JP5140531B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、広視野角特性と低グレア性を両立した光拡散層、および、この光拡散層を備えた液晶表示装置に関する。

光拡散層を備えた偏光板と、集光板を備えたバックライト装置とを用いた広視野角の液晶表示装置が知られている（例えば特許文献１）。偏光板は液晶セルの視認側に配置され、バックライト装置はその反対側に配置されている。光拡散層を用いた液晶表示装置は、広視野角性と低グレア性を両立することが課題である。低グレア性とは、輝度の高い光源からの光や、画面に反射する光が目に入る際に起こる「まぶしさ」が少ないことである。特許文献１には、粒子径の異なる２種類以上の透光性微粒子を用いることが開示されている。しかし、この構成によっても、広視野角性と低グレア性が十分に両立されているとは言い難い。
特開２００７−１０１６７９号公報

従来の、光拡散層を用いた液晶表示装置は、広視野角性と低グレア性が十分に両立されていなかった。本発明の目的は、広視野角特性を維持したままグレアを低減した光拡散層、および、この光拡散層を備えた液晶表示装置を提供することである。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、透光性微粒子を分散状態で含有する透光性樹脂層（光拡散層）の厚みを、透光性微粒子の体積平均粒子径の７倍以上とすることによって、広視野角性と低グレア性を両立した液晶表示装置が得られることを見出した。図１（ａ）に示すように、従来の光拡散層１０は、厚みが透光性微粒子１１の体積平均粒子径の２倍〜６倍であった。このため従来の光拡散層１０を、集光板付きのバックライト装置（集光バックライト装置）を備えた液晶表示装置に用いると、直進透過光１２の強度が大きくなりすぎ、グレア（まぶしさ）の原因となっていた。図１（ｂ）に示す本発明の光拡散層２０を用いると、厚みが透光性微粒子２１の体積平均粒子径の７倍以上あるので、同じ視野角でも直進透過光２２の強度が適度に小さくなり、グレアを低減することができる。

本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）本発明の光拡散層は、複数の透光性微粒子を分散状態で含む透光性樹脂層からなる光拡散層であって、光拡散層の厚みが、透光性微粒子の体積平均粒子径の７倍〜５０倍であることを特徴とする。
（２）本発明の液晶表示装置は、液晶セルと、液晶セルの視認側に配置された上記の光拡散層と、液晶セルの視認側の反対側に配置されたバックライト装置とを備えた液晶表示装置であって、バックライト装置の出射光は、液晶表示装置の表示画面の法線方向で最大輝度であり、表示画面の上下方向における輝度半値角が３°〜３５°であることを特徴とする。

本発明により、広視野角特性を維持したままグレア（まぶしさ）を低減した光拡散層と、この光拡散層を備えた液晶表示装置を得ることができる。

［光拡散層］
本発明の光拡散層は、複数の透光性微粒子を分散状態で含む透光性樹脂層からなる。光拡散層の厚みは、透光性微粒子の体積平均粒子径の７倍以上であり、好ましくは１０倍〜５０倍である。光拡散層の厚みが透光性微粒子の体積平均粒子径の７倍未満であると、グレアが高くなりやすく、５０倍を超えると液晶表示装置の表示画像の鮮明さが低下するおそれがある。

本発明の光拡散層の厚みは、好ましくは３０μｍ〜３００μｍであり、さらに好ましくは５０μｍ〜２００μｍである。この光拡散層は、同じ視野角でも直進透過光の強度を適度に小さくできるため、液晶セルの視認側に配置することによって、広視野角で低グレアの液晶表示装置を得ることができる。

光拡散層の全光線透過率は、好ましくは８０％以上であり、さらに好ましくは８５％〜９５％である。光拡散層の直進透過率は、好ましくは０％を超え、０．１％以下であり、さらに好ましくは０％を超え、０．０１％以下である。光拡散層のＪＩＳ Ｋ ７１０５によるヘイズは、好ましくは、７０％〜９９％であり、さらに好ましくは、８０％〜９９％である。

光拡散層は、透光性微粒子の屈折率をｎ_１、透光性樹脂層の屈折率をｎ_２としたとき、｜ｎ_１−ｎ_２｜が０．０１〜０．１であることが好ましい。

［透光性微粒子］
本発明に用いられる透光性微粒子は、無着色または白色で、透光性樹脂層への分散性に優れたものであれば、特に制限はなく、形状は真球状、扁平状、不定形状などのものが使用できる。

透光性微粒子の体積平均粒子径は、好ましくは１μｍ〜１０μｍであり、さらに好ましくは１．５μｍ〜５μｍである。体積平均粒子径とは、実在の微粒子の平均体積と同じ体積を持つ仮想的な球の直径である。体積平均粒子径は、例えば、超遠心式自動粒度分布測定装置を用いて測定することができる。

透光性微粒子は、好ましくは高分子微粒子であり、１種または２種以上を混合して用いることができる。高分子微粒子として、シリコーン（屈折率１．４１〜１．４４）、ポリメタクリル酸メチル（平均屈折率１．４９）、アクリル−スチレン共重合体（屈折率１．５７）、ポリカーボネート（屈折率１．５７）、ポリスチレン（屈折率１．５９）、架橋ポリスチレン（屈折率１．６２）などが用いられる。これらの透光性微粒子は、モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社、総研化学株式会社、積水化成品株式会社などから入手することができる。なお、本明細書に記載の屈折率は、ＪＩＳ Ｋ ７１４２のＢ法に準じて測定した値である。

透光性微粒子は、特に好ましくは、シリコーンの一種である、ポリメチルシルセスキオキサン（屈折率１．４３）である。ポリメチルシルセスキオキサンは粒子分散性や光拡散性に優れている。ポリメチルシルセスキオキサン微粒子は、例えば、特開２００７−２７７４０８号公報に記載の方法で得ることができる。

透光性微粒子の量は、光拡散層の総重量の、好ましくは１０重量％〜５０重量％であり、さらに好ましくは２０重量％〜４０重量％である。この範囲で光拡散性に優れた光拡散層を得ることができる。

［透光性樹脂層］
本発明に用いられる透光性樹脂層は、複数の透光性微粒子を分散状態で含む。透光性樹脂層は透光性微粒子のほかに、帯電防止剤や酸化防止剤などの添加剤を含んでいてもよい。

透光性樹脂層の主材料である透光性樹脂は、無着色で透明性に優れたものであれば、特に制限はないが、好ましくは、粘着剤である。粘着剤は粘度が高いことに加え、粒子の分散性に優れているため、透光性微粒子の体積平均粒子径の７倍以上の厚みのある光拡散層を得ることに好適である。

粘着剤としては、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、エポキシ系粘着剤、セルロース系粘着剤などが挙げられる。耐熱性や透明性に優れているため、アクリル系粘着剤が好ましい。

アクリル系粘着剤は、通常、粘着性を与える主モノマー、凝集性を与えるコモノマー、粘着性を与えつつ架橋点となる官能性含有モノマーを重合させて得られる。アクリル系粘着剤のガラス転移温度は、好ましくは、−６０℃〜−１０℃である。重量平均分子量は、好ましくは、２０万〜２００万である。屈折率は、好ましくは、１．４５〜１．６５である。なお上記特性のアクリル系粘着剤は、例えば、大日本図書株式会社発行、中前勝彦著「接着・粘着の化学と応用」を参考に合成することができる。

透光性樹脂に透光性微粒子を分散させる方法としては、例えば、透光性樹脂に溶媒を加えて調製した樹脂溶液を撹拌しながら、透光性微粒子を少量ずつ加える方法がある。光拡散層は、例えば、上記の分散方法により得られた光拡散層用塗布液を支持体上に塗布し、乾燥させて得ることができる。

［液晶表示装置］
図２に示すように、本発明の液晶表示装置３０は、液晶セル３１と、液晶セル３１の視認側に配置された光拡散層３２と、液晶セル３１の視認側の反対側に配置されたバックライト装置３３を備える。液晶表示装置３０は、通常、液晶セル３１と光拡散層３２の間に第一の偏光板３４が配置され、液晶セル３１とバックライト装置３３の間に第二の偏光板３５が配置される。好ましくは、液晶セル３１と第二の偏光板３５の間に位相差板３６が配置される。

上記の各部材は、それぞれ密着積層されていてもよく、例えば光拡散層３２が第一の偏光板３４と密着積層され、一つの部材のように構成されていてもよい。

本発明に用いられる液晶セル３１は、通常、図示しない二枚の基板と、基板間に狭持された図示しない液晶層を備える。代表的には、一方の基板にはカラーフィルタ、対向電極、配向膜が形成され、他方の基板には液晶駆動電源、配線パターン、薄膜トランジスタ素子、配向膜が形成される。

液晶セル３１の動作モードは、例えば、捩れネマチック（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード、垂直配向（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、ＯＣＢ（Ｏｐｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ）方式、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式などの複屈折制御（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードである。

本発明に用いられるバックライト装置３３は、直下方式、サイドライト方式、面状光源方式などが用いられる。サイドライト方式のバックライト装置は、通常、図示しないランプ、ランプから放射される光を面光源に変換する図示しない導光板、導光板の視認側に配置された図示しない拡散シート（Ｄｉｆｆｕｓｅｒ）、拡散シートの視認側に配置された図示しない集光シート（Ｌｅｎｓ Ｓｈｅｅｔ）を備える。

バックライト装置３３の出射光は、液晶表示装置３０の表示画面の法線方向で最大輝度である。また、表示画面の上下方向における輝度半値角は、好ましくは３°〜３５°であり、より好ましくは３°〜１５°である。バックライト装置３３の出射光は、表示画面の左右方向における輝度半値角も、上記範囲であることが好ましい。輝度半値角とは図３に示すように、最大輝度の半分の値をとる角度幅（半値全幅）をいう。

このような指向性の強い光を出射するバックライト装置３３を用いることによって、液晶セル３１の複屈折に起因する表示特性の低下を防ぐことができる。さらに本発明の光拡散層３２を組み合わせて用いることにより、より広視野角で低グレアの液晶表示装置３０を得ることができる。

バックライト装置３３の輝度半値角は、例えば、図示しない拡散シートや集光シートの枚数、形状を適宜調整することにより、増加ないし減少させることができる。

［実施例１］
アクリル系粘着剤と溶剤を含む粘着剤溶液（固形分濃度１１重量％）１００重量部に、シリコーン樹脂微粒子（モーメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ社製トスパール１４０、体積平均粒子径４．２μｍ）３．８重量部を混合し、１時間撹拌した。次に、上記の粘着剤溶液を、離型処理したポリエチレンテレフタレートフィルムの表面に塗布し、１２０℃で乾燥したのち、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥離して、厚み３０μｍの粘着剤層を作製した。この粘着剤層を５層積層して、厚み１５０μｍの光拡散層（ヘイズ９７％）を得た。この光拡散層はシリコーン樹脂微粒子を、光拡散層の総重量の２６重量％含む。この光拡散層の、（光拡散層の厚み／体積平均粒子径）は３５．７であった。

［実施例２］
実施例１と同様に作製した粘着剤層を２層積層して、厚み６０μｍの光拡散層（ヘイズ９１％）を得た。この光拡散層の、（光拡散層の厚み／体積平均粒子径）は１４．３であった。

［比較例］
実施例１と同様の方法で、厚み１５μｍの粘着剤層（ヘイズ８０％）を作製し、これを光拡散層とした。この光拡散層の、（光拡散層の厚み／体積平均粒子径）は３．６であった。

［評価］
実施例１、実施例２、比較例の光拡散層を用いて、図２に示すような液晶表示装置３０を作製し、表示画面を緑色にしたときのグレア性、および、白黒表示したときの視野角を評価した。評価結果を表１に示す。表１に示すように、本発明の光拡散層（実施例１，２）を用いた液晶表示装置は、従来の光拡散層（比較例）を用いた液晶表示装置と比較して、視野角は特に変わらず、グレアは改善されている。

グレアは、画面から３０ｃｍ離れた位置で、真正面から目視したときの官能評価である。○は観察者がグレア（まぶしさ）を感じない、×は観察者がグレアを感じる、という意味である。また視野角特性の数値は、極角６０°、方位角０°〜３６０°におけるコントラスト比の平均値であり、この値が大きいほど、視野角が広いことを示す。

評価に用いた液晶表示装置の構成は以下の通りであった。

［液晶セル］
市販の液晶ディスプレイ（ソニー社製「ＫＤＬ２０Ｊ３０００」）に搭載されている液晶セルを取り出して用いた。

［第一の偏光板］
日東電工社製「ＮＰＦ−ＳＩＧ１４２３ＤＵ」を用いた。偏光板の吸収軸方向は、液晶セルの長辺に対して４５°になるように配置した。

［第二の偏光板］
日東電工社製「ＮＸＰ−ＳＥＧ１２２４−５５−２７５」を用いた。この偏光板は、二軸性位相差板があらかじめ積層されたものである。偏光板の吸収軸方向は、液晶セルの長辺に対して１３５°になるように配置した。

［バックライト装置］
バックライト装置としては、出射光の輝度半値角が上下方向において５°であるものを用いた。図４に示すように、このバックライト装置４０は、メタルハライドランプ４１（１００Ｗ）の前面にプロジェクションレンズ４２、スポット状スリット４３（直径１０ｍｍ）を設け、そこから投影される光が反射する位置にアルミ鏡面反射板４４を設け、その反射光が透過する位置にアクリル製のフレネルレンズ４５を設け、さらに、フレネルレンズ４５の前面に拡散シート４６（ヘイズ２０％）を設けたものである。

［測定方法］
［光拡散層の厚み］
ミツトヨ社製「シックネスゲージ」を用いて光拡散層の厚みを測定した。

［体積平均粒子径］
堀場製作所製「超遠心式自動粒度分布測定装置ＣＡＰＡ−７００」を用いて、体積平均粒子径を測定した。

［視野角特性］
Ｇｍｂｈ社製「コノスコープａｕｔｒｏｎｉｃ−ＭＥＬＣＨＥＲＳ」を用いて、液晶表示装置の画面に白を表示したときの輝度（白輝度）、および、黒を表示したときの輝度（黒輝度）を測定し、その比（白輝度／黒輝度）を求めた。

［グレア］
液晶表示装置の画面を全面緑色とし、画面から３０ｃｍ離れた位置で、正面からまぶしさを目視観察した。
［ヘイズ］
ヘイズメーター（村上色彩技術研究所製「ＨＭ−１５０」）を用い、ＪＩＳ Ｋ ７１０５に準じて求めた。

従来および本発明の光拡散層の模式図 本発明の液晶表示装置の模式図 輝度半値角の説明図 本発明に用いたバックライト装置の模式図

符号の説明

１０ 光拡散層
１１ 透光性微粒子
１２ 直進透過光
２０ 光拡散層
２１ 透光性微粒子
２２ 直進透過光
３０ 液晶表示装置
３１ 液晶セル
３２ 光拡散層
３３ バックライト装置
３４ 第一の偏光板
３５ 第二の偏光板
３６ 位相差板
４０ バックライト装置
４１ メタルハライドランプ
４２ プロジェクションレンズ
４３ スポット状スリット
４４ アルミ鏡面反射板
４５ フレネルレンズ
４６ 拡散シート

Claims (3)

1. 液晶セルと、
   前記液晶セルの視認側に配置された光拡散層と、
   前記液晶セルと前記光拡散層の間に配置された第一の偏光板と、
   前記液晶セルの視認側の反対側に配置されたバックライト装置を備えた液晶表示装置であって、
   前記光拡散層は、体積平均粒子径が１．５μｍ〜５μｍである複数の透光性微粒子を分散状態で含む粘着剤からなる透光性樹脂層からなり、その厚みは前記透光性微粒子の体積平均粒子径の７倍〜５０倍であり、
   前記バックライト装置の出射光は、前記液晶表示装置の表示画面の法線方向で最大輝度であり、前記表示画面の上下方向における輝度半値角が３°〜３５°であることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記透光性微粒子の屈折率をｎ_１、前記透光性樹脂層の屈折率をｎ_２としたとき、｜ｎ_１−ｎ_２｜が０．０１〜０．１である請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記光拡散層は、複数の前記透光性微粒子を分散状態で含む粘着剤が複数枚積層されてなる透光性樹脂層からなる請求項１または２に記載の液晶表示装置。

Images