JP3744422B2 - 反射部材及びその製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【技術分野】
本発明は、反射部材及び光反射方法に関する。具体的には、本発明は、反射型や半透過型等の表示装置に用いられる反射部材に関する。また、反射部材により正反射光と異なる領域へ光を反射させるための光反射方法に関する。また、本発明は、当該反射部材を用いた液晶表示装置、無線情報伝達装置、携帯情報端末、画像表示装置等の機器に関する。さらに、本発明は、当該反射部材を製造するための方法や、そのためのスタンパ及びその製造方法に関する。
【0002】
【背景技術】
近年においては、パーソナルコンピュータやテレビ、ワードプロセッサ、ビデオカメラ等への液晶表示装置の応用が進展している。その一方、このような機器に対しては小型化、省電力化、低コスト化など、一層の高機能化が求められている。これらの要望を満たすべく、バックライトを用いず、外部から入射した周囲光を反射させて表示を行う反射型液晶表示装置(暗いところではバックライトを併用するものもある。)の開発が進んでいる。
【0003】
このような反射型液晶表示装置では、バックライトを用いないので、どれだけ周囲光を効率良く利用して表示面を明るくできるかということが重要である。そのため、反射型液晶表示装置に搭載される反射板の果たすべき役割は非常に大きく、あらゆる角度から入射する周囲光を効率良く利用して、最適な反射特性を有するような反射板が望まれる。
【0004】
基本的には、反射型液晶表示装置に用いられる反射板1は、図1に示すように、液晶パネル2の背後に配置され、入射した周囲光を正反射させるものである。しかし、このような単純な反射板1では、液晶パネル2の表面における反射光の映り込みが問題となっていた。すなわち、太陽光や室内照明等の周囲光が液晶表示装置に入射すると、図1に示すように周囲光の一部は液晶パネル2の表面で反射され、残りの周囲光は液晶パネル2を透過して反射板1で反射されるので、液晶パネル2の表面における反射光と反射板1による反射光の反射方向が同じであると、光源が液晶表示装置の画像に映り込み、画像が見づらくなって視認性が落ちていた。
【0005】
このような欠点を解決するため、図2(a)に示すように反射板1の表面に多数の凹凸3からなるパターンを配列しておき、図2(b)に示すように各凹凸3で入射光を散乱反射させるようにしたものも提案されている。凹凸3により反射板1に入射した光を散乱させるようにすれば、液晶パネル2で正反射した光に妨げられない方向から画面を見ることができ、液晶表示装置の視認性が良好となる。また、図3のように凹凸3の傾斜角(凹凸表面の接平面の傾斜角)がα以上にならないように凹凸形状を設計しておけば、反射光の出射方向が2α以上に広がらないように制限することができ、角度αの調整により視野角をせばめて明るくしたり、逆に明るさを犠牲にして視野角を広くとったりすることが可能になる。
【0006】
しかしながら、図2に示したような反射板1ではどの位置でも凹凸形状が同じであるため、光が無駄な方向にまで反射されて光の利用効率が悪かった。図4はこの不具合を説明するための図であって、反射板1には反射方向の拡がりが2αとなるように凹凸3が形成されているとする。図4には、入射光が反射板1に垂直に入射した場合に、反射板1の左右両端で反射される光を示している。領域Iは反射板1からの反射光が全く届かない領域(全く画面の見えない領域)、領域IIは反射板1の一部からの反射光しか届かない領域(画面の一部しか見えない領域)、領域IVは反射板全体からの反射光が届くが液晶パネル2の全反射光に妨げられて画面を見ることができない領域、領域IIIは液晶パネル2の画面全体を見ることができる領域(有効視野領域)である。
【0007】
図4では画面の見える領域を反射板1と平行な方向から表したが、図5は反射板1の正面から見たときの画面の見える領域を表している。いま、反射板1の一隅に入射した光を考えると、図6に示すように、反射板1で反射された光は角度αの範囲内に広がるから、視点までの距離h(画面を見る目の位置までの距離で、例えば明視の距離)で考えると、反射光の到達する領域は反射板1の隅に立てた垂線を中心にして半径htanαの円の内部となる。したがって、視点を含み反射板1と平行な面内で考えると、図5の領域IIでは反射板全体で反射された光のうち一部しか到達せず画面の一部しか見ることができず、領域IIの外側の領域Iでは反射板1で反射された光が全く到達せず画面を全く見ることができず、領域IVでは反射板全体からの光が到達するが液晶パネル2による正反射光に妨げられて画面を見ることができない。したがって、反射板全体からの光が到達して画面全体を見ることができるのは、図5で斜線を施して示した領域(領域III)に過ぎない。
【0008】
このように液晶パネルの画面全体を見ることができるのは図4又は図5の領域IIIだけであって、領域IIやIVでは反射板1からの反射光が届いていても画面全体を見ることができなかったり、光源の正反射光に妨げられて画像を見ることができなかったりしており、領域II、IVへ向けて反射された光はすべて無駄になり、結果として領域IIIの方向から見る画面が暗くなってしまっていた。また、図4又は図5から、反射板1によって無駄な方向へ反射されている無効部分の光量の大きいことも分かる。
【0009】
【発明の開示】
本発明の目的は、反射型や半透過型などの表示装置に用いられる反射部材において、無駄な方向に反射されていた光を少なくし、入射光の光利用効率を高めることにある。
【0010】
本発明の反射部材は、光入射側の表面で入射光を反射させる反射部材であって、前記表面に、入射光を反射させるための複数の凸部又は凹部を形成され、かつ、これらの凸部又は凹部は、それぞれ凸部又は凹部を前記表面に垂直な方向から見たときの個々の形状の中心とその凸部又は凹部の頂点とを通過する直線が互いに1点で交わるように形成されたものである。
【0011】
本発明の反射部材によれば、1又は2以上の前記凸部又は凹部によって単位反射領域を構成することができ、単位反射領域に入射した入射光を、正反射光がほぼ通過しないように、かつ、反射部材に対して所定位置となるように定められた所定面領域のほぼ全体へ反射させることが可能になる。
【0012】
従って、反射部材に設けられている単位反射領域は、所定面領域のほぼ全体に光を出射し、単位反射領域で反射された光ないし画像を所定面領域のどこからも見ることができるようになる。しかも、正反射光は所定面領域をほぼ通過しないので、所定面領域における光や画像を正反射光に妨げられることなく、はっきりと認識することができる。さらに、単位反射領域で反射された光は所定面領域外へほとんど出射されないので、所定面領域では大きな光量もしくは明るい画像を得ることができ、高い光利用効率を達成できる。特に、反射部材を表示装置と組み合わせて用いれば、所定面領域においては、全体が明るくて、くっきりとした画像を認識することができる。
【0013】
なお、ここでいう正反射光とは、表示装置に用いられる場合でいえば、画像を構成せず画像を見る妨げになるものであって、反射部材のうちで単位反射領域以外の箇所で正反射されたものも、反射部材以外の物体で正反射されたものも含む。また、正反射光の方向は、入射光の方向によって決まるが、入射光の方向も用途や使用環境等によって変化する。したがって、本発明でいう入射光の方向とは、固定的なものではなく、用途や使用環境等を考慮して光が入射すると想定した設計上の入射方向でよい。また、所定面領域は反射部材の前方空間に想定された平面ないし曲面であって、反射部材と平行である必要もない。
【0014】
また、入射全光束の全てを所定面領域に集めなければならないということはないが、入射全光束のうちの70%以上の光を前記所定面領域へ出射させるようにするのが実際的であり、また表示装置に用いられる場合には画像を明るくすることができる。一方、所定面領域が正反射光の出射領域を囲むように配置されている場合には、複数の単位反射領域で反射された光のうち30%未満の光が、正反射光の出射領域から出射されることは許容せざるを得ない。
【0015】
前記反射部材の光入射側の表面は、入射光を正反射させる面を持たないことが望ましい。前記反射部材が、入射光を正反射させる面を持たなければ、反射部材によって反射された光が正反射光の出射領域へ向けて反射されにくくなり、光のロスを少なくできるからである。
【0016】
複数の前記単位反射領域は、前記表面に垂直な方向から見たとき、複数の異なる面積を有していることが望ましい。
【0017】
また、複数の前記単位反射領域は、複数の異なる形状を有していることが望ましい。
【0018】
また、複数の前記単位反射領域は、不規則に配置されていることが望ましい。
【0019】
前記凸部又は凹部の表面は湾曲していることが望ましい。凸部又は凹部の表面を湾曲させてあれば、その湾曲具合により光の反射方向を調整することができるからである。
【0024】
本発明にかかる反射部材の製造には、反射部材が有する凹凸形状の反転形状を備えたスタンパを用いれば、反射部材を効率的に量産することができる。すなわち、スタンパを用いて反射部材を製造するには、スタンパに樹脂を充填し、該樹脂を硬化させた後、スタンパから成形品を剥離させることにより、効率的に反射部材を製造することができる。あるいは、スタンパを用いて、プレス加工により成形品を製造することによって反射部材を効率的に製造することができる。こうして反射部材を製作した後、成形品の表面に金属薄膜からなる反射膜を形成すれば、反射率の高い反射部材を得ることができる。
【0025】
また、スタンパは、反射部材が有する複数の単位反射領域と同一形状を有する原盤に、金属や樹脂等のスタンパ材料を堆積させた後、該スタンパ材料を原盤から剥離させて原盤の形状を転写させることにより製作することができる。
【0026】
本発明の反射部材は、典型的には、液晶表示装置の反射部材として用いられる。特に、液晶層を挟み込むための複数の基板のうち少なくとも1枚の基板を本発明の反射部材で構成すれば、部品点数を少なくするとともに液晶表示装置の薄型化を図ることができる。
【0027】
また、この液晶表示装置をディスプレイ部に使用することにより、本発明は携帯電話や弱電力無線機などの送受信機能を備えた無線情報伝達装置、情報処理機能を備えた携帯情報端末、テレビ受像機やコンピュータ等の、画像を表示する機能を有する画像表示装置などに応用することができる。
【0028】
なお、この発明の以上説明した構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。
【0029】
【発明を実施するための最良の形態】
図面を参照して、本発明に係る好ましい実施形態について以下に詳細に説明する。
【0030】
図7(a)は本発明の一実施形態による反射板11の基本的な構成とその作用を説明する概略斜視図であって、図7(b)は当該反射板11の一部を拡大して表している。この反射板11は、基板12上に多数の単位反射領域13(図7においては、1つの単位反射領域13に網掛けしている。)を配列して構成されており、各単位反射領域13に対して所定方向からの入射した光は、所定面(視点が位置すると想定する平面又は曲面)上においては所定面領域(以下、出射域という)14とほぼ一致するように投射される。すなわち、各単位反射領域13で反射された光は、所定面上の出射域14で重なり合い、反射板全体の反射光は出射域14に重ね合わせるように集光される。したがって、画面全体に対応して単位反射領域13が形成されていれば、出射域14においては、画面全体を見ることができる。
【0031】
また、反射板11からの反射光は液晶パネル18の表面で反射された正反射光の周囲に反射され、所定面上において正反射光の出射領域(以下、てかり領域という)15と重なり合わないように出射されるのが望ましいが、図7に示すようにてかり領域15と一部重複していてもよい。したがって、出射域14が所定面上でてかり領域15と重なり合う場合には、出射域14からてかり領域15と重なりあっている領域を除いた領域が有効視野領域16となり、出射域14とてかり領域15とが重なり合っていない場合には出射域14と有効視野領域16とは一致する。また、出射域14がてかり領域15と重なり合っている場合でも、その重なりが小さい場合には、出射域14と有効視野領域16とはほぼ一致する。
【0032】
輪帯状に形成された上記出射域14においては、画面全体を見ることができるが、さらに反射板11の各単位反射領域13で反射された光は、共通の出射域14の外側には投射されないので、画面の一部しか見ることのできないような無駄な方向に反射される光を少なくすることができ、光利用効率が向上して液晶パネル18の画面が明るくなる。特に、有効視野領域16を広くして画面全体を見ることのできる範囲を広くしても画面が暗くなりにくく、視認性を良好にすることができ、例えば液晶表示装置に用いた場合には液晶表示装置の品質を向上させることができる。
【0033】
さらに、反射板11によって反射された光の出射域14が液晶パネル18の表面で正反射された正反射光によるてかり領域15と重なり合わないので、あるいはその重なり合いが小さいので、正反射光に妨げられて画面を見ることのできないような無駄な方向に反射される光を少なくすることができ、一層光利用効率が向上して液晶パネル18の画面が明るくなり、視認性が向上する。
【0034】
単位反射領域13は、1つ又は複数の凹凸17によって構成されており、単位反射領域13は、基本的には図8のように周期的ないし規則的に配列されているが、後述のようにランダムに配置されていてもよい。また、単位反射領域13を構成する凹凸17も周期的ないし規則的に配列されていてもよく、ランダムに配置されていてもよい。
【0035】
なお、ここでは反射板の表面に凹凸パターンを形成し、各凹凸の表面で入射光を反射させる表面反射型の反射板を説明するが、基板をガラスや透明樹脂などで形成し、基板の裏面に形成した凹凸パターンによって入射光を反射させるようにした裏面反射型の反射板でも差し支えない。
【0036】
次に、単位反射領域13の具体的構造を説明する。図8に示すものは単位反射領域13をマトリクス状(碁盤目状)に周期配列した反射板11であって、図9(a)(b)は反射板11の中心Pに位置する単位反射領域13の正面図及び平面図(等高線図)を示し、図10(a)(b)は反射板11の中心Pから外れた位置にある単位反射領域13の正面図及び平面図(等高線図)を示している。なお、単位反射領域13の配置としては、反射板11の中心Pを軸心として同心円状に配列されたものなどでもよい。
【0037】
ここに示す反射板11では、各々1つの凸部17aによって単位反射領域13が構成されており、各凸部17aは表面が湾曲した略四角錐状ないし略円錐状をしており、凸部17aの頂点19aと単位反射領域13の四辺との間の傾斜した湾曲面の形状(もしくは傾斜角分布)を目標とする出射域に合わせて設計されている。この凸部17aは、入射光と垂直な平面(接平面)を持たず、先端が尖っているので、凸部17aによる反射光を反射板11の正面(正反射方向)へほとんど反射させない。
【0038】
異なる位置の凸部17aにより共通の出射域14へ光を反射させる必要があるので、凸部17aの子細な形状は単位反射領域13の位置が異なる毎に少しずつ異なっている。例えば、反射板11の中心Pに位置する単位反射領域13では、図9(a)(b)に示すように、単位反射領域13の中心の垂直上方に凸部17aの頂点19aが位置しており、凸部17aは両側へ同じように光を反射させる。これに対し、反射板11の中心Pから外れた単位反射領域13では、図11に示すように、単位反射領域13の中心から出射域14の中心Oへ引いた線分上に凸部17aの頂点19aが位置しており、図10(a)(b)のように凸部17aの頂点19aが反射板11の中心側へ偏っており、図12に示すように両側へ非対称に光を反射させる。なお、このような凸部17aの精密な表面形状は、所定の出射域14へ光を反射させるよう、コンピュータ等を用いて光学設計することにより決められる。
【0039】
この結果、反射板全体として見れば、各単位反射領域13内における凸部17aの頂点19aの位置は、図13に示すように、その単位反射領域13が出射域14の中心もしくは反射板11の中心Pから離れるに従って少しずつ異なっている。具体的には、凸部17aの頂点19aの位置は、反射板11の中心Pから遠くにある単位反射領域13ほど、次第に単位反射領域13の中心から出射域14の中心もしくは反射板11の中心Pに近い側へ偏っている。
【0040】
また、単位反射領域13は複数の凹凸によって形成されていてもよい。例えば、図9(a)(b)、図10(a)(b)に示したような凸部17aを複数に分割してあっても差し支えない。
【0041】
また、単位反射領域13を凹部によって形成してもよい。凹部17bの一例としては、最下点19bが反射板11の中心から遠ざかるよう、単位反射領域13の中心から出射域14の中心Oへ引いた線分の延長上に凹部17bの最下点19bを位置させることにより、凹部17bによる反射光を反射板11の正面へほとんど反射させず、所定の出射域14へ出射させるようにできる。具体的にいうと、図14に示す実施形態では、内面が湾曲した略円錐状ないし略角錐状をした凹部17bによって単位反射領域13が構成されている。凹部17bの最下点19bと単位反射領域13の四辺との間の傾斜した湾曲面の形状(もしくは傾斜角分布)は、目標とする出射域に合わせて設計されている。この凹部17bも、入射光と垂直な平面(接平面)を持たず、最下点19bが尖っているので、凹部17bによる反射光を反射板11の正面(正反射方向)へほとんど反射させない。
【0042】
このような凹部17bからなる単位反射領域13を配列して構成された反射板11では、反射板11の中心Pに位置する単位反射領域13では、中心Pの垂直下方に凹部17bの最下点19bが位置しており、凹部17bは両側へ同じように光を反射させる。これに対し、反射板11の中心Pから外れた単位反射領域13では、出射域14の中心から単位反射領域13の中心へ引いた線分の延長上に凹部17bの最下点19bが位置しており、図14(a)(b)のように凹部17bの最下点19bが出射域14の中心もしくは反射板11の中心から遠い側へ偏っている。この結果、このような反射板11でも、各単位反射領域13内における凹部17bの最下点19bの位置は、その単位反射領域13が出射域14の中心もしくは反射板11の中心Pから離れるに従って少しずつ異なっており、図14(c)に示すように、凹部17bの最下点19bの位置は、反射板11の中心Pから遠くにある単位反射領域13ほど、次第に単位反射領域13の中心から出射域14の中心もしくは反射板11の中心Pから遠い側へ偏っている。
【0043】
図15〜図20(a)(b)(c)は出射域14とてかり領域15との関係と、それに対応する凸部17aの形状を示す図である。図15は出射域14の内周側の境界がてかり領域15の外縁にほぼ内接する円となるように設計した場合である。所定面上における出射域14の外縁を楕円として、その長軸半径をa、短軸半径をbとし、てかり領域15の長辺の長さをw1、短辺の長さをw2とし、出射域14の中心Oにxy座標の原点を定め、出射域14の長軸方向と平行にx軸、短軸方向と平行にy軸をとると(以下、同様)、出射域14は次の式(1)及び(2)で表わされ、図16(a)(b)(c)に示すように、これを実現するための単位反射領域13は正方形となり、凸部17aは略円錐状となる。
【数1】
Figure 0003744422
【0044】
図17は出射域14の内周側の境界がてかり領域15の外縁にほぼ内接する楕円となるように設計した場合であって、出射域14は次の式(3)及び(4)で表わされ、図18(a)(b)(c)に示すように、これを実現するための単位反射領域13は長方形となり、凸部17aは略楕円錐状となる。
【数2】
Figure 0003744422
【0045】
図19は出射域14の内周側の境界がてかり領域15の外縁にほぼ一致する方形となるように設計した場合であって、出射域14は次の式(5)、(6)及び(7)で表わされ、図20(a)(b)(c)に示すように、これを実現するための単位反射領域13は方形となり、凸部17aは略四角錐状となる。
【数3】
Figure 0003744422
【0046】
周囲光が液晶パネル18に垂直に入射する場合には、てかり領域15は液晶パネル18の正面全体となるが、出射域14とてかり領域15とは重なりが小さい方が、有効視野領域外への出射が少なくなって光利用効率が向上し、画面が明るくなる。しかし、凸部17aは図16(a)(b)(c)に示したような略円錐状のものが製作が容易である。従って、凸部17a(もしくは凹部17b)の設計及び製作の難易度、製作コストを考慮したうえで、できるだけ出射域14とてかり領域15との重なりが小さくなるようにするのが好ましい。
【0047】
ただし、図19に示すように出射域14とてかり領域15とが完全に重なり合わないようにするのが最も望ましい構造であって、そのように設計したとしても、凸部17aの作製精度上重なりを完全に零にすることは困難である。また、反射板11の量産性を考慮すると、実際には反射板11による全反射光のうちの30%弱が設計上の出射域14よりも内側へ(もしくは、てかり領域15内へ)出射されることは許容しなければならない。また、出射域14の外側へも10%程度が漏れることは許容せざるを得ない。この結果、設計上の出射域14もしくは有効視野領域16へ出射される光量は、反射板11による全反射光量の50〜60%程度となるが、それでも従来の反射板を用いた場合に比較すると、画面の明るさ(表示光)は約2倍程度となる。もちろん、設計上の出射域14もしくは有効視野領域16へ出射される光量が、反射板11による全反射光量の70%以上となるようにするのが望ましいことは言うまでもない。
【0048】
また、表示装置において作業面垂線と視線のなす角は、一般的には20〜30°近辺であり、大きくても60°未満であるとされている。よって、画像の表示面においても同様に表示面垂線に対して60°以上の視野は必要なく、図21に示す反射板11による出射域14の拡がり角αは、α≦60°とするのが望ましい。
【0049】
特に、一般的な観察者の視点の方向は表示面法線からの傾き角30°である。また、おおよそ30°±15°の領域にほとんどの観察者の視点は集中する。従って、反射板11から見た出射域14の拡がり角は15°〜45°程度にすることが好ましい。このような出射域14を設計するためには、図22(a)に示すように反射板11の中心から出射域14の内縁へ向けての線分の角度β=15°となるように、反射板11の長軸方向の長さw1と短軸方向の長さw2との平均として対角方向の長さw(下記の式(8)で定義する。;図22(b))を用いて次の式(9)で出射域14までの垂直距離hを定める。そして、出射域14の幅をKとすれば、前記式(3)及び(4)を適用して出射域14を表わす式(10)及び(11)を得る。この領域に反射板11による反射光を70%以上到達させるようにすればよい。例えば、1辺が10cmの正方形をした反射板を作製し、形状をプロファイラにて測定したデータをもとに出射光量のシミュレーションを行った結果では、反射板から30cmの垂直距離hにおいて、外側半径が15cm、内側半径が5cmの円環状をした出射域を設定し、該出射域への出射光量を測定したところ、反射板への入射光量に対して76%の出射光量を得ることができた。
【数4】
Figure 0003744422
【0050】
また、出射域14はてかり領域15の外側で全周にわたって存在する必要はない。用途や使用環境等に応じて、図23(a)に示すようにてかり領域15の左右及び下方にのみ出射域14を設定してもよく、図23(b)に示すようにてかり領域15の上下にのみ出射域14を設定してもよく、図23(c)に示すようにてかり領域15の下方にのみ出射域14を設定してもよい。もちろん、これ以外の設定も可能である。このような構成によれば、反射型液晶表示装置を装備した機器の使用方法に応じて画面から不要な方向へ出射される光を減らし、その分必要な方向へ出射する光量を増加させることにより、画面の明るさを向上させることが可能である。
【0051】
たとえば、図24に示すような携帯電話機20などでは、手に持ってある程度傾けた状態で表示面21を観察する。そのような場合には、表示面21の上方への反射光は無駄であるから、図24に示すように上方への反射光を抑え、その分を左右もしくは下方へ向けて出射させることにより、より明るい表示面21を実現することができる。
【0052】
図26(a)(b)は図25のように反射板11から左右及び下方へ光を出射させるための凸部17aの形状を表している。図26(a)は反射板11の中央の凸部17aであって、左右には対称な形状を有しているが、上方へは光を出射させないので、上方の側面は垂直もしくは急な傾きの面で構成されている。図26(b)は図25で光を出射している単位反射領域13の凸部17aであって、さらに頂点19aが反射板11の中心側(図上右側)へ変位している。
【0053】
図28は図27のように反射板11から上方及び下方へ光を出射させるための凸部17aの形状を表している。図28は反射板11の中央部の凸部17aであって、上方及び下方の側面では大きな傾きで上方及び下方へ光を反射させるが、左右方向に沿っては起伏が緩やかで左右には光を反射させにくくなっている。
【0054】
図30は図29のように反射板11から下方へのみ光を出射させるための凸部17aの形状を表している。図30は反射板11の中央部の凸部17aであって、下方の側面では大きな傾きで下方へ光を反射させるが、左右方向に沿っては起伏が緩やかで左右には光を反射させにくくなっている。しかも、頂点19aが上方へ偏っていて上方へも光を反射させにくい構造となっている。このような構造では、光を下方へ集めることができるので、表示面の下方に操作パネルなどがある場合には、操作パネルを照らすことができる。
【0055】
次に、別な構造の単位反射領域13を説明する。この実施形態では、図31に示すように、各々1つの凹部17bによって単位反射領域13を構成しており、各単位反射領域13の凹部17bに入射した光が凹部17bで反射されると、その反射光は所定面において所定の出射域14へ出射されるように設計されている。
【0056】
図32(a)はこのような凹部17bの設計方法を説明する図、図32(b)はそのX部拡大図である。凹部17bの断面の最下点19bから片側半分を考え、その縁で反射した光L2が出射域14の片側半分の外縁に達するように凹部17bの縁の角度を決める。また、凹部17bの最下点19bの近傍で反射した光L1が出射域14の片側半分の内縁に達するように凹部17bの最下点19bの近傍の角度を決め、出射域14の幅方向に均等に光を反射させるように凹部17bの片側における端から最下点19bまでの傾きを決める。同様にして、凹部17bの他方半分で反射された光が出射域14の他方に達するように凹部17bの他方の傾きを決める。このようにして全周にわたって凹部17bの傾きを決めることにより凹部17bの形状が決定される。
【0057】
図33及び図34は上記の方法を簡略したものであり、図33に示すように凹部17bの片側半分の縁で反射した光L2が出射域14の片側半分の外縁に達するように凹部17bの縁の角度θ1を決め、凹部17bの最下点19bの近傍で反射した光L1が出射域14の片側半分の内縁に達するように凹部17bの最下点19b近傍の角度θ2を決めた後、図34のごとく両角度θ1とθ2を直線的に結んで中間の角度を決定する。同様にして、他方半分でも端の角度θ3と最下点19b近傍の角度θ4を決めたら、角度を直線的に変化させて凹部17bの他方の形状を決める。このようにして決定された凹部17bの断面形状は2つの放物線で表わされる。
【0058】
図35及び図36、図37は凹部17bの異なる設計方法を示している。出射域14は前記のように略楕円環状ないし略円環状となるが、この出射域14の中心を通って反射板11に立てた垂線Jを考える。まず、図35に示すように、反射板11の中心Pに位置する凹部17bで反射された光が出射域14へ出射されるように反射板11の中心Pの凹部17bの形状を決定する(例えば、図32(a)(b)に示したような方法による)。ついで、中心Pから外れた位置Qの凹部17bを決める場合、出射域14の中心Oから当該位置Qを見込む角度がθaであるとすると、図36に示すように、凹部17bの形状は中心Pの凹部17bと同一形状とし、反射板11の中心に立てた垂線Jと凹部17bの軸芯Eとを含む平面内において当該凹部17bの軸芯Eと反射板11の垂線Jとのなす角度がθb=θa/2となるように凹部17bを斜めに配置する。すなわち、図37に示すように、中心Pの凹部17bと同一形状の凹部17bをθbだけ傾けて配置する。このようにして反射板11の全体にわたって、同一形状の凹部17bを形成し、各凹部17bを設置位置に応じて凹部17bを傾けることにより、各凹部17bで反射した光を出射域14に集めることができる。
【0059】
また、中心Pから外れた1つの凹部17bについて軸芯Eを決定し、反射板11の中心に立てた垂線Jと当該軸芯Eとの交点を求め、他の凹部17bについては各軸芯Eがこの交点を通過するように凹部17bの傾きを決めてもよい。これによりすべての凹部17bの軸芯Eは1点で交わる。
【0060】
このように凹部17bの傾きを変えて反射板11の凹凸パターンを形成する手法で設計された反射板の設計例を図38〜図45に示す。図38、図39、図40は反射板11の中心に設けられた幅20μmの凹部17bの断面形状を示す図、該凹部17bを斜めから見た図(ワイヤフレーム図)、側面から見た図(ワイヤフレーム図)である。また、図41、図42、図43は反射板11の中心から40mm外れた位置にある幅20μmの凹部17bの断面形状を示す図、該凹部17bを斜めから見た図(ワイヤフレーム図)、側面から見た図(ワイヤフレーム図)である。なお、高さが0の平面は、反射板11の表面と同じ面である。さらに、図44は反射板11の中心付近における凹部17bの配列を示す図、図45は反射板11の中心付近における1列の凹部17bを示す図(平坦部分は図示省略したもので、実際には、この部分にも凹部17bが設けられている。)である。
【0061】
図46及び図47は単位反射領域13に設けた微小なくさび状の凸部(凹部でもよい)17cを示す。反射板11からの出射域14が図23(c)のように一方向(例えば、操作パネル側)のみである場合には、このようなくさび状の凸部17cを用いることも可能である。この凸部17cは断面が略直角三角形状をしており、表面は湾曲している。
【0062】
くさび状の凸部17cでも所定の出射域14に光を集めるためには、凸部17cの位置に応じて表面の傾きを変化させる必要があるが、そのためには、図46(a)(b)に示すように凸部17cの高さを一定にして長さ(凸部17cのピッチ)を変化させてもよく、図47(a)(b)に示すように凸部17cの長さを一定にして高さを変化させるようにしてもよい。
【0063】
また、図示しないが、出射域14の中心は反射板11の中心Pを通る垂線上にある必要はなく、出射域14が反射板11からずれた位置にあってもよい。さらに、出射域14は反射板11と平行な面内にある必要はなく、反射板11の表面に対して傾いていても差し支えない。
【0064】
また、単位反射領域13は、均一な寸法を有している必要はなく、図48に示すように大きさがランダムであってもよく、形状も多角形や不定形であってもよい。よって、単位反射領域13の配列もマトリクス配置である必要はなく、密に2次元配列されていて平坦な部分がほとんど存在しない反射面となっているものであればよい。
【0065】
上記実施形態では、いずれも反射板11の全体で出射域14へ向けて光を反射させるようにしたが、一部の反射面でのみ出射域14へ光を反射させるようになっていて、一部においては出射域14以外へ光を反射させるようにしても良い。その場合でも出射域14ないし有効視野領域16へ出射される光は、全入射光のうちの70%程度以上となっていることが望ましい。
【0066】
上記反射板11は、2P(photo-polymerization)法により製造される。2P法では、まずスタンパと呼ばれる反射板11の金型を製作し、このスタンパで反射板を大量に複製する。このプロセスについて、図49及び図50により説明する。スタンパ45の製造プロセスにおいては、図49(a)に示すように、基板41を用意し、その上に電子ビームレジスト42を塗布する。ついで、図49(b)に示すように、電子ビーム露光によりパターン化された電子ビームレジスト42を軟化させ、反射板11の出射域14の凹凸パターン43の形状を形成し、原盤44を作製する。次に、電鋳法によりニッケル等の金属や樹脂などのスタンパ材料を原盤44の上に堆積させ、図49(c)のようにスタンパ45を作製する。図49(d)に示すように、スタンパ45を原盤44から剥離させて原盤44から分離すると、スタンパ45の下面には、反射板11の凹凸パターン43の反転した反転パターン46が形成される。これが反射板11の成形用の型となる。
【0067】
この後、図50(a)に示すように、ガラス基板や透明樹脂フィルム等の透明な基板47(ただし、スタンパ45が紫外線を透過する場合には、基板47は透明である必要はない。)の上に紫外線硬化樹脂48を滴下した後、紫外線硬化樹脂48の上から基板47上にスタンパ45を降下させ、基板47とスタンパ45との間に紫外線硬化樹脂48を押し広げて基板47とスタンパ45との間に紫外線硬化樹脂48を充填させる。
ついで、図50(b)に示すように、基板側から(スタンパ45が紫外線を透過する場合には、スタンパ側からでもよい。)紫外線硬化樹脂48に紫外線を照射し、紫外線硬化樹脂48を光硬化反応により硬化させる。紫外線硬化樹脂48が硬化したら、紫外線硬化樹脂48からスタンパ45を剥離させると、図50(c)のように紫外線硬化樹脂48の表面にはスタンパ45の反転パターン46が転写され、単位反射領域13の凹凸パターン49が形成される。この後、スパッタ等によって紫外線硬化樹脂48の上にAg、Al等の金属薄膜を堆積させ、図50(d)に示すように金属薄膜によって反射膜50を形成し、これによって反射板11が完成される。
【0068】
図51(a)(b)(c)(d)は、上記スタンパ45を用いた反射板の別な製造方法を示す断面図である。この方法では、図51(a)に示すように、ガラス基板や透明樹脂フィルム等の透明な基板47の上にスピンコートによって樹脂48Aを塗布してベークにより硬化させた後、樹脂48Aの上から基板47上にスタンパ45を降下させ、図51(b)に示すように、スタンパ45の上から樹脂48Aに応力を加えて樹脂48Aを押し潰す。ついで、樹脂48Aからスタンパ45を剥離させると、図51(c)のように樹脂48Aの表面にはスタンパ45の反転パターン46が転写され、単位反射領域13の凹凸パターン49が形成される。この後、スパッタ等によって樹脂48Aの上にAg、Al等の金属薄膜を堆積させ、図51(d)に示すように金属薄膜によって反射膜50を形成し、これによって反射板11が完成される。
【0069】
図49ないし図51に示した、スタンパ45による反射板11の製造方法は、図示のような凸部17aからなる単位反射領域13を有する反射板に限らず、図52に示すような、凹部17bからなる単位反射領域13を有する反射板でも実施することができる。なお、図52に示すものは、凹部17bからなる単位反射領域13を有する反射板11で、表面に金属薄膜による反射膜50を形成されたものでもある。
【0070】
図53に示すものは、異なる構造の反射板11である。この反射板11では、基板47の上で樹脂48によって凹部17b又は凸部17aからなる単位反射領域13のパターンを形成し、その樹脂48の表面に金属薄膜による反射膜50を形成した後、反射膜50の上にさらに透明な樹脂層を積層し、この樹脂層によってフレネルレンズ形状をした光路変換層51を形成している。
【0071】
しかして、この反射板11においては、入射した光は、光路変換層51の界面で屈折しながら光路変換層51に入射し、光路変換層51の背後の凹部17b又は凸部17aで反射されると共に再び光路変換層51の表面で屈折され、出射域14(例えば、反射板11の前方の正反射光の出射領域を囲むように設定された出射域14)へ出射される。このような反射板11では、反射膜50と光路変換層51によって反射光が出射域14に入射するよう設計できるので、設計の自由度が高くなる。
【0072】
図54及び図55に示す反射板11は、図53の反射板11と同様、反射膜50と光路変換層51によって構成されたものである。すなわち、図54の反射板11では、樹脂48の表面にフレネルレンズ状のパターンを成形し、その表面に反射膜50を形成してフレネル反射鏡を形成し、その上に透明な樹脂によって光路変換層51を成形し、光路変換層51の表面に凹部17b又は凸部17aを形成している。
【0073】
また、図55の反射板11では、樹脂48の表面に金属薄膜によって反射膜50を形成し、その上に透明な樹脂によって光路変換層51を成形し、光路変換層51の表面に凹部17b又は凸部17aを形成している。この場合には、反射板11の中心Pから離れるに従って、凹部17b又は凸部17aの、垂直方向からの傾きが次第に大きくなるようにしている。
【0074】
図56に示すものは、図50で説明したようにして製作された反射板を備えた反射型液晶表示装置59の構造を示す概略図であって、液晶パネル18は反射板11を裏面側基板として構成されている。すなわち、上記のようにして製作された反射板11の表面にポリイミド等の透明樹脂をスピンコートすることによって反射膜50の上に平坦化膜61を形成する。ついで、平坦化膜61の上に薄膜トランジスタ(TFT)62や透明電極(ITO)60を設けて裏面側基板58を形成する。
【0075】
一方、ガラス基板63の裏面にブラックマトリクス66やカラーフィルタ65、透明電極(ITO)67を形成し、ガラス基板63の表面に偏光板64を貼り付けて表面側基板57を形成する。この後、裏面側基板58と表面側基板57との間に液晶層68を挟み込むことにより、反射型液晶表示装置59が完成する。
【0076】
このような反射型液晶表示装置59によれば、液晶パネル表面での正反射光に妨げられることなく画面全体を見ることのできる有効視野領域が広く、しかも画面の明るい反射型液晶表示装置を製作することができる。また、このような構造によれば液晶パネル18と反射板とが一体化されて反射型液晶表示装置を薄型化することができる。
【0077】
なお、本発明の反射板は反射型液晶表示装置に限らず、その他の反射型表示装置にも用いることができる。また、図示しないが、半透過型液晶表示装置にも用いることができる。
【0078】
図57に示すものは、本発明にかかる反射板を用いた反射型液晶表示装置をディスプレイ部70として用いた携帯電話や弱電力無線機等の無線情報伝達装置69であり、図58に示すものは、本発明にかかる反射板を用いた反射型液晶表示装置をディスプレイ部70として用いた電子手帳や携帯用コンピュータ等の携帯情報端末71である。このような無線情報伝達装置69や携帯情報端末71等は、バッテリー駆動であるために省電力が要求されるが、反射型液晶表示装置を用いることによりバックライトが不要となって省電力化を図ることができる。しかも、その反射型液晶表示装置に本発明の反射板を用いることでディスプレイ画面を明るくでき、視認性を良好にすることができる。
【0079】
図59に示すものは、ディスプレイ部70とアンテナ73を備えたテレビジョン(テレビ受像器)72であり、ディスプレイ部70としては、本発明にかかる反射板を用いた反射型液晶表示装置を使用している。図60に示すものは、ディスプレイ部70とキーボード部75を備えたパーソナルコンピュータ74であり、ディスプレイ部70としては、本発明にかかる反射板を用いた反射型液晶表示装置を使用している。テレビジョン72やパーソナルコンピュータ74などのように、画像を表示する機能を有する画像表示装置では、省電力であることが望まれる。特に、携帯用のものでは、バッテリー駆動であるために省電力が要求される。従って、ディスプレイ部70として反射型液晶表示装置を用いれば、バックライトを不要にでき省電力化を図ることができる。しかも、その反射型液晶表示装置に本発明の反射板を用いることでディスプレイ画面を明るくでき、視認性を良好にすることができる。
【0080】
【産業上の利用可能性】
本発明は、反射型や半透過型等の表示装置(例えば、液晶表示装置)に用いられるものであり、その応用としては、液晶表示装置、無線情報伝達装置、携帯情報端末、画像表示装置等のディスプレイ部を有する機器に広く用いることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の反射型液晶表示装置における問題点を説明する図である。
【図2】(a)は図1の反射型液晶表示装置の問題点を解決するための反射板の構造を示す斜視図、(b)はその作用説明図である。
【図3】図2(a)に示した反射板に設けられている凹凸の拡大断面とその凹凸で光が反射される様子を示す図である。
【図4】図2(a)の反射板で反射された光の挙動を示す図である。
【図5】図2(a)の反射板で反射された光の挙動を、反射板と対向する平面上で見た図である。
【図6】図5を説明するための補足図である。
【図7】本発明の一実施形態による反射板を用いた反射型液晶表示装置と反射板の一部を拡大したものを示す概略斜視図である。
【図8】図7の反射板における単位反射領域の配列を示す斜視図である。
【図9】(a)(b)は、反射板の中央に位置する凸部の正面図及び平面図である。
【図10】(a)(b)は、反射板の中央から外れた位置の凸部の正面図及び平面図である。
【図11】反射板の中心から外れた位置の凸部により光が出射域へ出射される様子を示す図である。
【図12】図11に示した凸部により反射された光の挙動を示す図である。
【図13】反射板において凸部により構成された単位反射領域の配列を示す平面図である。
【図14】(a)(b)は凹部により構成された単位反射領域の断面形状を示す図と平面形状を示す図、図14(c)は凹部により構成された単位反射領域を配列した反射板の断面図である。
【図15】出射域とてかり領域との関係を示す図である。
【図16】(a)(b)(c)は、図15のような光の分布を得るための凸部の形状を示す平面図、側面図及び正面図である。
【図17】出射域とてかり領域との別な関係を示す図である。
【図18】(a)(b)(c)は、図17のような光の分布を得るための凸部の形状を示す平面図、側面図及び正面図である。
【図19】出射域とてかり領域とのさらに別な関係を示す図である。
【図20】(a)(b)(c)は、図19のような光の分布を得るための凸部の形状を示す平面図、側面図及び正面図である。
【図21】出射域の大きさを決める手掛かりを説明する図である。
【図22】(a)は、出射域の大きさを決める別な手掛かりを説明する図、(b)は反射板の寸法を示す図である。
【図23】(a)(b)(c)は種々のパターンの出射域を示す概略図である。
【図24】全周でない出射域の用途を説明する図である。
【図25】反射板の左右及び下方に位置する出射域を示す図である。
【図26】(a)及び(b)は図23のような出射域を得るための単位反射域の凸部形状を示す平面図である。
【図27】反射板の上方及び下方に位置する出射域を示す図である。
【図28】図27のような出射域を得るための単位反射域の凸部形状を示す平面図である。
【図29】反射板の下方に位置する出射域を示す図である。
【図30】図29のような出射域を得るための単位反射域の凸部形状を示す平面図である。
【図31】本発明のさらに別な実施形態による反射板とその作用を示す概略図である。
【図32】(a)は同上の反射板の凹部の設計方法を説明する図、(b)は(a)のX部拡大図である。
【図33】図31の反射板の異なる設計方法を説明する図である。
【図34】図33に基づいて凹部の傾斜角の分布を決定する方法を示す図である。
【図35】図31の反射板のさらに異なる設計方法を説明する図である。
【図36】図33の設計方法において中心から外れた位置にある凹部の傾きを決定する方法を示す図である。
【図37】図36の詳細説明図である。
【図38】凹部の具体的な設計例を示す図であって、中央の凹部を示す。
【図39】図38の凹部を高さ毎に色分けして示す斜視図である。
【図40】図38の凹部を高さ毎に色分けして示す側面図である。
【図41】凹部の具体的な設計例を示す図であって、中央から外れた位置の凹部を示す。
【図42】図41の凹部を高さ毎に色分けして示す斜視図である。
【図43】図41の凹部を高さ毎に色分けして示す側面図である。
【図44】反射板の中心付近における凹部の配列を高さ毎に色分けして示す斜視図である。
【図45】反射板の中心付近における1列の凹部の配列を高さ毎に色分けして示す斜視図である。
【図46】(a)(b)は、本発明のさらに別な実施形態による反射板を示す正面図及び平面図である。
【図47】(a)(b)は、本発明のさらに別な実施形態による反射板を示す正面図及び平面図である。
【図48】単位反射領域をランダムに配置した反射板を示す斜視図である。
【図49】(a)(b)(c)(d)は、スタンパの製造プロセスを説明する図である。
【図50】(a)(b)(c)(d)は、同上のスタンパを用いた反射板の一製造方法を示す概略断面図である。
【図51】(a)(b)(c)(d)は、図49で製作されたスタンパを用いた、反射板の別な製造方法を示す概略断面図である。
【図52】本発明のさらに別な実施形態による反射板の断面図である。
【図53】光路変換層を用いた反射板の概略断面図である。
【図54】光路変換層を用いた別な反射板の概略断面図である。
【図55】光路変換層を用いたさらに別な反射板の概略断面図である。
【図56】反射型液晶表示装置の概略断面図である。
【図57】無線情報伝達装置の斜視図である。
【図58】携帯情報端末の斜視図である。
【図59】テレビジョンの斜視図である。
【図60】パーソナルコンピュータの斜視図である。
【符号の説明】
11 反射板
12 基板
13 単位反射領域
14 出射域
15 てかり領域
16 有効視野領域
17 凹凸
17a 凸部
17b 凹部
17c くさび状の凸部
18 液晶パネル
19a 凸部の頂点
19b 凹部の最下点
20 携帯電話機
21 表示面
41 基板
42 電子ビームレジスト
43 凹凸パターン
44 原盤
45 スタンパ
46 反転パターン
47 基板
48 紫外線硬化樹脂
48A 樹脂
49 凹凸パターン
50 反射膜
51 光路変換層
57 表面側基板
58 裏面側基板
59 反射型液晶表示装置
60 透明電極
61 平坦化膜
62 薄膜トランジスタ
63 ガラス基板
64 偏光板
65 カラーフィルタ
66 ブラックマトリクス
67 透明電極
68 液晶層
69 無線情報伝達装置
70 ディスプレイ部
71 携帯情報端末
72 テレビジョン
73 アンテナ
74 パーソナルコンピュータ
75 キーボード部

Claims (17)

  1. 光入射側の表面で入射光を反射させる反射部材であって、
    前記表面に、入射光を反射させるための複数の凸部又は凹部を形成され、かつ、これらの凸部又は凹部は、それぞれ凸部又は凹部を前記表面に垂直な方向から見たときの個々の形状の中心とその凸部又は凹部の頂点とを通過する直線が互いに1点で交わるように形成されていることを特徴とする反射部材。
  2. 正反射光がほぼ通過しないように、かつ、反射部材に対して所定位置となるように定められた所定面領域のほぼ全体へ入射光を反射させるための複数の単位反射領域を備え、各単位反射領域が1又は2以上の前記凸部又は凹部によって構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の反射部材。
  3. 前記反射部材の光入射側の表面は、入射光を正反射させる面を持たないことを特徴とする、請求項1に記載の反射部材。
  4. 複数の前記単位反射領域は、前記表面に垂直な方向から見たとき、複数の異なる面積を有していることを特徴とする、請求項2に記載の反射部材。
  5. 複数の前記単位反射領域は、複数の異なる形状を有していることを特徴とする、請求項に記載の反射部材。
  6. 複数の前記単位反射領域は、不規則に配置されていることを特徴とする、請求項2に記載の反射部材。
  7. 前記凸部又は凹部の表面が湾曲していることを特徴とする、請求項に記載の反射部材。
  8. 請求項2に記載した反射部材が有する複数の単位反射領域と同一形状を有する原盤に、金属や樹脂等のスタンパ材料を堆積させた後、該スタンパ材料を原盤から剥離させることにより、前記原盤の形状を転写させることを特徴とするスタンパの製造方法。
  9. 請求項に記載した反射部材を製造するためのスタンパであって、前記反射部材が有する凹凸形状の反転形状を備えたことを特徴とするスタンパ。
  10. 請求項に記載のスタンパに樹脂を充填し、該樹脂を硬化させた後、スタンパから成形品を剥離させることを特徴とする反射部材の製造方法。
  11. 請求項に記載のスタンパを用い、プレス加工により成形品を製造することを特徴とする反射部材の製造方法。
  12. 前記成形品の表面に金属薄膜からなる反射膜を形成することを特徴とする、請求項10又は11に記載の反射部材の製造方法。
  13. 反射部材を備え、外部から入射した周囲光を反射部材で反射させて表示を行う液晶表示装置において、
    前記反射部材を請求項1に記載の反射部材で構成したことを特徴とする液晶表示装置。
  14. 液晶層を挟み込むために構成された複数の基板のうち少なくとも1枚の基板を、請求項1に記載した反射部材で構成したことを特徴とする、請求項13に記載の液晶表示装置。
  15. 携帯電話や弱電力無線機などの送受信機能を備えた無線情報伝達装置において、
    請求項13に記載の液晶表示装置を含むディスプレイ部を備えたことを特徴とする、無線情報伝達装置。
  16. 情報処理機能を備えた携帯情報端末において、
    請求項13に記載の液晶表示装置を含むディスプレイ部を備えたことを特徴とする携帯情報端末。
  17. テレビ受像機やコンピュータ等の、画像を表示する機能を有する画像表示装置において、
    請求項13に記載の液晶表示装置を含むディスプレイ部を備えたことを特徴とする画像表示装置。
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