JP5841656B2 - 表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、表示装置に関する。より詳しくは、液晶パネル等の表示パネルと、タッチパネル等の前面板とを備える表示装置に好適な表示装置に関するものである。
液晶パネル等の表示パネルを備える表示装置は、テレビ、携帯電話、PC用ディスプレイ等の機器に広く普及している。なかでも液晶パネルを備える液晶表示装置の小型軽量化又は大画面化の技術の進歩は著しい。そのような表示装置について、最近では以下の技術が注目されている。
まず、スマートフォン、タブレットコンピュータ等の携帯機器の用途において、表示パネルの前方に、タッチパネル、又は、保護板及びタッチパネルの積層体を配置する技術である。保護板は、表示パネルを保護するための部材であり、通常はタッチパネルの前方に配置される。
次に、表示パネルを備えた表示装置をデジタルサイネージといった、屋外又は半屋外で使用される表示媒体に適用する技術である。デジタルサイネージ用の表示装置は、表示パネルの前方に保護板を備えることがあり、更にタッチパネルを備えることもある。
そして、光干渉を用いずに反射防止効果を得ることができるモスアイ(Moth−eye:蛾の目)構造を有するフィルムを表示装置用の反射防止フィルムとして利用する技術である。
なお、本明細書では、タッチパネル、保護板等の、表示パネルの前方に配置された部材を前面板とも言う。
上記技術に関連する先行技術としては、以下のものが存在する。
最裏面をなす透明基材の裏面に反射防止機能を有する透明タッチパネルと、表示パネルとを備える表示装置であって、前記透明基板の裏面に、所謂モスアイ構造として機能する微細凹凸が形成された表示装置が開示されている(例えば、特許文献1参照。)。
ブルーレイディスク技術を用いてモスアイ構造を形成する方法が開示されている(例えば、非特許文献1参照。)。
モスアイ構造のように、可視光より小さい構造の反射特性を計算する種々の方法が開示されている(例えば、非特許文献2〜6参照。)。
タッチパネルの方式として、例えば、抵抗膜方式、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式が開示されている(例えば、非特許文献7参照。)。
ガラス表面の全部又は一部の表面粗さRaを3〜50000Åにする粗面化工程を含むタッチパネル用ガラスの製造方法が開示されている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2には、タッチパネル用ガラスのヤング率は、70GPa以上であることが好ましいと記載されている。
基材と、基材の一方の面上の第一モスアイフィルムと、基材の他方の面上の第二モスアイフィルムとを備える板状部材であって、第一モスアイフィルムの表面で反射した光と、第二モスアイフィルムの表面で反射した光とを足し合わせた光は、可視光領域内で平坦な波長分散を有する板状部材が開示されている(例えば、特許文献3参照。)。
また、光干渉を用いる反射防止フィルムに関する先行技術として、基材上に微粒子及びポリマーが交互に積層された微粒子積層膜が形成され、その微粒子積層膜が可視光を散乱しない空隙構造を有する低屈折率薄膜(例えば、特許文献4、5参照。)と、軟化温度が200℃以下の基材の少なくとも片面に、屈折率1.20〜1.30の薄膜が形成されてなる低屈折率薄膜(例えば、特許文献6参照。)とが開示されている。
そして、モスアイ構造形成用の型の形成方法に関連して、アルミニウムで形成された表面を有するアルミニウム基材を用意する工程(a)と、前記表面を陽極酸化することによってバリア型アルミナ層を形成する工程(b)と、前記工程(b)の後に、前記表面を更に陽極酸化することによって複数の微細な凹部を有するポーラスアルミナ層を形成する工程(c)とを包含する陽極酸化層の形成方法が開示されている(例えば、特許文献7参照。)。
特開2003−50673号公報 特開2010−70445号公報 国際公開2011/016270号 特開2006−301124号公報 特開2006−301125号公報 特開2006−301126号公報 国際公開2010/064798号
Sohmei Endoh、Kazuya Hayashibe、「Nanomold Fabrication and Nanoimprint Anti-reflection Structures utilized Blu-ray Disc Technology」、第7回ナノインプリント・ナノプリント技術国際会議(The 7th International Conference on Nanoimprint and Nanoprint Technology(NNT'08))講演集、日本、2008年、p. 6-7 鶴田匡夫著、「応用光学」、初版、2巻、培風館、1990年、p. 119-125 Grann, Eric B、Moharam, M G、Pommet, Drew A、「Artificial uniaxial and biaxial dielectrics with use of two-dimensional subwavelength binary gratings」、The Journal of the Optical Society of America A、アメリカ、1994年、第11巻、p. 2695 Grann, Eric B、Varga, M G、Pommet, Drew A、「Optical design for antireflective tapered two-dimensional subwavelength binary grating structures」、The Journal of the Optical Society of America A、アメリカ、1995年、第12巻、p. 333 H. Kogelnik、「Coupled Wave Theory for Thick Hologram Gratings」、The Bell System Technical Journal、アメリカ、1969年、第48巻、p. 2909 菊田久雄、岩田耕一、「波長より細かな格子構造による光制御」、光学、1998年、第27巻、第1号、p. 17 越石健司、黒沢理編、「タッチパネルがわかる本」、第1版、オーム社、2011年5月20日、p. 32-33、40-43、46-47、50-51、56-57
表示パネル及び前面板を備える表示装置においては、表示パネル及び前面板の間に空気層(エアギャップ)が介在する場合、前面板に外部から局所的に圧力を加えると(例えば、前面板を指で押すと)、空気層が薄くなることがある。そして、前面板の背面における反射光と、表示パネルの前面における反射光との干渉により干渉縞が発生することがあった。干渉縞は、表示パネルの画面の視認性を低下させる。干渉縞は、表示装置の組み立て時に生じた前面板及び/又は表示パネル(通常は表示パネル)の撓みに起因して発生することもある。最近では、表示装置全体の更なる薄型化及び軽量化の要望から、空気層、表示パネル及び前面板をより薄くする傾向にあり、干渉縞がより一層発生しやすくなっている。
なお、100μmを超える間隔で配置された2つの界面で反射した光はほとんど干渉し合わないので、それらの光の干渉により干渉縞が発生することはほとんどない。また、界面間の間隔が50μm〜100μmの範囲においては、コヒーレンスの高い光(例えば、レーザー光)が反射した場合は干渉縞が視認される可能性はあるが、コヒーレンスの低い光(例えば、太陽光、蛍光灯の光)が反射した場合では干渉縞はあまり目立たない。界面間の間隔が50μm以下(特に10μm以下)となると、コヒーレンスの低い光が反射した場合でも干渉縞が目立ってしまう。
干渉縞の対策として、空気層を紫外線硬化性樹脂で埋めることも考えられるが、この場合は、前面板の取り付け作業のやり直しができず、また、前面板の交換もできなくなってしまう。更に、樹脂に紫外線未照射の部分があると、その部分は未硬化部となってしまう。
ここで、本発明者らが検討を行った比較形態1の表示装置101について説明する。
表示装置101は、図77に示すように、表示パネル110と、空気層120を介して表示パネル110の前方に配置された前面板130と、前面板130の背面上に貼付された低反射フィルム140とを備える。低反射フィルム140が設けられることによって、前面板130の背面での光の反射が抑制される。そのため、表示装置101の正面から画面を観察した際は、干渉縞の発生が抑制される。低反射フィルム140として、モスアイ構造を有するフィルム(以下、モスアイフィルムとも言う。)を利用すると、低反射フィルム140及び空気層120間の界面での光の反射が極めて小さくなるため、その効果は大きい。しかしながら、モスアイフィルムを利用した場合でも、斜め方向から画面を観察すると、図78に示すように、干渉縞が発生してしまう。
この理由は、以下のように考えることができる。工業的な観点から、現状では、モスアイ構造に含まれる突起の高さ及びアスペクト比を充分に大きくすることはできず、モスアイフィルムの反射率は、若干の波長依存性を示す。その制約の中では、モスアイフィルムの正面方向における視感反射率(Y値)ができるだけ低くなるように、突起の高さ及びアスペクト比(特に高さ)が設定される。また、図79に示すように、モスアイ構造の正面方向における反射スペクトル(例えば、5度正反射の反射スペクトルRS(5°))は、その極小値が550nm付近にくるように設定される。これは、550nm付近の視感度が高いためである。しかしながら、そのような設定では、測定方向を正面方向から斜め方向に変えると、モスアイ構造の反射スペクトルは、短波長側に移動(シフト)しつつ、同時に全体的に上昇するように変化する。すなわち、図79に示すように、モスアイ構造の斜め方向における反射スペクトル(例えば、45度正反射の反射スペクトルRS(45°))では、550nm付近の反射率が大きく増加する。以上の結果、正面方向では干渉縞が視認されない場合でも、斜め方向では光の反射が充分に抑制されず、干渉縞が発生すると考えられる。
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、正面方向のみならず斜め方向においても干渉縞の発生を抑制することができる表示装置を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、正面方向のみならず斜め方向においても干渉縞の発生を抑制することができる表示装置について種々検討したところ、モスアイ構造の反射特性は着目した。そして、モスアイ構造の正面方向における反射スペクトル、なかでも5度正反射の反射スペクトルRS(5°)の極小値を、図11で示すように、550nmよりも長波長側に設定することによって、斜め方向における反射スペクトル、なかでも45度正反射の反射スペクトルRS(45°)の極小値を550nm付近に近づけ得ることを見いだした。そして、更に検討した結果、モスアイ構造の5度正反射の反射スペクトルにおいて、600nm以上、780nm以下の範囲内の少なくとも1点の波長の反射率を550nmの反射率よりも小さく設定することにより、正面方向におけるY値を許容範囲に抑えつつ、斜め方向におけるY値を小さくできることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明の一側面は、表示パネルと、空気層を介して前記表示パネルの前方に配置された前面板と、前記表示パネルの前面又は前記前面板の背面に配置されたフィルム(第一のフィルム)とを備え、前記空気層の厚みは、50μm以下であり、前記表示パネル及び/又は前記前面板は、撓み得るものであり、前記表示パネル及び/又は前記前面板が撓んだ状態で、前記空気層の厚みは、0μm〜50μmの範囲で変化し、前記フィルムは、前記空気層に接する面にモスアイ構造(第一のモスアイ構造)を有し、前記モスアイ構造の5度正反射の反射スペクトルにおいて、600nm以上、780nm以下の範囲内の少なくとも1点の波長の反射率は、550nmの反射率よりも小さい表示装置(以下、本発明に係る表示装置とも言う。)である。
なお、本発明に係る表示装置は、このような構成要素を必須として含む限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。
本発明に係る表示装置における好ましい実施形態について以下に説明する。なお、以下の好ましい実施形態は、適宜、互いに組み合わされてもよく、以下の2以上の好ましい実施形態を互いに組み合わせた実施形態もまた、好ましい実施形態の一つである。
前記前面板は、ヤング率が70GPa未満であり、前記フィルムが変形したときに前記フィルムと一緒に変形する部材を含んでもよい。この場合、干渉縞の発生をより効果的に抑制することができる。
干渉縞抑制の効果と、生産性とを両立させる観点からは、前記モスアイ構造の高さは、200nm以上、350nm以下であることが好ましく、上限に関しては、300nm以下であることがより好ましい。
同様の観点からは、前記モスアイ構造のアスペクト比の値は、3以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましい。
斜め方向での反射防止性能の観点からは、前記モスアイ構造のアスペクト比の値は、0.5以上であることが好ましい。
前記表示パネルの画面を斜め方向から観察した場合の視認性を向上させる観点からは、前記モスアイ構造のピッチは、150nm以下であることが好ましく、120nm以下であることがより好ましい。またこの場合、前記モスアイ構造のピッチランダムネスは、25%以上、35%以下であることが好ましい。これにより、上記斜め方向における視認性の向上効果をより確実かつ効果的に奏することができる。
干渉縞の発生をより効果的に抑制する観点からは、本発明に係る表示装置は、前記前面及び前記背面のうちの前記フィルム(第一のフィルム)が配置されていない面に配置された第二のフィルムを更に備え、前記第二のフィルムは、前記空気層に接する面にモスアイ構造(第二のモスアイ構造)を有することが好ましい。
干渉縞の発生を特に効果的に抑制する観点からは、前記第二のモスアイ構造の5度正反射の反射スペクトルにおいて、600nm以上、780nm以下の範囲内の少なくとも1点の波長の反射率は、550nmの反射率よりも小さいことが好ましい。
前記第一のフィルムの場合と同様の観点から、前記第二のフィルムは、前記第一のフィルムと同様の特徴を有することが好ましい。
具体的には、前記第二のモスアイ構造の高さは、200nm以上、350nm以下であることが好ましく、上限に関しては、300nm以下であることがより好ましい。
前記第二のモスアイ構造のアスペクト比の値は、3以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましい。
前記第二のモスアイ構造のアスペクト比の値は、0.5以上であることが好ましい。
前記第二のモスアイ構造のピッチは、150nm以下であることが好ましく、120nm以下であることがより好ましい。またこの場合、前記第二のモスアイ構造のピッチランダムネスは、25%以上、35%以下であることが好ましい。
本発明の他の側面は、表面にモスアイ構造を有し、前記モスアイ構造のピッチが150nm以下であるフィルム(以下、本発明に係るフィルムとも言う。)である。
なお、本発明に係るフィルムは、このような構成要素を必須として含む限り、その他の構成要素により特に限定されるものではない。
本発明に係る表示装置の場合と同様の観点から、本発明に係るフィルムにおける好ましい実施形態としては、本発明に係る表示装置の前記第一のフィルムにおける好ましい実施形態が挙げられる。なお、本発明に係るフィルムにおける好ましい実施形態は、適宜、互いに組み合わされてもよく、2以上の好ましい実施形態を互いに組み合わせた実施形態もまた、好ましい実施形態の一つである。
本発明によれば、正面方向のみならず斜め方向においても干渉縞の発生を抑制することができる表示装置を実現することができる。
実施形態1の表示装置の断面模式図である。 実施形態1の表示装置の断面模式図であり、前面板が撓んだ状態を示す。 実施形態1の表示装置の断面模式図であり、表示パネルが撓んだ状態を示す。 実施形態1の表示装置の断面模式図であり、前面板及び表示パネルが撓んだ状態を示す。 実施形態1の表示装置の断面模式図であり、前面板が撓んで表示パネルに接触した状態を示す。 実施形態1の表示装置の断面模式図であり、表示パネルが撓んで前面板に接触した状態を示す。 実施形態1の表示装置の断面模式図であり、前面板及び表示パネルが撓んで互いに接触した状態を示す。 (a)は、蛾の目全体のSEM写真であり、(b)は、蛾の目の一部のSEM写真である。 (a)及び(b)は、実施形態1における光の反射防止効果を説明するための模式図である。 実施形態1におけるモスアイフィルムと、従来のLRフィルムと、従来のARフィルムとの反射スペクトルである。 実施形態1におけるモスアイフィルムの反射スペクトルの模式図である。 実施形態1におけるモスアイフィルムの突起の斜視模式図である。 実施形態1におけるモスアイフィルムの突起の斜視模式図である。 実施形態1におけるモスアイフィルムの突起の斜視模式図である。 実施形態1におけるモスアイフィルムの突起の斜視模式図である。 実施形態1におけるモスアイフィルムの断面模式図である。 実施形態1におけるモスアイフィルムの断面模式図である。 実施形態1の表示装置の断面模式図である。 製造工程中の実施形態1における液晶セルの断面模式図であり、一対の基板を薄板化する前の状態を示す。 製造工程中の実施形態1における液晶セルの断面模式図であり、一対の基板を薄板化した後の状態を示す。 型の基材としてのガラス板の斜視模式図である。 型の基材としてのアルミパイプの斜視模式図である。 型の基材としての電着スリーブの斜視模式図である。 (a)は、陽極酸化工程を説明するための斜視模式図であり、(b)は、エッチング工程を説明するための斜視模式図である。 離型剤を塗布する工程を説明するための斜視模式図である。 離型剤を塗布する工程を説明するための斜視模式図である。 転写工程を説明するための断面模式図である。 転写工程を説明するための断面模式図である。 フィルム1の断面のSEM写真である。 フィルム1用の型の断面のSEM写真である。 フィルム2と、フィルム2用の型との断面のSEM写真である。 フィルム3の断面のSEM写真である。 フィルム3用の型の断面のSEM写真である。 フィルム12の断面のSEM写真である。 フィルム13の断面のSEM写真である。 フィルム14の断面のSEM写真である。 正反射光のスペクトルの測定方法を説明するための模式図である。 (a)及び(b)は、フィルム1の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム2の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム3の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム4の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム5の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム6の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム7の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム8の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム9の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム10の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム11の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム12の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム13の正反射光のスペクトルである。 (a)及び(b)は、フィルム14の正反射光のスペクトルである。 フィルム1〜3の5度正反射の反射スペクトルをまとめたグラフである。 フィルム1〜3の45度正反射の反射スペクトルをまとめたグラフである。 実効屈折率媒体理論に基づいた計算により求めたモスアイ構造の0度正反射の反射スペクトルである。 実効屈折率媒体理論に基づいた計算により求めたモスアイ構造の45度正反射の反射スペクトルである。 (a)、(b)及び(c)は、実効屈折率媒体理論を説明するための模式図である。 実効屈折率媒体理論における多層化膜の模式図である。 一般的なヘイズ(正面ヘイズ)の測定方法を説明するための断面模式図である。 実施形態1におけるモスアイフィルムの断面模式図である。 実施形態1におけるモスアイフィルムの観察方法を説明するための模式図である。 導光成分を観察する際に撮影した2種類のモスアイフィルムの写真である。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した5種類のサンプルの写真であり、サンプル主面の法線方向に対して45度の方向から撮影した。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した5種類のサンプルの写真であり、サンプル主面の法線方向に対して50度の方向から撮影した。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した5種類のサンプルの写真であり、サンプル主面の法線方向に対して60度の方向から撮影した。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した5種類のサンプルの写真であり、サンプル主面の法線方向に対して70度の方向から撮影した。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した5種類のサンプルの写真であり、サンプル主面の法線方向に対して75度の方向から撮影した。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した5種類のサンプルの写真であり、サンプル主面の法線方向に対して80度の方向から撮影した。 正面ヘイズ及び偏角ヘイズ測定用のサンプルの断面模式図である。 偏角ヘイズの測定方法を説明するための断面模式図である。 正面ヘイズ及び偏角ヘイズの測定結果を示す。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した2種類のモスアイフィルムの写真である。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した2種類のモスアイフィルムの写真である。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した2種類のモスアイフィルムの写真である。 偏角ヘイズを観察する際に撮影した2種類のモスアイフィルムの写真である。 実施形態1におけるモスアイフィルムの断面模式図である。 陽極酸化層における細孔間の距離の分布を示すグラフである。 比較形態1の表示装置の断面模式図である。 比較形態1の表示装置の斜視模式図である。 比較形態1におけるモスアイフィルムの反射スペクトルの模式図である。
ここで、本明細書における用語の定義を説明する。
前方とは、観察者の方を意味する。また、前面とは、観察者側の面を意味し、背面又は裏面とは、その反対側の面を意味する。したがって、前面板の背面は、表示パネルに対向する面であり、表示パネルの前面は、前面板に対向する面である。
x度正反射(xは、0≦x<90を満たす任意の数)の反射スペクトルとは、反射角x°で反射した正反射光のスペクトルを意味する。反射角及び入射角は、それぞれ、サンプルの主面の法線方向と、反射光及び入射光の進行方向とがなす角とする。
ヤング率は、曲げ共振法により測定した値を示す。
モスアイ構造の高さは、任意の10個の突起の高さの平均値を示す。
モスアイ構造のアスペクト比の値は、モスアイ構造の高さをモスアイ構造のピッチで割った値である。
モスアイ構造のピッチは、任意の10組の突起のピッチの平均値を示す。突起のピッチは、隣り合う突起の頂点から各々、垂線を同一平面上まで下したときの二点間の距離を示す。ただし、該平面は、モスアイフィルムの主面に平行な平面である。
なお、表面に多数の孔が形成された型を用いてモスアイ構造を作製する場合は、モスアイ構造のピッチは、型のピッチと実質的に同じになる。モスアイ構造と同様に、型のピッチは、任意の10組の孔のピッチの平均値を示す。孔のピッチは、隣り合う孔の最深点から各々、垂線を同一平面上まで下したときの二点間の距離を示す。ただし、該平面は、型の主面に平行な平面である。
なお、本明細書において、突起の高さ及びピッチ、並びに、孔の深さ及びピッチの測定値については、以下の方法(二捨三入とも呼ばれる方法。)によって端数処理を行うこととする。すなわち、一の位が3、4、5、6、7のときは5に、8、9、0、1、2の時は0にする。
モスアイ構造のピッチランダムネスは、複数の突起について各突起の頂点から1〜3番目に近い突起の頂点までの距離を測定し、それらの距離の平均値(平均距離)と標準偏差を算出し、該標準偏差を該平均値で割り、その値を百分率で表した値を示す。
なお、表面に多数の孔が形成された型を用いてモスアイ構造を作製する場合は、モスアイ構造のピッチランダムネスは、型のピッチランダムネスと実質的に同じになる。モスアイ構造のピッチランダムネスと同様に、型のピッチランダムネスは、複数の孔について各孔の最深点から1〜3番目に近い孔の最深点までの距離を測定し、それらの距離の平均値(平均距離)と標準偏差を算出し、該標準偏差を該平均値で割り、その値を百分率で表した値を示す。
モスアイ構造又は型のピッチランダムネスを算出するために測定する突起又は孔の数は、特に限定されず適宜設定すればよいが、誤差を小さくする観点からは100個〜300個の範囲内で設定すればよい。
なお、本明細書において、平均値とは、特に言及がない限り算術平均値を意味する。
可視光とは、波長が380〜780nmの光をいい、可視光の波長以下とは、具体的には380nm以下を意味する。
以下に実施形態を掲げ、本発明を図面に参照して更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
(実施形態1)
本実施形態の表示装置1は、図1に示すように、表示パネル10と、透光性の前面板30と、モスアイ構造(ナノ構造)41を有するフィルム(モスアイフィルム)40とを備える。前面板30は、空気層20を介して表示パネル10の前方に配置され、表示パネル10と、表示パネル10の映像を見る観察者との間に位置する。空気層20の厚みは、50μm以下(好適には10μm以下)に設定されている。モスアイフィルム40は、前面板30の背面上に設けられ、前面板30に貼り付けられる。モスアイ構造41は、モスアイフィルム40の背面、すなわち空気層20に接する面に形成され、多数の突起(凸部)43を含む。モスアイフィルム40は、突起43を支える基材42を更に有する。前面板30及びモスアイフィルム40は、表示パネル10の表示領域の全域上に配置される。
表示パネル10及び前面板30の少なくとも一方は、撓み得るものであり、通常は、外部から圧力が加わって内部に応力が生じることによって撓む。図2に示すように、前面板30は、その前面に圧力が加わることによって(例えば、前面が指で押されることによって)、表示パネル10の方へ撓んでもよい。また、図3に示すように、表示パネル10は、その縁部に圧力が加わることによって(例えば、縁部が他の部材に押え付けられることによって)、前面板30の方へ撓んでもよい。また、図4に示すように、前面板30及び表示パネル10が互いの方へ撓んでもよい。更に、図5〜図7に示すように、前面板30及び表示パネルの少なくとも一方が撓んだ状態において、両者は互いに接していてもよい。これらの場合、前面板30が撓んだ部分及び表示パネル10が撓んだ部分の少なくとも一方に対向する領域内において、空気層20の厚みは、均一ではなくなり、0μm以上、50μm以下(好適には10μm以下)の範囲内で変化する。したがって、本実施形態では、表示パネル10の前面で反射した光と、前面板30の背面で反射した光とに起因して干渉縞が発生することが懸念されるが、後述するように、モスアイフィルム40が設けられているため、正面方向のみならず斜め方向においても干渉縞の発生を抑制することができる。
なお、空気層20の厚みが均一でない領域の大きさは、目視できる大きさ以上であれば特に限定されないが、通常では、1mm以上(好適には100mm以上)であり、表示パネル10の表示領域の大きさ以下である。
突起43の各ピッチは、可視光の波長以下である。各突起43の形状は、その先端に向かって先細りになっており、突起43の断面であって、モスアイフィルム40の主面に平行な断面(以下、水平断面ともいう。)の面積は、先端に近い断面ほど減少する。
モスアイ構造41によれば、空気層20及びモスアイフィルム40間の界面における光の反射を効果的に低減させることができる。以下、その原理を説明する。
2つの物質間の界面の法線方向に注目した際に入射光の波長に比べて短い距離で急激に屈折率が変化すると、該界面で光は反射する。逆に言うと、該界面における屈折率の変化をなだらかにすることで、光の反射を抑制することができる。基材42は、1.3から1.8程度の屈折率を有しており、空気の屈折率(=1.0)とは大きな差がある。一方、図8(a)及び図8(b)に示される蛾の目のように、突起43の各ピッチ及び各突起43の高さはともにナノメートルサイズであり、突起43は、基材42上に敷き詰められている。したがって、図9(a)及び図9(b)に示すように、空気層20及びモスアイフィルム40間の界面において、屈折率が連続的に変化することになる(図9(a)及び図9(b)中の領域II参照。)。その結果、入射光は、明確な界面を感じず、そのほとんどは界面で反射せずに、界面を透過する。
モスアイフィルム40によれば、図10に示すように、従来のLRフィルム及びARフィルムよりも優れた反射防止性能を発揮することができ、また、可視光の全域において超低反射率(例えば、最少値0.05%)を達成することができる。更に、LRフィルム及びARフィルムに比べて、色付きが小さく、観察方向の変化による反射防止性能の変化も小さい。
なお、モスアイフィルム40の反射率は、実測の他、計算により求めることもできる。計算手法としては、実効屈折率媒体理論(Effective Medium theory)を用いる手法があり、この手法では、サブミクロンオーダーの構造物を粗視化し、構造物を含む空間の媒質(構造物を構成する媒質、空気等)の屈折率の平均屈折率をもつ媒体とみなす。また、この手法では、モスアイ構造41は、屈折率が徐々に変化する多数の膜からなる多層膜とみなすことができる。
モスアイフィルム40は、可視光の全域において優れた反射防止性能を有するが、その反射率は、若干の波長依存性を示す。これは、各突起43の高さ及びアスペクト比の値が充分に大きくないことに起因する。具体的には、モスアイ構造41の正面方向における反射スペクトル(例えば、5度正反射の反射スペクトルRS(5°))と、斜め方向における反射スペクトル(例えば、45度正反射の反射スペクトルRS(45°))とには各々、図11に示すように、少なくとも一つの極小値が存在する。また、測定方向を正面方向から斜め方向に変えると、モスアイ構造41の反射スペクトルは、短波長側に移動(シフト)しつつ、同時に全体的に上昇するように変化する。
そして、本実施形態では、5度正反射の反射スペクトルRS(5°)において、600nm以上(好適には650nm以上)、780nm以下の範囲内の少なくとも1点の波長の反射率を、550nmの反射率よりも小さく設定している。これにより、斜め方向における反射スペクトル(例えば、45度正反射の反射スペクトルRS(45°))において、550nmにおける反射率が増加するのを抑制することができる。したがって、斜め方向においてY値が上昇するのを抑制することができる。そのため、表示パネル10及び前面板30の少なくとも一方が撓み、斜め方向から画面を観察したとしても、干渉縞が発生するのを抑制することができる。
また、上述のように反射スペクトルRS(5°)を設定したとしても、モスアイフィルム40において正面方向におけるY値が極端に上昇することはない。したがって、正面方向においても干渉縞の発生を抑制することができる。
このように、本実施形態では、正面方向で一番良い条件に設定せずに、できるだけ広い視角範囲で低い反射率を実現できるような条件に設定する。
なお、各突起の高さ及びアスペクト比の値が充分に大きいモスアイフィルムの反射率は、波長依存性を示さないが、このようなフィルムを工業的に作製すること困難である。
一方、本実施形態では、各突起43の高さ及びアスペクト比の値はそれほど大きくなくてもよいため、上述の干渉縞の抑制効果と、生産性との両立が可能である。
また、モスアイフィルム40の正反射光のスペクトルは、モスアイ構造41のピッチ及び高さに依存し、なかでも高さに大きく依存する。そのため、モスアイ構造41のピッチ及び高さ(特に高さ)を適宜変更することによって、モスアイフィルム40の正反射光のスペクトルを適宜調整することができる。
なお、LRフィルムの反射スペクトルを調整することも可能ではあるが、LRフィルムの反射率は高いため、例え調整したとしても干渉縞の発生を抑制することはできない。
図11に示すように、モスアイ構造41の5度正反射の反射スペクトルRS(5°)は、600nm〜780nm(好適には650nm〜780nm)の波長範囲内に、550nmの反射率よりも小さい極小値を有することが好ましく、550nmから波長が大きくなるに従って単調に減少し、600nm〜780nm(好適には650nm〜780nm)の波長範囲内に、550nmの反射率よりも小さい極小値を有することがより好ましい。他方、スペクトルRS(5°)は、600nm〜780nm(好適には650nm〜780nm)の波長範囲内において単調に減少してもよい。
波長依存性のない理想的な反射防止性能を実現する観点からは、各突起43の高さはナノメートルサイズの範囲内で高ければ高いほど好ましいが、工業的に生産し難くなる。そこで、干渉縞抑制の効果と、生産性とを両立させる観点から、モスアイ構造41の高さは、200nm以上、350nm以下であることが好ましく、上限に関しては、300nm以下であることがより好ましい。200nm未満であると、反射防止性能が充分に得られないことがある。なお、突起43の高さは、全て同一であってもよいし、互いに揃っていなくてもよい。
波長依存性のない理想的な反射防止性能を実現する観点からは、各突起43のアスペクト比の値はナノメートルサイズの範囲内で大きければ大きいほど好ましいが、工業的に生産し難くなる。そこで、干渉縞抑制の効果と、生産性とを両立させる観点から、モスアイ構造41のアスペクト比の値は、3以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましい。アスペクト比の値が小さくなっても、正面方向の反射防止性能には悪影響はでないが、斜め方向での反射防止性能が悪化することがある。そのため、モスアイ構造41のアスペクト比の値は、0.5以上であることが好ましい。なお、突起43のアスペクト比は、全て同一であってもよいし、互いに揃っていなくてもよい。
各突起43のピッチは、可視光の波長以下であればよいが、表示パネル10の画面を斜め方向から観察した場合の視認性を向上させる観点からは、モスアイ構造41のピッチは、150nm以下であることが好ましく、120nm以下であることがより好ましい。なお、突起43のピッチは、全て同一であってもよく、すなわち、突起43が一定の周期で配列されてもよいが、上記効果をより確実かつ効果的に奏する観点からは、より具体的には、表示パネル10の画面を斜め方向から観察した場合に著しく強い回折光により視認性を悪化させないためには、突起43のピッチは、互いに揃っていない、すなわち、突起43が不規則に配置されていることが好ましい。より具体的には、モスアイ構造41のピッチランダムネスは、25%以上、35%以下であることが好ましい。
モスアイフィルム40は、装置完成後は直接触れられることはほとんどないため、モスアイ構造41の耐擦傷性は、それ程高くなくてもよく、組み立て時の取り回しが可能な程度の耐擦傷性があればよい。
突起43の形状に関しては種々の形状を適用し得る。また、突起43の形状は、全て同じであってもよいし、互いに同じでなくてもよい。
突起43の水平断面の形状としては、例えば、円形、楕円形、三角形、四角形、その他の多角形等が挙げられる。また、水平断面の形状は、個々の突起43全体において同じであってもよいし、水平断面の位置によって変化してもよい。後述する、型を用いた生産性の高い製法を利用する観点からは、各突起43の水平断面の形状は、個々の突起43全体において円形であることが好ましい。
各突起43の断面であって、モスアイフィルム40の主面に垂直な断面(以下、垂直断面ともいう。)の形状としては、例えば、正弦波のような形状、三角形、台形等が挙げられる。このように、各突起43の先端は平坦であってもよく、また、隣り合う突起43の間に平坦部が存在してもよいが、これらの場合、反射防止性能を向上する観点からは、平坦部の面積はできるだけ小さいことが好ましい。同様の観点から、モスアイ構造41は、平坦部を有さないことが好ましい。
各突起43のより具体的な形状としては、図12〜図15に示す形状が挙げられる。各突起43は、図12に示すように、円錐状であってもよいし、図13に示すように、四角錐状であってもよいし、図14に示すように、頂点から底点までの傾斜が丸みを帯びるドーム(ベル)状であってもよいし、図15に示すように、頂点から底点までの傾斜が急峻である針状であってもよい。また、例えば、各突起43の形状は、錐体の斜面に階段状のステップがある形状であってもよい。
図12〜図15に示すように、各突起43の頂点をtとすると、突起のピッチpは、隣り合う頂点tから各々、垂線を同一平面上まで下ろしたときの二点間の距離で示される。ただし、該平面は、モスアイフィルム40の主面に平行な平面である。また、各突起43の高さhは、隣の突起43と接する点を底点bとすると、頂点tから底点bがある平面までの距離(最短距離)で示される。
反射防止効果に異方性が生じるのを防止する観点からは、突起43は、図12〜図15に示したように点状に配置されることが好ましいが、線状に形成されてもよい。
基材42は、突起43と一体的に形成され、突起43を支える。基材42及び突起43の好適な材料としては、例えば、アクリレート樹脂、メタアクリレート樹脂等の紫外線硬化性樹脂が挙げられる。
モスアイフィルム40は、基材42以外に他に基材を更に含んでもよく、例えば、図16に示すように、TACフィルム等の基材44を更に含み、基材44上に基材42が配置されてもよい。
突起43と、基材42等の基材との屈折率は各々、適宜設定できるが、通常、これらは1.3〜1.8であり、突起43と基材の屈折率の差は、できるだけ小さいことが好ましく、具体的には0.005以下であることが好ましく、0.002以下であることがより好ましい。
なお、図1では、突起43及び基材42が一体となっている場合を示したが、図17に示すように、突起43は、基材42と一体となっていなくてもよく、この場合、突起43は、基材42上で互いに分離していてもよい。
表示装置1は、図18に示すように、モスアイフィルム40と同様のモスアイフィルム50を更に備えてもよい。モスアイフィルム50は、表示パネル10の前面上に設けられ、表示パネル10に貼り付けられる。モスアイフィルム50のモスアイ構造は、モスアイフィルム50の前面、すなわち空気層20に接する面に形成され、多数の突起(凸部)を含む。この形態によれば、干渉縞の発生をより効果的に抑制することができる。
なお、モスアイフィルム50において、反射スペクトルの特徴、突起の形状等の各種の事項は、適宜設定することができるが、モスアイフィルム50は、モスアイフィルム40について説明した上記特徴を有することが好ましい。
モスアイフィルム40及び50は、それぞれ、接着剤により前面板30及び表示パネル10に貼付されてもよいが、粘着剤により前面板30及び表示パネル10に貼付されることが好ましい。後者によれば、フィルムの貼り付け作業のやり直しができ、また、フィルムの交換も容易である。
前面板30の機能は特に限定されないが、好ましい例としては、タッチパネル、保護板、視差バリア、これらを組み合わせた部材等が挙げられる。
タッチパネルの方式は適宜選択でき、例えば、抵抗膜方式、静電容量方式、超音波方式、電磁誘導方式等が挙げられ、静電容量方式の例としては、表面型静電容量方式、投影型静電容量方式が挙げられる。抵抗膜方式のタッチパネルは、低コストである。表面型静電容量方式のタッチパネルの特長は、高精度、高耐久性及び高感度である。投影型静電容量方式のタッチパネルは、携帯機器、なかでもスマートホォン及びタブレットコンピュータに好適である。
タッチパネルに関する非特許文献2には、40インチ領域で面歪み(反り返り)が1mm強になる例があると記載されており、従来の大型のタッチパネルを備える表示装置では、干渉縞が発生しやすいと考えられる。それに対して、本実施形態は、表示パネル10及び前面板30のサイズによらず干渉縞抑制の効果を奏することができる。
また、非特許文献2には、携帯電話においては薄型化及び高級感の付与を目的に、タッチパネルの保護板の材質が、プラスチックからガラスへ移行しつつあることが記載され、また、強度向上の観点からケミカル強化ガラスが検討されていることが記載されている。これは、プラスチックはキズがつきやすいが、ガラスはキズがつきにくいためと考えられる。また、特許文献2には、タッチパネル用ガラスのヤング率が70GPa以上であることが好ましいことが記載されている。更に、ヤング率が7300kGf/mm、すなわち73GPa程度のタッチパネル用ガラス(日本板硝子社製、商品名:ULTRA FINE FLAT GLASS)が市販されている。そして、特許文献1には、微細凹凸が形成された透明基材が、タッチパネル入力時の押圧で変形する可撓性を有するものではなく、剛体であることが好ましいと記載されている。また、ヤング率が7100kGf/mm程度のガラス板も知られている。
しかしながら、表示装置の更なる薄型化が今後も求められており、タッチパネル用基板、タッチパネル用保護板等の基板が薄くなった場合、70GPa以上のヤング率を保持するのは困難と思われる。また、キズがつきにくいプラスチックフィルムの開発が進められており、ガラス基板がプラスチックフィルムに置き換えた場合、該フィルムのヤング率を70GPa以上に保持するのは難しいと考えられる。また、これらの場合、押圧による変形を防止できる程度の充分な剛性を確保するのは困難である。なお、ガラスの代替材料としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、アクリル樹脂、ポリカーボネート等が挙げられるが、なかでもPET及びアクリル樹脂が好適である。また、ヤング率が55kGf/mm程度のPETフィルム、630kGf/mm程度のPETフィルム、870kGf/mm程度のPETモノフィラメント、及び、1500kGf/mm程度のPETモノフィラメントが知られており、ヤング率が63kGf/mm程度のPENフィルム、740kGf/mm程度のPENフィルム、及び、2400kGf/mm程度のPENモノフィラメントが知られており、ヤング率が340kGf/mm程度のアクリル板が知られており、ヤング率が210kGf/mm程度のポリカーボネート板が知られている。
そのような状況において、本実施形態の表示装置1によれば、前面板30の剛性によらず干渉縞抑制の効果を奏することができるので、その意義は大きい。
具体的には、前面板30は、モスアイフィルム40が変形したときにモスアイフィルム40と一緒に変形する部材(通常、表示パネル10の表示領域の全域に対向する絶縁性基板又は絶縁性フィルム)を含んでもよく、この変形する部材のヤング率は、70GPa未満であってもよい。この場合でも、干渉縞抑制の効果を充分奏することができる。
なお、図1では、前面板30の全体がモスアイフィルム40と一緒に変形するが、例えば、前面板30が抵抗膜方式のタッチパネルであり、透明導電膜付き絶縁性基板と、該絶縁性基板上に空気層を介して配置された可撓性フィルムとを備える場合、絶縁性基板は、モスアイフィルム40と一緒に変形するが、可撓性フィルムは、モスアイフィルム40とは一緒に変形しない。このように、前面板30が空気層等の緩衝層を含む場合は、前面板30の緩衝層と、空気層20との間にある部材(前面板の一部)がモスアイフィルム40と一緒に変形することとなる。
表示パネル10の種類は特に限定されず、例えば、液晶パネル、有機ELパネル、無機ELパネル、PDP等が挙げられる。
液晶パネルの場合は、図19に示すように、0.7mm厚の一対の基板11、12を用いて液晶セルを組み立てた後、図20に示すように、各基板11、12をエッチングして薄板化する。薄板化された各基板11、12の厚みは通常、0.5mmに設定される。そして、偏光板及び光学フィルム(視野角補償フィルム)の貼り付け工程、ドライバーの実装工程等の工程を行って液晶パネルを作製した後、ベゼルにより液晶パネルとバックライトを組み合わせて液晶モジュールを作製する。液晶モジュールにおいて、液晶パネルの縁部(通常は4辺部分)はベゼルによってバックライトに押え付けられる。その後、液晶モジュールは、筺体内に組み込まれ、前面板30と組み合わされる。薄板化された各基板の厚みが0.5mmの場合は、液晶モジュールに組み込まれた状態でも液晶パネルはほとんど撓まない。しかしながら、各基板11、12を0.5mm未満(例えば0.3mm以下)の厚みまで薄板化すると、液晶モジュールに組み込まれた状態で液晶パネルは撓む可能性が高く、液晶パネルの中央部が外側に出っ張る可能性がある。そのため、図3、図4、図6及び図7に示したように、空気層20の厚みが均一ではなくなる可能性が高い。したがって、表示パネル10として、一対の基板の厚みが各々0.5mm未満(例えば0.3mm以下)の液晶パネルを利用する場合、干渉縞の発生をより効果的に抑制することができる。
空気層20は、前面板30に外力が加わった時に、前面板30が変形する空間を提供する。この前面板30の変形によって外力が分散及び吸収され、その結果、表示パネル10が保護される。
空気層20の厚みは、50μm以下であれば本実施形態の用途に応じて適宜設定することができるが、10μm以下であってもよい。この場合、干渉縞の発生をより効果的に抑制することができる。なお、空気層20の厚みが100μmを超えると、そもそも干渉縞が発生しない。他方、空気層20の厚みは、10μm以上であってもよい。液晶表示装置においては、偏光板、光学フィルム及び液晶セルのトータルの厚みの公差が10μm以下であるためである。
本実施形態において、モスアイ構造の形成方法は特に限定されないが、生産性及びコストの観点からは、型を作製し、型の形状を転写する方法が好適であり、なかでもアルミニウムの陽極酸化層を有する型(以下、多孔質アルミナ型とも言う。)を用いる方法が特に好適である。以下、多孔質アルミナ型を用いたモスアイフィルム40、50の製造工程を説明する。
まず、基材70を準備する。基材70の種類には、平板とシームレスロール(seamless roll)があり、平板としては、図21に示すような1.6m×1m×2.8mm厚のガラス板71を用いる。シームレスロールとしては、図22に示すような1.6m×300Φ×15mm厚のアルミパイプ72、又は、図23に示すような1.55m×300Φ×0.15mm厚の電着スリーブ73を用いる。電着スリーブ73は、ニッケル製のロール上に電着により絶縁被膜を形成したものである。なお、これらのサイズは一例であり、適宜変更可能である。
次に、スパッタリングにより、ガラス板71及び電着スリーブ73の各々の表面上に、0.5μm〜2μm厚程度のアルミニウム膜を成膜する。
次に、図24(a)及び図24(b)に示すように、基材70に対して陽極酸化とエッチング処理とを繰り返し行う。陽極酸化は、0.03wt%、5℃のシュウ酸溶液中にて5回行い、エッチング処理は、1mol/l、30℃のリン酸溶液中にて4回行う。なお、互いの液が混ざらないように、両処理の間に基材70の水洗を行う。これらの結果、基材70の表面には、多数の微小な孔をもつ陽極酸化層が形成される。
次に、基材70に離型剤を塗布する。ガラス板71の場合は、図25に示すように、ガラス板71を離型剤中に浸漬する。アルミパイプ72又は電着スリーブ73の場合は、図26に示すように、アルミパイプ72又は電着スリーブ73を回転しながらホースを用いて離型剤をかける。離型剤としては、ダイキン社製オプツールDSXを使用する。オプツールDSXは、ハイドロフルオロエーテルで希釈し、オプツールDSXの濃度を0.1wt%とする。濃度が高すぎると、例えば、0.5wt%以上であると、ムラになりやすい。その後、1日放置することで、離型剤を自然乾燥させ、定着させる。定着後に、ホースによりHFE(ハイドロフルオロエーテル)を基材70に10分間かけ続け、リンス処理を行う。
以上の工程の結果、モスアイ構造の反転形状を有する多孔質アルミナ型が完成する。そして、この型を用いて転写工程を行う。
ガラス板71の場合は、図27に示すように、TACフィルム等の基材フィルム75がロール状に巻かれたフィルムロール74から基材フィルム75を引き出して、ダイコーター76を用いて基材フィルム75上に紫外線硬化性樹脂を塗布する。その後、カッター77で樹脂付き基材フィルム75を所定の大きさに切断する。そして、多孔質アルミナ型がセットされた型押し具78を樹脂に押し当てる。型、樹脂及び基材フィルム75が密着した状態で基材フィルム75の下から紫外線を照射し、樹脂を硬化させる。その後、硬化した樹脂と基材フィルム75の積層体を型から剥離する。これにより、硬化した樹脂の表面に円錐状の形状が転写され、円錐状の突起が形成される。完成したフィルムは、順次重ね合わせる。
アルミパイプ72又は電着スリーブ73の場合は、図28に示すように、フィルムロール74から基材フィルム75を引き出して、ダイコーター76を用いて基材フィルム75上に紫外線硬化性樹脂を塗布する。その後、多孔質アルミナ型がセットされた型押し具79を樹脂に押し当てる。型、樹脂及び基材フィルム75が密着した状態で基材フィルム75の下から紫外線を照射し、樹脂を硬化させる。その後、硬化した樹脂と基材フィルム75の積層体を型から剥離する。これにより、硬化した樹脂の表面に円錐状の形状が転写され、円錐状の突起が形成される。完成したフィルムは、ロール状に巻きあげる。
なお、モスアイ構造のアスペクト比の値が3を超えると、多孔質アルミナ型に樹脂が詰まりやすくなり、また、基材フィルム75が破れやすくなり、更に、陽極酸化層が剥がれやすくなる。
樹脂の詰まりを抑制する観点からは、紫外線硬化性樹脂には離型剤を添加することが好ましい。また、離型剤は通常、起泡剤としても機能するので、離型剤を添加する場合は消泡剤を併せて添加することが好ましい。
モスアイ構造のアスペクト比の値が大きくなるほど、樹脂温度と、型押し具を押し当てる圧力とをできるだけ高くして、樹脂中に泡が生じないようにすることが好ましい。
(評価試験1)
基材としてガラス板を用い、上述の方法にて、下記表1に示すように、14種類のモスアイフィルム(フィルム1〜14)を実際に作製した。フィルム1〜14では多孔質アルミナ型の製造条件が互いに異なり、具体的には、陽極酸化処理時の陽極及び陰極間の電圧(以下、単に電圧とも言う。)と、陽極酸化処理の時間(AO時間)と、エッチング時間とが異なる。基材フィルムとしては、80μm厚のTACフィルムを使用し、紫外線硬化性樹脂の塗布時の厚みは、8μmに設定した。
多孔質アルミナ型の孔の深さDは、型の断面(ただし、主面に対して垂直な面)のSEM写真を撮り、任意の10個の孔の深さを測定し、これらの深さから算出された平均値を示す。
モスアイ構造の高さHは、モスアイフィルムの断面(ただし、主面に対して垂直な面)のSEM写真を撮り、任意の10個の突起の高さを測定し、これらの高さから算出された平均値を示す。
モスアイ構造のピッチPは、型の断面(ただし、主面に対して垂直な面)のSEM写真を撮り、任意の10組の孔のピッチを測定し、これらのピッチから算出された平均値を示す。
一般的にモスアイ構造のピッチは、陽極酸化処理時の電圧に依存するが、本試験でも同様の結果を得た。電圧が高くなるほどモスアイ構造のピッチは大きくなった。
図29にフィルム1の断面のSEM写真を示し、図30にフィルム1用の型の断面のSEM写真を示し、図31にフィルム2と、フィルム2用の型との断面のSEM写真を示し、図32にフィルム3の断面のSEM写真を示し、図33にフィルム3用の型の断面のSEM写真を示し、図34にフィルム12の断面のSEM写真を示し、図35にフィルム13の断面のSEM写真を示し、図36にフィルム14の断面のSEM写真を示す。
次に、フィルム1〜14を用いて14種類のサンプルを作製し、各サンプルを用いてフィルム1〜14の正反射光のスペクトルを測定した。各サンプルは、図37に示すように、モスアイフィルム81(フィルム1〜14のいずれか)を20μmの粘着層(図示せず)を介して黒色アクリル板82上に貼付することによって作製した。測定には、日本分光社製の紫外可視分光光度計V−550(英語名:spectrophotometer V−550)を用いた。図37に示すように、該分光光度計は、投光部83及び受光部84を備える。投光部83からサンプル表面に向かって光(入射光)を射出し、受光部84は、サンプル表面で正反射した光(正反射光)の進行方向上にセットした。計測角度(=反射角θ=入射角θ)は、5度、15度、30度、45度、60度の5種類である。結果を図38〜図51に示す。また、下記表2〜15に代表的な波長における反射率を示す。
表2は、フィルム1の結果を示す。
表3は、フィルム2の結果を示す。
表4は、フィルム3の結果を示す。
表5は、フィルム4の結果を示す。
表6は、フィルム5の結果を示す。
表7は、フィルム6の結果を示す。
表8は、フィルム7の結果を示す。
表9は、フィルム8の結果を示す。
表10は、フィルム9の結果を示す。
表11は、フィルム10の結果を示す。
表12は、フィルム11の結果を示す。
表13は、フィルム12の結果を示す。
表14は、フィルム13の結果を示す。
表15は、フィルム14の結果を示す。
同じピッチのフィルム(1〜3、4〜11、12〜14)で比較すると、以下のことが分かる。
・モスアイ構造の高さが高くなるほど、スペクトル全体が右にシフトしていく。
・計測角度が大きくなるほど、スペクトル全体が左上にシフトしていく。
この変化は、スペクトルの極小点に注目すると分かりやすい。
各スペクトルに基づいてフィルム1〜14のY値を算出した結果を下記表16に示す。また、フィルム1〜14を用いて14種類の表示装置を組み立てた。各表示装置は、表示パネルと、フィルム1〜14のいずれかが背面上に貼付されたタッチパネルとを備えていた。フィルム1、2、4、5、6、12を備える表示装置は、本発明の比較例に相当し、フィルム3、7、8、9、11、13、14を備える表示装置は、本発明に係る実施例に相当し、フィルム10を備える表示装置は、参考例に相当する。そして、各表示装置について、タッチパネルの前面を指で押して干渉縞の発生状況を確認した。その結果、Y値が0.25%以下であれば、気にならないレベルにまで干渉縞は薄くなることが分かった。
これらの結果から、表示パネルの法線方向から45度方向までの範囲で干渉縞を薄くするためには、以下のフィルムが有効であることが分かった。フィルム1〜3の中では、フィルム3が良い。5度方向におけるY値はフィルム2が低いが、5度方向と45度方向において干渉縞を抑制する観点からは、フィルム3の方が好ましい。同様の観点からは、フィルム4〜11の中ではフィルム7〜11が良く、フィルム12〜14の中ではフィルム13〜14が良い。また、モスアイ構造が高いほど干渉縞抑制の効果は高いが、転写工程においてフィルムの剥離性が悪化するため、工業的にはモスアイ構造が低いほど好ましい。したがって、生産性と、干渉縞抑制の効果との両立の観点からは、フィルム7、8、13が好ましい。
なお、45度方向までの範囲で評価した理由は、スマートフォン、タブレットコンピュータ等の携帯機器において、この範囲での視認性が特に重要であるためである。
図52に、フィルム1〜3の5度正反射の反射スペクトルをまとめたグラフを示し、図53に、フィルム1〜3の45度正反射の反射スペクトルをまとめたグラフを示す。図52及び図53に示すように、正面方向であえてY値が高くなるようなモスアイ構造を選択することで、斜め方向でのY値の上昇を最低限にとどめることができる。図52の5度正反射の反射スペクトルのみからでは、フィルム2が最も良いように思える。しかしながら、図52及び図53の両方向のスペクトルを参照すると、45度方向におけるY値と、5度方向におけるY値の両立という観点からはフィルム3の設定が最も良いことが分かる。
また、以上の結果から、モスアイフィルムの正反射光のスペクトルは、モスアイ構造のピッチ及び高さに依存し、なかでも高さに大きく依存することが分かった。
なお、基材としてアルミパイプを用いて作製したモスアイフィルム、及び、基材とて電着スリーブを用いて作製したモスアイフィルムについても同様の結果を得た。
以下、モスアイ構造の正反射光のスペクトルを実効屈折率媒体理論(Effective Medium theory)に基づいて計算した結果を示す。モスアイ構造の高さを3種類(180nm、240nm、300nm)とし、それぞれ、0度正反射の反射スペクトルと、45度正反射の反射スペクトルとを計算した。結果を図54及び図55に示す。
いずれの場合も上述の実験結果と同様の結果を得た。すなわち、以下の点が明らかとなった。
・モスアイ構造の高さが高くなるほど、スペクトル全体が右にシフトしていく。
・計測角度が大きくなるほど、スペクトル全体が左上にシフトしていく。
なお、可視光の波長以下の構造物における光の反射を計算する手法については、以下の3つの手法が報告されている。
1.実効屈折率媒体理論(Effective Medium theory)
サブミクロンオーダーの構造物を粗視化し、構造物を含む空間の媒質(構造物を構成する媒質、空気等)の屈折率の平均屈折率をもつ媒体とみなし、計算する手法。モスアイ構造の場合は、屈折率が徐々に変化する多数の膜からなる多層膜とみなして計算する。
2.RCWA(Rigorous coupled wave analysis)法
サブミクロンオーダーの回折格子への入射光と回折光との関係式(結合方程式)を解いていく手法。
3.FDTD(Finite-difference time-domain method)法
マクスウエルの方程式を逐次解いていく手法。
いずれの手法を用いても、計算結果は同じ結果になるとの報告もなされている。本発明者らは、手法1の実効屈折率媒体理論を用いて計算を行った。手法2、3は、一般的な計算手法(市販ソフトが存在する)であるが、ここでは詳細な検討を行っていない。
手法1については、非特許文献3、4に詳しく説明されているため、ここで、本手法をモスアイ構造に適用する方法の概略を説明する。手法1は、下記ステップ1〜3を含む。
・ステップ1
モスアイ構造を厚み方向に細かく分割して多層化する(図56(a)参照。)。
・ステップ2
各層を構成する媒質の体積比率による屈折率の平均値を各層の屈折率とする(図56(b)参照。)。屈折率と厚み方向の位置とをグラフ化すると階段状になる(図56(c)参照。)。
・ステップ3
多層化膜へ入射した光の反射光を計算する。この計算の規模は、一般的な表計算アプリケーションで計算可能な程度の規模である。以下、計算に用いるパラメータを示す。
入力値は、入射角、波長、層数、1層の厚み、各層の屈折率(複素数でも可)である。
各層の位相変化δjは、下記式で表される。
各層の特性行列[M]は、下記式で表される。
各層の特性アドミッタンスYは、下記式で表される。
各層の特性行列の積[M]は、下記式で表される。
図57に示すように、上記式中、θは入射角を、hは層の厚みを、nは層の屈折率を表す。なお、これらの内容は、非特許文献6に詳述されている。
出力値は、反射率Rであり、下記式で表される。
各層の特性行列[M]の関係は、以下のようにして求められる。まず、S偏光の場合を考えると、下記式が導かれる。
また、下記式に示されるファラデーの法則の右辺及び左辺をそれぞれ変形する。
これらの結果、下記関係式が導かれる。
また、境界条件より、下記関係式が導かれる。
これらの関係式から、各層の特性行列[M]の関係が導かれる。
なお、実効屈折率媒体理論においては、ピッチの概念は存在しないが、手法2、3には、ピッチの概念が存在する。
以下、モスアイフィルムのヘイズについて説明する。
モスアイフィルムに光を照射した際に、直進透過又は正反射せず、散乱する成分がヘイズ成分となる。通常のヘイズ測定は、図58に示すように、モスアイフィルム60に垂直に直進光を入射し、透過光を直進光と散乱光に分けて測定する。そして、ヘイズは、下記式で定義される。
ヘイズ=散乱光/(直進光+透過光)=(全光線透過光−直進光)/全光線透過光
モスアイフィルムのヘイズを議論する際にポイントとなるのは、入射光をサンプルに対して垂直に入射している点と、透過光のみを測定して後方散乱光を測定していない点にある。
一方で、モスアイフィルムにおいて、観察者がヘイズを顕著に体感するのは、図59に示すように、モスアイフィルム60に対して斜めから光を入射させた時である。この場合、入射光がモスアイ構造(ナノ構造)により直接、後方散乱する成分と、モスアイフィルム60中を導光し、入射地点から離れた地点で散乱出射する成分とが存在する。これは、モスアイフィルムでは特異的にモスアイ構造に起因する高次の回折現象が生じるためと解釈できる。他方、通常の薄膜では、膜表面に入射した光が導光する現象は観察されない。導光する成分が存在することを簡易的に確認する方法としては、例えば、図60に示すように、デスクライトの縁にモスアイフィルム60を貼りつけ、モスアイフィルム60の表面にマジックで丸をつけ、その部分を目視観察する方法がある。この方法を実際に行った様子を図61に示す。図61では、直径1cm程度の赤丸をつけており、赤丸内部、赤丸近傍において、光が散乱した部分が赤みを帯びていることが分かる。図61ではTACフィルム上にモスアイ構造が形成されたモスアイフィルム単体を示したが、これをガラスに貼付したサンプルを同様に観察すると赤みが観察されなくなる。この現象から、モスアイフィルムにおける光の散乱には、導光が寄与していると判断できる。なお、図61には、上述のフィルム13と、AGモスアイフィルムとを示している。AGモスアイフィルムとは、高さが700〜800nmでピッチが略20μmの比較的大きな凹凸の表面にモスアイ構造が形成されたフィルムである。AGモスアイフィルムは、例えば、まず、ニッケル製のロール上に電着により有機被膜を形成した電着スリーブを基材として作製し、次に、上述と同様の方法にて該基材から多孔質アルミナ型を作製し、そして、該型を用いて転写工程を実施することによって作製することができる。
以上から、図58で示した方法で測定されるヘイズを低減させるとともに、図59及び図60で説明した光の散乱現象を抑制することが求められている。本明細書では、前者を正面ヘイズ、後者を偏角ヘイズと呼ぶことにする。
(評価試験2)
以下の点を除いて、上述のフィルム1〜14と同様の方法により2種類のモスアイフィルム(フィルム15、16)を実際に作製した。フィルム1〜14と、フィルム15、16とでは、多孔質アルミナ型の製造条件が互いに異なり、具体的には、陽極酸化処理時の電圧と、陽極酸化処理の時間(AO時間)と、エッチング時間とが異なる。フィルム15用の型の製造工程では、電圧を55Vに設定し、AO時間を120秒間とし、エッチング時間を8分間とした。フィルム16用の型の製造工程では、電圧を65Vに設定し、AO時間を90秒間とし、エッチング時間を10分間とした。また、フィルム3、フィルム7、フィルム15、フィルム16及びフィルム13の各々を名刺大のガラス板に貼付し、5種類のサンプルを作製した。フィルム3、7、15、16及び13用の多孔質アルミナ型の製造工程における陽極酸化処理時の電圧は、それぞれ、35V、45V、55V、65V及び80Vであり、フィルム3、7、15、16及び13のモスアイ構造のピッチは、それぞれ、85nm、115nm、135nm、160nm及び190nmであった。
そして、図60で示したように、蛍光灯の前に5種類のサンプルを吊るして偏光ヘイズを目視により観察した。観察は、サンプル主面の法線方向に対して45度、50度、60度、70度、75度又は80度の方向から行った。
図62〜図67に、偏角ヘイズを観察する際に撮影した5種類のサンプルの写真を示す。各図中、左からフィルム3、フィルム7、フィルム15、フィルム16及びフィルム13がこの順で配置されている。いずれの観察角度においても、モスアイ構造のピッチが長いものほど、光が散乱している様子がわかる。また、これらのフィルムの偏角ヘイズを複数人により主観的に評価した結果を下記表17に示す。表17中、透明に見えたものを○とし、白く濁って見えたものを×とし、やや白く濁って見えたものを△とした。
また、フィルム3、7、15、16及び13を用いて5種類のサンプルを作製し、各サンプルを用いてフィルム3、7、15、16及び13の正面ヘイズ及び偏角ヘイズを測定した。図68に示すように、各サンプル63は、63mm×42mmサイズのモスアイフィルム60(フィルム3、7、15、16及び13のいずれか)をパナック社製の粘着剤61(商品名:PDS1、厚み:20μm)で700μm厚のガラス板62上に貼付することによって作製した。なお、フィルム3、7、15、16及び13においては、基材フィルムとして80μm厚のTACフィルムを使用し、紫外線硬化性樹脂の塗布時の厚みは、8μmに設定した。
正面ヘイズの測定には、日本電色工業社製のヘイズメーターNDH2000を用いた。偏角ヘイズの測定には、コニカミノルタセンシング社製の分光測色計CM−2600dを用いた。偏角ヘイズの測定では、正反射を除去するSCE(Specular components excluded)モードに設定した。図69に示すよう、該分光測色計は、積分球64と、光源65と、受光器66と、正反射目隠し67とを備える。サンプル63の裏面上は宙空とし、モスアイ構造を有する表面が積分球64の内側を向くようにサンプル63をセットした。
測定結果を図70及び下記表17に示す。ここでは、物体を何も設置せずに空気を測定した結果と、ガラス板62単体を測定した結果についても示す。これらの測定の結果、モスアイ構造のピッチが長いものほど、正面ヘイズ及び偏角ヘイズが増加することが分かった。また、主観評価の結果から、モスアイ構造のピッチPは、150nm以下であることが好ましく、120nm以下であることがより好ましいことが分かった。また、フィルム16の偏角ヘイズの値は、フィルム15のそれと同じであったが、図62〜図67に示したように、両フィルムの見え方は大きく異なることがわかった。
(評価試験3)
フォトレジストを干渉露光して作製した型を用いてモスアイフィルム(フィルム17)を実際に作製した。フィルム17のモスアイ構造のピッチは、200nmであった。多孔質アルミナ型を用いて作製されたフィルム1〜16では、モスアイ構造の突起はランダムに配置されていたが、フィルム17では、モスアイ構造の突起は格子状に規則正しく配置されていた。また、フィルム13(ピッチ=190nm)及びフィルム17(ピッチ=200nm)の各々を名刺大のガラス板に貼付し、2種類のサンプルを作製した。そして、図60で示したように、蛍光灯の前に2種類のサンプルを吊るして偏光ヘイズを目視により観察した。
図71〜図74に、偏角ヘイズを観察する際に撮影した2種類のサンプルの写真を示す。各図中、左側がフィルム13であり、右側がフィルム17である。図71〜図73に示すように、フィルム13とフィルム17の見え方の違いは、斜め方向から観察した時の方が顕著であり、フィルム13の方がフィルム17に比べて全体的により青っぽく見えた。しかしながら、図74に示すように、特定の方向から観察した場合、フィルム17の一部(図74中、矢印で示された部分)が強く青く光って見えた。これらの結果から、突起が規則正しく配置されたフィルム17からは、極めて限られた方向に光(主に青い光)が射出し、突起がランダムに配置されたフィルム13からは、斜め方向のある程度広い範囲に光(主に青い光)が射出していることがわかる。この原因は、以下のように考えられる。図75に示すように、モスアイフィルム60に外から入射した光の一部は、フィルム60中を導光し、モスアイ構造に起因する高次の回折現象を生じた後、再び外に出射する。その際に、モスアイ構造の突起がランダムに配置された場合(図75の中央部分)と、規則正しく配置された場合(図75の右側部分)によって、出射する光の方向が変化すると考えられる。
(多孔質アルミナ型を用いて作製されたモスアイフィルムの突起の配置の規則性)
複数のガラス板の表面上に、スパッタリングにより、厚み1μmのアルミニウム膜を成膜した。そして、成膜後の各基板を1回だけ陽極酸化し、表面に多数の細孔が形成された陽極酸化層(レイヤー1〜5)を作製した。レイヤー1〜5の作製条件では、以下に示す陽極酸化の条件が互いに異なる。レイヤー1〜4の製造工程では、5℃のシュウ酸溶液中にて陽極酸化を行い、レイヤー5の製造工程では、室温(22℃)の酒石酸溶液中にて陽極酸化を行った。また、レイヤー1の製造工程では、シュウ酸溶液の濃度を0.03wt%とし、電圧を45Vとし、AO時間を200秒間とした。レイヤー2の製造工程では、シュウ酸溶液の濃度を0.03wt%とし、電圧を80Vとし、AO時間を35秒間とした。レイヤー3の製造工程では、シュウ酸溶液の濃度を0.6wt%とし、電圧を200Vとし、AO時間を16秒間とした。レイヤー4の製造工程では、シュウ酸溶液の濃度を0.6wt%とし、電圧を300Vとし、AO時間を5秒間とした。レイヤー5の製造工程では、酒石酸溶液の濃度を2wt%とし、電圧を200Vとし、AO時間を10分間とした。
各レイヤーの表面のSEM写真(倍率=2万倍)を撮り、数μm角の中にある200個程度の細孔について、各細孔の中心から1〜3番目に近い細孔の中心までの距離を測定し(各レイヤーにおける細孔間の距離の分布については、図76及び下記表18参照。)、それらの距離の平均値(平均距離)と標準偏差を算出した。また、該標準偏差を該平均値で割って、陽極酸化層のピッチランダムネス(%)を算出した。その結果、細孔の平均距離は、レイヤー1では117.6nmであり、レイヤー2では187.1nmであり、レイヤー3では190.2nmであり、レイヤー4では187.8nmであり、レイヤー5では295.8nmであり、陽極酸化層のピッチランダムネスは、レイヤー1では29.7%であり、レイヤー2では33.0%であり、レイヤー3では29.5%であり、レイヤー4では32.6%であり、レイヤー5では26.6%であった。また、細孔の平均距離は陽極酸化の条件によって変化するが、陽極酸化層のピッチランダムネスは陽極酸化の条件によらずほぼ一定であることがわかった。更に、図76のグラフ形状は、ピーク値を中心に左右対称な形状ではなく、ピーク値の左側よりも右側に裾をひいた形状となっていることが特徴的であった。
また、上記各レイヤーは、陽極酸化とエッチング処理とを更に繰り返し施されることによって、各々の細孔の深さと孔径は大きくなり、結果的に多孔質アルミナ型になり得る。そのため、各レイヤーの平均距離及びピッチランダムネスは、それぞれ、各レイヤーの陽極酸化の条件と同条件の陽極酸化と、エッチングとを繰り返して作製された多孔質アルミナ型の孔の平均距離及びピッチランダムネスと実質的に同じとなり、また、該型を用いて作製されたモスアイ構造の突起の平均距離及びピッチランダムネスと実質的に同じとなる。したがって、上述の結果から、多孔質アルミナ型を用いて作製されたモスアイフィルムにおいても、モスアイ構造のピッチランダムネスは、陽極酸化の条件によらずほぼ一定であり、25%以上、35%以下であることがわかった。また、モスアイ構造のピッチランダムネスがこの範囲にあれば、突起が規則正しく配置されたモスアイフィルムのようにフィルムが局所的に強く光って見えるのを防止することができる。更に、モスアイ構造のピッチランダムネスがこの範囲にあり、かつ、モスアイ構造のピッチが150nm以下(好適には120nm以下)であれば、フィルムの全体において正面ヘイズ及び偏角ヘイズを抑制することができる。
なお、レイヤー1の陽極酸化の条件は、上記フィルム7用の型の陽極酸化の条件と同じであり、レイヤー2の陽極酸化の条件は、上記フィルム13用の型の陽極酸化の条件と同じである。また、特許文献7に記載の方法によって陽極酸化層を形成した場合のピッチランダムネスもレイヤー1〜5のピッチランダムネスと同程度である。
1:表示装置
10:表示パネル
11、12:基板
20:空気層
30:前面板
40、50、60、81:フィルム(モスアイフィルム)
41:モスアイ構造(ナノ構造)
42、44、70:基材
43:突起(凸部)
61:粘着剤
62、71:ガラス板
63:サンプル
64:積分球
65:光源
66:受光器
67:正反射目隠し
72:アルミパイプ
73:電着スリーブ
74:フィルムロール
75:基材フィルム
76:ダイコーター
77:カッター
78、79:型押し具
82:黒色アクリル板
83:投光部
84:受光部
RS(5°):5度正反射の反射スペクトル
RS(45°):45度正反射の反射スペクトル

Claims (7)

  1. 表示パネルと、
    空気層を介して前記表示パネルの前方に配置された前面板と、
    前記表示パネルの前面又は前記前面板の背面に配置されたフィルムとを備え、
    前記空気層の厚みは、50μm以下であり、
    前記表示パネル及び/又は前記前面板は、撓み得るものであり、
    前記表示パネル及び/又は前記前面板が撓んだ状態で、前記空気層の厚みは、0μm〜50μmの範囲で変化し、
    前記フィルムは、前記空気層に接する面にモスアイ構造を有し、
    前記モスアイ構造の5度正反射の反射スペクトルにおいて、600nm以上、780nm以下の範囲内の少なくとも1点の波長の反射率は、550nmの反射率よりも小さく、
    前記モスアイ構造は、5度正反射及び45度正反射の反射スペクトルに基づく5度方向及び45度方向における視感反射率がいずれも0.25%以下である表示装置。
  2. 前記前面板は、ヤング率が70GPa未満であり、前記フィルムが変形したときに前記フィルムと一緒に変形する部材を含む請求項1記載の表示装置。
  3. 前記モスアイ構造の高さは、200nm以上、350nm以下である請求項1又は2記載の表示装置。
  4. 前記モスアイ構造のアスペクト比の値は、3以下である請求項1〜3のいずれかに記載の表示装置。
  5. 前記モスアイ構造のピッチは、150nm以下である請求項1〜4のいずれかに記載の表示装置。
  6. 前記モスアイ構造のピッチランダムネスは、25%以上、35%以下である請求項5記載の表示装置。
  7. 前記前面及び前記背面のうちの前記フィルムが配置されていない面に配置された第二のフィルムを更に備え、
    前記第二のフィルムは、前記空気層に接する面にモスアイ構造を有する請求項1〜6のいずれかに記載の表示装置。
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