形成したり、あるいは、酸性またはアルカリ性の溶液による溶解処理により化学的にマット面を形成する。
マット面（凹凸の形状など）の制御により、散乱光の出射範囲／方向（以後、散乱指向性と称する）を制御することは可能であるが、散乱異方性までも制御することは、原理的に困難である。
【０００７】
また、内部に拡散材を包含した光散乱フィルムにおいても、散乱異方性を制御するために、拡散材の屈折率，大きさ，形状などを制御する試みも為されているが、技術的に難易度が高く、実用上十分であるとは言えないのが現状である。
【０００８】
一方、後方散乱特性がほとんどなく前方散乱特性が強い（周辺光が表示装置へ入射する際にのみ光散乱を生じ、装置から表示光が出射する際には光散乱を生じない）という散乱異方性をもつ散乱板を用いた反射型液晶表示装置に関する提案として、特開平８−２０１８０２号公報が公知である。
【０００９】
上記公報では、散乱板の構成は具体的に説明されておらず、「透明微細粒子を透明な重合性高分子で固めたもの」とだけ記載されている。
このような散乱板では、上述した「内部に拡散材を包含した光散乱フィルム」と同様に、散乱異方性（前方か後方か）を制御できたとしても、散乱指向性までも制御するのは難しい。
【００１０】
また、散乱板としてホログラムを用いた透過型液晶表示装置に係る提案として、特開平９−１５２６０２号公報が公知である。
上記提案は、バックライトを有する液晶表示装置からの出射表示光を散乱させるものであり、散乱板としてホログラムを採用しているため、散乱異方性や散乱指向性を制御することも容易ではあるが、必然的に分光（波長分散）を伴ってしまうため、観察する視点を移動するに応じて、表示光の色が変化して視覚されることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
このように、各種の公知技術では、散乱異方性と散乱指向性の双方の光散乱性を備えると共に、観察位置によって表示光の色が変化しない光散乱シートに係る報告はされていない。
【００１２】
本発明は、散乱異方性（前方か後方か、および入射角度の選択性）を持たせ、散乱指向性（縦横の散乱範囲・方向）までも制御することが容易であると共に、観察位置によって表示光の色が変化しない特性の光散乱フィルムとそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。
【００１３】
上記目的を達成するために、スペックルパターンを利用した光散乱フィルムに係る提案として、本出願人は、特願平１０−３４６７４３号を出願している。
スペックルパターンとは、「コヒーレント性の良い光が粗面または光拡散体で散乱反射または透過した時に生ずる明暗の斑点模様」のことであり、上記出願の概要は、以下の通りである。
【００１４】
フィルム内で、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布して、屈折率の高低からなる濃淡模様が形成された構成であり、
屈折率のほぼ等しい第１の領域と、それとは異なる屈折率のほぼ等しい第２の領域とから形成される。
第１および第２の領域は、不規則ではあるがおよそ帯状の形状であり、
フィルム表面に露出する形状・分布により散乱指向性が決定され、フィルムの断面での分布形態により散乱異方性が決定される。
【００１５】
すなわち、第１および第２の領域がフィルム表面に露出する形状はおよそ帯状であるが、入射光はその短軸方向に散乱されることになり、また、それらの分布が密であるほど散乱の度合いが大きくなる。
フィルムの断面では、第１および第２の領域はおよそ層状になるが、入射光が層に平行に近い角度で入射すると光散乱を生じるが、層に垂直に近い角度で入射すると光散乱を生じず単純に透過する。
【００１６】
上記出願においても、入射光と等しい光軸の散乱出射光（すなわち、散乱光の光軸の中心が、入射光の光軸の中心と等しい）に係る散乱指向性のみが記載されているが、「オフアクシス＝軸外し」の散乱指向性（すなわち、散乱光の光軸の中心が、入射光の光軸の中心とは異なる）については、記載されていない。
【００１７】
特に、本発明では、散乱異方性および散乱指向性を併せ持ち、観察位置によって表示光の色が変化しない光散乱性に加えて、軸外しの散乱指向性を持つ光散乱フィルムとそれを用いた表示装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の光散乱フィルムは、
フィルム内部で、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布し、屈折率の高低からなる帯状の濃淡を形成しており、
特定のフィルム断面では、前記帯状の濃淡の伸びる方向が、フィルムの主面に対して傾斜しており、その傾斜方向がフィルムの厚さ方向に渡って徐々に変化した構成であり、
上記の傾斜方向に応じて、特定範囲の角度で入射する光については、光散乱を生じて、入射方向とは異なる光軸の中心を持つ方向に最も強い強度分布を持って出射し、それ以外の角度で入射する光については、光散乱を生じずに透過するような、
入射角度選択性およびオフアクシスな光散乱性を持つことを特徴とする。
【００１９】
請求項２は、
屈折率の高低からなる帯状の濃淡を形成する屈折率の異なる部分が、それぞれ大きさは不規則であり、フィルム表面では、縦長あるいは横長の形状で露出しており、
フィルム表面で露出した上記の形状に応じて、光散乱を生じて出射する範囲／方向が、横長あるいは縦長となるような、光散乱性に指向性を持つことを特徴とする請求項１記載の軸外し異方性光散乱フィルムである。
【００２０】
本発明の請求項３に記載の表示装置は、
各画素の発光／非発光を変調することにより、表示パターンが変更される画像表示素子に対して、前面側（観察者側）または背面側（観察者と反対側）に、請求項１または２に記載の軸外し異方性光散乱フィルムを配置した構成であることを特徴とする。
【００２１】
請求項４に記載の表示装置は、
各画素の透過／非透過（あるいは、透明／散乱）を変調することにより、表示パターンが変更される画像表示素子に対して、前面側（観察者側）または背面側（観察者と反対側）に、請求項１または２に記載の軸外し異方性光散乱フィルムを配置した構成であることを特徴とする。
【００２２】
請求項５に記載の表示装置は、液晶表示装置に関するものであり、
各画素の透過／非透過（あるいは、透明／散乱）を変調することにより、表示パターンが変更される液晶パネルに対して、液晶パネルを構成する前面側（観察者側）のガラスの表面（観察者側）または裏面（観察者と反対側）に、請求項１または２に記載の軸外し異方性光散乱フィルムを配置した構成であることを特徴とする。
【００２３】
＜作用＞
本発明の光散乱フィルムは、その製造にあたり、散乱異方性（入射角度選択性）および散乱指向性を制御することが容易であり、表示装置に適用した場合に、表示画像の観察範囲（視域）を適切に設定することができ、設定範囲での表示輝度を向上させることができる。
【００２４】
特に、「軸外し」の散乱指向性を持つため、反射型液晶表示装置への適用の際に、入射する周辺光（太陽光や照明光）が正反射する方向以外に、表示光となる散乱光を出射させることが可能となる。
【００２５】
このことは、以下のような意味を持つ。
つまり、光散乱フィルムが散乱異方性（入射角度選択性）を持っていたとしても、散乱異方性に合致して光散乱を生じる場合には、入射光と散乱出射光とは、互いの中心光路は正反射の関係となる。
【００２６】
反射型液晶表示装置では、周辺光が正反射する方向に、最も輝度の高い表示光が出射することになるが、同時に正反射方向は、表示面の最外に配置される透明部材（一般に、ガラス）の表面での照り返し（ギラツキ）の影響が最も強い方向であり、逆に表示光が見えにくくなることがある。
【００２７】
軸外しの散乱指向性を付与することで、周辺光が正反射する方向以外の方向（一般に、表示装置の正面方向）に、最も輝度の高い表示光を出射させることができ、上記したギラツキによる弊害が回避される。
【００２８】
また、反射型液晶表示装置以外の用途では、
光散乱フィルムの持つ入射角度選択性のため、表示画像光は適切な範囲に散乱するが、それ以外の方向から入射する光（例えば周辺光）は散乱せずに直接透過するため、表示画像光以外の光によるコントラストの低下を招くことがない。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明を説明する。
図１は、本発明の光散乱フィルムの一例を示す説明図であり、平面図と特定の断面における断面図である。
【００３０】
同図に示すように、光散乱フィルムの内部では、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布し、屈折率の高低からなる帯状の濃淡（同図では、白−黒で表現する）を形成している。
【００３１】
特定のフィルム断面を表す断面図では、前記帯状の濃淡の伸びる方向が、フィルムの主面に対して左下がりに傾斜した状態で、屈折率の異なる部分が分布している。
【００３２】
また、その傾斜方向は、フィルムの厚さ方向に渡って徐々に変化（同図の下側に行くにつれて、濃淡の伸びる方向が、フィルムの主面に垂直に近づいている）した構成となっている。
【００３３】
図１の光散乱フィルム１の光学特性について、まず、断面図で考える。
屈折率の異なる部分が分布して、帯状の濃淡が傾斜して伸びる方向に概ね沿った角度（フィルム１の垂線から角度θをなす、図の矢印２の方向）で入射する光に対しては、光散乱が生じることになる。
【００３４】
上記方向とは異なる（概ね垂直な）角度（図の矢印４の方向）で入射する光に対しては、単なる透明フィルムとして機能し、入射光は散乱されずに出射する。
【００３５】
光散乱フィルム１では、屈折率の異なる部分の傾斜して伸びる方向がフィルムの厚み方向で徐々に変化しており、入射光は、これに沿った方向に強く光散乱が生じる特性があり、光散乱が生じる角度でフィルムに光線が入射する場合、フィルムから出射する散乱光は、入射光の入射角度とは異なる方向（図の矢印３の方向）を中心に広がることになる。
【００３６】
次に、平面図で考えると、
屈折率の異なる部分は、フィルム表面では不規則に分布しているため、ホログラムのような規則性がなく、そのため、光の回折現象によって引き起こされる色分散が生じない。
従って、本発明の光散乱フィルムによれば観察位置による出射光の色変化は生じず、理想的な白色を呈することになる。
【００３７】
屈折率の異なる部分の形状が縦長（あるいは、横長）であると、その部分に入射する光が散乱出射する場合には、それぞれの部分からの出射光の光散乱特性が、横長（あるいは、縦長）となるような指向性を持つ。
図１では、形状が横長であるから出射光は縦長に散乱することになる。
このことは、光散乱フィルム１の作製工程で後述する。
【００３８】
図２は、本発明の光散乱フィルム１の持つ入射角度選択性の一例を示すグラフである。
図中、実線５で示すように、特定の入射角度範囲（図では０°から６０°）の光に対してはヘイズ値が８０％以上あり、逆にそれとは対称な入射角度（図では−６０°から０°）の光に対してのヘイズ値は２０％以下となっており、これが本明細書で言う光散乱性の散乱異方性（入射角度選択性）を指す。
【００３９】
図３は、本発明の光散乱フィルム１の持つ軸外しの機能の一例を示すグラフである。
同図は、入射角度３０°（図２で、ヘイズ値が８０％以上である角度の１つ）にて、照明光が本発明の光散乱フィルム１に入射した場合の、出射する散乱光の強度分布を示すグラフである。
【００４０】
同図に示されるように、出射光は、１０°の方向に最も強い散乱光が生じている。つまり、入射角度である３０°とは異なる方向に光軸をずらしたことになっており、これが、本明細書で言う軸外し（アフアクシス）機能を指す。
【００４１】
また、上述したように、屈折率の異なる部分のフィルム表面上の形状が横長（あるいは、縦長）であると、その部分に入射する光が散乱出射する場合には、それぞれの部分からの出射光の光散乱特性が、縦長（あるいは、横長）となるような指向性を持つ。
例えば、図１のように形状が横長であると、光散乱フィルムからの散乱出射光は、図４（散乱光分布）に示すように、縦長の楕円形となるような分布となる。
【００４２】
図５は、本発明の光散乱フィルム１を適用した反射型液晶表示装置について、要部を概念的に示す断面図である。
表示装置は、液晶パネル６と、その背面（非観察者側）に配置された正反射性もしくは散乱性の反射板７と、液晶パネル６の前面（観察者側）に配置された光散乱フィルム１とで構成されている。
【００４３】
反射板７は、図示のように液晶パネル６と別体ではなく、液晶パネル６中に、液晶の駆動電極を兼ねる反射体（反射電極と称する）として内在したタイプでも良い。また、反射板７が半透過性（反射と透過の双方の機能）であり、反射板７のさらに背面（非観察者側）にバックライトを要する場合は、反射・透過型液晶表示装置としての適用藻可能である。
【００４４】
尚、同図では説明の便宜上、光散乱フィルム１，液晶パネル６，反射板７をそれぞれ離間させて図示しているが、実際には一体積層されている。
また、液晶の種類によっては、偏光板や位相差板その他の光学フィルム、または、カラーフィルター，配向膜，透明電極などが使われる場合もあるが、図示は省略する。
【００４５】
液晶パネル６は、一般的な構造のものからなり、印加電圧の有無に応じて入射光を変調し、白／黒（透過／非透過）の切り替え表示を行なう。
【００４６】
光散乱フィルム１は、図示のように、入射光８が液晶表示装置の前面側から光散乱フィルム１に入射する際に光散乱が生じ、入射光とは光軸がずれた散乱光９として出射させる。
散乱光９は、液晶パネル６の背面側の反射板７で反射し、光散乱フィルム１を透過して前面に出射する。この際、光散乱フィルム１は、出射する散乱光１０を２次散乱させずにそのまま透過させる。
【００４７】
このように、光散乱フィルム１の持つ散乱異方性（入射角度選択性）により、表示光出射の際の不必要な散乱を生じることがなく、画素の写り込みによる所謂２重像を生じることがないため、表示像のぼけを軽減させることが実現される。
加えて、散乱指向性（特に、軸外し機能）により、不要な散乱を軽減し、表示装置の正面での表示の明るさやコントラストを向上させることが実現される。
【００４８】
液晶表示装置の液晶表示パネル６には、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素に対応してカラーフィルタを搭載したカラー表示用パネルまたはモノクロ表示用パネルのいずれを使用しても良い。
また、液晶表示装置は、ＴＮ方式，ＳＴＮ方式，ゲストホスト方式，ポリマー分散型など、液晶の駆動方式には制約を受けるものではない。
【００４９】
次に、本発明の光散乱フィルム１の構造について、更に詳細に説明する。
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。
【００５０】
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、入射角選択性の特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１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。
【００５１】
本発明では、上記条件に適合するように、屈折率差は０．００１から０．２の範囲で適宜選択し、フィルム厚みは屈折率差に応じて１０００μｍから１μｍの範囲で適宜選択している。
【００５２】
記録できる屈折率差は、フィルムの作製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。
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。
【００５３】
フィルム内の濃淡の分布（特定断面での、帯状の濃淡が傾斜して伸びる方向）は、光散乱フィルムのアプリケーション毎に異なるが、図５に示した反射型液晶表示装置用の前面散乱板を例にとると、表示装置に対する垂線方向（０°方向）から６０°方向（装置正面より上方）までから入射する光を散乱させ、逆に垂線方向から−６０°方向（装置正面より下方）までの光に対しては散乱を生じない機能が、実用上では望ましい。
このため、角度３０°（斜め上方）での入射光に対して最も効率的に光散乱を生じさせる必要があり、この例では、フィルム界面での光の屈折を考慮して、フィルム前側の表面周辺では、上記濃淡の分布は、フィルム垂線方向から約１９°傾いた状態で分布する。
【００５４】
尚、光線の方向（角度）は、基準面に対する垂線を０°とみなし、時計回りを＋，反時計回りを−として考えるのが、光学分野では一般的である。
従って、図５では、入射光について考えると、入射光８は、入射面から観察者側に立てた垂線より時計回りに上方から入射するため、＋の入射角度である。
出射光について考えると、散乱光９は、出射面から反射板７側に立てた垂線より時計回りに下方へ出射するため、＋の出射角度である。散乱光１０は、出射面から観察者側に立てた垂線より反時計回りに下方へ出射するため、−の出射角度となる。
【００５５】
図３に示すような軸外しの機能を実現させるために、本発明の光散乱フィルムは、上記の傾斜角度がフィルムの厚み方向に対して徐々に変化している構造となっている。
【００５６】
図５に示す反射型液晶表示装置用の前面散乱板を例にとると、液晶表示装置が概ねその垂線方向（０°＝正面）から−２０°方向（装置正面から下方）の間で観察されることが多いため、入射角度３０°の入射光８については、光軸の中心をずらした散乱光９とすることが望ましい。（散乱光９の出射角度は＋２０°を中心とし、散乱光１０の出射角度は−２０°を中心とすることになる）
【００５７】
このため、図５に示す光散乱フィルム１は、３０°方向からの入射光を、光軸の中心を−１０°ずらした方向に散乱させるように、フィルム厚み方向に対して屈折率の異なる部分の傾斜角度が徐々に変化した構造としている。
【００５８】
この例では、フィルム界面での光の屈折を考慮して、前記傾斜角度は、フィルム表面近傍（図１断面図の上側）では、上記した通り、フィルムに対する垂線方向から約１９°傾いており、そこからフィルム裏面（図１断面図の下側）に向かって、徐々に傾斜角度が小さくなり、フィルム裏面近傍では、フィルムに対する垂線方向から約６. ５°傾斜した構造としている。
【００５９】
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。
【００６０】
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°程度の散乱広がりをもつ散乱性が得られた。
【００６１】
また、光散乱に指向性を持たせるために、フィルム（図１平面図）の縦方向と横方向とでは、屈折率の異なる部分の平均の大きさを異ならせている。
一例として、縦方向に伸びた楕円状に光散乱を生じさせるために、縦方向での平均サイズは１２μｍであるが、横方向での平均サイズは５０μｍという横長の形状とすることで、縦方向に約±４０°，横方向には約±１０°という散乱指向性を持つ光散乱フィルムが得られた。
【００６２】
また、本発明の光散乱フィルムは、本明細書中ではフィルムという用語で統一して述べたが、例えば、ガラス基板や樹脂基板のような硬質基板上に形成されたシートであっても良い。
【００６３】
従って、図５の液晶表示装置において、本発明の光散乱フィルム１は、同図に示すように、液晶パネル６とは別体のフィルムでなくとも、例えば、液晶パネル６の前面ガラス１１上に形成された形態であっても良い。
【００６４】
このとき、本発明の光散乱フィルム１は、前面ガラス１１の観察者側あるいは液晶層側のどちらであっても、上記の機能に変わりなく利用できる。
【００６５】
以下、本発明の光散乱フィルムを作製する手段について説明する。
本発明の光散乱フィルムは、光学的な露光手段により作製することができる。
【００６６】
図６は、図１に示す構造の光散乱フィルム１を、スペックル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。
レーザー光源１４から出たレーザー光１５ですりガラス１６を照射する。
すりガラス１６のレーザー照射側とは反対の面には、所定距離Ｆをおいて感光材料１９を配置し、すりガラス１３で透過散乱したレーザー光が作り出す複雑な干渉パターンであるスペックルパターンが感光材料１９に露光記録される。
【００６７】
この際、図示のようにレーザー光１５と感光材料１９は所定角度αだけ傾いて配置されているため、スペックルパターンは感光材料中で、所定角度だけ傾いて露光記録されることになる。
【００６８】
この角度が、光散乱フィルム１中の屈折率の異なる部分の傾き（すなわち、図２に示す入射角度選択性の散乱ピーク角度θ）に相当することになるので、前記角度は用途に応じて０から６０°程度の範囲内で適宜選択される。
当然のことながら、光散乱フィルム１中の屈折率の異なる部分の傾きと、入射角度選択性の散乱ピーク角度θとは、フィルム界面での光の屈折現象が介在するため、異なる角度である。
【００６９】
また、レーザー光１５と感光材料１９との傾き角度αと、入射角度選択性の散乱ピーク角度θとも、使用する感光材料によっては、記録，現像などの処理工程によって異なる場合もある。
【００７０】
露光記録に使用するレーザ光源１４は、アルゴンイオンレーザーの５１４．５ｎｍ，４８８ｎｍまたは４５７．９ｎｍの波長のうち、感光材料の感度に応じて適宜選択して使用することができる。
また、アルゴンイオンレーザー以外でも、コヒーレント性の良いレーザー光源であれば使用可能であり、例えば、ヘリウムネオンレーザーやクリプトンイオンレーザーなどが使用できる。
【００７１】
また、ここで使用する感光材料１９は、レーザー光による露光部と未露光部との屈折率の変化の形態を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。
【００７２】
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。
【００７３】
「光測定ハンドブック朝倉書店田幸敏治ほか著 1994年11月25日発行」の記述（p.266 〜p.268 ）によれば、濃度や位相が位置によってランダムな値を示すようなスペックルパターンでは、
前記パターンの大きさは、感光材料から拡散板を見込む角度に反比例して、パターンの平均径が決定される。
従って、拡散板の大きさを、水平方向よりも垂直方向で大きくした場合、感光材料上に記録されるパターンは、水平方向よりも垂直方向が細かいものとなる。
【００７４】
図６の光学系での作製方法によるスペックルパターンでは、使用するレーザー光１５の波長λおよびすりガラス１６の大きさＤ，すりガラス１６と感光材料１９との距離Ｆが、記録されるスペックルパターンの平均サイズｄを決定することになり、一般に、ｄは次式で表される。
ｄ＝１．２λＦ／Ｄ
【００７５】
また、このスペックルパターンの奥行き方向の平均長さｔは
ｔ＝４．０λ（Ｆ／Ｄ）²
で表される。
【００７６】
以上より、λおよびＦ／Ｄの値を最適化することで、所望の散乱性を持つように所望の３次元的な屈折率分布を持つ光散乱層２を得ることが出来る。
一例として、λ＝０．５μｍで、Ｆ／Ｄ＝２とすると、ｄ＝１．２μｍ，ｔ＝８μｍとなり、フィルム表面上の濃淡模様は平均１．２μｍで分布し、フィルムの厚み方向には、前記傾斜角度に従った方向に平均８μｍの大きさで分布することになる。
【００７７】
ただし、これらの大きさはあくまでも平均の大きさであり、実際にはこれらの大きさを中心に大小様々な大きさで、屈折率の異なる部分が表面上および奥行き方向に傾斜して分布することになる。
【００７８】
上述の手段により作製された光散乱フィルムは、そのままでは、原理的にフィルムの厚み方向に渡って、変化のない同じ傾斜角度φで、屈折率の異なる部分が分布するコトになる。（図７ａ参照）
【００７９】
「軸外し」の機能を持つ異方性光散乱フィルムを実現するためには、フィルムの厚み方向に渡って、徐々に前記傾斜角度を変化させる必要があり、その手段について、以下に説明する。
【００８０】
屈折率の異なる部分の傾斜角度φを変動させることは、屈折率の異なる部分が既に記録された光散乱フィルム１のフィルム厚Ｌを変化させることで為される。
すなわち、図７ａに示したような同一の傾斜角度φで記録された光散乱フィルムのフィルム厚Ｌを、図７ｂに示すようにＬ' に増加させると、それに従って、傾斜角度φがφ' に変化する原理を利用する。
【００８１】
フィルムの厚さ方向で、全体に渡って一様にフィルム厚を変化させず、図７ｃに示すように、フィルム表面近傍（図中、Ｘ近傍）ではあまり厚み変動がなく、フィルム裏面近傍（図中、Ｙ近傍）で厚みの増大が大きければ、本発明の軸外し異方性光散乱フィルムを実現できる。
【００８２】
光散乱フィルムを構成する材料に応じて、厚みを変動させる処理方法が異なるため、一例として、デュポン社製ホログラム用感光材料「ＨＲＦフィルム」を用いた場合について説明する。
【００８３】
ＨＲＦフィルムは、ホログラムの露光記録後に、同じデュポン社から市販されている「ＣＴＦフィルム」をラミネートし、所定の処理（加熱およびＵＶ露光定着）により、感光材料自身の厚みを変化させて、ホログラムの再生色を変化させられる特性を持っている。
【００８４】
このことは、当該技術分野においては公知であるが、この際、その処理工程により、厚みの変動を制御することも可能である。
【００８５】
「PROCEEDINGS OF SPIE 」Volume 3637 ，p196，”Holographic Diffusive Reflectors for Reflective color LCDs”中のFig.7 およびその説明にて述べられているように、膜厚増加のメカニズムは、ＣＴＦ中のモノマーがＨＲＦフィルム中へ拡散していき、その厚みを増加させるというものである。
このため、ＣＴＦとＨＲＦをラミネートした後のモノマーの拡散時間を制御することで、ＨＲＦのＣＴＦに面した側では大きく膜厚が増加し、ＣＴＦをラミネートしていない反対側では膜厚がそれほど大きく増加しない条件があり得る。
【００８６】
上述した反射型液晶表示装置用の前面散乱板を例にとると、ＨＲＦフィルムに上記手段により異方性光散乱フィルムを露光記録後（傾斜角度１９°）、ＣＴＦフィルムをＨＲＦフィルム裏面側にラミネートし、４０秒ほど１２０℃で加温放置してからＵＶ露光による定着を行なうことで、フィルム厚み方向で屈折率の異なる部分の傾斜角度が、フィルム表面近傍で約１９°，裏面近傍で約６．５°である軸外し異方性光散乱フィルムを得ることができる。
【００８７】
光散乱フィルム１に散乱指向性を付与するには、図６の光学系で用いるすりガラスの大きさを縦横で異ならせて、長方形あるいは楕円形としたすりガラス１６を光学系に配置することにより実現できる。
【００８８】
一例を挙げると、すりガラス１６の大きさＤが縦（ｙ）方向と横（ｘ）方向で異なり、前記（Ｆ／Ｄｘ）＝２，（Ｆ／Ｄｙ）＝２０で、他の条件が上記と同じだとすると、スペックルパターンの横方向の平均サイズｄｘ＝１．２μｍで、縦方向の平均サイズｄｙ＝１２μｍとなり、縦横比１：１０の平均サイズのスペックルパターンが得られる。
【００８９】
このように露光記録することで、縦横方向の散乱性が異なる散乱異方性を持つ光散乱フィルムが得られることになる。
【００９０】
上述の作製手段は、あくまで一例であり、本発明はこれに限るものではなく、あるいは光学的な露光手段でない作製方法においても、本発明の光散乱フィルムは実現される可能性がある。
【００９１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によって、散乱異方性と散乱指向性の双方の光散乱性を備え、観察位置によって表示光の色が変化しないだけでなく、軸外しの散乱指向性を持つ光散乱フィルムが提供される。
【００９２】
すなわち、本発明の光散乱フィルムでは、フィルムに対して所定範囲の角度で入射する光については光散乱が生じ、それとは異なる角度で入射する光については単なる透明フィルムとして機能するため、光散乱性に入射角度選択性を持つと共に、光散乱が生じる角度で光が入射した際に、その入射角度とは光軸を外して異なる方向へ散乱光を生じるという散乱指向性を持つ。
そのため、光散乱の発生を要する光と光散乱の発生が不要な光とを、フィルムへの入射角度に応じて分離し、且つ必要な散乱光を所望の方向へ偏向することができる。
【００９３】
本発明の光散乱フィルムを表示装置に適用した場合には、表示装置への入射光による不要な散乱を生じることなく、適正な観察位置（およそ、装置正面）での表示の明るさ，精細さ，見易さ，コントラストを向上し、且つ表示画像のぼけを軽減させるなどの効果がある。
【００９４】
また、光散乱フィルム内での屈折率の異なる部分は、フィルム表面では不規則に分布しているため、ホログラムで見られるような観察位置に応じた出射光の色変化は生じない。
【００９５】
加えて、光散乱が生じる入射角度で光が入射した際に、その散乱光の広がりが、縦横で異なるような散乱指向性をも併せ持つことが可能である。
そのため、必要な範囲・方向にのみ散乱光を出射することが出来、結果として、表示装置に用いた場合に、不必要な散乱を生じることなく表示の明るさ，コントラストを向上させるなどの効果がある。
【００９６】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光散乱フィルムを示す説明図。（平面図と断面図）
【図２】本発明の光散乱フィルムの持つ入射角度選択性の一例を示すグラフ。
【図３】本発明の光散乱フィルムの持つ散乱異方性（軸外し機能）を示す出射光強度分布の一例を示すグラフ。
【図４】本発明の光散乱フィルムが持つ散乱指向性を示す説明図。
【図５】本発明の光散乱フィルムを用いた反射型液晶表示装置について、要部を概念的に示す断面図。
【図６】図１に示す光散乱フィルムを、スペックル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。
【図７】本発明の光散乱フィルムに、軸外し機能を付与する作製手段を概念的に示す説明図。
【符号の説明】
１…光散乱フィルム
２…散乱方向から入射する照明光
３…光散乱フィルムからの出射散乱光
４…透過方向から入射する照明光
５…実測したヘイズ値のプロット
６…液晶パネル
７…反射板
８…周辺照明光
９…散乱光
１０…出射散乱光
１１…液晶パネルの前面ガラス板
１２…液晶層
１３…液晶パネルの背面ガラス板
１４…レーザー光源
１５…レーザー光
１６…すりガラス
１７…ビームエキスパンダー
１８…コリメーター
１９…感光材料[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light scattering film that has different scattering properties depending on the incident angle of light (or has an incident angle selectivity) and has anisotropy in light scattering characteristics, and the display image can be visually recognized by applying the light scattering film. The present invention relates to a display device that can improve performance (brightness, contrast, etc.) and can reduce power consumption of the display device.
[0002]
The above-mentioned display device does not require a special light source such as a backlight or edge light, and is a type of “reflective liquid crystal display device” that uses reflected light from ambient light (such as sunlight or indoor illumination light) as display light. The “transmission type liquid crystal display device” of the type having the above-mentioned special light source, or the “reflection / transmission type liquid crystal display device”, which is a type of both of them, is represented. Hereinafter, in this specification, the application of the present invention will be described mainly with respect to a liquid crystal display device.
In addition, the present invention is not limited to a liquid crystal display device, and is also applied to a display device in which a pixel self-lights, such as a plasma display (PDP) or electroluminescence (EL), or a CRT television screen. sell.
[0003]
In the present invention, when the terms “scattering” and “diffusion” are used for light, they are synonymous.
The terms “film” and “sheet” are also used as synonyms in the present invention.
[0004]
[Prior art]
In a liquid crystal display device, a viewing angle during observation is ensured (that is, the display image is brightly displayed on the front surface of the display device), and the display image can be seen with uniform brightness over the entire display screen. For this purpose, a light scattering film is disposed on the front surface of the apparatus.
As a conventional light scattering film, a resin film whose surface is processed into a mat shape, a resin film including a diffusing material inside, or the like is used.
[0005]
However, in the case of the above film, it is difficult in principle to have a function such as a change in scattering depending on the incident angle of incident light (hereinafter referred to as scattering anisotropy). Since they are not held together, unnecessary scattered light is generated when used in a display device, and there is a problem in that the brightness and contrast of the display are reduced or the display image is blurred.
[0006]
In the case of a light-scattering film whose surface is processed into a mat, the surface of the film is physically processed like a sand blaster to form a matte surface, or chemically matted by dissolution treatment with an acidic or alkaline solution. Form a surface.
Although it is possible to control the emission range / direction of scattered light (hereinafter referred to as scattering directivity) by controlling the mat surface (such as uneven shape), the principle of controlling the scattering anisotropy is also the principle. Is difficult.
[0007]
In addition, in light scattering films including a diffusing material inside, attempts have been made to control the refractive index, size, shape, etc. of the diffusing material in order to control the scattering anisotropy. The current level of difficulty is high and not practical enough.
[0008]
On the other hand, there is almost no backscattering characteristics and strong forward scattering characteristics (light scattering occurs only when ambient light is incident on the display device, and light scattering does not occur when display light is emitted from the device). Japanese Laid-Open Patent Publication No. 8-201802 is known as a proposal for a reflective liquid crystal display device using a scattering plate having a property.
[0009]
In the above publication, the configuration of the scattering plate is not specifically described, but only “transparent fine particles solidified with a transparent polymerizable polymer” is described.
In such a scattering plate, even if the scattering anisotropy (forward or backward) can be controlled, the scattering directivity can be controlled as in the case of the above-described “light scattering film including a diffusing material inside”. Is difficult.
[0010]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-152602 is known as a proposal relating to a transmission type liquid crystal display device using a hologram as a scattering plate.
The above proposal scatters display light emitted from a liquid crystal display device having a backlight, and employs a hologram as a scattering plate, so that it is easy to control scattering anisotropy and scattering directivity. However, since it is necessarily accompanied by spectroscopy (wavelength dispersion), the color of the display light changes and is visually perceived as the viewpoint to be observed is moved.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in various known techniques, there is no report regarding a light scattering sheet that has both light scattering properties of scattering anisotropy and scattering directivity and in which the color of display light does not change depending on the observation position.
[0012]
The present invention has scattering anisotropy (forward or backward, and selectivity of incident angle) and can easily control the scattering directivity (vertical / horizontal scattering range / direction) as well as depending on the observation position. It is an object of the present invention to provide a light scattering film having a characteristic that the color of display light does not change and a display device using the same.
[0013]
In order to achieve the above object, the present applicant has filed Japanese Patent Application No. 10-346743 as a proposal relating to a light scattering film using a speckle pattern.
The speckle pattern is a “bright and dark spot pattern generated when light having good coherence is scattered or reflected or transmitted by a rough surface or a light diffuser”. The outline of the above application is as follows.
[0014]
In the film, the portions with different refractive indexes are distributed in irregular shapes and thicknesses, and a light and shade pattern consisting of high and low refractive indexes is formed.
A first region having substantially the same refractive index and a second region having a substantially different refractive index are formed.
The first and second regions are irregular but approximately band-shaped,
The scattering directivity is determined by the shape and distribution exposed on the film surface, and the scattering anisotropy is determined by the distribution form in the cross section of the film.
[0015]
That is, the shape of the first and second regions exposed on the film surface is approximately a band shape, but the incident light is scattered in the minor axis direction, and the closer the distribution thereof, the more the scattering occurs. The degree increases.
In the cross section of the film, the first and second regions are approximately layered, but light scatters when incident light is incident on the layer at a nearly parallel angle, but light scatters when incident at a near-perpendicular angle to the layer. It simply passes through.
[0016]
Even in the above-mentioned application, only scattered directivity related to scattered outgoing light having the same optical axis as incident light (that is, the center of the optical axis of scattered light is equal to the center of the optical axis of incident light) is described. The scattering directivity of “off-axis = off-axis” (that is, the center of the optical axis of scattered light is different from the center of the optical axis of incident light) is not described.
[0017]
In particular, in the present invention, a light scattering film having both a scattering anisotropy and a scattering directivity and having an off-axis scattering directivity in addition to a light scattering property in which the color of display light does not change depending on the observation position, and the same are used. An object is to provide a display device.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
The light scattering film according to claim 1 of the present invention,
Inside the film, parts with different refractive indexes are distributed in irregular shapes and thicknesses, forming a band-like shade consisting of high and low refractive indices,
In a specific film cross-section, the direction in which the strip-like shading extends is inclined with respect to the main surface of the film, and the inclined direction gradually changes over the thickness direction of the film,
Depending on the above tilt direction, light incident at an angle within a specific range causes light scattering, and is emitted with the strongest intensity distribution in the direction having the center of the optical axis different from the incident direction. For light incident at an angle of
It is characterized by incident angle selectivity and off-axis light scattering.
[0019]
Claim 2
The portions with different refractive indexes that form a band-like shade consisting of high and low refractive indexes are irregular in size, and are exposed in a vertically or horizontally long shape on the film surface,
2. The light scattering property having directivity such that a range / direction in which light is scattered and emitted is horizontally long or vertically long according to the shape exposed on the film surface. An off-axis anisotropic light scattering film.
[0020]
The display device according to claim 3 of the present invention is
3. An image display device whose display pattern is changed by modulating light emission / non-light emission of each pixel, on the front side (observer side) or the back side (opposite side of the observer). It is the structure which has arrange | positioned the off-axis anisotropic light-scattering film as described in above.
[0021]
The display device according to claim 4 comprises:
By modulating the transmission / non-transmission (or transparency / scattering) of each pixel, the front side (observer side) or the back side (opposite side of the observer) with respect to the image display element whose display pattern is changed Furthermore, it is the structure which has arrange | positioned the off-axis anisotropic light-scattering film of Claim 1 or 2.
[0022]
The display device according to claim 5 relates to a liquid crystal display device,
By modulating the transmission / non-transmission (or transparency / scattering) of each pixel, the front surface (observer side) glass surface (observation) constituting the liquid crystal panel with respect to the liquid crystal panel whose display pattern is changed The off-axis anisotropic light scattering film according to claim 1 or 2 is arranged on the back side or the back side (the side opposite to the observer).
[0023]
<Action>
In the production of the light scattering film of the present invention, it is easy to control the scattering anisotropy (incident angle selectivity) and the scattering directivity, and when applied to a display device, the observation range of the display image (viewing) Area) can be set appropriately, and the display brightness in the set range can be improved.
[0024]
In particular, since it has an "off-axis" scattering directivity, when applied to a reflective liquid crystal display device, the incident light (sunlight or illumination light) is reflected in a direction other than the regular reflection direction. Light can be emitted.
[0025]
This has the following meaning.
That is, even if the light scattering film has scattering anisotropy (incident angle selectivity), when light scattering occurs in accordance with the scattering anisotropy, the incident light and the scattered outgoing light are The central optical path has a regular reflection relationship.
[0026]
In the reflective liquid crystal display device, display light having the highest luminance is emitted in the direction in which ambient light is regularly reflected, but at the same time, the regular reflection direction is a transparent member (generally, This is the direction in which the effect of glare on the surface of the glass) is the strongest, and conversely, the display light may be difficult to see.
[0027]
By providing off-axis scattering directivity, display light with the highest luminance can be emitted in directions other than the direction in which ambient light is regularly reflected (generally, the front direction of the display device). Evil is avoided.
[0028]
In applications other than reflective liquid crystal display devices,
Display image light is scattered in an appropriate range due to the incident angle selectivity of the light scattering film, but light incident from other directions (eg, ambient light) is directly transmitted without being scattered. It does not cause a decrease in contrast due to other light.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory view showing an example of the light scattering film of the present invention, which is a plan view and a cross-sectional view at a specific cross section.
[0030]
As shown in the figure, within the light-scattering film, portions with different refractive indexes are distributed in irregular shapes and thicknesses, and strip-like shades consisting of high and low refractive indexes (in this figure, expressed in white-black) Form).
[0031]
In a cross-sectional view showing a specific film cross section, portions with different refractive indexes are distributed in a state in which the extending direction of the band-shaped shading is inclined downward to the left with respect to the main surface of the film.
[0032]
In addition, the inclination direction gradually changes over the thickness direction of the film (the direction in which the light and darkness extends closer to the main surface of the film as it goes to the lower side of the figure). Yes.
[0033]
First, the optical characteristics of the light scattering film 1 in FIG.
For light incident at an angle (in the direction of arrow 2 in the figure, which forms an angle θ from the perpendicular of the film 1) in which the portions having different refractive indexes are distributed and the band-like shade is inclined and extends Light scattering will occur.
[0034]
For light incident at an angle different from the above direction (substantially perpendicular) (the direction of arrow 4 in the figure), it functions as a simple transparent film, and the incident light is emitted without being scattered.
[0035]
In the light scattering film 1, the direction in which the portions having different refractive indexes are inclined and gradually change in the thickness direction of the film, and incident light has a characteristic that light scattering is strongly generated in the direction along the direction. When light rays are incident on the film at an angle at which scattering occurs, the scattered light emitted from the film spreads around a direction different from the incident angle of the incident light (the direction of arrow 3 in the figure).
[0036]
Next, when considered in plan view,
The portions having different refractive indexes are irregularly distributed on the film surface, so that there is no regularity like a hologram, and therefore, chromatic dispersion caused by the light diffraction phenomenon does not occur.
Therefore, according to the light scattering film of the present invention, the color of the emitted light does not change depending on the observation position, and an ideal white color is exhibited.
[0037]
When the shape of the part with different refractive index is vertically long (or horizontally long), when light incident on that part is scattered and emitted, the light scattering characteristics of the light emitted from each part are horizontally long (or vertically long). ).
In FIG. 1, since the shape is horizontally long, the emitted light is scattered vertically.
This will be described later in the manufacturing process of the light scattering film 1.
[0038]
FIG. 2 is a graph showing an example of the incident angle selectivity of the light scattering film 1 of the present invention.
As shown by the solid line 5 in the figure, the haze value is 80% or more for light in a specific incident angle range (0 ° to 60 ° in the figure), and conversely, the incident angle (− in the figure is symmetric). The haze value with respect to light of 60 ° to 0 ° is 20% or less, and this indicates the light scattering scattering anisotropy (incident angle selectivity) referred to in this specification.
[0039]
FIG. 3 is a graph showing an example of the off-axis function of the light scattering film 1 of the present invention.
The figure shows the scattered light emitted when the illumination light is incident on the light scattering film 1 of the present invention at an incident angle of 30 ° (in FIG. 2, one of the angles having a haze value of 80% or more). It is a graph which shows intensity distribution.
[0040]
As shown in the figure, the emitted light has the strongest scattered light in the direction of 10 °. In other words, the optical axis is shifted in a direction different from the incident angle of 30 °, which indicates the off-axis function described in this specification.
[0041]
In addition, as described above, if the shape of the portion of the film having a different refractive index on the film surface is horizontally long (or vertically long), when light incident on that portion scatters and exits, the light emitted from each portion The light scattering characteristic has a directivity so that it is vertically long (or horizontally long).
For example, if the shape is horizontally long as shown in FIG. 1, the scattered outgoing light from the light scattering film has a distribution that becomes a vertically long ellipse as shown in FIG. 4 (scattered light distribution).
[0042]
FIG. 5 is a cross-sectional view conceptually showing an essential part of a reflective liquid crystal display device to which the light scattering film 1 of the present invention is applied.
The display device includes a liquid crystal panel 6, a regular reflection or scattering reflector 7 disposed on the back surface (non-observer side), and a light scattering film disposed on the front surface (observer side) of the liquid crystal panel 6. 1.
[0043]
The reflection plate 7 is not a separate body from the liquid crystal panel 6 as shown in the figure, but may be a type that is incorporated in the liquid crystal panel 6 as a reflector (referred to as a reflection electrode) that also serves as a liquid crystal drive electrode. In addition, when the reflecting plate 7 is semi-transmissive (both functions of reflection and transmission) and a backlight is required on the back side (non-observer side) of the reflecting plate 7, a reflection / transmission type liquid crystal display device is provided. Applicable algae are possible.
[0044]
In the figure, for convenience of explanation, the light scattering film 1, the liquid crystal panel 6, and the reflection plate 7 are shown separately from each other, but in reality they are integrally laminated.
Depending on the type of liquid crystal, a polarizing plate, a retardation plate or other optical film, a color filter, an alignment film, a transparent electrode, or the like may be used, but the illustration is omitted.
[0045]
The liquid crystal panel 6 has a general structure, modulates incident light according to the presence or absence of an applied voltage, and performs white / black (transmission / non-transmission) switching display.
[0046]
As shown in the figure, the light scattering film 1 causes light scattering when incident light 8 enters the light scattering film 1 from the front side of the liquid crystal display device, and is emitted as scattered light 9 whose optical axis is shifted from the incident light. Let
The scattered light 9 is reflected by the reflector 7 on the back side of the liquid crystal panel 6, passes through the light scattering film 1, and exits to the front. At this time, the light scattering film 1 transmits the emitted scattered light 10 as it is without being secondarily scattered.
[0047]
As described above, the scattering anisotropy (incident angle selectivity) of the light scattering film 1 does not cause unnecessary scattering when the display light is emitted, and a so-called double image is generated by reflection of pixels. Therefore, it is possible to reduce the blur of the display image.
In addition, the scattering directivity (particularly the off-axis function) can reduce unnecessary scattering and improve the display brightness and contrast on the front of the display device.
[0048]
As the liquid crystal display panel 6 of the liquid crystal display device, either a color display panel or a monochrome display panel equipped with color filters corresponding to R, G, and B pixels may be used.
In addition, the liquid crystal display device is not limited by the liquid crystal driving method such as the TN method, the STN method, the guest host method, and the polymer dispersion type.
[0049]
Next, the structure of the light scattering film 1 of the present invention will be described in more detail.
As described above, in the light scattering film 1 of the present invention, portions having different refractive indexes are distributed in irregular shapes and thicknesses, thereby forming a light and shade pattern having a high and low refractive index.
[0050]
If the difference in refractive index is too small, the scattering property is deteriorated. On the other hand, if the difference is too large, light scattering occurs regardless of the angle at which light is incident. It becomes difficult to make it.
Therefore, light scattering does not occur only by the refractive index difference on the surface, and it is necessary to have an optimal refractive index difference that has sufficient scattering properties due to the thickness of the film 1.
[0051]
In the present invention, the refractive index difference is appropriately selected in the range of 0.001 to 0.2 so as to meet the above conditions, and the film thickness is appropriately selected in the range of 1000 μm to 1 μm according to the refractive index difference. .
[0052]
Since the refractive index difference that can be recorded is limited by the film production method and the recording material, the present invention can be achieved by thinning the film if it has a large refractive index difference and increasing the film if it has a small refractive index difference. It is possible to realize a light scattering film.
For example, in a film having an average refractive index of 1.52 and a thickness of 20 μm, a portion having a refractive index of 1.56 (refractive index difference of 0.04) is distributed to form a shading pattern. A light scattering film with sufficient scattering properties and incident angle selectivity could be obtained.
[0053]
The distribution of shading in the film (the direction in which the strip-like shading in a specific cross section is inclined and extended) differs depending on the application of the light scattering film, but the front scattering plate for the reflective liquid crystal display device shown in FIG. For example, light incident from the direction perpendicular to the display device (0 ° direction) to 60 ° direction (above the front of the device) is scattered, and conversely from the normal direction to −60 ° direction (below the device front). A function that does not scatter light is desirable in practice.
For this reason, it is necessary to generate light scattering most efficiently with respect to incident light at an angle of 30 ° (inclined upward). In this example, in consideration of refraction of light at the film interface, the surface on the front side of the film In the periphery, the above-described light and shade distribution is distributed in a state inclined by about 19 ° from the film normal direction.
[0054]
In general, in the optical field, the direction (angle) of the light ray is considered as 0 ° for the perpendicular to the reference plane, and + for the clockwise direction and-for the counterclockwise direction.
Therefore, in FIG. 5, when the incident light is considered, since the incident light 8 is incident from the upper side in the clockwise direction from the vertical line standing on the viewer side from the incident surface, the incident angle is a positive incident angle.
Considering the emitted light, the scattered light 9 has a positive emission angle because it emits downward in the clockwise direction from the vertical line standing on the reflection plate 7 side from the emission surface. Since the scattered light 10 is emitted downward in a counterclockwise direction from a perpendicular line standing on the viewer side from the emission surface, the emission angle is −.
[0055]
In order to realize the off-axis function as shown in FIG. 3, the light scattering film of the present invention has a structure in which the inclination angle is gradually changed with respect to the thickness direction of the film.
[0056]
Taking the front scattering plate for the reflective liquid crystal display device shown in FIG. 5 as an example, the liquid crystal display device is observed in the direction of the normal (0 ° = front) to −20 ° (downward from the front of the device). Therefore, it is desirable that the incident light 8 having an incident angle of 30 ° is the scattered light 9 in which the center of the optical axis is shifted. (The exit angle of the scattered light 9 is centered on + 20 °, and the exit angle of the scattered light 10 is centered on −20 °)
[0057]
For this reason, the light scattering film 1 shown in FIG. 5 is a portion having a different refractive index with respect to the film thickness direction so as to scatter incident light from the 30 ° direction in a direction shifted by −10 ° from the center of the optical axis. The inclination angle is gradually changed.
[0058]
In this example, in consideration of the refraction of light at the film interface, the tilt angle is tilted by about 19 ° from the direction perpendicular to the film as described above in the vicinity of the film surface (upper side of the cross-sectional view in FIG. 1). From there, the inclination angle gradually decreases toward the film back surface (the lower side of the cross-sectional view in FIG. 1), and in the vicinity of the film back surface, the structure is inclined by about 6.5 ° from the direction perpendicular to the film.
[0059]
The sizes of the portions having different refractive indexes are random and non-regular in order to cause light scattering, but the average size is in the range of 0.1 μm to 300 μm in diameter in order to have the necessary scattering properties. Of these, it is appropriately selected according to the required scattering property for each application.
[0060]
As an example, by using a light and shade pattern consisting of high and low refractive indexes having an average size of 12 μm, a scattering property having a scattering spread of about ± 40 ° was obtained.
[0061]
Further, in order to give directivity to light scattering, the average size of the portions having different refractive indexes is made different between the vertical direction and the horizontal direction of the film (plan view in FIG. 1).
As an example, in order to cause light scattering in an elliptical shape extending in the vertical direction, the average size in the vertical direction is 12 μm, but the average size in the horizontal direction is 50 μm, so that the vertical direction A light scattering film having a scattering directivity of about ± 40 ° in the horizontal direction and about ± 10 ° in the lateral direction was obtained.
[0062]
Moreover, although the light-scattering film of this invention was unified and described with the term film in this specification, the sheet | seat formed on hard substrates, such as a glass substrate and a resin substrate, for example may be sufficient.
[0063]
Therefore, in the liquid crystal display device of FIG. 5, the light scattering film 1 of the present invention is not a separate film from the liquid crystal panel 6 as shown in the figure, for example, on the front glass 11 of the liquid crystal panel 6. The formed form may be sufficient.
[0064]
At this time, the light scattering film 1 of the present invention can be used without changing to the above function regardless of whether it is on the viewer side or the liquid crystal layer side of the front glass 11.
[0065]
Hereinafter, the means for producing the light scattering film of the present invention will be described.
The light scattering film of the present invention can be produced by optical exposure means.
[0066]
FIG. 6 is an explanatory view showing an example of an optical system for producing the light scattering film 1 having the structure shown in FIG. 1 using a speckle pattern.
A glass 16 is irradiated with a laser beam 15 emitted from a laser light source 14.
A photosensitive material 19 is arranged at a predetermined distance F on the surface opposite to the laser irradiation side of the frosted glass 16, and a speckle pattern which is a complicated interference pattern generated by laser light transmitted and scattered by the frosted glass 13 is a photosensitive material 19. Exposure recording.
[0067]
At this time, as shown in the drawing, the laser beam 15 and the photosensitive material 19 are arranged to be inclined at a predetermined angle α, so that the speckle pattern is exposed and recorded at a predetermined angle in the photosensitive material.
[0068]
Since this angle corresponds to the inclination of the portion having a different refractive index in the light scattering film 1 (that is, the scattering peak angle θ of the incident angle selectivity shown in FIG. 2), the angle is 0 depending on the application. To within a range of about 60 ° to 60 °.
As a matter of course, the inclination of the portion having a different refractive index in the light scattering film 1 and the scattering peak angle θ of the incident angle selectivity are different angles because of the light refraction phenomenon at the film interface.
[0069]
In addition, the inclination angle α between the laser beam 15 and the photosensitive material 19 and the scattering peak angle θ of the incident angle selectivity may differ depending on processing steps such as recording and development depending on the photosensitive material used.
[0070]
The laser light source 14 used for exposure recording can be appropriately selected from the 514.5 nm, 488 nm, and 457.9 nm wavelengths of an argon ion laser according to the sensitivity of the photosensitive material.
Other than the argon ion laser, any laser light source with good coherency can be used. For example, a helium neon laser or a krypton ion laser can be used.
[0071]
Further, the photosensitive material 19 used here is a photosensitive material capable of recording the form of change in refractive index between the exposed portion and the unexposed portion by laser light, and has a higher resolution than the density pattern to be recorded, and its thickness. It is necessary to use a material that can record a pattern in the direction.
[0072]
As such a recording material, a volume hologram photosensitive material can be used, such as a silver salt photosensitive material 8E56 dry plate manufactured by Agfa, hologram photosensitive material HRF film manufactured by DuPont or gelatin dichromate, DMP- manufactured by Polaroid. 128 recording materials or the like can be used.
[0073]
According to the description (p.266-p.268) of “Optical Measurement Handbook Asakura Shoten, Toshiharu Tadashi et al., Published November 25, 1994”, speckle patterns with random values of concentration and phase depending on position ,
The average size of the pattern is determined in inverse proportion to the angle at which the diffusion plate is viewed from the photosensitive material.
Therefore, when the size of the diffusion plate is made larger in the vertical direction than in the horizontal direction, the pattern recorded on the photosensitive material is finer in the vertical direction than in the horizontal direction.
[0074]
In the speckle pattern by the manufacturing method in the optical system of FIG. 6, the wavelength λ of the laser light 15 to be used, the size D of the ground glass 16, and the distance F between the ground glass 16 and the photosensitive material 19 are the speckle pattern to be recorded. The average size d is determined. Generally, d is expressed by the following equation.
d = 1.2λF / D
[0075]
In addition, the average length t in the depth direction of this speckle pattern is
t = 4.0λ (F / D)²
It is represented by
[0076]
As described above, by optimizing the values of λ and F / D, the light scattering layer 2 having a desired three-dimensional refractive index distribution so as to have a desired scattering property can be obtained.
As an example, when λ = 0.5 μm and F / D = 2, d = 1.2 μm, t = 8 μm, and the shading pattern on the film surface is distributed with an average of 1.2 μm, and in the thickness direction of the film , And distributed in an average size of 8 μm in the direction according to the inclination angle.
[0077]
However, these sizes are only average sizes. Actually, these sizes are centered on these sizes, and the portions with different refractive indexes are distributed on the surface and inclined in the depth direction. become.
[0078]
The light-scattering film produced by the above-described means, as it is, is in principle distributed at portions having different refractive indexes at the same inclination angle φ without change over the thickness direction of the film. (See Figure 7a)
[0079]
In order to realize an anisotropic light scattering film having the function of “off-axis”, it is necessary to gradually change the inclination angle over the thickness direction of the film, and the means will be described below.
[0080]
The inclination angle φ of the portion having a different refractive index is changed by changing the film thickness L of the light scattering film 1 on which the portion having a different refractive index has already been recorded.
That is, when the film thickness L of the light scattering film recorded at the same inclination angle φ as shown in FIG. 7a is increased to L ′ as shown in FIG. 7b, the inclination angle φ is changed to φ ′ accordingly. Take advantage of changing principles.
[0081]
In the thickness direction of the film, the film thickness is not changed uniformly throughout, and as shown in FIG. 7c, there is not much thickness variation in the vicinity of the film surface (in the vicinity of X in the figure), and in the vicinity of the film back surface (see FIG. If the increase in thickness is large in the vicinity of Y in the middle, the off-axis anisotropic light scattering film of the present invention can be realized.
[0082]
Since the processing method for changing the thickness differs depending on the material constituting the light scattering film, a case where a hologram photosensitive material “HRF film” manufactured by DuPont is used will be described as an example.
[0083]
After the exposure recording of the hologram, the “HRF film” is laminated with a “CTF film” commercially available from the same DuPont, and the thickness of the photosensitive material itself is changed by a predetermined process (heating and UV exposure fixing). It has the characteristic of changing the reproduction color.
[0084]
This is known in the technical field, but at this time, it is also possible to control the variation in thickness by the processing step.
[0085]
“PROCEEDINGS OF SPIE” Volume 3637, p196, “Holographic Diffusive Reflectors for Reflective color LCDs” as described in Fig. 7 and its explanation, the mechanism of increasing film thickness is that the monomer in CTF is HRF film. It diffuses inward and increases its thickness.
Therefore, by controlling the diffusion time of the monomer after laminating CTF and HRF, the film thickness greatly increases on the side facing the CTF of the HRF, and the film thickness is very large on the opposite side where the CTF is not laminated. There may be conditions that do not increase.
[0086]
Taking the front scattering plate for the reflection type liquid crystal display device described above as an example, after the anisotropic light scattering film is exposed and recorded on the HRF film by the above means (tilt angle 19 °), the CTF film is laminated on the back side of the HRF film, By fixing by UV exposure after leaving it to stand at 120 ° C. for about 40 seconds, the inclination angle of the portion having a different refractive index in the film thickness direction is about 19 ° near the film surface and about 6.5 near the back surface. An off-axis anisotropic light scattering film that is ° can be obtained.
[0087]
Giving scattering directivity to the light scattering film 1 can be realized by disposing the frosted glass 16 in a rectangular or elliptical shape in the optical system by varying the size of the frosted glass used in the optical system of FIG. .
[0088]
For example, the size D of the ground glass 16 is different in the longitudinal (y) direction and the lateral (x) direction, and the above (F / Dx) = 2, (F / Dy) = 20, and other conditions are as described above. If it is the same, the average size dx = 1.2 μm in the horizontal direction of the speckle pattern and the average size dy = 12 μm in the vertical direction, and an average size speckle pattern with an aspect ratio of 1:10 is obtained.
[0089]
By performing exposure recording in this way, a light scattering film having scattering anisotropy having different scattering properties in the vertical and horizontal directions can be obtained.
[0090]
The above-described production means is merely an example, and the present invention is not limited to this. The light scattering film of the present invention may be realized even in a production method that is not an optical exposure means.
[0091]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, light scattering having both scattering anisotropy and scattering directivity and not only the color of display light does not change depending on the observation position, but also light scattering having off-axis scattering directivity. A film is provided.
[0092]
That is, in the light scattering film of the present invention, light scattering occurs for light incident at an angle within a predetermined range with respect to the film, and light incident at a different angle functions as a mere transparent film. In addition to the incident angle selectivity, when light is incident at an angle at which light scattering occurs, it has a scattering directivity in which scattered light is generated in a direction different from the incident angle.
Therefore, light that requires light scattering and light that does not require light scattering can be separated according to the incident angle to the film, and necessary scattered light can be deflected in a desired direction.
[0093]
When the light scattering film of the present invention is applied to a display device, the brightness and fineness of display at an appropriate observation position (approximately the front of the device) without causing unnecessary scattering due to light incident on the display device. , Improving the visibility and contrast, and reducing the blurring of the displayed image.
[0094]
In addition, since the portions having different refractive indexes in the light scattering film are irregularly distributed on the film surface, the color change of the emitted light according to the observation position as seen in the hologram does not occur.
[0095]
In addition, when light is incident at an incident angle at which light scattering occurs, it is possible to have a scattering directivity in which the spread of the scattered light differs vertically and horizontally.
Therefore, it is possible to emit scattered light only in a necessary range and direction, and as a result, when used in a display device, there is an effect of improving display brightness and contrast without causing unnecessary scattering. is there.
[0096]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a light scattering film of the present invention. (Top view and sectional view)
FIG. 2 is a graph showing an example of incident angle selectivity of the light scattering film of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing an example of an emitted light intensity distribution showing scattering anisotropy (off-axis function) of the light scattering film of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing scattering directivity of the light scattering film of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view conceptually showing the main part of a reflective liquid crystal display device using the light scattering film of the present invention.
6 is an explanatory view showing an example of an optical system for producing the light scattering film shown in FIG. 1 using a speckle pattern. FIG.
FIG. 7 is an explanatory view conceptually showing a production means for imparting an off-axis function to the light scattering film of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Light scattering film
2. Illumination light incident from the scattering direction
3 ... Emission scattered light from light scattering film
4. Illumination light incident from the transmission direction
5 ... Plot of measured haze values
6 ... LCD panel
7 ... Reflector
8 ... Ambient illumination light
9 ... scattered light
10: Outgoing scattered light
11 ... Front glass plate of liquid crystal panel
12 ... Liquid crystal layer
13 ... Back glass plate of LCD panel
14 ... Laser light source
15 ... Laser light
16 ... ground glass
17 ... Beam expander
18 ... Collimator
19 ... Sensitive material

Claims

フィルム内部で、屈折率の異なる部分が不規則な形状・厚さで分布し、屈折率の高低からなる帯状の濃淡を形成しており、
特定のフィルム断面では、前記帯状の濃淡の伸びる方向が、フィルムの主面に対して傾斜しており、その傾斜方向がフィルムの厚さ方向に渡って徐々に変化した構成であり、
上記の傾斜方向に応じて、特定範囲の角度で入射する光については、光散乱を生じて、入射方向とは異なる光軸の中心を持つ方向に最も強い強度分布を持って出射し、それ以外の角度で入射する光については、光散乱を生じずに透過するような、
入射角度選択性およびオフアクシスな光散乱性を持つことを特徴とする軸外し異方性光散乱フィルム。Inside the film, parts with different refractive indexes are distributed in irregular shapes and thicknesses, forming a band-like shade consisting of high and low refractive indices,
In a specific film cross-section, the direction in which the strip-like shade extends is inclined with respect to the main surface of the film, and the inclination direction gradually changes over the thickness direction of the film,
Depending on the above tilt direction, light incident at an angle within a specific range causes light scattering and is emitted with the strongest intensity distribution in the direction having the center of the optical axis different from the incident direction. For light incident at an angle of
An off-axis anisotropic light scattering film characterized by having an incident angle selectivity and off-axis light scattering property.

屈折率の高低からなる帯状の濃淡を形成する屈折率の異なる部分が、それぞれ大きさは不規則であり、フィルム表面では、縦長あるいは横長の形状で露出しており、
フィルム表面で露出した上記の形状に応じて、光散乱を生じて出射する範囲／方向が、横長あるいは縦長となるような、光散乱性に指向性を持つことを特徴とする請求項１記載の軸外し異方性光散乱フィルム。The portions with different refractive indexes that form a band-like shade consisting of high and low refractive indexes are irregular in size, and are exposed in a vertically or horizontally long shape on the film surface,
2. The light scattering property having directivity such that a range / direction in which light is scattered and emitted is horizontally long or vertically long according to the shape exposed on the film surface. Off-axis anisotropic light scattering film.

各画素の発光／非発光を変調することにより、表示パターンが変更される画像表示素子に対して、前面側（観察者側）または背面側（観察者と反対側）に、請求項１または２に記載の軸外し異方性光散乱フィルムを配置した構成であることを特徴とする表示装置。3. An image display element whose display pattern is changed by modulating light emission / non-light emission of each pixel, on the front side (observer side) or the back side (opposite side of the observer). A display device comprising the off-axis anisotropic light-scattering film described in 1.

各画素の透過／非透過（あるいは、透明／散乱）を変調することにより、表示パターンが変更される画像表示素子に対して、前面側（観察者側）または背面側（観察者と反対側）に、請求項１または２に記載の軸外し異方性光散乱フィルムを配置した構成であることを特徴とする表示装置。By modulating transmission / non-transmission (or transparency / scattering) of each pixel, the front side (observer side) or the back side (opposite side of the observer) with respect to the image display element whose display pattern is changed 3. A display device, characterized in that the off-axis anisotropic light scattering film according to claim 1 is disposed.

各画素の透過／非透過（あるいは、透明／散乱）を変調することにより、表示パターンが変更される液晶パネルに対して、液晶パネルを構成する前面側（観察者側）のガラスの表面（観察者側）または裏面（観察者と反対側）に、請求項１または２に記載の軸外し異方性光散乱フィルムを配置した構成であることを特徴とする表示装置。By modulating the transmission / non-transmission (or transparency / scattering) of each pixel, the front surface (observer side) glass surface (observation) constituting the liquid crystal panel with respect to the liquid crystal panel whose display pattern is changed The display device is characterized in that the off-axis anisotropic light-scattering film according to claim 1 or 2 is disposed on the back side (on the viewer side) or on the back side (the side opposite to the observer).