JP4317006B2 - 制御された散乱特性を有する光拡散フィルムおよびそれを用いた光学素子および液晶表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
発明の技術分野
本発明は制御された散乱特性を有する光拡散フィルムおよびそれを用いた光学素子および液晶表示装置に関する。
【０００２】
背景技術
反射型の液晶表示装置あるいは半透過型の液晶表示装置では、一般に、入射光が液晶層を透過し反射膜で反射され再び液晶層を透過して視者の目に表示画像が入る際に、液晶層の表面に及び／又は液晶層と反射膜の間に光散乱フィルムを配置して光を散乱させることにより、広い視野角で画像の視認を可能にしている。光散乱はまた光拡散とも言われる。
【０００３】
光散乱を得る方法としては、例えば、プラスチックフィルムに透明微粒子を分散含有させて光を散乱させる方法や、プラスチックフィルムの表面を粗面化して光を散乱させる方法が代表的である。
【０００４】
また、複屈折特性が異なる微小領域を分散分布させてなる複屈折フィルムの重畳体からなり、複屈折性フィルムを微小領域との屈折率差を利用して、光を散乱させる方法が提案されている（特開平１１−１７４２１１号公報）。
【０００５】
高分子フィルム中に同じ高分子からなる微小結晶領域が分散分布してなり、その微小領域と他部分との屈折率が相違して光散乱性を示すフィルムも提案されている（特開平１１−３２６６１０号公報、特開２０００−２６６９３６号公報、特開２０００−２７５４３７号公報など）。
【０００６】
しかしながら、上記のような光散乱方法は、いずれも基本的に光を等方的に散乱させるものであるので、バックライトを用いない反射式液晶画面では画像が暗くなる欠点がある。
【０００７】
これに対して、高分子フィルム中に屈折率の高い領域をフィルムの厚さ方向に円柱状に多数形成した光拡散フィルムが販売されている。この拡散フィルムによれば、一方向の散乱と逆方向の透過性を両立させ、また選択的な視野角／拡散性能も実現できると謳われている。
【０００８】
確かにこの拡散フィルムによれば、等方散乱タイプの従来の散乱フィルムなどと比べて、特定の視野角において相対的に明るい画像を得ることができる。
【０００９】
しかしながら、携帯電話などのように入射光の少ないところでも使用される液晶表示装置では、特に反射型あるいは半透過型液晶表示装置においてさらに高い明度の画像が望まれる。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の課題を解決せんとするものであり、従来以上に視野角においてより明るい画像を提供するような選択的光拡散性、さらには集光性を有する光拡散フィルム、それを用いた光学フィルムおよび液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
発明の開示
本発明は、上記の目的を達成するために、下記を提供する。
（１）光を散乱透過させる屈折率の異なる二相からなる光拡散フィルムにおいて、屈折率の大きい一相がフィルムの厚さ方向に延在する柱状構造を有し円筒レンズとして機能する多数の領域を含み、前記多数の領域は柱状構造の横断面形状が長尺状の領域を含み、前記長尺状領域の前記横断面の長軸および短軸の平均アスペクト比が１．５：１〜５：１の範囲内であり、かつ前記長尺状領域がフィルムの特定方向に配向していることを特徴とする光拡散フィルム。
（２）前記多数の領域は柱状構造の軸線が互に平行であり、かつその軸線がフィルムの法線方向に対して傾斜している（１）に記載の光拡散フィルム。
（３）前記多数の領域は柱状構造の軸線がフィルムの法線方向である（１）に記載の光拡散フィルム。
（４）前記フィルムの屈折率の異なる二相の屈折率の差が０．００５〜０．２の範囲内である（１）〜（３）のいずれかに記載の光拡散フィルム。
（５）前記フィルムが感光性を有する高分子材料から製造されたものである（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散フィルム。
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載の光拡散フィルムを用いたことを特徴をする光学素子。
（７）（６）に記載の光学素子を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
（８）光拡散フィルムの前記領域の横断面の前記長軸方向が液晶表示装置の視点方向から見て左右方向になるように、光拡散フィルムが配置されている（７）に記載の液晶表示装置。
（９）光拡散フィルムの前記領域の柱状構造の軸線方向がフィルム法線方向に対して傾斜しかつその傾斜方向が視点に対して遠ざかる方向である（８）に記載の液晶表示装置。
（１０） 液晶表示装置が偏光フィルムを含み、偏光フィルムの偏光軸が液晶表示画面の視点方向から見て左右いずれか方向に傾けて設置され、光拡散フィルムの前記領域の横断面の前記短軸方向が偏光フィルムの前記偏光軸方向に配置されている（７）に記載の液晶表示装置。
（１１）感放射線性高分子フィルムの表面に、孔パターンを有するマスクとなる層を形成し、前記マスクの上方から法線に対して０〜５０度の範囲から選択された照射角で感放射線性フィルムに前記マスクを通して放射線を照射することによって、高屈折率の柱状構造を形成することを含むことを特徴とする、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の光拡散フィルムの製造方法。
【００１２】
発明の実施の形態本
発明を説明するために、従来の光拡散フィルムにおける光拡散現象を先に図を参照して説明することが便宜である。
図１Ａは高屈折率領域を円筒状に形成した従来の光拡散フィルム１の横断面図である。高分子フィルム２中に光の波長に近い直径を有する円柱状の高屈折率領域３がフィルム表面に垂直に形成されている。このような円筒状高屈折率領域３は円柱レンズとして機能し、フィルムに垂直に即ち円柱の軸線に平行に入射した光は例えば半値幅約１０〜２０度のガウス分布の散乱を示すことができる。図１Ａの光拡散フィルム１においてフィルム１に対する入射角が大きくなって、円柱の軸線に対して大きく傾斜した角度で入射するようになると、光は散乱性を失い、高い透過性を示すようになる。例えば、フィルム表面に対して４５度〜６０度の角度で入射した光は殆ど散乱されず、透過する。
【００１３】
図１Ｂは、フィルム表面に垂直の角度（入射角ゼロ度）で入射した光がこのフィルムを透過したとき出射角θの透過光の強度を示す。透過光強度はガウス分布をしているが、この半値幅をもって散乱の広がり、選択性を表すことができる。図１Ｂでは半値幅は１０°である。
【００１４】
図１Ｃは高分子フィルムにフィラーを分散させたタイプの従来の散乱フィルムの模式横断面を、図１Ｄはその透過光の図１Ｂと同様の散乱強度を示す。図１Ｂと図１Ｄを比較すると、図１Ａの光拡散フィルム１が選択的な散乱特性（特定幅内の散乱）を示すことが示されている。
【００１５】
図２は図１Ａの拡散フィルムの入射光の方向および入射角に依存する散乱特性を表示したものである。座標の中心は、フィルム表面に垂直に光が入射する場合を表し、この座標中心に描かれた図形（円４）はフィルム表面に垂直に光が入射する場合の透過散乱光の指向性と強度を示す。円４は散乱光が等方的に散乱することを表し、円の大きさは散乱強度が大きいことを表すので、出射光は入射光軸に対してあまり大きくない角度（例えば１０〜２０°）で強く散乱したことを示している。座標軸のｘ軸上の楕円状の図形５，６は、フィルム表面に垂直な方向からフィルムのｘ軸方向（図１の図面法線方向をｘ軸方向とする）に角度θ（ｘ）だけ傾斜して光が入射する場合の透過散乱光の指向性と強度を示す。この透過散乱光５，６は、全体として散乱強度が垂直入射の場合より弱く、しかもｙ軸方向に比べてｘ軸方向の散乱が少ないことが見られる。同様に、座標軸のｙ軸上の円または楕円状の図形７，８は、フィルム表面に垂直な方向からフィルム上のｘ軸に垂直なｙ軸方向に角度θ（ｙ）だけ傾斜して光が入射する場合の透過散乱光の指向性と強度を示す。この透過散乱光７，８は、全体として散乱強度が垂直入射の場合より弱く、しかもｘ軸方向に比べてｙ軸方向の散乱が少ないことが見られる。図２を参照すると、フィルム表面に垂直な方向から光が入射した場合（入射角ゼロ度）４には、一定の範囲の強い散乱が観測されるが、入射角が大きくなると楕円５〜８の径が小さく成っており、即ち、光散乱が減少し殆どの光が透過することが読み取られる。また、傾斜して入射する場合５〜８、入射方向に対して平行方向よりも横方向に余計に散乱することも示されている。
【００１６】
図３Ａは、図１Ａと同様の円柱状領域（円筒レンズ）２３を高分子フィルム２２の表面に対して法線方向ではなく、フィルムのｙ軸方向（図３Ａの左方向がｙ軸正方向とする）に角度θ０だけ傾斜させて形成した拡散フィルム２１の横断面を示す。このフィルムの光散乱は、円柱状領域２３の軸線方向から入射した場合が図１Ａの拡散フィルムの法線方向から入射した場合に相当する特性を示す。結果として、フィルム表面を基準に図２と同様に散乱特性を表現すると、図３Ｂになる。
【００１７】
図３Ｂにおいて、フィルムのｙ軸正方向の角度θ０から入射した場合の透過光２４は、図１Ｂのフィルムの法線方向から入射した場合に相当するので円形散乱を示す。フィルムの法線方向から入射した場合の透過光２５は、図２のフィルムのｙ軸マイナス角度θ０から入射した場合に相当して、透過光２４よりは散乱強度が小さいがｘ軸方向への指向性が強い楕円状散乱を示す。フィルムのｙ軸負方向の角度θ０から入射した場合の透過光２６は、円筒レンズの軸線に対して入射角が大きく傾斜して円筒レンズの横断方向から入射するので、散乱（強度）が小さくなっている。また、フィルムのｘ軸方向から入射した場合の透過光２７、２８は、図３Ｂに見られるように、傾斜した楕円状の散乱特性を示し、いずれの透過光２７，２８もｙ軸方向への指向性が強くなる傾向を示している。
【００１８】
その結果、図３Ａ及び図３Ｂの拡散フィルムを反射膜と組み合わせて使用したとき、ｙ軸負方向を視者（目視方向）とすると、正面（ｙ軸正方向）からの入射光は一定の角度範囲で強く散乱され、従って視者方向にも一定の強い散乱があり、かつ反射光は散乱が少ない。また、左右（ｘ軸正負方向）からの入射光は一定強度で散乱され、また視者方向への集光効果もあり、しかもその透過光の反射光も散乱は少ないといえる。以上のことから、図３Ａ及び図３Ｂの拡散フィルムを具備した液晶表示装置、例えば、携帯電話の表示画面をｙ軸負方向ないし正面から見るとき、正面（ｙ軸正方向）あるいは左右（ｘ軸正負方向）からの入射光（照明光）は視者の方向に一定の集光効果をもって散乱するので、図２の等方的散乱フィルムの場合と比べて視者からは明るい画面が観測されることになる。
【００１９】
本発明者が知る限りでは、従来技術では、図３Ａの態様の拡散フィルムが図１の拡散フィルムを含む他の拡散フィルムと比べて、選択散乱特性および集光効果が優れていることまでは報告されていない。しかし、従来技術の開示の態様には高分子フィルムに円筒状領域を傾斜して形成して拡散フィルムとして使用できるとの開示が含まれている。いま仮に、その傾斜方向を全て同じに形成した場合には、図３Ａの態様の拡散フィルムになる。
【００２０】
これに対して、本発明は、高分子フィルム中に断面形状が長尺状の円柱構造の高屈折率領域をフィルム膜厚方向に延在するように多数形成し、かつその長尺状の領域をフィルムの特定方向に配向させた拡散フィルム、好ましくはその長尺状の円柱構造をフィルム表面に傾斜して平行に形成した拡散フィルムを提供するものであり、その特定の構成及び効果は従来技術では開示または示唆されていないものである。
【００２１】
図４は、そのような本発明の拡散フィルムの１例のフィルム表面を示すものである。拡散フィルム３１は高分子フィルム３２中に分散して形成された高屈折率領域３３を多数有し、かつこの高屈折率領域３３は長尺状であり、かつフィルムの特定方向に配向している。図４において、高屈折率の長尺状領域３３の長軸が配向された方向をフィルムのｘ軸方向、短軸方向をフィルムのｙ軸方向とする。
【００２２】
本発明の拡散フィルム３１において高屈折率の長尺状領域３３を傾斜させる場合、傾斜方向はｙ軸方向が好ましい。図５Ｂは、図４のような表面パターンを有し、図５Ａに示す如くｙ軸方向に角度θ０（約２０°）だけ傾斜した長尺状領域（アスペクト比約２：１）３３を有する拡散フィルムについての、図２と同様の散乱特性を模式的に示すものである。
【００２３】
図５Ｂにおいて、フィルムのｙ軸正方向からの入射光は長尺状断面の柱状構造によって散乱されるとき、高屈折率の長尺状領域３３の長軸方向が短軸方向より光透過性が高いために、フィルムを透過した光の散乱特性は楕円３４で表されるようにｙ軸方向への指向性が強い散乱を示し、かつこの散乱光の楕円は同じ傾きの円柱状構造を透過した場合よりも余計にｙ軸方向への指向性散乱特性である。フィルムの法線方向から入射した場合にもなおｙ軸方向への指向性散乱特性３５を示すことができる。フィルムの左右方向（ｘ軸方向）から入射した光についても同様であり、図３Ｂの場合の散乱特性をｙ軸方向に長くなるように変形した散乱特性３６、３７が得られる。いずれの場合も、視者方向（ｙ軸負方向）への散乱光強度は図３Ｂの場合より強くなっている。図５Ｂにはｘｙ座標の第１象限および第２象限の方向からの入射光についての透過散乱特性３８も示した。これらの透過散乱特性３８も、視角方向（ｙ軸負方向）への散乱光強度が強く表れている。従って、拡散フィルムを表示画面とすると、視者に対して、視者の背後以外の全ての方向、特に正面方向の広い角度からの入射光（照明光）が、高屈折領域が円柱状構造の場合よりもより強く視角方向（ｙ軸負方・向）へ散乱集光することが示されている。さらに、視角方向（ｙ軸負方向）の透過散乱特性３９は、むしろｙ軸方向に短くなる傾向を示しており、このことは透過率が高いと解釈でき、上記の如く、視者の背後以外の全ての方向から選択的に散乱集光した光を、反射膜で反射された後、無駄に散乱することなく視角に反射してくることを意味する。従って、この点も反射画像の明るさの向上に寄与する。
【００２４】
本発明の拡散フィルムは、上記の如く、柱状構造がフィルム表面に対して傾斜していることが好ましいが、必ずしも傾斜している必要はなく、フィルムの法線方向に形成されていてもよい。
【００２５】
図６Ｂは、図４に示したような表面パターンに高屈折率領域４３を高分子フィルム４２中に形成しかつ図６Ａに示す如く柱状構造をフィルム法線方向に形成した拡散フィルム４１の、図２と同様の散乱特性を模式的に示すものである。
【００２６】
この場合、フィルムに垂直に入射した光は、前述のように楕円の長軸方向の光透過性が短軸方向より高いので、楕円の短軸方向、即ち、フィルムのｙ軸方向（図の左右方向）により多く散乱する（透過光散乱特性４４）。ｙ軸方向に傾斜して入射した光のｙ軸方向の散乱は、柱状構造に対して斜めに入射する分だけ法線方向入射の場合より少ないが、やはりｙ軸方向に散乱する（透過光散乱特性４５，４６）。一方、フィルムのｘ軸方向（図の法線方向）から傾斜して入射する光は、柱状構造に対して長軸方向に入射するため、短軸方向（ｙ軸方向）への散乱はずっと少なくなり、全体として散乱が少なくなる（透過光散乱特性４７，４８）。
【００２７】
図６の場合にも、散乱特性は、高屈折率領域が円形から長尺状に変化したことにより、視角方向への散乱が多い散乱特性、特に視者に対して正面方向からの入射光の選択的散乱が高い散乱特性４４、４５が得られる。
【００２８】
本発明の拡散フィルムにおける長尺状の横断面形状を有する柱状構造の形成方法は特に限定されず、従来公知の全ての方法から選択採用できるが、感放射線性を有する高分子フィルムに選択的に放射線照射して、高屈折率の柱状構造を形成する方法が好ましい。高分子フィルムは放射線照射前にはプレポリマーまたはモノマーでもよく、放射線照射後に必要に応じて加熱などの方法で重合させてもよい。感放射線性高分子フィルムに柱状構造を形成することは、感放射線性高分子フィルムの表面にマスクとなる層を形成し、このマスク層に長尺状孔パターンを形成し、その長尺状孔パターンを通して感放射線性高分子フィルムに放射線を所定の角度で照射することによって、行うことができる。マスクの形成方法はフォトリソグラフィー法で知られている。そのほか、感放射線性高分子フィルムに放射線を走査照射して直接に感放射線領域を形成してもよい。また、高分子フィルムにレーザービームその他の方法で穿孔して、孔内に高屈折率材料を充填させる方法でもよい。
【００２９】
放射線照射により高屈折率領域を形成する感放射線性高分子フィルムの材料は、特に限定されないが、例えば、ＤｕＰｏｎｔ社よりＯＭＮＩＤＥＸ（登録商標）、ＨＲＦ１５０およびＨＲＦ６００として市販されているものを使用できる。
【００３０】
高分子フィルム母材および高屈折率領域の屈折率は、本発明では特に限定されず、使用する光学素子などの他の部材とのマッチングを考慮して決められるが、一般的には１．４８付近の屈折率が好適に利用される。複屈折率があると着色するので、好ましくないが、複屈折率が許容される用途であれば複屈折率が存在してもよい。高分子フィルム母材および高屈折率領域それ自体は光透過性の高い材料が好ましい。高分子フィルム母材と高屈折率領域の屈折率の差は大きいほど好適であるが、一般的には０．００５〜０．２の範囲内の屈折率差に設定される。屈折率差が０．００５未満では充分な散乱特性を得ることが容易ではない。好ましくは０．００５〜０．１の範囲内である。
【００３１】
高分子フィルム母材と高屈折率領域の屈折率は、これら二相の界面で急激に変化してもよいが、漸進的に変化するほうが、望ましい散乱特性が得られるので好ましい。
【００３２】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域の寸法（フィルム表面における寸法）は、光の波長との関係から、短軸および長軸共に、数１０ｎｍ〜数１００μｍ，好ましくは５０ｎｍ〜１００μｍ、特に１００ｎｍ〜５０μｍである。この寸法が大きすぎても小さすぎても、光が透過して所望の散乱特性が得られない。
【００３３】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域の横断面の長軸と短軸の平均寸法比（平均アスペクト比）は、１：１より大きいことが必須であるが、通常は１．２：１〜１０：１の範囲から選択され、好ましくは１．５：１〜５：１の範囲内であることが必要であり、特に２：１付近であることが好ましい。平均アスペクト比が１０：１を超えると散乱特性が低下する。また、長尺状高屈折率領域の形状は、楕円が好ましいが、矩形、棒状、卵形などでもよい。なお、本発明の拡散フィルムに形成する高屈折率領域は、長尺状領域とともに等軸領域、典型的には円形領域を含んでいてもよい。長尺状高屈折率領域だけが存在する場合も、長尺状領域と等軸領域と両方の高屈折率領域が混在する場合も、フィルムの特定方向における高屈折率領域の横断面の平均の長軸と短軸の寸法比（平均アスペクト比）が上記の範囲内にあることが好ましい。
【００３４】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域の寸法およびアスペクト比は、個々の長尺状高屈折率領域で異なってもよいし、全てが同じでもよい。しかし、寸法およびアスペクト比をランダムにする方が、モアレを防止でき、また散乱特性を良好にする効果があるので好ましい。
【００３５】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域は、フィノレムの特定方向に配向させることを特徴としているが、全ての長尺状高屈折率領域が同一方向に配向する必要はなく、平均として配向していれば所望の散乱効果は得ることができるものである。
【００３６】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域の柱状構造のフィルムに対する傾斜角度は、一般的には０〜５０度の範囲内、好ましくは１０〜２０度の範囲内である。先に図面を参照して説明したように、長尺状高屈折率領域はフィルムの法線方向から傾斜している方が選択散乱、集光特性が優れているので好ましい。長尺状高屈折率領域の傾斜角度、即ち、柱状構造の傾斜角度は、一般的に散乱特性からもまた製法的に同じにすることが容易であることからも好ましいが、異なる角度に傾斜した柱状構造が混在していても、平均としての傾斜角度によって大略の散乱特性を表すことができるし、傾斜角度の分散は視角依存の選択散乱集光特性を、より広い視角で所望にする作用があるので、好ましい場合がある。さらには、意図的に２以上の異なる傾斜角度（例えば交差状）の柱状構造の長尺状高屈折率領域を組み合わせて、特異的な散乱特性を得るようにしてもよい。
【００３７】
本発明の拡散フィルムの膜厚は、限定されないが、約２μｍ〜約１００μｍの範囲内が一般的である。
【００３８】
本発明の拡散フィルムは、好適には、液晶表示装置、特に反射型および半透過型の液晶表示装置の拡散フィルムとして有用である。
【００３９】
図７および図８に液晶表示装置の例を示す。電極６２，６４を形成したガラス基板６１、６５間に液晶層６３が存在し、拡散フィルム６６は一般的に光入射側のガラス基板６５の上に配置されるか（図７）、または光反射側のガラス基板６１の下に反射膜６７の表面に配置される（図８）。位相差板６８、偏光フィルム６９は用いる場合、一般に拡散フィルム６６の外側に設置される（図示しないが図８も同じ）。拡散フィルム６６は両方に配置してもよく、また液晶表示装置の構成は図示の例に限定されない。
【００４０】
また、バックライトにより液晶層背面から光が照射される場合には、バックライトと液晶層との間、即ち入射光側に通常光拡散フィルム層が設けられる。このバックライト方式の液晶表示装置とされる場合、本発明の光学フィルムを反射偏光子と組み合わせることにより好ましい結果が得られる。図９に、バックライト方式の液晶表示装置において、本発明の光学フィルムと反射偏光子とを組み合わせた例を示す。
【００４１】
反射偏光子を、携帯電話・ＰＤＡ等の液晶表示装置に用いるためには、反射時の明るさを確保する必要がある。反射偏光子を用いる場合、透過時の輝度を上げることに執着すると反射時の輝度が下がる。携帯電話・ＰＤＡ等の液晶表示装置において、透過、反射の両状態にあっても明るく視認性の優れた画像を実現できる光拡散フィルムとして機能する光学フィルムは好ましいものである。
【００４２】
図９において、７１は光拡散フィルムであり、７２は反射偏光子、７３はアクリル系粘着剤、７４は導光板、７５は光源である。通常光拡散フィルム７１の上に図８の液晶表示装置のガラス基板６１が接着される。導光板７４からの光は図示されていないＢＥＦ（集光シート）により集光されて、反射偏光子７２に入射される。入射した光は、反射偏光子７２によりＰ波のみが透過されＳ波は反射される。さらに、ＢＥＦ等で反射された光のＰ波を透過しＳ波を反射する。これを繰り返すうちにＳ波は、Ｐ波に変換され従来利用されなかったＳ波を、利用できるようになる。すなわち通常液晶表示装置に設けられる偏光フィルムにより、Ｓ波はカットされるが、反射偏光子の使用により従来偏光フィルムでカットされていたＳ波も有効に利用することができるようになる。なお、本発明においては、必ずしもバックライトにＢＥＦを利用する必要はなく、集光した光でなくてもよい。また、バックライトによる照明を行わない場合においても、反射偏光子は反射膜としての機能を有するため、全反射膜などの反射膜に比べれば幾分性能は落ちるが、十分反射型液晶表示装置として利用することができる。
【００４３】
また、図１０に示すように、本発明の光学フィルムを光拡散フィルム７６として用い、これを従来知られた等方散乱性の光拡散フィルム７７と組み合わせて用いることにより、正面方向の明るさが明るく、広視野角を有する液晶表示装置を得ることができる。この等方散乱性光拡散フィルムは、フィルム状とされたものでなくてもよい。例えば、本発明の光学フィルムを反射膜、ガラス基板などに接着あるいは粘着する際、接着剤あるいは粘着剤として、ベースポリマーと屈折率の異なる例えば球状のフィラーを含有する接着剤あるいは粘着剤を用い、これを用いて光学フィルムを反射膜、ガラス基板などに接着あるいは粘着し、光拡散性の接着剤層あるいは粘着剤層を形成することによってもよい。等方散乱性の光拡散フィルムあるいは光拡散層と本発明の光学フィルムとを組み合わせることにより、等方散乱性の光拡散フィルムにより周辺からの光はブロードに拡散され、このブロードに拡散された光をも含め本発明の光学フィルムにより正面方向に光の集光が行われる。これにより、本発明の光学フィルムの効果と従来の等方散乱性のフィルムとの効果が相侯って、正面方向から液晶画面を観察の際には視認性がよく、明るい画像を観察することができるとともに、広い視野角を有する液晶表示装置を形成することができる。
【００４４】
液晶表示装置の例として携帯電話を参照して説明すると、図４，図５に示したような拡散フィルムを使用し、図１１Ｂの如く、携帯電話８１の表示画面８２の左右方向に長尺状高屈折率領域８３の長軸方向が配向し、また柱状構造８３の傾斜が柱状構造のフィルム表面側端部が画面の上方に、柱状構造のフィルム底面側端部が画面の下方に向くように拡散フィルムを設置することが、最適の散乱特性を得ることができるので好ましい。このような携帯電話では、視者８６が携帯電話８１を目視するとき、視者の背後上方から正面の上方までの広い範囲から入射した光が、液晶表示素子で反射されるとき、主として視者８６の方向に選択的に散乱集光反射することができる。このような散乱反射特性は、携帯電話などの表示画面を見る場合の最も多い利用態様において、画像の明るさを向上させるものである。
【００４５】
図１２は本発明の別の液晶表示装置の例を示す。液晶表示装置９１は偏光板（図７の６９参照）を含むタイプが多いが、その場合、偏光板はその偏光軸の方向９３を表示画面９２の視者からみて上下方向９４からある角度θ（例えば約３５〜４５°）だけ左右どちらかに傾けて設置されることが多い。偏光板は偏光軸方向の光を利用するので、本発明の散乱フィルムも偏光軸方向の散乱が強くなるように、長尺状領域（円柱構造の横断面）９５の短軸方向が偏光板の偏光軸方向に設定されることが望ましい。なおこの場合も長尺状領域と偏光軸との配向の整合性は完全であることは好ましいが、実質的であればよい。
【００４６】
上記したごとき特性は、バックライトから液晶表示装置に照射光が入射される場合も同様であり、したがって、透過、反射の両状態において、明るく視認性の優れた画像を実現できる。また、上記したように、反射偏光子あるいは等方散乱性光拡散フィルムを本発明の光拡散フィルムとともに用いた場合にも、正面方向で従来の光拡散フィルムを用いた場合に比べより明るい表示画像を得ることが可能になるとともに、視野角の広い表示を行うことができる。
【００４７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何等限定されるものではない。
【００４８】
実施例
実施例１
図１３を参照する。感光性ポリマーとしてポリエチレンテレフタレートフィルム１０１上に塗布された厚さ５０μｍのＤｕＰｏｎｔ製ＯＭＮＩＤＥＸ，ＨＲＦ６００を用い、この感光性ポリマー層１０２の表面に図４の如く楕円形孔パターンを有するマスク１０３をハードコンタクト法で密着させた。ただし、マスクの楕円形孔パターンは、長軸および短軸の比が２：１、長軸寸法が５００ｎｍ〜３０μｍの範囲内で平均が２μｍであった。楕円形孔は一軸方向に配向していた。
【００４９】
水銀ランプから得られた紫外線をレンズ系で平行光に集光して、マスク１０３の上方から法線に対してθ＝０〜５０度の範囲の照射角度から選択して照射した。照射時間は数秒から数分とした。その後、１２０℃で１時間加熱処理した。
【００５０】
その結果、マスクの孔パターンに従った断面構造を有し、フィルム法線方向に対して所定の傾斜角度の柱状構造を成す高屈折率領域を有する拡散フィルムが得られた。拡散フィルムの高分子マトリックスの屈折率は１．４７、高屈折率領域の屈折率は１．５２であった。
【００５１】
こうして得られた拡散フィルムの透過散乱特性を、図１４に示すように、拡散フィルム１０５の一方側から入射１０６させ、フィルムの反対側に光ディテクター１０７を配置し、光ディテクター１０７の位置を変えて出射光の方向および角度（入射光の進行方向に対する方向および角度）と透過光強度の関係を求めた。また、入射光の入射方向および角度を変えて、それぞれについて同様に、出射光の方向および角度（入射光の進行方向に対する方向および角度）と透過光強度の関係を求めた。入射光および出射光の方向および角度の定義は、先に図１〜６を参照して説明したとおりとした。
【００５２】
その結果、例えば、感光性ポリマーに対する光照射角度２０度の拡散フィルムについて、得られた透過散乱特性を図５Ｂに示す。即ち、フィルム表面において、楕円の長軸方向をｘ軸方向、柱状構造の軸線方向に入射する方向をｙ軸正の方向とすると、ｙ軸負の方向では殆ど散乱のない透明な状態であった。一方、ｘ軸正方向からｙ軸正方向を経てｘ軸負方向へ至る上半分の光は、正面方向に散乱が集中するように異方性を持った散乱が生じている。これらのため、入射した光は効率よく正面に集光され、正面輝度が向上していた。
【００５３】
実施例２
実施例１と同様の感光性ポリマーに、楕円形状の長短軸比が１．５：１のマスクを用い、光照射角度θを２０度とした以外、実施例１と同様にして、拡散フィルムを作成した。
【００５４】
実施例１と同様に透過散乱特性を評価した。
【００５５】
実施例１と同様に、効率よく正面に入射光を集光できていた。
【００５６】
実施例３
実施例１と同様の感光性ポリマーに、楕円形状の長短軸比が２：１のマスクを用い、光照射角度θを１０度とした以外、実施例１と同様にして、拡散フィルムを作成した。
【００５７】
実施例１と同様に透過散乱特性を評価した。
【００５８】
実施例１と同様に、効率よく正面に入射光を集光できていた。
【００５９】
実施例４
実施例１と同様の感光性ポリマーに、楕円形状の長短軸比が１．５：１のマスクを用い、光照射角度θを１０度とした以外、実施例１と同様にして、拡散フィルムを作成した。
【００６０】
実施例１と同様に透過散乱特性を評価した。
【００６１】
実施例１と同様に、効率よく正面に入射光を集光できていた。
【００６２】
実施例５
実施例１と同様の感光性ポリマーに、楕円形状の長短軸比が１．５：１のマスクを用い、光照射角度θを０度とした以外、実施例１と同様にして、拡散フィルムを作成した。
【００６３】
実施例１と同様に透過散乱特性を評価した。
【００６４】
得られた透過散乱特性を図６Ｂに示す。即ち、フィルム表面において楕円短軸方向（フィルムｙ軸方向）から入射した光は、フィルムｙ軸方向に伸びた散乱をしていた。この方向の光は効率よく正面に光を集光することができる。携帯電話の小型情報機器の液晶ディスプレイでは正面の光を効率よく集光することがポイントになっているので、実施例５の拡散フィルムはこの方向の光を効率よく集光できている。
【００６５】
産業上の利用可能性
本発明によれば、高分子フィルム中に長尺状断面を持つ柱状構造の高屈折率領域を形成した拡散フィルムが提供され、正面に散乱が集中するように異方性を持った散乱が生じる効果があり、さらには正面視角方向は透明であるため、液晶表示パネルなどに拡散フィルムとして使用した場合、視角方向の正面輝度が向上する効果がある。またこのような効果を有する拡散フィルムを用いた光学素子および液晶表示装置も提供される。
【図面の簡単な説明】
図１Ａ−１Ｄは高分子フィルム中に円柱構造の高屈折率領域を有する拡散フィルムと、高分子フィルム中にフィラーを充填した拡散フィルムの、断面図および垂直入射光の透過散乱特性図である。
図２は高分子フィルム中に円柱構造の高屈折率領域をフィルム法線方向に有する拡散フィルムの入射角依存の透過散乱特性図である。
図３Ａ及び図３Ｂは高分子フィルム中に円柱構造の高屈折率領域をフィルム法線方向に対して傾斜して有する拡散フィルムの断面図と入射角依存の透過散乱特性図である。
図４は高分子フィルム中に楕円断面の柱状構造の高屈折率領域を有する拡散フィルムの平面図である。
図５Ａ及び図５Ｂは高分子フィルム中に楕円断面の柱状構造の高屈折率領域をフィルム法線方向に対して傾斜して有する拡散フィルムの断面図と入射角依存の透過散乱特性図である。
図６Ａ及び図６Ｂは高分子フィルム中に楕円断面の柱状構造の高屈折率領域をフィルム法線方向に有する拡散フィルムの断面図と入射角依存の透過散乱特性図である。
図７は液晶表示装置の模式断面図である。
図８は別の液晶表示装置の模式断面図である。
図９は光学フィルムと反射偏光子の積層フィルムの光拡散・透過特性を説明するための説明図である。
図１０は本発明の光学フィルムと等方光拡散フィルムとの積層フィルムである。
図１１Ａ及び図１１Ｂは携帯電話に拡散フィルムを使用した例を示す正面図および部分側面図である。
図１２は本発明を偏光フィルムを用いた液晶表示装置に適用する場合の例を示す。
図１３は実施例における感光性ポリマーの露光方法を説明する図である。
図１４は実施例における拡散フィルムの透過散乱特性の評価方法を説明する図である。
発明の技術分野
本発明は制御された散乱特性を有する光拡散フィルムおよびそれを用いた光学素子および液晶表示装置に関する。
【０００２】
背景技術
反射型の液晶表示装置あるいは半透過型の液晶表示装置では、一般に、入射光が液晶層を透過し反射膜で反射され再び液晶層を透過して視者の目に表示画像が入る際に、液晶層の表面に及び／又は液晶層と反射膜の間に光散乱フィルムを配置して光を散乱させることにより、広い視野角で画像の視認を可能にしている。光散乱はまた光拡散とも言われる。
【０００３】
光散乱を得る方法としては、例えば、プラスチックフィルムに透明微粒子を分散含有させて光を散乱させる方法や、プラスチックフィルムの表面を粗面化して光を散乱させる方法が代表的である。
【０００４】
また、複屈折特性が異なる微小領域を分散分布させてなる複屈折フィルムの重畳体からなり、複屈折性フィルムを微小領域との屈折率差を利用して、光を散乱させる方法が提案されている（特開平１１−１７４２１１号公報）。
【０００５】
高分子フィルム中に同じ高分子からなる微小結晶領域が分散分布してなり、その微小領域と他部分との屈折率が相違して光散乱性を示すフィルムも提案されている（特開平１１−３２６６１０号公報、特開２０００−２６６９３６号公報、特開２０００−２７５４３７号公報など）。
【０００６】
しかしながら、上記のような光散乱方法は、いずれも基本的に光を等方的に散乱させるものであるので、バックライトを用いない反射式液晶画面では画像が暗くなる欠点がある。
【０００７】
これに対して、高分子フィルム中に屈折率の高い領域をフィルムの厚さ方向に円柱状に多数形成した光拡散フィルムが販売されている。この拡散フィルムによれば、一方向の散乱と逆方向の透過性を両立させ、また選択的な視野角／拡散性能も実現できると謳われている。
【０００８】
確かにこの拡散フィルムによれば、等方散乱タイプの従来の散乱フィルムなどと比べて、特定の視野角において相対的に明るい画像を得ることができる。
【０００９】
しかしながら、携帯電話などのように入射光の少ないところでも使用される液晶表示装置では、特に反射型あるいは半透過型液晶表示装置においてさらに高い明度の画像が望まれる。
【００１０】
本発明はこのような従来技術の課題を解決せんとするものであり、従来以上に視野角においてより明るい画像を提供するような選択的光拡散性、さらには集光性を有する光拡散フィルム、それを用いた光学フィルムおよび液晶表示装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
発明の開示
本発明は、上記の目的を達成するために、下記を提供する。
（１）光を散乱透過させる屈折率の異なる二相からなる光拡散フィルムにおいて、屈折率の大きい一相がフィルムの厚さ方向に延在する柱状構造を有し円筒レンズとして機能する多数の領域を含み、前記多数の領域は柱状構造の横断面形状が長尺状の領域を含み、前記長尺状領域の前記横断面の長軸および短軸の平均アスペクト比が１．５：１〜５：１の範囲内であり、かつ前記長尺状領域がフィルムの特定方向に配向していることを特徴とする光拡散フィルム。
（２）前記多数の領域は柱状構造の軸線が互に平行であり、かつその軸線がフィルムの法線方向に対して傾斜している（１）に記載の光拡散フィルム。
（３）前記多数の領域は柱状構造の軸線がフィルムの法線方向である（１）に記載の光拡散フィルム。
（４）前記フィルムの屈折率の異なる二相の屈折率の差が０．００５〜０．２の範囲内である（１）〜（３）のいずれかに記載の光拡散フィルム。
（５）前記フィルムが感光性を有する高分子材料から製造されたものである（１）〜（４）のいずれかに記載の光拡散フィルム。
（６）（１）〜（５）のいずれかに記載の光拡散フィルムを用いたことを特徴をする光学素子。
（７）（６）に記載の光学素子を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
（８）光拡散フィルムの前記領域の横断面の前記長軸方向が液晶表示装置の視点方向から見て左右方向になるように、光拡散フィルムが配置されている（７）に記載の液晶表示装置。
（９）光拡散フィルムの前記領域の柱状構造の軸線方向がフィルム法線方向に対して傾斜しかつその傾斜方向が視点に対して遠ざかる方向である（８）に記載の液晶表示装置。
（１０） 液晶表示装置が偏光フィルムを含み、偏光フィルムの偏光軸が液晶表示画面の視点方向から見て左右いずれか方向に傾けて設置され、光拡散フィルムの前記領域の横断面の前記短軸方向が偏光フィルムの前記偏光軸方向に配置されている（７）に記載の液晶表示装置。
（１１）感放射線性高分子フィルムの表面に、孔パターンを有するマスクとなる層を形成し、前記マスクの上方から法線に対して０〜５０度の範囲から選択された照射角で感放射線性フィルムに前記マスクを通して放射線を照射することによって、高屈折率の柱状構造を形成することを含むことを特徴とする、（１）〜（５）のいずれか１項に記載の光拡散フィルムの製造方法。
【００１２】
発明の実施の形態本
発明を説明するために、従来の光拡散フィルムにおける光拡散現象を先に図を参照して説明することが便宜である。
図１Ａは高屈折率領域を円筒状に形成した従来の光拡散フィルム１の横断面図である。高分子フィルム２中に光の波長に近い直径を有する円柱状の高屈折率領域３がフィルム表面に垂直に形成されている。このような円筒状高屈折率領域３は円柱レンズとして機能し、フィルムに垂直に即ち円柱の軸線に平行に入射した光は例えば半値幅約１０〜２０度のガウス分布の散乱を示すことができる。図１Ａの光拡散フィルム１においてフィルム１に対する入射角が大きくなって、円柱の軸線に対して大きく傾斜した角度で入射するようになると、光は散乱性を失い、高い透過性を示すようになる。例えば、フィルム表面に対して４５度〜６０度の角度で入射した光は殆ど散乱されず、透過する。
【００１３】
図１Ｂは、フィルム表面に垂直の角度（入射角ゼロ度）で入射した光がこのフィルムを透過したとき出射角θの透過光の強度を示す。透過光強度はガウス分布をしているが、この半値幅をもって散乱の広がり、選択性を表すことができる。図１Ｂでは半値幅は１０°である。
【００１４】
図１Ｃは高分子フィルムにフィラーを分散させたタイプの従来の散乱フィルムの模式横断面を、図１Ｄはその透過光の図１Ｂと同様の散乱強度を示す。図１Ｂと図１Ｄを比較すると、図１Ａの光拡散フィルム１が選択的な散乱特性（特定幅内の散乱）を示すことが示されている。
【００１５】
図２は図１Ａの拡散フィルムの入射光の方向および入射角に依存する散乱特性を表示したものである。座標の中心は、フィルム表面に垂直に光が入射する場合を表し、この座標中心に描かれた図形（円４）はフィルム表面に垂直に光が入射する場合の透過散乱光の指向性と強度を示す。円４は散乱光が等方的に散乱することを表し、円の大きさは散乱強度が大きいことを表すので、出射光は入射光軸に対してあまり大きくない角度（例えば１０〜２０°）で強く散乱したことを示している。座標軸のｘ軸上の楕円状の図形５，６は、フィルム表面に垂直な方向からフィルムのｘ軸方向（図１の図面法線方向をｘ軸方向とする）に角度θ（ｘ）だけ傾斜して光が入射する場合の透過散乱光の指向性と強度を示す。この透過散乱光５，６は、全体として散乱強度が垂直入射の場合より弱く、しかもｙ軸方向に比べてｘ軸方向の散乱が少ないことが見られる。同様に、座標軸のｙ軸上の円または楕円状の図形７，８は、フィルム表面に垂直な方向からフィルム上のｘ軸に垂直なｙ軸方向に角度θ（ｙ）だけ傾斜して光が入射する場合の透過散乱光の指向性と強度を示す。この透過散乱光７，８は、全体として散乱強度が垂直入射の場合より弱く、しかもｘ軸方向に比べてｙ軸方向の散乱が少ないことが見られる。図２を参照すると、フィルム表面に垂直な方向から光が入射した場合（入射角ゼロ度）４には、一定の範囲の強い散乱が観測されるが、入射角が大きくなると楕円５〜８の径が小さく成っており、即ち、光散乱が減少し殆どの光が透過することが読み取られる。また、傾斜して入射する場合５〜８、入射方向に対して平行方向よりも横方向に余計に散乱することも示されている。
【００１６】
図３Ａは、図１Ａと同様の円柱状領域（円筒レンズ）２３を高分子フィルム２２の表面に対して法線方向ではなく、フィルムのｙ軸方向（図３Ａの左方向がｙ軸正方向とする）に角度θ０だけ傾斜させて形成した拡散フィルム２１の横断面を示す。このフィルムの光散乱は、円柱状領域２３の軸線方向から入射した場合が図１Ａの拡散フィルムの法線方向から入射した場合に相当する特性を示す。結果として、フィルム表面を基準に図２と同様に散乱特性を表現すると、図３Ｂになる。
【００１７】
図３Ｂにおいて、フィルムのｙ軸正方向の角度θ０から入射した場合の透過光２４は、図１Ｂのフィルムの法線方向から入射した場合に相当するので円形散乱を示す。フィルムの法線方向から入射した場合の透過光２５は、図２のフィルムのｙ軸マイナス角度θ０から入射した場合に相当して、透過光２４よりは散乱強度が小さいがｘ軸方向への指向性が強い楕円状散乱を示す。フィルムのｙ軸負方向の角度θ０から入射した場合の透過光２６は、円筒レンズの軸線に対して入射角が大きく傾斜して円筒レンズの横断方向から入射するので、散乱（強度）が小さくなっている。また、フィルムのｘ軸方向から入射した場合の透過光２７、２８は、図３Ｂに見られるように、傾斜した楕円状の散乱特性を示し、いずれの透過光２７，２８もｙ軸方向への指向性が強くなる傾向を示している。
【００１８】
その結果、図３Ａ及び図３Ｂの拡散フィルムを反射膜と組み合わせて使用したとき、ｙ軸負方向を視者（目視方向）とすると、正面（ｙ軸正方向）からの入射光は一定の角度範囲で強く散乱され、従って視者方向にも一定の強い散乱があり、かつ反射光は散乱が少ない。また、左右（ｘ軸正負方向）からの入射光は一定強度で散乱され、また視者方向への集光効果もあり、しかもその透過光の反射光も散乱は少ないといえる。以上のことから、図３Ａ及び図３Ｂの拡散フィルムを具備した液晶表示装置、例えば、携帯電話の表示画面をｙ軸負方向ないし正面から見るとき、正面（ｙ軸正方向）あるいは左右（ｘ軸正負方向）からの入射光（照明光）は視者の方向に一定の集光効果をもって散乱するので、図２の等方的散乱フィルムの場合と比べて視者からは明るい画面が観測されることになる。
【００１９】
本発明者が知る限りでは、従来技術では、図３Ａの態様の拡散フィルムが図１の拡散フィルムを含む他の拡散フィルムと比べて、選択散乱特性および集光効果が優れていることまでは報告されていない。しかし、従来技術の開示の態様には高分子フィルムに円筒状領域を傾斜して形成して拡散フィルムとして使用できるとの開示が含まれている。いま仮に、その傾斜方向を全て同じに形成した場合には、図３Ａの態様の拡散フィルムになる。
【００２０】
これに対して、本発明は、高分子フィルム中に断面形状が長尺状の円柱構造の高屈折率領域をフィルム膜厚方向に延在するように多数形成し、かつその長尺状の領域をフィルムの特定方向に配向させた拡散フィルム、好ましくはその長尺状の円柱構造をフィルム表面に傾斜して平行に形成した拡散フィルムを提供するものであり、その特定の構成及び効果は従来技術では開示または示唆されていないものである。
【００２１】
図４は、そのような本発明の拡散フィルムの１例のフィルム表面を示すものである。拡散フィルム３１は高分子フィルム３２中に分散して形成された高屈折率領域３３を多数有し、かつこの高屈折率領域３３は長尺状であり、かつフィルムの特定方向に配向している。図４において、高屈折率の長尺状領域３３の長軸が配向された方向をフィルムのｘ軸方向、短軸方向をフィルムのｙ軸方向とする。
【００２２】
本発明の拡散フィルム３１において高屈折率の長尺状領域３３を傾斜させる場合、傾斜方向はｙ軸方向が好ましい。図５Ｂは、図４のような表面パターンを有し、図５Ａに示す如くｙ軸方向に角度θ０（約２０°）だけ傾斜した長尺状領域（アスペクト比約２：１）３３を有する拡散フィルムについての、図２と同様の散乱特性を模式的に示すものである。
【００２３】
図５Ｂにおいて、フィルムのｙ軸正方向からの入射光は長尺状断面の柱状構造によって散乱されるとき、高屈折率の長尺状領域３３の長軸方向が短軸方向より光透過性が高いために、フィルムを透過した光の散乱特性は楕円３４で表されるようにｙ軸方向への指向性が強い散乱を示し、かつこの散乱光の楕円は同じ傾きの円柱状構造を透過した場合よりも余計にｙ軸方向への指向性散乱特性である。フィルムの法線方向から入射した場合にもなおｙ軸方向への指向性散乱特性３５を示すことができる。フィルムの左右方向（ｘ軸方向）から入射した光についても同様であり、図３Ｂの場合の散乱特性をｙ軸方向に長くなるように変形した散乱特性３６、３７が得られる。いずれの場合も、視者方向（ｙ軸負方向）への散乱光強度は図３Ｂの場合より強くなっている。図５Ｂにはｘｙ座標の第１象限および第２象限の方向からの入射光についての透過散乱特性３８も示した。これらの透過散乱特性３８も、視角方向（ｙ軸負方向）への散乱光強度が強く表れている。従って、拡散フィルムを表示画面とすると、視者に対して、視者の背後以外の全ての方向、特に正面方向の広い角度からの入射光（照明光）が、高屈折領域が円柱状構造の場合よりもより強く視角方向（ｙ軸負方・向）へ散乱集光することが示されている。さらに、視角方向（ｙ軸負方向）の透過散乱特性３９は、むしろｙ軸方向に短くなる傾向を示しており、このことは透過率が高いと解釈でき、上記の如く、視者の背後以外の全ての方向から選択的に散乱集光した光を、反射膜で反射された後、無駄に散乱することなく視角に反射してくることを意味する。従って、この点も反射画像の明るさの向上に寄与する。
【００２４】
本発明の拡散フィルムは、上記の如く、柱状構造がフィルム表面に対して傾斜していることが好ましいが、必ずしも傾斜している必要はなく、フィルムの法線方向に形成されていてもよい。
【００２５】
図６Ｂは、図４に示したような表面パターンに高屈折率領域４３を高分子フィルム４２中に形成しかつ図６Ａに示す如く柱状構造をフィルム法線方向に形成した拡散フィルム４１の、図２と同様の散乱特性を模式的に示すものである。
【００２６】
この場合、フィルムに垂直に入射した光は、前述のように楕円の長軸方向の光透過性が短軸方向より高いので、楕円の短軸方向、即ち、フィルムのｙ軸方向（図の左右方向）により多く散乱する（透過光散乱特性４４）。ｙ軸方向に傾斜して入射した光のｙ軸方向の散乱は、柱状構造に対して斜めに入射する分だけ法線方向入射の場合より少ないが、やはりｙ軸方向に散乱する（透過光散乱特性４５，４６）。一方、フィルムのｘ軸方向（図の法線方向）から傾斜して入射する光は、柱状構造に対して長軸方向に入射するため、短軸方向（ｙ軸方向）への散乱はずっと少なくなり、全体として散乱が少なくなる（透過光散乱特性４７，４８）。
【００２７】
図６の場合にも、散乱特性は、高屈折率領域が円形から長尺状に変化したことにより、視角方向への散乱が多い散乱特性、特に視者に対して正面方向からの入射光の選択的散乱が高い散乱特性４４、４５が得られる。
【００２８】
本発明の拡散フィルムにおける長尺状の横断面形状を有する柱状構造の形成方法は特に限定されず、従来公知の全ての方法から選択採用できるが、感放射線性を有する高分子フィルムに選択的に放射線照射して、高屈折率の柱状構造を形成する方法が好ましい。高分子フィルムは放射線照射前にはプレポリマーまたはモノマーでもよく、放射線照射後に必要に応じて加熱などの方法で重合させてもよい。感放射線性高分子フィルムに柱状構造を形成することは、感放射線性高分子フィルムの表面にマスクとなる層を形成し、このマスク層に長尺状孔パターンを形成し、その長尺状孔パターンを通して感放射線性高分子フィルムに放射線を所定の角度で照射することによって、行うことができる。マスクの形成方法はフォトリソグラフィー法で知られている。そのほか、感放射線性高分子フィルムに放射線を走査照射して直接に感放射線領域を形成してもよい。また、高分子フィルムにレーザービームその他の方法で穿孔して、孔内に高屈折率材料を充填させる方法でもよい。
【００２９】
放射線照射により高屈折率領域を形成する感放射線性高分子フィルムの材料は、特に限定されないが、例えば、ＤｕＰｏｎｔ社よりＯＭＮＩＤＥＸ（登録商標）、ＨＲＦ１５０およびＨＲＦ６００として市販されているものを使用できる。
【００３０】
高分子フィルム母材および高屈折率領域の屈折率は、本発明では特に限定されず、使用する光学素子などの他の部材とのマッチングを考慮して決められるが、一般的には１．４８付近の屈折率が好適に利用される。複屈折率があると着色するので、好ましくないが、複屈折率が許容される用途であれば複屈折率が存在してもよい。高分子フィルム母材および高屈折率領域それ自体は光透過性の高い材料が好ましい。高分子フィルム母材と高屈折率領域の屈折率の差は大きいほど好適であるが、一般的には０．００５〜０．２の範囲内の屈折率差に設定される。屈折率差が０．００５未満では充分な散乱特性を得ることが容易ではない。好ましくは０．００５〜０．１の範囲内である。
【００３１】
高分子フィルム母材と高屈折率領域の屈折率は、これら二相の界面で急激に変化してもよいが、漸進的に変化するほうが、望ましい散乱特性が得られるので好ましい。
【００３２】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域の寸法（フィルム表面における寸法）は、光の波長との関係から、短軸および長軸共に、数１０ｎｍ〜数１００μｍ，好ましくは５０ｎｍ〜１００μｍ、特に１００ｎｍ〜５０μｍである。この寸法が大きすぎても小さすぎても、光が透過して所望の散乱特性が得られない。
【００３３】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域の横断面の長軸と短軸の平均寸法比（平均アスペクト比）は、１：１より大きいことが必須であるが、通常は１．２：１〜１０：１の範囲から選択され、好ましくは１．５：１〜５：１の範囲内であることが必要であり、特に２：１付近であることが好ましい。平均アスペクト比が１０：１を超えると散乱特性が低下する。また、長尺状高屈折率領域の形状は、楕円が好ましいが、矩形、棒状、卵形などでもよい。なお、本発明の拡散フィルムに形成する高屈折率領域は、長尺状領域とともに等軸領域、典型的には円形領域を含んでいてもよい。長尺状高屈折率領域だけが存在する場合も、長尺状領域と等軸領域と両方の高屈折率領域が混在する場合も、フィルムの特定方向における高屈折率領域の横断面の平均の長軸と短軸の寸法比（平均アスペクト比）が上記の範囲内にあることが好ましい。
【００３４】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域の寸法およびアスペクト比は、個々の長尺状高屈折率領域で異なってもよいし、全てが同じでもよい。しかし、寸法およびアスペクト比をランダムにする方が、モアレを防止でき、また散乱特性を良好にする効果があるので好ましい。
【００３５】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域は、フィノレムの特定方向に配向させることを特徴としているが、全ての長尺状高屈折率領域が同一方向に配向する必要はなく、平均として配向していれば所望の散乱効果は得ることができるものである。
【００３６】
本発明の拡散フィルムに形成する長尺状高屈折率領域の柱状構造のフィルムに対する傾斜角度は、一般的には０〜５０度の範囲内、好ましくは１０〜２０度の範囲内である。先に図面を参照して説明したように、長尺状高屈折率領域はフィルムの法線方向から傾斜している方が選択散乱、集光特性が優れているので好ましい。長尺状高屈折率領域の傾斜角度、即ち、柱状構造の傾斜角度は、一般的に散乱特性からもまた製法的に同じにすることが容易であることからも好ましいが、異なる角度に傾斜した柱状構造が混在していても、平均としての傾斜角度によって大略の散乱特性を表すことができるし、傾斜角度の分散は視角依存の選択散乱集光特性を、より広い視角で所望にする作用があるので、好ましい場合がある。さらには、意図的に２以上の異なる傾斜角度（例えば交差状）の柱状構造の長尺状高屈折率領域を組み合わせて、特異的な散乱特性を得るようにしてもよい。
【００３７】
本発明の拡散フィルムの膜厚は、限定されないが、約２μｍ〜約１００μｍの範囲内が一般的である。
【００３８】
本発明の拡散フィルムは、好適には、液晶表示装置、特に反射型および半透過型の液晶表示装置の拡散フィルムとして有用である。
【００３９】
図７および図８に液晶表示装置の例を示す。電極６２，６４を形成したガラス基板６１、６５間に液晶層６３が存在し、拡散フィルム６６は一般的に光入射側のガラス基板６５の上に配置されるか（図７）、または光反射側のガラス基板６１の下に反射膜６７の表面に配置される（図８）。位相差板６８、偏光フィルム６９は用いる場合、一般に拡散フィルム６６の外側に設置される（図示しないが図８も同じ）。拡散フィルム６６は両方に配置してもよく、また液晶表示装置の構成は図示の例に限定されない。
【００４０】
また、バックライトにより液晶層背面から光が照射される場合には、バックライトと液晶層との間、即ち入射光側に通常光拡散フィルム層が設けられる。このバックライト方式の液晶表示装置とされる場合、本発明の光学フィルムを反射偏光子と組み合わせることにより好ましい結果が得られる。図９に、バックライト方式の液晶表示装置において、本発明の光学フィルムと反射偏光子とを組み合わせた例を示す。
【００４１】
反射偏光子を、携帯電話・ＰＤＡ等の液晶表示装置に用いるためには、反射時の明るさを確保する必要がある。反射偏光子を用いる場合、透過時の輝度を上げることに執着すると反射時の輝度が下がる。携帯電話・ＰＤＡ等の液晶表示装置において、透過、反射の両状態にあっても明るく視認性の優れた画像を実現できる光拡散フィルムとして機能する光学フィルムは好ましいものである。
【００４２】
図９において、７１は光拡散フィルムであり、７２は反射偏光子、７３はアクリル系粘着剤、７４は導光板、７５は光源である。通常光拡散フィルム７１の上に図８の液晶表示装置のガラス基板６１が接着される。導光板７４からの光は図示されていないＢＥＦ（集光シート）により集光されて、反射偏光子７２に入射される。入射した光は、反射偏光子７２によりＰ波のみが透過されＳ波は反射される。さらに、ＢＥＦ等で反射された光のＰ波を透過しＳ波を反射する。これを繰り返すうちにＳ波は、Ｐ波に変換され従来利用されなかったＳ波を、利用できるようになる。すなわち通常液晶表示装置に設けられる偏光フィルムにより、Ｓ波はカットされるが、反射偏光子の使用により従来偏光フィルムでカットされていたＳ波も有効に利用することができるようになる。なお、本発明においては、必ずしもバックライトにＢＥＦを利用する必要はなく、集光した光でなくてもよい。また、バックライトによる照明を行わない場合においても、反射偏光子は反射膜としての機能を有するため、全反射膜などの反射膜に比べれば幾分性能は落ちるが、十分反射型液晶表示装置として利用することができる。
【００４３】
また、図１０に示すように、本発明の光学フィルムを光拡散フィルム７６として用い、これを従来知られた等方散乱性の光拡散フィルム７７と組み合わせて用いることにより、正面方向の明るさが明るく、広視野角を有する液晶表示装置を得ることができる。この等方散乱性光拡散フィルムは、フィルム状とされたものでなくてもよい。例えば、本発明の光学フィルムを反射膜、ガラス基板などに接着あるいは粘着する際、接着剤あるいは粘着剤として、ベースポリマーと屈折率の異なる例えば球状のフィラーを含有する接着剤あるいは粘着剤を用い、これを用いて光学フィルムを反射膜、ガラス基板などに接着あるいは粘着し、光拡散性の接着剤層あるいは粘着剤層を形成することによってもよい。等方散乱性の光拡散フィルムあるいは光拡散層と本発明の光学フィルムとを組み合わせることにより、等方散乱性の光拡散フィルムにより周辺からの光はブロードに拡散され、このブロードに拡散された光をも含め本発明の光学フィルムにより正面方向に光の集光が行われる。これにより、本発明の光学フィルムの効果と従来の等方散乱性のフィルムとの効果が相侯って、正面方向から液晶画面を観察の際には視認性がよく、明るい画像を観察することができるとともに、広い視野角を有する液晶表示装置を形成することができる。
【００４４】
液晶表示装置の例として携帯電話を参照して説明すると、図４，図５に示したような拡散フィルムを使用し、図１１Ｂの如く、携帯電話８１の表示画面８２の左右方向に長尺状高屈折率領域８３の長軸方向が配向し、また柱状構造８３の傾斜が柱状構造のフィルム表面側端部が画面の上方に、柱状構造のフィルム底面側端部が画面の下方に向くように拡散フィルムを設置することが、最適の散乱特性を得ることができるので好ましい。このような携帯電話では、視者８６が携帯電話８１を目視するとき、視者の背後上方から正面の上方までの広い範囲から入射した光が、液晶表示素子で反射されるとき、主として視者８６の方向に選択的に散乱集光反射することができる。このような散乱反射特性は、携帯電話などの表示画面を見る場合の最も多い利用態様において、画像の明るさを向上させるものである。
【００４５】
図１２は本発明の別の液晶表示装置の例を示す。液晶表示装置９１は偏光板（図７の６９参照）を含むタイプが多いが、その場合、偏光板はその偏光軸の方向９３を表示画面９２の視者からみて上下方向９４からある角度θ（例えば約３５〜４５°）だけ左右どちらかに傾けて設置されることが多い。偏光板は偏光軸方向の光を利用するので、本発明の散乱フィルムも偏光軸方向の散乱が強くなるように、長尺状領域（円柱構造の横断面）９５の短軸方向が偏光板の偏光軸方向に設定されることが望ましい。なおこの場合も長尺状領域と偏光軸との配向の整合性は完全であることは好ましいが、実質的であればよい。
【００４６】
上記したごとき特性は、バックライトから液晶表示装置に照射光が入射される場合も同様であり、したがって、透過、反射の両状態において、明るく視認性の優れた画像を実現できる。また、上記したように、反射偏光子あるいは等方散乱性光拡散フィルムを本発明の光拡散フィルムとともに用いた場合にも、正面方向で従来の光拡散フィルムを用いた場合に比べより明るい表示画像を得ることが可能になるとともに、視野角の広い表示を行うことができる。
【００４７】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例により何等限定されるものではない。
【００４８】
実施例
実施例１
図１３を参照する。感光性ポリマーとしてポリエチレンテレフタレートフィルム１０１上に塗布された厚さ５０μｍのＤｕＰｏｎｔ製ＯＭＮＩＤＥＸ，ＨＲＦ６００を用い、この感光性ポリマー層１０２の表面に図４の如く楕円形孔パターンを有するマスク１０３をハードコンタクト法で密着させた。ただし、マスクの楕円形孔パターンは、長軸および短軸の比が２：１、長軸寸法が５００ｎｍ〜３０μｍの範囲内で平均が２μｍであった。楕円形孔は一軸方向に配向していた。
【００４９】
水銀ランプから得られた紫外線をレンズ系で平行光に集光して、マスク１０３の上方から法線に対してθ＝０〜５０度の範囲の照射角度から選択して照射した。照射時間は数秒から数分とした。その後、１２０℃で１時間加熱処理した。
【００５０】
その結果、マスクの孔パターンに従った断面構造を有し、フィルム法線方向に対して所定の傾斜角度の柱状構造を成す高屈折率領域を有する拡散フィルムが得られた。拡散フィルムの高分子マトリックスの屈折率は１．４７、高屈折率領域の屈折率は１．５２であった。
【００５１】
こうして得られた拡散フィルムの透過散乱特性を、図１４に示すように、拡散フィルム１０５の一方側から入射１０６させ、フィルムの反対側に光ディテクター１０７を配置し、光ディテクター１０７の位置を変えて出射光の方向および角度（入射光の進行方向に対する方向および角度）と透過光強度の関係を求めた。また、入射光の入射方向および角度を変えて、それぞれについて同様に、出射光の方向および角度（入射光の進行方向に対する方向および角度）と透過光強度の関係を求めた。入射光および出射光の方向および角度の定義は、先に図１〜６を参照して説明したとおりとした。
【００５２】
その結果、例えば、感光性ポリマーに対する光照射角度２０度の拡散フィルムについて、得られた透過散乱特性を図５Ｂに示す。即ち、フィルム表面において、楕円の長軸方向をｘ軸方向、柱状構造の軸線方向に入射する方向をｙ軸正の方向とすると、ｙ軸負の方向では殆ど散乱のない透明な状態であった。一方、ｘ軸正方向からｙ軸正方向を経てｘ軸負方向へ至る上半分の光は、正面方向に散乱が集中するように異方性を持った散乱が生じている。これらのため、入射した光は効率よく正面に集光され、正面輝度が向上していた。
【００５３】
実施例２
実施例１と同様の感光性ポリマーに、楕円形状の長短軸比が１．５：１のマスクを用い、光照射角度θを２０度とした以外、実施例１と同様にして、拡散フィルムを作成した。
【００５４】
実施例１と同様に透過散乱特性を評価した。
【００５５】
実施例１と同様に、効率よく正面に入射光を集光できていた。
【００５６】
実施例３
実施例１と同様の感光性ポリマーに、楕円形状の長短軸比が２：１のマスクを用い、光照射角度θを１０度とした以外、実施例１と同様にして、拡散フィルムを作成した。
【００５７】
実施例１と同様に透過散乱特性を評価した。
【００５８】
実施例１と同様に、効率よく正面に入射光を集光できていた。
【００５９】
実施例４
実施例１と同様の感光性ポリマーに、楕円形状の長短軸比が１．５：１のマスクを用い、光照射角度θを１０度とした以外、実施例１と同様にして、拡散フィルムを作成した。
【００６０】
実施例１と同様に透過散乱特性を評価した。
【００６１】
実施例１と同様に、効率よく正面に入射光を集光できていた。
【００６２】
実施例５
実施例１と同様の感光性ポリマーに、楕円形状の長短軸比が１．５：１のマスクを用い、光照射角度θを０度とした以外、実施例１と同様にして、拡散フィルムを作成した。
【００６３】
実施例１と同様に透過散乱特性を評価した。
【００６４】
得られた透過散乱特性を図６Ｂに示す。即ち、フィルム表面において楕円短軸方向（フィルムｙ軸方向）から入射した光は、フィルムｙ軸方向に伸びた散乱をしていた。この方向の光は効率よく正面に光を集光することができる。携帯電話の小型情報機器の液晶ディスプレイでは正面の光を効率よく集光することがポイントになっているので、実施例５の拡散フィルムはこの方向の光を効率よく集光できている。
【００６５】
産業上の利用可能性
本発明によれば、高分子フィルム中に長尺状断面を持つ柱状構造の高屈折率領域を形成した拡散フィルムが提供され、正面に散乱が集中するように異方性を持った散乱が生じる効果があり、さらには正面視角方向は透明であるため、液晶表示パネルなどに拡散フィルムとして使用した場合、視角方向の正面輝度が向上する効果がある。またこのような効果を有する拡散フィルムを用いた光学素子および液晶表示装置も提供される。
【図面の簡単な説明】
図１Ａ−１Ｄは高分子フィルム中に円柱構造の高屈折率領域を有する拡散フィルムと、高分子フィルム中にフィラーを充填した拡散フィルムの、断面図および垂直入射光の透過散乱特性図である。
図２は高分子フィルム中に円柱構造の高屈折率領域をフィルム法線方向に有する拡散フィルムの入射角依存の透過散乱特性図である。
図３Ａ及び図３Ｂは高分子フィルム中に円柱構造の高屈折率領域をフィルム法線方向に対して傾斜して有する拡散フィルムの断面図と入射角依存の透過散乱特性図である。
図４は高分子フィルム中に楕円断面の柱状構造の高屈折率領域を有する拡散フィルムの平面図である。
図５Ａ及び図５Ｂは高分子フィルム中に楕円断面の柱状構造の高屈折率領域をフィルム法線方向に対して傾斜して有する拡散フィルムの断面図と入射角依存の透過散乱特性図である。
図６Ａ及び図６Ｂは高分子フィルム中に楕円断面の柱状構造の高屈折率領域をフィルム法線方向に有する拡散フィルムの断面図と入射角依存の透過散乱特性図である。
図７は液晶表示装置の模式断面図である。
図８は別の液晶表示装置の模式断面図である。
図９は光学フィルムと反射偏光子の積層フィルムの光拡散・透過特性を説明するための説明図である。
図１０は本発明の光学フィルムと等方光拡散フィルムとの積層フィルムである。
図１１Ａ及び図１１Ｂは携帯電話に拡散フィルムを使用した例を示す正面図および部分側面図である。
図１２は本発明を偏光フィルムを用いた液晶表示装置に適用する場合の例を示す。
図１３は実施例における感光性ポリマーの露光方法を説明する図である。
図１４は実施例における拡散フィルムの透過散乱特性の評価方法を説明する図である。
Claims (11)
- 光を散乱透過させる屈折率の異なる二相からなる光拡散フィルムにおいて、屈折率の大きい一相がフィルムの厚さ方向に延在する柱状構造を有し円筒レンズとして機能する多数の領域を含み、前記多数の領域は柱状構造の横断面形状が長尺状の領域を含み、前記長尺状領域の前記横断面の長軸および短軸の平均アスペクト比が１．５：１〜５：１の範囲内であり、かつ前記長尺状領域がフィルムの特定方向に配向していることを特徴とする光拡散フィルム。
- 前記多数の領域は柱状構造の軸線が互に平行であり、かつその軸線がフィルムの法線方向に対して傾斜している請求項１に記載の光拡散フィルム。
- 前記多数の領域は柱状構造の軸線がフィルムの法線方向である請求項１に記載の光拡散フィルム。
- 前記フィルムの屈折率の異なる二相の屈折率の差が０．００５〜０．２の範囲内である請求項１〜３のいずれかに記載の光拡散フィルム。
- 前記フィルムが感光性を有する高分子材料から製造されたものである請求項１〜４のいずれかに記載の光拡散フィルム。
- 請求項１〜５のいずれかに記載の光拡散フィルムを用いたことを特徴をする光学素子。
- 請求項６に記載の光学素子を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
- 光拡散フィルムの前記領域の横断面の前記長軸方向が液晶表示装置の視点方向から見て左右方向になるように、光拡散フィルムが配置されている請求項７に記載の液晶表示装置。
- 光拡散フィルムの前記領域の柱状構造の軸線方向がフィルム法線方向に対して傾斜しかつその傾斜方向が視点に対して遠ざかる方向である請求項８に記載の液晶表示装置。
- 液晶表示装置が偏光フィルムを含み、偏光フィルムの偏光軸が液晶表示画面の視点方向から見て左右いずれか方向に傾けて設置され、光拡散フィルムの前記領域の横断面の前記短軸方向が偏光フィルムの前記偏光軸方向に配置されている請求項７に記載の液晶表示装置。
- 感放射線性高分子フィルムの表面に、孔パターンを有するマスクとなる層を形成し、前記マスクの上方から法線に対して０〜５０度の範囲から選択された照射角で感放射線性フィルムに前記マスクを通して放射線を照射することによって、高屈折率の柱状構造を形成することを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光拡散フィルムの製造方法。
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