JP2004061604A

JP2004061604A - 光散乱膜、及びそれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP2004061604A
Application number: JP2002216404A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Kawashima; 川島　正行; Tadatoshi Maeda; 前田　忠俊; Hisao Hoshi; 星　久夫; Takao Taguchi; 田口　貴雄
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】光散乱膜が薄膜であっても充分な散乱強度をもち、且つ、可視光領域での散乱効率に差がなく、視野角内の広い範囲で白い表示を得ることが出来る光散乱膜を提供すること。上記光散乱膜を有する液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】透明粒子１２が、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける各散乱効率の差を０．３以内とする粒径を有し、透明樹脂１３中に均一に分散された状態であること。光散乱膜９の膜厚が５μｍ以下であること。平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下であること。透明粒子と透明樹脂の屈折率の比の値が、０．９３以下、１．０８以上であること。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板間に保持された液晶材料に電荷を印加して画像を表示する液晶表示装置に関するものであり、特に、液晶表示装置の光散乱膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、入射された光の偏光方向を液晶の配向状態を用いて制御することによって表示するものである。この液晶表示装置は、光源の有無から、透過型、反射型、半透過型の３種類の表示装置に大別することが出来る。
【０００３】
透過型液晶表示装置は、背面側電極基板の裏面もしくは側面に光源を配置し、この光源より照射された光により画面表示を行なう液晶表示装置である。また反射型液晶は光源を内蔵せず装置の前面から入射された光を利用して表示を行なう液晶表示装置である。
更に近年においては、透過型液晶表示装置と反射型液晶表示装置の両方の機能を兼ね備えた半透過型液晶表示装置が提案されている。
【０００４】
反射型液晶表示装置、あるいは半透過型液晶表示装置は、前方から入射した室内光あるは自然光を光源として利用する。このため、これらの液晶表示装置は、背面側電極基板の表面に前方から入射した光を反射する反射電極、および表示装置内のいずれかの場所に観察者の表示認識角度、すなわち、視野角を広くするために射出される光を散乱する光散乱機能を有する構造となっている。
【０００５】
光散乱機能を有する構造としては、図２に示すように、観察者側電極基板（２７）の表面に光散乱膜（２９）を設けた構造、あるいは図３に示すように、背面側電極基板（３８）の表面の反射電極（３３）表面に凹凸を設けた構造が実用化されている。
観察者側電極基板（２７）の表面に光散乱膜（２９）を設けた構造は、後方散乱光（Ｂ）により光の利用効率が劣り画面表示が暗くなる欠点や、反射電極（２３）で反射され液晶を透過した光（反射光（Ｄ））は観察者側電極基板の厚みを介して散乱されるため解像度が劣る欠点がある。
【０００６】
一方、背面側電極基板（３８）の表面の反射電極（３３）表面に凹凸を設けた構造は、入射光（Ａ）が反射電極（３３）で一部吸収される以外は光の損失がないため光の利用効率が優れるという利点がる。しかし、反射電極表面の凹凸形成にあたりフォトリソグラフィー法等の処理工程を用いなければならず製造工程が煩雑になり、また製造コストが上がる等の欠点がある。
【０００７】
これらの光散乱機能を有する構造の不具合点を考慮し、背面側電極基板と観察者側電極基板の２枚の電極基板間（以下セル内とする）に光散乱膜を有する構造が提案されている。
この構造を用いることで、反射電極表面に凹凸を形成する必要がなく製造上有利で、且つ又、セル内で散乱されるため解像度が落ちない反射型液晶表示装置を得ることができる。
【０００８】
しかし、セル内に光散乱膜を形成する構造は、セルのギャップが狭いため、光散乱膜の膜厚を薄くしなければならない。一方、入射した光の一部を光散乱膜の後方に向けて散乱する後方散乱を抑え、且つ、十分な散乱特性を得るためには、粒径を大きくする必要がある。これらを両立するために、粒径の３倍以内の膜厚で、光散乱膜中に均一に形成していた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、透明樹脂の屈折率、および透明粒子の屈折率や粒径が不適切であったため、可視光領域での各波長おける散乱効率に差が生じて、視野角内の広い範囲で白い表示を得ることが出来なかった。
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものである。すなわち、光散乱膜が薄膜であっても充分な散乱強度をもち、且つ、可視光領域での散乱効率に差がない光散乱膜を提供することを課題とするものである。
また、色変化が少なく、明るく見やすい画面表示が可能な、上記光散乱膜を有する液晶表示装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透明樹脂中に透明粒子が分散された光散乱膜であって、該透明粒子が、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける散乱断面積／幾何学的断面積で表される各散乱効率の差を０．３以内とする粒径を有し、該透明樹脂中に均一に分散された状態であることを特徴とする光散乱膜である。
【００１１】
また、本発明は、上記発明による光散乱膜において、前記光散乱膜の膜厚が５μｍ以下であることを特徴とする光散乱膜である。
【００１２】
また、本発明は、上記発明による光散乱膜において、前記透明粒子の平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする光散乱膜である。
【００１３】
また、本発明は、上記発明による光散乱膜において、前記透明粒子の屈折率を前記透明樹脂の屈折率で割った屈折率の比の値が、０．９３以下、或いは１．０８以上であることを特徴とする光散乱膜である。
【００１４】
また、本発明は、画素に対応した複数の電極が設けられた背面側電極基板と、観察者側電極基板の両電極基板間に上記光散乱膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１に本発明に係る液晶表示装置を模式的に示す。図１は本発明による光散乱膜を反射型液晶表示装置に適用した際の断面図である。
図１に示すように、観察者側の透明基板（１）にカラーフィルタ（４）が形成されている。このカラーフィルタ（４）は、特に限定されるものではなく、公知の顔料分散法や染色法を用いて形成することができる。
【００１６】
カラーフィルタ（４）上には、本発明に係る透明粒子（１２）を透明樹脂（１３）中に分散させた光散乱膜（９）が膜厚３μｍ程度に形成されている。
ここで、透明粒子（１２）の材質としては、熱や薬品耐性のあるものであればよく、シリコン樹脂、メラミン樹脂、フッ素系アクリレート樹脂等の有機物の他にも、アモルファスシリカ、酸化アルミニウム等の無機物、さらには、有機物と無機物の複合物等が使用可能である。
【００１７】
また、透明樹脂（１３）の材質としては、熱や薬品耐性のあるものであればよく、例えば、アクリル系樹脂、フッ素系アクリル樹脂、シリコン系アクリル樹脂、フルオレン樹脂、エポキシアクリレート樹脂等が使用可能である。
【００１８】
本発明においては、透明粒子と透明樹脂の組み合わせとして、透明粒子と透明樹脂の屈折率の比の値が、０．９３以下あるいは１．０８以上であり、また、透明粒子として、平均粒径が１μｍ以上３μｍ以内の範囲で、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの各波長における散乱断面積／幾何学的断面積で表される各散乱効率の差が０．３以内となるような透明粒子の平均粒径を選ぶことが好ましい。
本発明における散乱効率は、Ｍｉｅ散乱理論から計算される値である。Ｍｉｅ散乱理論とは、均一媒体内に存在し、任意な直径を持ち、任意材質の均一な球による平面単位波の回折を電磁気学によって厳密解を得たものである。
【００１９】
以下に光散乱膜（９）の例を示す。
例１：屈折率１．５０のアクリル系透明樹脂に、透明粒子として屈折率１．６８のメラミン粒子を分散させたもの。
図４に、この際の４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの各波長における、粒径に対する散乱効率の曲線を各々（４１）、（４２）、（４３）にて示す。これらの曲線から各散乱効率の差が０．３以内となる透明粒子の粒径としては、略１．９μｍであり、これを平均粒径とする。
【００２０】
例２：屈折率１．５９のフルオレン樹脂に、透明粒子として屈折率１．４５のフッ素化アクリル粒子を分散させたもの。
図５に、この際の４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍの各波長における、粒径に対する散乱効率の曲線を各々（５１）、（５２）、（５３）にて示す。これらの曲線から各散乱効率の差が０．３以内となる透明粒子の粒径としては、略２．５μｍであり、これを平均粒径とする。
【００２１】
なお、フォトリソグラフィー法等を用い、塗布、形成した光散乱膜を所定のパターン形状に成形する場合には、パターニング可能な樹脂としてメタクリル酸、ブチルメタクリレート、ヒドロキシメタクリレート等からなるアクリル重合体、アクリルモノマー、光重合開始剤の混合液が使用可能である。
【００２２】
光散乱膜（９）上にＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズの混合酸化物）からなる透明電極（５）が形成され、本発明に係る観察者側電極基板（７）となる。
上記観察者側電極基板（７）と、別途作成した光反射機能を有する背面側電極基板（８）にて液晶（２）を挟持し、図１に示す反射型液晶表示装置（１０）を作製する。
なお、背面側電極基板（８）には光反射機能を持たせるため、光反射板と液晶駆動用の電極とを別途形成しても、もしくは、光反射板と液晶駆動用の電極とを兼用させた反射電極を形成しても構わない。ちなみに図１の背面側電極基板（８）には、反射電極（３）を形成しており、光散乱膜（９）にて光散乱を生じさせるために反射電極の表面は平坦としている。
また、反射型液晶表示装置の構成部材として偏光膜、配向膜等があげられるが説明の都合上図１では図示を省略している。
【００２３】
本発明による光散乱膜によれば、可視光領域での散乱効率の差が０．３以内となるため、散乱光が角度によって色づくことのない白い散乱光を得ることが可能となる。
また、本発明においては、上記光散乱膜の膜厚が５μｍ以下であることを特徴とする。膜厚が５μｍより多いと膜厚の均一性を確保することが困難になり、セル厚のムラを生じるため表示不良が起こる。
【００２４】
また、本発明においては、上記光散乱膜を構成する透明粒子の平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする。粒径が１μｍより小さいと画面表示に必要な散乱強度が得られず、明るい画面表示を得る事ができない。また、３μｍより大きいと膜厚が薄いため、透明粒子が表面に現れやすくなり光散乱膜の表面荒れの原因となる。
【００２５】
また、本発明においては、上記光散乱膜を構成する透明粒子の屈折率を透明樹脂の屈折率で割った屈折率の比の値が、０．９３以下あるいは１．０８以上であることを特徴とする。比の値が、０．９３よりも高く、１．０８よりも低いと十分な散乱強度を得る事ができない。
さらに、本発明に係る液晶表示装置にあっては、上記散乱膜を用いたことにより、色変化のない、明るく見やすい画面表示を得る事が可能となる。
【００２６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例により詳細に説明する。
＜実施例１＞
透明基板としてガラス基板を用い、先ず、ガラス基板上に公知の顔料分散法にてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）からなるカラーフィルタを形成した。
次いで、カラーフィルタ上に、透明樹脂中に透明粒子を分散させた光散乱膜を形成した。光散乱膜は以下の処方の塗布液にて形成した。
【００２７】

以上Ａ〜Ｅを充分混合して塗布液を調製した。
【００２８】
上記塗布液をカラーフィルタ上に滴下後、ガラス基板を毎分８００回転にて５秒間回転し、膜厚３．０μｍの光散乱膜を形成した。光散乱膜中に上記メラミン粒子がほぼ一層で均一に分散されていた。また、光散乱膜の表面は極めて平坦なものであり、表面の平坦性は０．１μｍ以下であった。
次いで、上記光散乱膜を形成後、光散乱膜上に公知のスッパタリング法にてＩＴＯからなる透明電極を成膜し、本実施例１に係る観察者側電極基板を得た。
【００２９】
上記の工程で得られた観察者側電極基板と、別途作成した光反射機能を有する背面側電極基板にて液晶を挟持し、図１に示す反射型液晶表示装置を作製した。
【００３０】
＜実施例２＞
実施例２は実施例１と比較して、１図における光散乱膜の構造のみ異なるものであり、その他の構造および工程は同一である。下記塗布液を用いて、実施例１と同様に光散乱膜を形成し反射型液晶表示装置を作製した。

以上Ａ〜Ｅを充分混合して塗布液を調製した。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、透明粒子が、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける各散乱効率の差を０．３以内とする粒径を有し、透明樹脂中に均一に分散された状態の光散乱膜であるので、光散乱膜が薄膜であっても充分な散乱強度をもち、且つ、可視光領域での散乱効率に差がない光散乱膜、すなわち、視野角内の広い範囲で白い表示を得ることが出来る光散乱膜となる。
また、本発明は、上記光散乱膜が形成された液晶表示装置であるので、色変化が少なく、明るく見やすい画面表示が可能な液晶表示装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による反射型液晶表示装置の断面図である。
【図２】観察者側電極基板の表面に光散乱膜を設けた構造の反射型液晶表示装置の断面図である。
【図３】背面電極基板の反射電極表面に凹凸を設けた構造の反射型液晶表示装置の断面図である。
【図４】屈折率１．５０の透明樹脂、屈折率１．６８の透明粒子の際の各波長における、散乱効率の説明図である。
【図５】屈折率１．５９の透明樹脂、屈折率１．４５の透明粒子の際の各波長における、散乱効率の説明図である。
【符号の説明】
１、６、２１、２６、３１、３６・・・透明基板
２、２２、３２・・・液晶
３、２３、３３・・・反射電極
４、２４、３４・・・カラーフィルタ
５、２５、３５・・・透明電極
７、２７、３７・・・観察者側電極基板
８、２８、３８・・・背面側電極基板
９、２９・・・光散乱膜
１０・・・本発明による反射型液晶表示装置
１２・・・透明粒子
１３・・・透明樹脂
２０・・・観察者側電極基板の表面に光散乱膜を設けた構造の反射型液晶表示装置
３０・・・背面電極基板の反射電極表面に凹凸を設けた構造の反射型液晶表示装置
４１、５１・・・波長４５０ｎｍにおける散乱効率の曲線
４２、５２・・・波長５５０ｎｍにおける散乱効率の曲線
４３、５３・・・波長６５０ｎｍにおける散乱効率の曲線
Ａ・・・入射光
Ｂ・・・後方散乱光
Ｃ・・・前方散乱光
Ｄ・・・反射光

Claims

透明樹脂中に透明粒子が分散された光散乱膜であって、該透明粒子が、波長４５０ｎｍ、５５０ｎｍ、６５０ｎｍにおける散乱断面積／幾何学的断面積で表される各散乱効率の差を０．３以内とする粒径を有し、該透明樹脂中に均一に分散された状態であることを特徴とする光散乱膜。
前記光散乱膜の膜厚が５μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の光散乱膜。
前記透明粒子の平均粒径が１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項１、又は請求項２記載の光散乱膜。
前記透明粒子の屈折率を前記透明樹脂の屈折率で割った屈折率の比の値が、０．９３以下、或いは１．０８以上であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項３記載の光散乱膜。
画素に対応した複数の電極が設けられた背面側電極基板と、観察者側電極基板の両電極基板間に請求項１〜４のいずれか１項に記載の光散乱膜が形成されていることを特徴とする液晶表示装置。