光拡散制御及び／又は表面からのグレア低減方法
【課題】ディスプレイ装置のバックプレーンにおける光拡散を最大化し、及び／又はこのような表面からのグレアを低減するための代替となる手法を提供すること。
【解決手段】ディスプレイ装置のバックプレーンを含む表面における光拡散を制御し及び／又はグレアを制御する光拡散制御／グレア抑制方法は、ａ）表面を準備する工程と、ｂ）約１ｎｍ〜約１０μｍの範囲の平均直径を有する粒子の分散液を準備する工程と、ｃ）分散液を表面に適用し粒子フィルムを形成する工程と、ｄ）熱又は紫外線を用いて、表面上で分散液を乾燥させ及び／又は分散液を硬化させる工程とを有する。
【解決手段】ディスプレイ装置のバックプレーンを含む表面における光拡散を制御し及び／又はグレアを制御する光拡散制御／グレア抑制方法は、ａ）表面を準備する工程と、ｂ）約１ｎｍ〜約１０μｍの範囲の平均直径を有する粒子の分散液を準備する工程と、ｃ）分散液を表面に適用し粒子フィルムを形成する工程と、ｄ）熱又は紫外線を用いて、表面上で分散液を乾燥させ及び／又は分散液を硬化させる工程とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光拡散及び／又は表面、特に反射型バックプレーンからのグレアを制御する方法に関する。更に、本発明は、光拡散が制御されたディスプレイ及び光拡散及び／又は表面からのグレアを制御するためのナノ粒子フィルムの用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型ディスプレイは、通常、周囲の光を最大限に活用するために、光拡散バックプレーン（light diffusing back plane）又はゲインリフレクタ（gain reflector）を備える。反射型ディスプレイは、周囲の光を利用して情報を表示し、したがって、バックライトによる照明が不要であるため、携帯型電子機器に好適に用いられる。しかしながら、反射型ディスプレイでは、適切な解像度で、コントラスト及び彩度に優れた画像を実現することが困難であるという問題があった。例えば、伝送モード（ＴＮ型液晶ディスプレイ等）、吸収モード（ゲスト−ホストディスプレイ（guest host display）等）、選択反射モード（コレステリック液晶モード等）、散乱モード（高分子分散型液晶等）を始めとする様々な異なるモードを採用した多くの反射型ディスプレイ技術がある。これらの全ての技術において、反射型バックプレーンの光拡散特性は、制約があり、このため、ディスプレイの視野角は狭い。更に、反射光による干渉のため、ディスプレイのバックプレーンから金属に光をあてたときのようなグレアが生じる。この問題を解決する手法の１つとして、反射型バックプレーンの表面に、突起（protuberances）又はマイクロ反射構造（microreflective structures）とも呼ばれる不規則な変化を形成する手法がある。これらの突起の高さ、寸法及び／又は位置を変更することによって、反射型バックプレーンからの光拡散を最大化するための研究が行われている。このような突起を作成するための様々な手法も提案されている。例えば、スタンピング法を用いて突起を形成することができる。但し、この手法では、何らかの理由で拡散特性を変更する必要が生じた場合、スタンプを再設計するか、全く新しいスタンプを用いる必要があった。突起を形成するための他の手法として、フォトリソグラフィー法がある。この場合も、拡散特性を変更する場合、リゾグラフィマスク及び／又はランプを再設計しなければならない。このため、突起の最適化／再設計を行うためには、時間、コスト及びロジスティックに関して多くのリソースを費やす必要があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の課題に鑑み、本発明の目的は、ディスプレイのバックプレーンからの光拡散を最大化し、及び／又はこのような表面からのグレアを低減するための代替となる手法を提供することである。更に、本発明の目的は、このような表面からの光拡散を最大化するとともに、容易に実行でき、コスト的にもロジスティクス的にも安価な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の課題を解決するために、本発明に係る光拡散制御／グレア抑制方法は、ディスプレイ装置のバックプレーンを含む表面における光拡散を制御し及び／又はグレアを抑制する光拡散制御／グレア抑制方法において、ａ）表面を準備する工程と、ｂ）約１ｎｍ〜約１０μｍの範囲の平均直径を有する粒子、好ましくは、ナノ粒子の分散液を準備する工程と、ｃ）分散液を表面に適用し、粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムを形成する工程とを有する。
【０００５】
本発明の一実施例においては、光拡散制御／グレア抑制方法は、ｄ）好ましくは、熱又は紫外線を用いて、表面上で分散液を乾燥させ及び／又は分散液を硬化させる工程を更に有する。
【０００６】
また、この乾燥工程又は硬化工程によって作成されるフィルムを、ここでは「粒子フィルム」又は「ナノ粒子フィルム」と呼ぶ。すなわち、「粒子フィルム」又は「ナノ粒子フィルム」は、工程ａ〜工程ｃ又は工程ａ〜工程ｄを含む方法によって準備されたフィルムであってもよい。
【０００７】
粒子は、好ましくは、ナノ粒子であり、ナノ粒子の平均直径の範囲は、１ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは、５ｎｍ〜９００ｎｍ、より好ましくは、１０ｎｍ〜５００ｎｍ最も好ましくは、１０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【０００８】
一実施形態においては、粒子、好ましくはナノ粒子の分散液は、１種類又は２種類以上の粒子を含み、各種類は、異なる平均直径を有する異なる種類の粒子の平均直径によって特徴付けられ、分散液は、好ましくは、１０ｎｍの平均直径を有する第１の種類のナノ粒子と、３００ｎｍの平均直径を有する第２の種類のナノ粒子とを含む。
【０００９】
一実施形態においては、粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムの厚さは、０．２μｍ〜５μｍ、好ましくは、０．３μｍ〜４μｍより好ましくは、１μｍ〜３μｍさらに好ましくは、１．５μｍ〜２．８μｍ、最も好ましくは、２μｍ〜３μｍであり、粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムの厚さは、１μｍ未満であり、好ましくは、約３００ｎｍ〜約１μｍの範囲内であり、好適な実施形態では、約１００ｎｍの平均直径を有するナノ粒子が用いられる。
【００１０】
一実施形態においては、粒子、好ましくは、ナノ粒子の分散液の濃度は、好ましくは、１〜５０ｗｔ％、好ましくは、１〜４０ｗｔ％である。
【００１１】
粒子、好ましくは、ナノ粒子は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３を含むグループから選択される材料から形成される。
【００１２】
粒子、好ましくは、ナノ粒子の分散液は、粒子を溶解しない分散媒及び／又は紫外線硬化性ポリマ又は熱硬化性ポリマのうちの少なくとも１つのを含む。
【００１３】
分散媒を用いることにより、分散液を適用した後に、乾燥によって分散液を蒸発させ、粒子／ナノ粒子フィルムのみを残すことができる。
【００１４】
この分散媒は、好ましくは、水、エタノール、１−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、トルエン、ジクロロメタン、ＴＨＦ、２−プロパノール、メタノール、アセトン、ＤＭＦ及びＤＭＳＯ並びにこれらの混合物からなるグループから選択される。
【００１５】
熱／紫外線硬化性ポリマを用いれば、粒子及び硬化されていないポリマを含む分散液を表面に適用し、この後に硬化工程を行うことによって、硬化されたポリママトリクス及びこのマトリクスに埋め込まれている粒子を含む粒子フィルムを作成することができる。
【００１６】
一実施例においては、分散液の適用は、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、スピンキャスティング法、ラングミュア−ブロジェット法、ゾル‐ゲル法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法からなるグループから選択される手法によって行われる。
【００１７】
一実施例においては、表面は、ディスプレイ装置の反射型バックプレーンを含む反射面又はディスプレイ装置の透明バックプレーンを含む透明な表面である。
【００１８】
更に、本発明に係る光拡散制御／グレア抑制方法は、好ましくは、表面上に、ナノ粒子フィルムを表面に固着させ、又は表面が粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムと反応することを防止して、粒子フィルムの適用を容易にする更なる層を形成する工程を更に有する。
【００１９】
好ましい実施形態においては、この更なる層は、ポリイミド、ＳｉＯ２、ＬｉＦ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４からなるグループから選択される材料から形成される。
【００２０】
乾燥及び／又は硬化は、好ましくは、真空又は周辺環境の空気中で行われる。熱硬化が行われる場合、その条件は、特定の選択された熱硬化性ポリマポリマに依存する。
【００２１】
表面は、ガラス、ポリマ、シリコン、鉄鋼、複合材料からなるグループから選択される材料から形成され、より好ましくは、表面は、酸化インジウムースズ、フッ素がドープされた酸化スズ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＺｎＳｎＯ３、ＣｄＳｎＯ４、ＴｉＮ、Ａｇを含む透明材料又は銀、金、プラチナを含む金属を含む反射材料によってコーティングされる。
【００２２】
一実施例においては、工程ｃ及び工程ｄを複数回繰り返して、少なくとも２つ、好ましくは複数の粒子、好ましくは、ナノ粒子の層を含む粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムを形成する。
【００２３】
一実施例においては、工程ａ及び工程ｂは、工程ａに続いて工程ｂの順又は工程ｂに続いて工程ａの順で行われる。
【００２４】
また、上述の課題を解決するために、本発明に係るディスプレイ装置は、上述した光拡散制御／グレア抑制方法を用いて作成された粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムが表面に形成されたバックプレーンを備える。
【００２５】
更に、上述の課題を解決するために、本発明に係る粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムの使用方法は、上述したディスプレイ装置の反射型バックプレーンを含む表面に適用されて、光拡散を及び表面からのグレアを制御する。
【００２６】
本願発明者らは、上述した単純なナノ粒子フィルムを反射型バックプレーンに適用することによって、光拡散特性を最大化でき、このような表面からのグレアを抑制することができることを見出した。例えば、本発明により、視野角依存性を適度に抑えつつ、６０％の反射率及び約６のコントラスト比を達成できた。
【００２７】
以下、具体的な実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、これらは、本発明を制限するものではない。更に、以下では、添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施例１：分散液（Dispersion）の準備
（１−プロパノール及び水内に１０ｗｔ％の１０ｎｍのＴｉＯ２粒子を含む透明な）ペースト１と、（１−プロパノール及び水内に５ｗｔ％の３００ｎｍのＴｉＯ２粒子を含み、光を散乱させる）ペースト２とを混合することによって、１〜２０ｗｔ％のＴｉＯ２分散液を準備した。例えば、４．７５ｇのペースト１と、０．２５ｇのペースト２とを混合することにより、５ｗｔ％のＴｉＯ２分散液を作成した。均一な混合を行うために、分散液を１時間攪拌し、超音波槽に２時間浸漬した。続いて、分散液を更に１時間攪拌した。
【００２９】
プラチナコーティングされた基板上のＴｉＯ２層の作成
プラチナ（Ｐｔ）でコーティングされた基板にドクターブレード法（doctor-bladed）を用いて分散液を塗布し、均質薄膜を作成した。次に、基板を３０分間４５０℃のホットプレートに載置し、フィルム内の１−プロパノール及び水を蒸発させた。もちろん、基板は、Ｐｔコーティングされた基板に制限されず、コーティング及び基板は、用途に応じて選択される。基板は、いかなる透明材料（例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ等）でコーティングしてもよく、反射性材料（例えば、Ａｇ、Ａｕ等）でコーティングしてもよい。また、基板自体に如何なる材料（例えば、ポリマ、シリコン、鉄鋼、ＴＦＴ、複合体等）を用いてもよい。
【００３０】
ペースト２（図１）に応じて、層の厚さは、プロフィルメータを用いることによって１．７〜２．７μｍの範囲で変更される。これは、通常８〜１５μｍであるＤ−ＳＰＤＬＣ（dichroic sponge polymer dispersed liquid crystal cell：ダイクロイックスポンジ高分子分散型液晶セル）のセルギャップサイズ内で用いることができる十分な厚さである。層の厚さは、３００ｎｍのＴｉＯ２粒子の増加に伴って増加し、層は、より厚くなる程、白く見えるようになり、表面散乱の量は、層厚に伴って増加する。
【００３１】
これらのＴｉＯ２ナノ粒子を用いるのは、このように薄い層厚で、十分な散乱を実現できるためである。もちろん、本発明は、ＴｉＯ２から作成されたナノ粒子に制限されるわけではない。更に、例えば、１〜３μｍ程度のより大きい粒子サイズで、同様の散乱層を作成してもよいが、このような、より大きい粒子の散乱効率は低いため、膜厚をより厚くする必要がある。理想的な粒径は、１００ｎｍ〜８００ｎｍ、好ましくは、３００ｎｍ及び８００ｎｍの範囲内であり、これは、可視光の波長に相当する。
【００３２】
実施例２：ＴｉＯ２コーティングされたＰｔ基板の反射率の測定
ＬＣＤ評価システム「Ｐｈｏｔａｌ、大塚電子株式会社ＬＣＤ−７００（Photal Otsuka Electronics LCD-700）」を用いて、ＴｉＯ２コーティングされたＰｔ基板の反射率を測定した。検出器を０°（面法線）に設定し、平行な白色入射光を１５°から７０°に移動させた。拡散白色標準板（diffusing White standard）（ラブスフェア社（Labsphere）ＳＲＳ９９−０２０）を用いて１００％の正規化を行った。
【００３３】
図２に示す結果は、ＴｉＯ２ペースト２の濃度に応じて、反射率プロファイルを変化させることができることを示している。各数値は、ＴｉＯ２ペーストのｗｔ％を表している。図２のＰＬＤＣは、ＴｉＯ２以外の手法で散乱を制御するために、通常のバックプレーン（ＢＰ）上に形成された高分子分散型液晶を表す。但し、このような高分子分散型液晶フィルムは、厚くなる傾向があり、バックプレーンとして用いるには不向きである。ＴｉＯ２コーティングされたＰｔ基板の反射率は、３０°以上で、通常のバックプレーンより高くなっていることがわかる。これは、ＴｉＯ２コーティングされた基板では、視野角依存性（視野角による突然の輝度変化）が抑制されていることを意味している。
【００３４】
実施例３：ＴＦＴバックプレーン上のＴｉＯ２層の作成
同じＴｉＯ２分散液をドクターブレード法により、ＴＦＴバックプレーン上に塗布し、バックプレーンの拡散率を高めた。図３〜図５に示すように、ＴｉＯ２分散液は、高い加工温度でＴＦＴバックプレーンと反応する。ここで、ＴｉＯ２濃度が低い場合、ＴｉＯ２に損傷を与えることなく温度を高めることができる。この実施例では、１ｗｔ％未満の濃度では、減成反応は全く起こらなかった。但し、この場合、真空下の室温で１−プロパノール及び水を蒸発させることが望ましい。図３〜図５に示すＴＦＴバックプレーンは、バックプレーン及びＴｉＯ２層の間のブロック層として機能するポリイミド配向膜を有する。ポリイミド層は、必ずしも設ける必要はないが、ポリイミド層を設けることにより、減成反応を抑制できることが、８０℃の真空オーブンで乾燥された４ｗｔ％のＴｉＯ２分散液によって確認された。
【００３５】
図５は、真空の室温で乾燥されたＴｉＯ２層が、４５°視野角においても、バックプレーン単独の場合より白く留まっていることを示している。これは、改善されたバックプレーンを有するＴＦＴディスプレイは、通常のバックプレーンと比べて、明度及びコントラスト比に対する視野角依存性が低いことを示している。更に、通常のバックプレーンにおいて観察される金属製の鏡のようなグレアが、ＴｉＯ２層の追加によって抑制できることもわかる。
【００３６】
本発明の主な利点は、突起自体を変更する必要なく、バックプレーンの拡散特性を変更及び／又は制御することができる点である。またＴｉＯ２粒子によって作成された拡散層は、十分薄く、これにより、液晶素子の駆動電圧への層の影響は、最小化される。
【００３７】
実施例４：ＴｉＯ２バックプレーンの準備
散乱特性の異なるＴｉＯ２バックプレーンを作成するために、ドクターブレード法を用いて、ポリイミドを有するＴＦＴバックプレーン上にＴｉＯ２の複数の層を形成した。
【００３８】
ドクターブレード法による様々な層の形成
設けられる層の数が増加するに従い、ＴｉＯ２層が剥離し始める（結合が弱まる）。これは、目視では、４番目の層から観察されるが、下記表１及び図６に示す実験結果から、このような剥離は、既に３番目の層から生じていると考えられる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
ドクターブレード法による異なる高さの形成
実施例１の粒子分散液を用いた場合、理想的なＴｉＯ２膜は、２〜３μｍの厚さであることが見出された。但し、異なる粒子分散液を用いる場合は、厚さを変更することが有益であると考えられる。理想的には、フィルムの厚さは、できるだけ薄い方がよく、１μｍ未満、例えば、３００ｎｍから１μｍまでの範囲であることが望ましい。
【００４１】
ＴｉＯ２散乱層の更なるバリエーションを得るために、ドクターブレード法によって異なる厚さに形成された層について検査した。層の準備は、二度試みた。第１の層は、真空乾燥器で乾燥させ（Ｅｘｐ．１）、第２の層は、大気中で一晩乾燥させた（Ｅｘｐ．２）。
【００４２】
図７に示すように、これらはいずれも、予想通り、線形の特性を示した。Ｅｘｐ．１では、１５０μｍの初期膜厚以上で剥離が生じ、Ｅｘｐ．２では、１７５μｍの初期膜厚以上でフレークが生じた。包括的には、浸透速度の遅さから予想されるように、Ｅｘｐ．２の方がＴｉＯ２が安定していた。最終的な膜厚（１．５μｍ未満）では、フィルムからの光干渉が観察された。したがって、理想的なフィルムの膜厚は、２〜３μｍであると判断された。
【００４３】
実施例５：様々なＴｉＯ２バックプレーンの反射率
異なる方法によって準備したＴｉＯ２層の反射率プロファイルを測定した。これらのうち、真空乾燥によって準備された２．２μｍのＴｉＯ２層が、３０°の入射光において、最も高い値を示した。
【００４４】
真空乾燥によって準備されたＴｉＯ２
図８は、ドクターブレード法で作成されたＴｉＯ２ペーストを真空乾燥した場合に、ＴｉＯ２層の厚さに対して反射率がどのように変化するかを示している。このグラフから、ＴｉＯ２層の厚さが増加するにつれて、反射率ピークが低下し、広がることがわかる。検体のうち、２．２μｍの厚さの層が、３０°において、最も高く、最も広い反射率値を示した。２．２μｍのＴｉＯ２層は、テクスチャが一定であり、フレークも生じていなかった。
【００４５】
風乾によって準備されたＴｉＯ２
図９は、ドクターブレード法で作成されたＴｉＯ２ペーストを風乾した場合に、ＴｉＯ２層の厚さに対して反射率がどのように変化するかを示している。このグラフから、ＴｉＯ２層の厚さが増加するにつれて、反射率ピークが低下し、広がることがわかる。検体のうち、２．７μｍの厚さの層が、３０°において、最も高く、最も広い反射率値を示した。
【００４６】
これらの反射率プロファイルが真空乾燥した検体との反射率プロファイルと異なっている理由は、ＴｉＯ２層のパッキングのためであると考えられる。風乾された検体は、より均質であり、より厚いＴｉＯ２層の膜厚においてもフレークが生じていないことが目視によって観察された。
【００４７】
ドクターブレード法によって準備されたＴｉＯ２
図１０は、ドクターブレード法によって、積層されたＴｉＯ２層を真空乾燥した場合に、ＴｉＯ２層の厚さに対して反射率がどのように変化するかを示している。このグラフから、ＴｉＯ２層の厚さが増加するにつれて、反射率ピークが低下し、広がることがわかる。検体のうち、０．７μｍの厚さの層が、３０°において、最も高く、最も広い反射率値を示した。但し、厚さ０．７μｍの層は、干渉光を生じさせるため、好適な膜厚は、２．２μｍである。７．２及び９．２μｍの層では、フレークが観察された。また、この点については、拡散バックプレーンからのピークが抑制されている事実を示す反射率プロファイルからも確認することができる。
【００４８】
ガラス基板の反射率に対する影響
改善されたバックプレーンは、試験パネルの下に置かれるので、反射率におけるガラス基板の影響を測定した。
【００４９】
図１１に示すように、各バックプレーン上に２つのガラス基板を載置することにより、反射率が低下する。例えば、３．２μｍのＴｉＯ２層の反射率は、１４０％から１００％に低下した。この結果は、実際のＴＦＴデバイス（１つのガラス基板のみを有する）では、反射率値、したがって、コントラスト比は、Ｄ−ＳＰＤＬＣが同じ場合であっても試験パネルの値と異なることを示している。また、ＴＦＴデバイスでの散乱は、ＴｉＯ２−ＬＣ界面で生じるが、試験パネルでの散乱は、ＴｉＯ２−空気界面で生じるため、散乱プロフィルも異なると予想される。この実験は、試験パネルの試験についてのみ有効である。
【００５０】
ＴｉＯ２層の厚さ対Ｄ−ＳＰＤＬＣ反射率及びコントラスト比
Ｄ−ＳＰＤＬＣ反射率及びコントラスト比に対するＴｉＯ２層の厚さ影響を調べた。本発明により、特に、広い視野角及び２．２μｍのＴｉＯ２層でＲ＝６０％の反射率（Ｒ）値及びＣＲ＝６のコントラスト比（ＣＲ）値が実現できた。これらの結果は、本発明によって、反射型ディスプレイの性能を向上させることができることを示している。
【００５１】
スポンジ高分子分散型液晶セルである３％Ｂ４ ７９ＴＰ−ＴＬ２０３セル、すなわち、異なる液晶、この具体例では、ドープされた液晶（３ｗｔ％Ｂ４（黒−４ダイ）がドープされたＴＬ２０３ ＬＣ）が補充された高分子分散型液晶セル（２１ｗｔ％ＰＮ３９３ポリマ内の７９ｗｔ％ＴＬ２１３ ＬＣ（液晶））を真空によって準備された様々なＴｉＯ２層（図１２及び図１３）に載置し、これらの反射率を測定した。反射率ピークは、予想通り、厚さが増加するにつれて、低下して、広がった。
【００５２】
反射率の観点からは、ＴｉＯ２粒子の層の厚さは、約２．２μｍが好適であり、この特定の設定における広いコントラスト比視野角の観点からは、この層の厚さは、約３．２μｍが好適である。但し、詳細な寸法は、粒子の種類及びサイズに応じて変更してもよい。いずれの場合も、本発明に基づき、反射型バックプレーン上に粒子フィルム、特にナノ粒子フィルムを形成することにより、上述したように、反射率及びコントラスト比の値が著しく改善され、したがって、より高性能なディスプレイ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１からの３００ｎｍの平均直径を有するナノ粒子の濃度（ｗｔ％）に対するナノ粒子フィルム厚さ（μｍ）の関係を示す図である。
【図２】ナノ粒子の濃度（ｗｔ％）別に、ＴｉＯ２コーティングされたプラチナ基板の反射率対照射角度の関係を示す図である。
【図３】様々なｗｔ％濃度で製造されたナノ粒子をＴＦＴバックプレーンに適用した具体例を示し、上の行は、真空乾燥器で表面が乾燥されたサンプルを示し、下の行は、真空オーブンで８０℃で乾燥されたサンプルを示し、左の１つは、ナノ粒子フィルムなしの基板を示す図である。
【図４】図３に示す表面を面法線に対して３０°の角度で示す図である。
【図５】図３に示す表面を面法線に対して６０°の角度で示す図である。
【図６】ナノ粒子フィルムの表面に適用されるナノ粒子層の数に対する、ナノ粒子フィルムの厚さの依存性を示す図である。
【図７】初期の厚さ及び乾燥条件に対する、ナノ粒子フィルムの最終的な厚さの依存性を示す図である。
【図８】入射光線角度に応じて、真空乾燥されたナノ粒子フィルムの厚さに対する反射率の依存性を示す図である（ボックス内の数は、ナノ粒子フィルムの厚さをμｍで示す）。
【図９】入射光線角度に応じて、風乾されたナノ粒子フィルムの厚さに対する反射率の依存性を示す図である（ボックス内の数は、ナノ粒子フィルムの厚さをμｍで示す）。
【図１０】ナノ粒子フィルムの厚さに対する反射率の依存性を示す図である（ボックス内の数は、ナノ粒子フィルムの厚さをμｍで示す）。
【図１１】２個のガラススライドを設けた場合と設けない場合のそれぞれについて、３．２μｍ／２．２μｍのナノ粒子フィルムを適用したバックプレーンの反射率を示す図である。
【図１２】機械分野の産業標準であり、紙、織物及びプラスチック工業における視覚的基準であり、通常、９５％から９９％の反射率値を有し、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ（紫外−可視光線−近赤外線）スペクトルに亘ってスペクトル的にフラットである白色標準をスペクトル拡散反射率標準として、ナノ粒子フィルムの厚さに応じた反射率を示す図である。
【図１３】機械分野の産業標準であり、紙、織物及びプラスチック工業における視覚的基準であり、通常、９５％から９９％の反射率値を有し、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ（紫外−可視光線−近赤外線）スペクトルに亘ってスペクトル的にフラットである白色標準をスペクトル拡散反射率標準として、ナノ粒子フィルムの厚さに応じたコントラスト比を示す図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光拡散及び／又は表面、特に反射型バックプレーンからのグレアを制御する方法に関する。更に、本発明は、光拡散が制御されたディスプレイ及び光拡散及び／又は表面からのグレアを制御するためのナノ粒子フィルムの用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型ディスプレイは、通常、周囲の光を最大限に活用するために、光拡散バックプレーン（light diffusing back plane）又はゲインリフレクタ（gain reflector）を備える。反射型ディスプレイは、周囲の光を利用して情報を表示し、したがって、バックライトによる照明が不要であるため、携帯型電子機器に好適に用いられる。しかしながら、反射型ディスプレイでは、適切な解像度で、コントラスト及び彩度に優れた画像を実現することが困難であるという問題があった。例えば、伝送モード（ＴＮ型液晶ディスプレイ等）、吸収モード（ゲスト−ホストディスプレイ（guest host display）等）、選択反射モード（コレステリック液晶モード等）、散乱モード（高分子分散型液晶等）を始めとする様々な異なるモードを採用した多くの反射型ディスプレイ技術がある。これらの全ての技術において、反射型バックプレーンの光拡散特性は、制約があり、このため、ディスプレイの視野角は狭い。更に、反射光による干渉のため、ディスプレイのバックプレーンから金属に光をあてたときのようなグレアが生じる。この問題を解決する手法の１つとして、反射型バックプレーンの表面に、突起（protuberances）又はマイクロ反射構造（microreflective structures）とも呼ばれる不規則な変化を形成する手法がある。これらの突起の高さ、寸法及び／又は位置を変更することによって、反射型バックプレーンからの光拡散を最大化するための研究が行われている。このような突起を作成するための様々な手法も提案されている。例えば、スタンピング法を用いて突起を形成することができる。但し、この手法では、何らかの理由で拡散特性を変更する必要が生じた場合、スタンプを再設計するか、全く新しいスタンプを用いる必要があった。突起を形成するための他の手法として、フォトリソグラフィー法がある。この場合も、拡散特性を変更する場合、リゾグラフィマスク及び／又はランプを再設計しなければならない。このため、突起の最適化／再設計を行うためには、時間、コスト及びロジスティックに関して多くのリソースを費やす必要があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述の課題に鑑み、本発明の目的は、ディスプレイのバックプレーンからの光拡散を最大化し、及び／又はこのような表面からのグレアを低減するための代替となる手法を提供することである。更に、本発明の目的は、このような表面からの光拡散を最大化するとともに、容易に実行でき、コスト的にもロジスティクス的にも安価な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の課題を解決するために、本発明に係る光拡散制御／グレア抑制方法は、ディスプレイ装置のバックプレーンを含む表面における光拡散を制御し及び／又はグレアを抑制する光拡散制御／グレア抑制方法において、ａ）表面を準備する工程と、ｂ）約１ｎｍ〜約１０μｍの範囲の平均直径を有する粒子、好ましくは、ナノ粒子の分散液を準備する工程と、ｃ）分散液を表面に適用し、粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムを形成する工程とを有する。
【０００５】
本発明の一実施例においては、光拡散制御／グレア抑制方法は、ｄ）好ましくは、熱又は紫外線を用いて、表面上で分散液を乾燥させ及び／又は分散液を硬化させる工程を更に有する。
【０００６】
また、この乾燥工程又は硬化工程によって作成されるフィルムを、ここでは「粒子フィルム」又は「ナノ粒子フィルム」と呼ぶ。すなわち、「粒子フィルム」又は「ナノ粒子フィルム」は、工程ａ〜工程ｃ又は工程ａ〜工程ｄを含む方法によって準備されたフィルムであってもよい。
【０００７】
粒子は、好ましくは、ナノ粒子であり、ナノ粒子の平均直径の範囲は、１ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは、５ｎｍ〜９００ｎｍ、より好ましくは、１０ｎｍ〜５００ｎｍ最も好ましくは、１０ｎｍ〜３００ｎｍである。
【０００８】
一実施形態においては、粒子、好ましくはナノ粒子の分散液は、１種類又は２種類以上の粒子を含み、各種類は、異なる平均直径を有する異なる種類の粒子の平均直径によって特徴付けられ、分散液は、好ましくは、１０ｎｍの平均直径を有する第１の種類のナノ粒子と、３００ｎｍの平均直径を有する第２の種類のナノ粒子とを含む。
【０００９】
一実施形態においては、粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムの厚さは、０．２μｍ〜５μｍ、好ましくは、０．３μｍ〜４μｍより好ましくは、１μｍ〜３μｍさらに好ましくは、１．５μｍ〜２．８μｍ、最も好ましくは、２μｍ〜３μｍであり、粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムの厚さは、１μｍ未満であり、好ましくは、約３００ｎｍ〜約１μｍの範囲内であり、好適な実施形態では、約１００ｎｍの平均直径を有するナノ粒子が用いられる。
【００１０】
一実施形態においては、粒子、好ましくは、ナノ粒子の分散液の濃度は、好ましくは、１〜５０ｗｔ％、好ましくは、１〜４０ｗｔ％である。
【００１１】
粒子、好ましくは、ナノ粒子は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３を含むグループから選択される材料から形成される。
【００１２】
粒子、好ましくは、ナノ粒子の分散液は、粒子を溶解しない分散媒及び／又は紫外線硬化性ポリマ又は熱硬化性ポリマのうちの少なくとも１つのを含む。
【００１３】
分散媒を用いることにより、分散液を適用した後に、乾燥によって分散液を蒸発させ、粒子／ナノ粒子フィルムのみを残すことができる。
【００１４】
この分散媒は、好ましくは、水、エタノール、１−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、トルエン、ジクロロメタン、ＴＨＦ、２−プロパノール、メタノール、アセトン、ＤＭＦ及びＤＭＳＯ並びにこれらの混合物からなるグループから選択される。
【００１５】
熱／紫外線硬化性ポリマを用いれば、粒子及び硬化されていないポリマを含む分散液を表面に適用し、この後に硬化工程を行うことによって、硬化されたポリママトリクス及びこのマトリクスに埋め込まれている粒子を含む粒子フィルムを作成することができる。
【００１６】
一実施例においては、分散液の適用は、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、スピンキャスティング法、ラングミュア−ブロジェット法、ゾル‐ゲル法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法からなるグループから選択される手法によって行われる。
【００１７】
一実施例においては、表面は、ディスプレイ装置の反射型バックプレーンを含む反射面又はディスプレイ装置の透明バックプレーンを含む透明な表面である。
【００１８】
更に、本発明に係る光拡散制御／グレア抑制方法は、好ましくは、表面上に、ナノ粒子フィルムを表面に固着させ、又は表面が粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムと反応することを防止して、粒子フィルムの適用を容易にする更なる層を形成する工程を更に有する。
【００１９】
好ましい実施形態においては、この更なる層は、ポリイミド、ＳｉＯ２、ＬｉＦ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４からなるグループから選択される材料から形成される。
【００２０】
乾燥及び／又は硬化は、好ましくは、真空又は周辺環境の空気中で行われる。熱硬化が行われる場合、その条件は、特定の選択された熱硬化性ポリマポリマに依存する。
【００２１】
表面は、ガラス、ポリマ、シリコン、鉄鋼、複合材料からなるグループから選択される材料から形成され、より好ましくは、表面は、酸化インジウムースズ、フッ素がドープされた酸化スズ、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＺｎＳｎＯ３、ＣｄＳｎＯ４、ＴｉＮ、Ａｇを含む透明材料又は銀、金、プラチナを含む金属を含む反射材料によってコーティングされる。
【００２２】
一実施例においては、工程ｃ及び工程ｄを複数回繰り返して、少なくとも２つ、好ましくは複数の粒子、好ましくは、ナノ粒子の層を含む粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムを形成する。
【００２３】
一実施例においては、工程ａ及び工程ｂは、工程ａに続いて工程ｂの順又は工程ｂに続いて工程ａの順で行われる。
【００２４】
また、上述の課題を解決するために、本発明に係るディスプレイ装置は、上述した光拡散制御／グレア抑制方法を用いて作成された粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムが表面に形成されたバックプレーンを備える。
【００２５】
更に、上述の課題を解決するために、本発明に係る粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムの使用方法は、上述したディスプレイ装置の反射型バックプレーンを含む表面に適用されて、光拡散を及び表面からのグレアを制御する。
【００２６】
本願発明者らは、上述した単純なナノ粒子フィルムを反射型バックプレーンに適用することによって、光拡散特性を最大化でき、このような表面からのグレアを抑制することができることを見出した。例えば、本発明により、視野角依存性を適度に抑えつつ、６０％の反射率及び約６のコントラスト比を達成できた。
【００２７】
以下、具体的な実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、これらは、本発明を制限するものではない。更に、以下では、添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施例１：分散液（Dispersion）の準備
（１−プロパノール及び水内に１０ｗｔ％の１０ｎｍのＴｉＯ２粒子を含む透明な）ペースト１と、（１−プロパノール及び水内に５ｗｔ％の３００ｎｍのＴｉＯ２粒子を含み、光を散乱させる）ペースト２とを混合することによって、１〜２０ｗｔ％のＴｉＯ２分散液を準備した。例えば、４．７５ｇのペースト１と、０．２５ｇのペースト２とを混合することにより、５ｗｔ％のＴｉＯ２分散液を作成した。均一な混合を行うために、分散液を１時間攪拌し、超音波槽に２時間浸漬した。続いて、分散液を更に１時間攪拌した。
【００２９】
プラチナコーティングされた基板上のＴｉＯ２層の作成
プラチナ（Ｐｔ）でコーティングされた基板にドクターブレード法（doctor-bladed）を用いて分散液を塗布し、均質薄膜を作成した。次に、基板を３０分間４５０℃のホットプレートに載置し、フィルム内の１−プロパノール及び水を蒸発させた。もちろん、基板は、Ｐｔコーティングされた基板に制限されず、コーティング及び基板は、用途に応じて選択される。基板は、いかなる透明材料（例えば、ＩＴＯ、ＦＴＯ等）でコーティングしてもよく、反射性材料（例えば、Ａｇ、Ａｕ等）でコーティングしてもよい。また、基板自体に如何なる材料（例えば、ポリマ、シリコン、鉄鋼、ＴＦＴ、複合体等）を用いてもよい。
【００３０】
ペースト２（図１）に応じて、層の厚さは、プロフィルメータを用いることによって１．７〜２．７μｍの範囲で変更される。これは、通常８〜１５μｍであるＤ−ＳＰＤＬＣ（dichroic sponge polymer dispersed liquid crystal cell：ダイクロイックスポンジ高分子分散型液晶セル）のセルギャップサイズ内で用いることができる十分な厚さである。層の厚さは、３００ｎｍのＴｉＯ２粒子の増加に伴って増加し、層は、より厚くなる程、白く見えるようになり、表面散乱の量は、層厚に伴って増加する。
【００３１】
これらのＴｉＯ２ナノ粒子を用いるのは、このように薄い層厚で、十分な散乱を実現できるためである。もちろん、本発明は、ＴｉＯ２から作成されたナノ粒子に制限されるわけではない。更に、例えば、１〜３μｍ程度のより大きい粒子サイズで、同様の散乱層を作成してもよいが、このような、より大きい粒子の散乱効率は低いため、膜厚をより厚くする必要がある。理想的な粒径は、１００ｎｍ〜８００ｎｍ、好ましくは、３００ｎｍ及び８００ｎｍの範囲内であり、これは、可視光の波長に相当する。
【００３２】
実施例２：ＴｉＯ２コーティングされたＰｔ基板の反射率の測定
ＬＣＤ評価システム「Ｐｈｏｔａｌ、大塚電子株式会社ＬＣＤ−７００（Photal Otsuka Electronics LCD-700）」を用いて、ＴｉＯ２コーティングされたＰｔ基板の反射率を測定した。検出器を０°（面法線）に設定し、平行な白色入射光を１５°から７０°に移動させた。拡散白色標準板（diffusing White standard）（ラブスフェア社（Labsphere）ＳＲＳ９９−０２０）を用いて１００％の正規化を行った。
【００３３】
図２に示す結果は、ＴｉＯ２ペースト２の濃度に応じて、反射率プロファイルを変化させることができることを示している。各数値は、ＴｉＯ２ペーストのｗｔ％を表している。図２のＰＬＤＣは、ＴｉＯ２以外の手法で散乱を制御するために、通常のバックプレーン（ＢＰ）上に形成された高分子分散型液晶を表す。但し、このような高分子分散型液晶フィルムは、厚くなる傾向があり、バックプレーンとして用いるには不向きである。ＴｉＯ２コーティングされたＰｔ基板の反射率は、３０°以上で、通常のバックプレーンより高くなっていることがわかる。これは、ＴｉＯ２コーティングされた基板では、視野角依存性（視野角による突然の輝度変化）が抑制されていることを意味している。
【００３４】
実施例３：ＴＦＴバックプレーン上のＴｉＯ２層の作成
同じＴｉＯ２分散液をドクターブレード法により、ＴＦＴバックプレーン上に塗布し、バックプレーンの拡散率を高めた。図３〜図５に示すように、ＴｉＯ２分散液は、高い加工温度でＴＦＴバックプレーンと反応する。ここで、ＴｉＯ２濃度が低い場合、ＴｉＯ２に損傷を与えることなく温度を高めることができる。この実施例では、１ｗｔ％未満の濃度では、減成反応は全く起こらなかった。但し、この場合、真空下の室温で１−プロパノール及び水を蒸発させることが望ましい。図３〜図５に示すＴＦＴバックプレーンは、バックプレーン及びＴｉＯ２層の間のブロック層として機能するポリイミド配向膜を有する。ポリイミド層は、必ずしも設ける必要はないが、ポリイミド層を設けることにより、減成反応を抑制できることが、８０℃の真空オーブンで乾燥された４ｗｔ％のＴｉＯ２分散液によって確認された。
【００３５】
図５は、真空の室温で乾燥されたＴｉＯ２層が、４５°視野角においても、バックプレーン単独の場合より白く留まっていることを示している。これは、改善されたバックプレーンを有するＴＦＴディスプレイは、通常のバックプレーンと比べて、明度及びコントラスト比に対する視野角依存性が低いことを示している。更に、通常のバックプレーンにおいて観察される金属製の鏡のようなグレアが、ＴｉＯ２層の追加によって抑制できることもわかる。
【００３６】
本発明の主な利点は、突起自体を変更する必要なく、バックプレーンの拡散特性を変更及び／又は制御することができる点である。またＴｉＯ２粒子によって作成された拡散層は、十分薄く、これにより、液晶素子の駆動電圧への層の影響は、最小化される。
【００３７】
実施例４：ＴｉＯ２バックプレーンの準備
散乱特性の異なるＴｉＯ２バックプレーンを作成するために、ドクターブレード法を用いて、ポリイミドを有するＴＦＴバックプレーン上にＴｉＯ２の複数の層を形成した。
【００３８】
ドクターブレード法による様々な層の形成
設けられる層の数が増加するに従い、ＴｉＯ２層が剥離し始める（結合が弱まる）。これは、目視では、４番目の層から観察されるが、下記表１及び図６に示す実験結果から、このような剥離は、既に３番目の層から生じていると考えられる。
【００３９】
【表１】
【００４０】
ドクターブレード法による異なる高さの形成
実施例１の粒子分散液を用いた場合、理想的なＴｉＯ２膜は、２〜３μｍの厚さであることが見出された。但し、異なる粒子分散液を用いる場合は、厚さを変更することが有益であると考えられる。理想的には、フィルムの厚さは、できるだけ薄い方がよく、１μｍ未満、例えば、３００ｎｍから１μｍまでの範囲であることが望ましい。
【００４１】
ＴｉＯ２散乱層の更なるバリエーションを得るために、ドクターブレード法によって異なる厚さに形成された層について検査した。層の準備は、二度試みた。第１の層は、真空乾燥器で乾燥させ（Ｅｘｐ．１）、第２の層は、大気中で一晩乾燥させた（Ｅｘｐ．２）。
【００４２】
図７に示すように、これらはいずれも、予想通り、線形の特性を示した。Ｅｘｐ．１では、１５０μｍの初期膜厚以上で剥離が生じ、Ｅｘｐ．２では、１７５μｍの初期膜厚以上でフレークが生じた。包括的には、浸透速度の遅さから予想されるように、Ｅｘｐ．２の方がＴｉＯ２が安定していた。最終的な膜厚（１．５μｍ未満）では、フィルムからの光干渉が観察された。したがって、理想的なフィルムの膜厚は、２〜３μｍであると判断された。
【００４３】
実施例５：様々なＴｉＯ２バックプレーンの反射率
異なる方法によって準備したＴｉＯ２層の反射率プロファイルを測定した。これらのうち、真空乾燥によって準備された２．２μｍのＴｉＯ２層が、３０°の入射光において、最も高い値を示した。
【００４４】
真空乾燥によって準備されたＴｉＯ２
図８は、ドクターブレード法で作成されたＴｉＯ２ペーストを真空乾燥した場合に、ＴｉＯ２層の厚さに対して反射率がどのように変化するかを示している。このグラフから、ＴｉＯ２層の厚さが増加するにつれて、反射率ピークが低下し、広がることがわかる。検体のうち、２．２μｍの厚さの層が、３０°において、最も高く、最も広い反射率値を示した。２．２μｍのＴｉＯ２層は、テクスチャが一定であり、フレークも生じていなかった。
【００４５】
風乾によって準備されたＴｉＯ２
図９は、ドクターブレード法で作成されたＴｉＯ２ペーストを風乾した場合に、ＴｉＯ２層の厚さに対して反射率がどのように変化するかを示している。このグラフから、ＴｉＯ２層の厚さが増加するにつれて、反射率ピークが低下し、広がることがわかる。検体のうち、２．７μｍの厚さの層が、３０°において、最も高く、最も広い反射率値を示した。
【００４６】
これらの反射率プロファイルが真空乾燥した検体との反射率プロファイルと異なっている理由は、ＴｉＯ２層のパッキングのためであると考えられる。風乾された検体は、より均質であり、より厚いＴｉＯ２層の膜厚においてもフレークが生じていないことが目視によって観察された。
【００４７】
ドクターブレード法によって準備されたＴｉＯ２
図１０は、ドクターブレード法によって、積層されたＴｉＯ２層を真空乾燥した場合に、ＴｉＯ２層の厚さに対して反射率がどのように変化するかを示している。このグラフから、ＴｉＯ２層の厚さが増加するにつれて、反射率ピークが低下し、広がることがわかる。検体のうち、０．７μｍの厚さの層が、３０°において、最も高く、最も広い反射率値を示した。但し、厚さ０．７μｍの層は、干渉光を生じさせるため、好適な膜厚は、２．２μｍである。７．２及び９．２μｍの層では、フレークが観察された。また、この点については、拡散バックプレーンからのピークが抑制されている事実を示す反射率プロファイルからも確認することができる。
【００４８】
ガラス基板の反射率に対する影響
改善されたバックプレーンは、試験パネルの下に置かれるので、反射率におけるガラス基板の影響を測定した。
【００４９】
図１１に示すように、各バックプレーン上に２つのガラス基板を載置することにより、反射率が低下する。例えば、３．２μｍのＴｉＯ２層の反射率は、１４０％から１００％に低下した。この結果は、実際のＴＦＴデバイス（１つのガラス基板のみを有する）では、反射率値、したがって、コントラスト比は、Ｄ−ＳＰＤＬＣが同じ場合であっても試験パネルの値と異なることを示している。また、ＴＦＴデバイスでの散乱は、ＴｉＯ２−ＬＣ界面で生じるが、試験パネルでの散乱は、ＴｉＯ２−空気界面で生じるため、散乱プロフィルも異なると予想される。この実験は、試験パネルの試験についてのみ有効である。
【００５０】
ＴｉＯ２層の厚さ対Ｄ−ＳＰＤＬＣ反射率及びコントラスト比
Ｄ−ＳＰＤＬＣ反射率及びコントラスト比に対するＴｉＯ２層の厚さ影響を調べた。本発明により、特に、広い視野角及び２．２μｍのＴｉＯ２層でＲ＝６０％の反射率（Ｒ）値及びＣＲ＝６のコントラスト比（ＣＲ）値が実現できた。これらの結果は、本発明によって、反射型ディスプレイの性能を向上させることができることを示している。
【００５１】
スポンジ高分子分散型液晶セルである３％Ｂ４ ７９ＴＰ−ＴＬ２０３セル、すなわち、異なる液晶、この具体例では、ドープされた液晶（３ｗｔ％Ｂ４（黒−４ダイ）がドープされたＴＬ２０３ ＬＣ）が補充された高分子分散型液晶セル（２１ｗｔ％ＰＮ３９３ポリマ内の７９ｗｔ％ＴＬ２１３ ＬＣ（液晶））を真空によって準備された様々なＴｉＯ２層（図１２及び図１３）に載置し、これらの反射率を測定した。反射率ピークは、予想通り、厚さが増加するにつれて、低下して、広がった。
【００５２】
反射率の観点からは、ＴｉＯ２粒子の層の厚さは、約２．２μｍが好適であり、この特定の設定における広いコントラスト比視野角の観点からは、この層の厚さは、約３．２μｍが好適である。但し、詳細な寸法は、粒子の種類及びサイズに応じて変更してもよい。いずれの場合も、本発明に基づき、反射型バックプレーン上に粒子フィルム、特にナノ粒子フィルムを形成することにより、上述したように、反射率及びコントラスト比の値が著しく改善され、したがって、より高性能なディスプレイ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】実施例１からの３００ｎｍの平均直径を有するナノ粒子の濃度（ｗｔ％）に対するナノ粒子フィルム厚さ（μｍ）の関係を示す図である。
【図２】ナノ粒子の濃度（ｗｔ％）別に、ＴｉＯ２コーティングされたプラチナ基板の反射率対照射角度の関係を示す図である。
【図３】様々なｗｔ％濃度で製造されたナノ粒子をＴＦＴバックプレーンに適用した具体例を示し、上の行は、真空乾燥器で表面が乾燥されたサンプルを示し、下の行は、真空オーブンで８０℃で乾燥されたサンプルを示し、左の１つは、ナノ粒子フィルムなしの基板を示す図である。
【図４】図３に示す表面を面法線に対して３０°の角度で示す図である。
【図５】図３に示す表面を面法線に対して６０°の角度で示す図である。
【図６】ナノ粒子フィルムの表面に適用されるナノ粒子層の数に対する、ナノ粒子フィルムの厚さの依存性を示す図である。
【図７】初期の厚さ及び乾燥条件に対する、ナノ粒子フィルムの最終的な厚さの依存性を示す図である。
【図８】入射光線角度に応じて、真空乾燥されたナノ粒子フィルムの厚さに対する反射率の依存性を示す図である（ボックス内の数は、ナノ粒子フィルムの厚さをμｍで示す）。
【図９】入射光線角度に応じて、風乾されたナノ粒子フィルムの厚さに対する反射率の依存性を示す図である（ボックス内の数は、ナノ粒子フィルムの厚さをμｍで示す）。
【図１０】ナノ粒子フィルムの厚さに対する反射率の依存性を示す図である（ボックス内の数は、ナノ粒子フィルムの厚さをμｍで示す）。
【図１１】２個のガラススライドを設けた場合と設けない場合のそれぞれについて、３．２μｍ／２．２μｍのナノ粒子フィルムを適用したバックプレーンの反射率を示す図である。
【図１２】機械分野の産業標準であり、紙、織物及びプラスチック工業における視覚的基準であり、通常、９５％から９９％の反射率値を有し、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ（紫外−可視光線−近赤外線）スペクトルに亘ってスペクトル的にフラットである白色標準をスペクトル拡散反射率標準として、ナノ粒子フィルムの厚さに応じた反射率を示す図である。
【図１３】機械分野の産業標準であり、紙、織物及びプラスチック工業における視覚的基準であり、通常、９５％から９９％の反射率値を有し、ＵＶ−ＶＩＳ−ＮＩＲ（紫外−可視光線−近赤外線）スペクトルに亘ってスペクトル的にフラットである白色標準をスペクトル拡散反射率標準として、ナノ粒子フィルムの厚さに応じたコントラスト比を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスプレイ装置のバックプレーンを含む表面における光拡散を制御し及び／又はグレアを抑制する光拡散制御／グレア抑制方法において、
ａ）表面を準備する工程と、
ｂ）約１ｎｍ〜約１０μｍの範囲の平均直径を有する粒子の分散液を準備する工程と、
ｃ）上記分散液を上記表面に適用し、粒子フィルムを形成する工程とを有する光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項２】
ｄ）熱又は紫外線を用いて、上記表面上で上記分散液を乾燥させ及び／又は上記分散液を硬化させる工程を更に有する請求項１記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項３】
上記粒子は、ナノ粒子であり、該ナノ粒子の平均直径の範囲は、１ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは、５ｎｍ〜９００ｎｍ、より好ましくは、１０ｎｍ〜５００ｎｍ、最も好ましくは、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項４】
上記粒子又はナノ粒子の分散液は、１種類又は２種類以上の粒子を含み、各種類は、異なる平均直径を有する異なる種類の粒子の平均直径によって特徴付けられることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項５】
上記分散液は、１０ｎｍの平均直径を有する第１の種類のナノ粒子と、３００ｎｍの平均直径を有する第２の種類のナノ粒子とを含むことを特徴とする請求項４記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項６】
上記粒子フィルム又はナノ粒子フィルムの厚さは、０．２μｍ〜５μｍ、好ましくは、０．３μｍ〜４μｍより好ましくは、１μｍ〜３μｍさらに好ましくは、１．５μｍ〜２．８μｍ、最も好ましくは、２μｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項７】
上記粒子又はナノ粒子の分散液の濃度は、好ましくは、１〜５０ｗｔ％、好ましくは、１〜４０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項８】
上記粒子又はナノ粒子は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３を含むグループから選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項９】
上記粒子又はナノ粒子の分散液は、該粒子を溶解しない分散媒及び／又は紫外線硬化性ポリマ又は熱硬化性ポリマのうちの少なくとも１つのを含むことを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１０】
上記分散媒は、水、エタノール、１−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、トルエン、ジクロロメタン、ＴＨＦ、２−プロパノール、メタノール、アセトン、ＤＭＦ及びＤＭＳＯ並びにこれらの混合物からなるグループから選択されることを特徴とする請求項９記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１１】
上記分散液の適用は、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、スピンキャスティング法、ラングミュア−ブロジェット法、ゾル−ゲル法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法からなるグループから選択される手法によって行われることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１２】
上記表面は、ディスプレイ装置の反射型バックプレーンを含む反射面又はディスプレイ装置の透明バックプレーンを含む透明な表面であることを特徴とする請求項１乃至１１いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１３】
上記表面上に、上記ナノ粒子フィルムを該表面に固着させ、又は該表面が上記粒子フィルム又はナノ粒子フィルムと反応することを防止して、上記粒子フィルムの適用を容易にする更なる層を形成する工程を更に有する請求項１２記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１４】
上記更なる層は、ポリイミド、ＳｉＯ２、ＬｉＦ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４からなるグループから選択される材料から形成されることを特徴とする請求項１３記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１５】
上記乾燥及び／又は硬化は、真空又は周辺環境の空気中で行われることを特徴とする請求項１乃至１４いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１６】
上記表面は、ガラス、ポリマ、シリコン、鉄鋼、複合材料からなるグループから選択される材料から形成されることを特徴とする請求項１乃至１５いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１７】
上記表面は、酸化インジウムースズ（ＩＴＯ）、フッ素がドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＺｎＳｎＯ３、ＣｄＳｎＯ４、ＴｉＮ、Ａｇを含む透明材料又は銀、金、プラチナを含む金属を含む反射材料によってコーティングされることを特徴とする請求項１６記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１８】
上記工程ｃ及び工程ｄを複数回繰り返して、複数の粒子又はナノ粒子の層を含む粒子フィルム又はナノ粒子フィルムを形成することを特徴とする請求項２乃至１７いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１９】
上記工程ａ及び工程ｂは、工程ａに続いて工程ｂの順又は工程ｂに続いて工程ａの順で行われることを特徴とする請求項１乃至１８いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項２０】
請求項１乃至１９いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法を用いて作成された粒子フィルム又はナノ粒子フィルムが表面に形成されたバックプレーンを備えるディスプレイ装置。
【請求項２１】
請求項１乃至２０いずれか１項に定義されているディスプレイ装置の反射型バックプレーンを含む表面に適用されて、光拡散を及び該表面からのグレアを制御する、請求項１乃至２０いずれか１項記載の粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムの使用方法。
【請求項１】
ディスプレイ装置のバックプレーンを含む表面における光拡散を制御し及び／又はグレアを抑制する光拡散制御／グレア抑制方法において、
ａ）表面を準備する工程と、
ｂ）約１ｎｍ〜約１０μｍの範囲の平均直径を有する粒子の分散液を準備する工程と、
ｃ）上記分散液を上記表面に適用し、粒子フィルムを形成する工程とを有する光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項２】
ｄ）熱又は紫外線を用いて、上記表面上で上記分散液を乾燥させ及び／又は上記分散液を硬化させる工程を更に有する請求項１記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項３】
上記粒子は、ナノ粒子であり、該ナノ粒子の平均直径の範囲は、１ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは、５ｎｍ〜９００ｎｍ、より好ましくは、１０ｎｍ〜５００ｎｍ、最も好ましくは、１０ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項４】
上記粒子又はナノ粒子の分散液は、１種類又は２種類以上の粒子を含み、各種類は、異なる平均直径を有する異なる種類の粒子の平均直径によって特徴付けられることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項５】
上記分散液は、１０ｎｍの平均直径を有する第１の種類のナノ粒子と、３００ｎｍの平均直径を有する第２の種類のナノ粒子とを含むことを特徴とする請求項４記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項６】
上記粒子フィルム又はナノ粒子フィルムの厚さは、０．２μｍ〜５μｍ、好ましくは、０．３μｍ〜４μｍより好ましくは、１μｍ〜３μｍさらに好ましくは、１．５μｍ〜２．８μｍ、最も好ましくは、２μｍ〜３μｍであることを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項７】
上記粒子又はナノ粒子の分散液の濃度は、好ましくは、１〜５０ｗｔ％、好ましくは、１〜４０ｗｔ％であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項８】
上記粒子又はナノ粒子は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣｅＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３を含むグループから選択される材料から形成されていることを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項９】
上記粒子又はナノ粒子の分散液は、該粒子を溶解しない分散媒及び／又は紫外線硬化性ポリマ又は熱硬化性ポリマのうちの少なくとも１つのを含むことを特徴とする請求項１乃至８いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１０】
上記分散媒は、水、エタノール、１−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、トルエン、ジクロロメタン、ＴＨＦ、２−プロパノール、メタノール、アセトン、ＤＭＦ及びＤＭＳＯ並びにこれらの混合物からなるグループから選択されることを特徴とする請求項９記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１１】
上記分散液の適用は、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、スピンキャスティング法、ラングミュア−ブロジェット法、ゾル−ゲル法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、スプレーコーティング法からなるグループから選択される手法によって行われることを特徴とする請求項１乃至１０いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１２】
上記表面は、ディスプレイ装置の反射型バックプレーンを含む反射面又はディスプレイ装置の透明バックプレーンを含む透明な表面であることを特徴とする請求項１乃至１１いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１３】
上記表面上に、上記ナノ粒子フィルムを該表面に固着させ、又は該表面が上記粒子フィルム又はナノ粒子フィルムと反応することを防止して、上記粒子フィルムの適用を容易にする更なる層を形成する工程を更に有する請求項１２記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１４】
上記更なる層は、ポリイミド、ＳｉＯ２、ＬｉＦ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４からなるグループから選択される材料から形成されることを特徴とする請求項１３記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１５】
上記乾燥及び／又は硬化は、真空又は周辺環境の空気中で行われることを特徴とする請求項１乃至１４いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１６】
上記表面は、ガラス、ポリマ、シリコン、鉄鋼、複合材料からなるグループから選択される材料から形成されることを特徴とする請求項１乃至１５いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１７】
上記表面は、酸化インジウムースズ（ＩＴＯ）、フッ素がドープされた酸化スズ（ＦＴＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＺｎＳｎＯ３、ＣｄＳｎＯ４、ＴｉＮ、Ａｇを含む透明材料又は銀、金、プラチナを含む金属を含む反射材料によってコーティングされることを特徴とする請求項１６記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１８】
上記工程ｃ及び工程ｄを複数回繰り返して、複数の粒子又はナノ粒子の層を含む粒子フィルム又はナノ粒子フィルムを形成することを特徴とする請求項２乃至１７いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項１９】
上記工程ａ及び工程ｂは、工程ａに続いて工程ｂの順又は工程ｂに続いて工程ａの順で行われることを特徴とする請求項１乃至１８いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法。
【請求項２０】
請求項１乃至１９いずれか１項記載の光拡散制御／グレア抑制方法を用いて作成された粒子フィルム又はナノ粒子フィルムが表面に形成されたバックプレーンを備えるディスプレイ装置。
【請求項２１】
請求項１乃至２０いずれか１項に定義されているディスプレイ装置の反射型バックプレーンを含む表面に適用されて、光拡散を及び該表面からのグレアを制御する、請求項１乃至２０いずれか１項記載の粒子フィルム、好ましくは、ナノ粒子フィルムの使用方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−３９５３７（Ｐ２００６−３９５３７Ａ）
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００５−１８７３８１（Ｐ２００５−１８７３８１）
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（３９７０５１５０８）ソニー ドイチュラント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月９日（２００６．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１８７３８１（Ｐ２００５−１８７３８１）
【出願日】平成１７年６月２７日（２００５．６．２７）
【出願人】（３９７０５１５０８）ソニー ドイチュラント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング (140)
【Ｆターム（参考）】
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