CN1310075C - 反射板、反射式显示装置及电子机器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示装置用的反射板，具有多个单位反射部，所述单位反射部重复配置有单位区域的配置图案。所述单位区域的重复节距为液晶象素节距的整数倍，且大于或等于5000μm。所述单位区域的重复节距最好为液晶象素节距的整数倍，且大于或等于10000μm。

Description

反射板、反射式显示装置及电子机器

技术领域

本发明涉及显示装置，特别是涉及液晶显示装置用的反射板。

背景技术

使用反射外界光的反射板的反射式液晶显示装置不必使用背景光，而且耗电低。一般的反射式液晶显示装置是把液晶层设置在上侧基板和下侧基板之间，反射板设置在下侧基板的上侧或下侧。为了使入射光扩散反射，在反射板上随机地形成有由凹凸构成的单位反射部。

通常用光刻法形成反射板上的单位反射部，这里，如果用一个掩膜制作一片反射板的整个面，则数据庞大成本高。因此，最好把反射板的表面分割为单位区域，再把具有某种配置图案的单位区域重复配置来作成一片反射板。

可是，在把由凹凸构成的单位反射部随机地配置在反射板的单位区域内时，有可能产生未形成凹凸的部分(缺失部分)。在重复配置了具有这样的缺失部分的单位区域的情况下，如果看反射板整体，除间隔之外把并排呈网格状的缺失部分连接起来的线看上去就是暗线。

而且在单位区域内还有可能产生集中了起伏少(近于平坦)的凸凹的部分。在重复配置了具有这样的平坦部分的单位区域的情况下，如果看反射板整体，除间隔之外把并排呈网格状的平坦部分连接起来的线看上去就是亮线。

另外，凸凹引起的反射光的方向因凸凹的形状而异，在特定的视野方向上就构成一定的明亮度，但是，如果改变视野方向，某一部分就会变亮或变暗，从而产生对比度差，看上去呈肋状。

以上那样的反射板的明暗模样与显示装置的显示重叠起来会使显示质量下降。

发明内容

在本发明的一个实施例中，本发明所述的反射板设置有多个单位反射部，该单位反射部以单位区域的配置图案重复出现方式被配置，该单位区域的重复节距是液晶象素节距的整数倍，且大于或等于5000μm。

在本发明的另一个实施例中，本发明所述的反射板设置有多个单位反射部，该单位反射部以单位区域的配置图案重复出现的方式被配置，该单位区域的重复节距是液晶象素节距的整数倍，且大于或等于10000μm。

附图说明

图1是表示液晶显示装置的主要构成的断面图。

图2是说明图1的液晶显示装置的一部分的立体图。

图3是表示相对对比度灵敏度的实验结果的曲线。

图4是表示单位反射部的大小与眼的分辨能力的关系的说明图。

图5是表示反射部直径的偏差与平均反射部直径的关系的曲线图。

图6a、图6b是在单位反射部反射的扩散反射光的说明图。

图7是数值孔径的说明图。

图8是为了把光集中于一定方向而确定了单位反射部的形状的反射板上的反射光的说明图。

图9是液晶显示装置的说明图。

图10是无线信息传送装置的外观立体图。

图11是便携式信息终端的外观立体图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的优选实施例。本发明的实施例中所记载的构件或部分的尺寸、材料、形状、其相对位置等都不作特别限定，只不过是说明例，并不将本发明的范围限定于此。

(第一实施例)

图1是表示采用本发明的反射板1的液晶显示装置的主要构成的断面图。液晶显示装置2把液晶层23设置在上侧基板21和下侧基板22之间，反射板1一体地制作在下侧基板22的液晶侧表面上。外界光从上侧基板21的上方射入，由反射板1反射，通过上侧基板21射出到外部。液晶层调节这时的入射反射光，从而能够得到例如文字或图象等所希望的显示。

图2是说明图1的液晶显示装置的一部分的立体图。反射板1在基片11的表面上设置有多个单位反射部5，虽然基片11形成在下侧基板22的上表面上，但是为了说明起见，图中将其隔开了一定间隔。反射板1重复多个单位区域3而被制成，各单位区域3上的单位反射部5的配置图案是一样的，而且单位反射部5的大小是随机的，单位区域3典型的是长方形。

在下侧基板22的表面上，形成有平行于图面的横方向的栅极线24，并形成有平行于纵方向的源极线25。在下侧基板22上由栅极线24和源极线25分切开的一个个区域4a是液晶显示装置2的象素。

另外，黑底(black matrix)26纵横设在上侧基板21上，在上侧基板21上由黑底26切开的一个个区域4b是液晶显示装置的象素。下侧基板的象素4a与上侧基板的象素4b共同承担显示作用，其大小相等，各象素重合地层叠。

通常，反射板1的单位区域3的重复节距大于或等于5000μm，最好大于或等于10000μm，而且是象素4a、4b的重复节距的整数倍。即，如果设单位区域3的长边为P、短边为Q，象素4a的长边为R、短边为S，则短边Q大于或等于5000μm，最好大于或等于10000μm，而且长边P是长边R的整数倍，短边Q是短边S的整数倍。

这里，从对比度灵敏度的观点来考察因单位区域3的重复而呈现的明暗变化。

所谓对比度灵敏度是指以最小的对比度检测出是否有特定对象的能力。定量地说，对比度灵敏度可以定义为能够辨认某个对象的最小对比度(对比度阈值)的倒数。能以越低的对比度来辨认出对象，对比度灵敏度就越高。在某一定的条件下观察静止对象的情况下，对于对比度的灵敏度会因观察对象的形状和大小而变化。因此，通常把明亮度按正弦波状变化的条纹图案用作观察对象，采取对每个条纹的粗细(空间频度)测定对比度灵敏度的方法。把对各种各样的正弦波条纹的粗细(空间频度；以每1度条纹的条数为单位表示；单位是[循环/度])的对比度灵敏度的变化的方式(特性)称之为“空间频度特性”(对比度灵敏度函数)。如果研究空间频度特性，既能够知道检测某种大小的条纹所必要的对比度，也能够知道可检测出构成某对比度程度的大小的条纹。

把重复反射板上的单位区域而产生的明暗模样认为是条纹，从300mm的上方来观察辨认，进行了对比度灵敏度的实验，通常300mm是人观察显示板的距离的代表值。

把单位区域取为长方形，制成其一边的长度为10200μm、5100μm、1020μm、510μm、255μm的反射板各两种总共10片。可以认为各个反射板具有空间频度是0.51、1.03、5.13、10.27、20.53(单位：循环/度)的明暗条纹。所作成的反射板的一种(5片)是单位区域内的单位反射部间的平均距离为20μm、单位反射部的数值孔径为0.38的反射板。另一种(5片)是单位区域内的单位反射部间的平均距离为10μm、单位反射部的数值孔径为0.38的反射板。后面对数值孔径还要详细描述，数值孔径为0.38的单位反射部把从反射部的法线方向入射的光反射到前述的视野范围内。

从对反射板的垂直线呈30度的角度对反射板照射不同强度的入射光，从沿反射板的垂直方向离开300mm的位置观察因反射板的明暗引起的条纹模样。

图3是表示实验结果的曲线图。曲线图中的横轴是单位区域的空间频度(单位：循环/度)，纵轴是相对对比度灵敏度。图中31～35表示单元的一边分别为255μm、510μm、1020μm、5100μm、10200μm的反射板。

一般，空间频度与相对对比度灵敏度的关系随观察对象的特征或周围的环境而变化。图3的曲线表示在达到高对比度时，空间频度低的区域的灵敏度降低相对较小，类似于表示视觉系统的信息处理的特征的曲线形状。即，在空间频度为4循环/度附近，反射板的空间频度特性的相对对比度灵敏度达到最大，在比此更高的频域内其相对对比度灵敏度急剧下降，而比此更低的频域内其相对对比度灵敏度缓慢下降。

另一方面，在液晶显示装置中，存在上侧基板或液晶层等引起的光的反射或吸收，到达反射板的光量有限。从实验结果来推定，相当于该光量的相对对比度灵敏度为0.21左右(用虚线39表示)。

用曲线图可以判断观察不到反射板上的条纹模样的区域是空间频度低于1(按照单元间隔为大于或等于5000μm)的区域(图中的箭头36和37表示的区域)和空间频度高于10(按照单元间隔为小于或等于510μm)的区域(图中的箭头38表示的区域)。

另一方面，如果考虑反射板的制作加工，因为不得不使作为单位反射部的凸凹的大小达到一定程度以上，所以在单位区域的面积小的情况下，单位区域内的凸凹间的距离分散就小，由凸凹反射的光彼此干涉而产生彩虹状着色的可能性就高。因此，在曲线图中由箭头38表示的单位区域的重复节距小的区域最好从空间频域内排除出去。

进一步，改变反射板的倾斜、观察位置来进行实验时，在视野范围内的观察中，在箭头36所示的区域中分为认识到条纹模样的对象和未认识到条纹模样的对象。实验中所使用的反射板的反射光被作成能扩散到视野范围内。从视野范围内进行观察时，因为扩散反射光汇集起来的显示表面变得明亮，所以存在条纹明暗被强调的倾向。因此，在视野范围内的观察中，即使空间频度比较大(即使是细的条纹)，也有能够视认出明暗模样的倾向。实验结果反映了这种倾向。

从以上的结果可知，单元间隔最好大于或等于5000μm，大于或等于10000μm则更好。

另一方面，当单位区域的重复节距和象素的节距不是整数倍时，在液晶显示画面上就会呈现网纹。在本发明中，为了抑制网纹，也把单位区域的重复节距和象素的节距作成整数倍。

象素及单位区域的形状并不限于长方形，作为单位区域的形状，可以任意选择适宜于反射板制作的形状。在液晶显示装置上，象素配置成各个象素的长边、短边形成直线的形式。另外，象素是指RGB的每一个点。

单位区域的纵横重复节距对象素的纵横既可以是相等的整数倍，也可以是不等的整数倍。例如，单位区域的长边P是象素的长边R的20倍，单位区域的短边Q也是象素的短边S的20倍。另外，也可以是例如，单位区域的长边P是象素的长边R的20倍，单位区域的短边Q是象素的短边S的30倍。

反射板和液晶显示装置以多个单位区域的边形成的直线与多个象素的边形成的多条直线中的1条或多条一致的方式叠层起来。

作为单位反射部的凸凹既可以是凸部，也可以是凹部。单位反射部的反射面的形状既可以是使入射光束向所有方向扩散反射的球面状的形状，也可以是使入射光束向一定方向反射的非球面状的形状。

(第二实施例)

考察设置在反射板上的单位区域的一个单位反射部。

人眼的分辨能力取决于视力，用下式来表示：

视力＝1/夹住观察对象的夹角(分)

如果视力为1，就能够分辨视认1分的角度差。

图4表示单位反射部的大小与眼的分辨能力的关系。G是单位反射部5的相对反射板的正投影的外接圆直径(反射部直径)；点41是视点的位置；F是视点41与单位反射部5的间隔；α是视线夹住反射部直径两端的角度。

如果人的平均视力设为1，间隔F为300mm时，可视认的单位反射部5的两端的距离G就为：

G/(300×1000)＝tan(1/60)    G80μm

因此，如果设置在单位区域内的多个单位反射部的反射部直径都小于或等于80μm，则被人视认为亮点的概率就减少。

(第三实施例)

考察作为设置在单位区域内的单位反射部的凸凹的大小的离散。反射板上的凸凹大小相同时，由凸凹反射的光之间产生干涉，从而在反射板上产生彩虹状着色，为避免这种现象，要使凸凹的大小离散。

使凸凹的大小离散的情况下，如果存在超过反射部直径80μm的凸凹，如上所述，就会把反射光视为亮点，这是不合适的。另一方面，直径小于5μm的凸凹就很难按照设计进行加工，结果，使反射板的光利用效率降低。而且，作为进行凸凹的随机配置的结果，如果多个直径小于5μm的凸凹汇集起来，则反射面就被视为暗点，也不合适。

图5是表示反射部的离散与平均反射部直径的关系的曲线图。曲线图的横轴是反射部直径的平均值(m)，纵轴是反射部直径的标准偏差(σ)除以m所得到的值。该曲线表示假定凸凹的基底面为圆形，使反射部直径随机离散进行试算后的结果。线46是不包含直径小于5μm的凸凹的离散状态的边界线，线47是不包含直径超过80μm的凸凹的离散状态的边界线。

由该曲线可知，如果σ/m的值小于或等于0.3(用虚线48表示)，则反射部直径大于或等于5μm而小于或等于80μm，且能够随机地使反射部直径离散。

(第四实施例)

图6a，图6b表示由作为单位反射部的凸凹反射的扩散反射光。θ(图中省略)是由单位反射部5反射的光的反射角度，72、73是视点的位置。设反射板上方的物质的折射率相同，而且单位反射部5的垂线(图中用虚线表示)一致。

在图6a中，凸部5e以张角θa射出入射光；凸部5f以张角θb射出入射光。设θa＞θb，如果视点72a处于-θb＜视点72a＜+θb的范围内，就能够看到来自凸部5e的反射光和来自凸部5f的反射光。但是，如果视点73a处于-θa＜73a＜-θb或+θb＜73a＜+θa的范围内，虽然能够看到来自凸部5e的反射光，但是看不到来自凸部5f的反射光。即，如果从视点73a来看，在反射板上就产生明暗差。

在图6b中，凸部5e与凸部5f形状相似，其射出张角都是θa。在从视点72b和视点73b的位置都能看到来自凸部5e的反射光的情况下，就一定能够看到来自凸部5f的反射光。因此，从视点73b看，显示面内没有明暗差。

在考虑介于凸凹与视点之间的物质的折射率的情况下，把角θ替换为凸凹的数值孔径(NA)，同样能够进行考察。凸凹的数值孔径定义为考虑了介于凸凹与视点之间的物质的折射率后的从凸凹的最外周反射的出射光的张开角度。数值孔径是把形成在反射板上的凸凹作为类似于光学透镜对待的一个物理参数。

图7是凸凹的数值孔径的说明图，所表示的是典型构成的显示装置的断面。1是反射板，5是作为单位反射部的凹部，51是液晶层，52是空气，12是凸凹的反射膜。53是把单位反射部5考虑为透镜的情况下的光轴。在单位反射部5的最外周点5a处，从反射板的法线方向(平行于光轴53)入射的入射光54a成为反射光55a，进一步在物质51与空气52的界面上折射后成为出射光56a。β是光轴53与反射光55a的夹角角度。数值孔径NA由下式表示：

NA＝n×sinβ

通常，由图象显示装置所求得的视野角度(即反射板的法线(与光轴53相等)与出射光的夹角角度)γ是30～60度。这里，如果设空气52的折射率为1.0，液晶层51的折射率为1.5，则满足上述视野角度的范围的β值被求出为10～20度。此时由上式求出的NA值为0.25～0.51。

同理，在单位反射部5的最外周点5b处，从反射板的法线方向(平行于光轴53)入射的入射光54b成为反射光55b，进一步在物质51与空气52的界面上折射后成为出射光56b。

(第五实施例)

下面来考察来自为了把光汇集于一定方向而确定了单位反射部的形状的反射板上所产生的无效区域的显示板上的模样。图8a、图8b表示在这样的反射板上的反射。

图8a所示的反射板1a是理想的反射板，入射到理想的反射板1a上的入射光束74a全部都成为朝向一定方向的反射光75a。如果从朝向反射光75a的方向(正上方)看的话，就能够看见来自凸凹的所有光，在显示板的画面上不出现明暗模样。

但是，因加工精度等原因会使凸凹的端面不会呈完全的垂直状态。图8b所示的反射板1b是实际的反射板，入射到实际反射板1b上的入射光束74b成为朝向设计方向的反射光75b和射出到有效视野外的反射光76。把在实际反射板1b上构成反射光76的原因的部分77叫做无效区域。如果从反射光75b朝向的方向(正上方)看实际反射板1b，则没有光从无效区域77到达。

如果无效区域在眼的分辨能力以上，该暗点就被视认到，在显示面上呈现出明暗模样。

如上所述，视力为1的人离开300mm看对象物的情况下的分辨能力是80μm，因此，如果无效区域或连续的无效区域的大小小于或等于80μm，则暗点就低于眼的分辨能力，视认不出来，反射板上不呈现明暗模样。

以上所说明的本发明的反射板可以作成为表面反射式的反射板，在反射板的里面形成单位反射部，用单位反射部的表面反射入射光。而且可以作成为里面反射式的反射板，用透明玻璃、透明树脂、半透明树脂等制作基板，用形成在基板里面的单位反射部反射入射光。

本发明的反射板1典型地是用作液晶显示装置的反射板。特别是如果用本发明的反射板构成夹持液晶层的多片基板中的至少一片基板的话，就能够减少构件数量，同时能够实现液晶显示装置的薄型化。

基板的材料使用陶瓷、玻璃、合成树脂等，这些材料既可以是透明的，也可以是半透明或不透明的。基板也可以是形成了半导体电极的玻璃板。这种情况下，通常把反射板的上面进行整平处理。在形成单位反射部时，通常使用压克力、聚碳酸酯、聚酰亚胺等树脂。也可以是使用聚丙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯等的物质。反射面用铝、银等薄膜形成。

本发明的单位反射部既可以在基板上形成为凸状，也可以形成为凹状。单位反射部的基底面的形状可以任意选择，可以作成为圆形、正多边形、不等边多边形、其他多边形、不定形等形状。形成在一片反射板上的多个单位反射部的基底面既可以是同样或相似的形状，也可以是各种各样的形状混杂在一起。

单位反射部既可以用别的构件形成在基板上，也可以直接形成在压克力或聚碳酸酯等树脂膜上。在后者的情况下，不要基板，反射板1由树脂层和反射膜构成。

在按照本发明的反射板的制造中，如果用具备反射板带有的凸凹形状的翻转形状的压模，就能够有效地批量生产反射板。即，在使用压模制造反射板时，先把树脂填充到压模中，待该树脂固化后，把成型品从压模上剥离下来就可以制作成反射板。或者，用压模通过冲压加工能够制造成成型品。这样制作反射板之后，在成型品的表面形成由金属被覆膜构成的反射面。

把金属或树脂等压模材料堆积在具有与反射板所带有的多个凸凹形状相同形状的原盘上，然后从原盘上把该压模材料剥离下来，从而将原盘的形状转印下来，由此就能够制成压模。

按照本发明的反射板的制造也可以用所谓灰度掩膜来进行。这种方法是首先在树脂层上被覆光刻胶，使用具有依场所不同其透过率各不相同的区域的光掩膜、所谓灰度掩膜使光刻胶曝光、显像。然后，实施反应性离子蚀刻等干蚀刻时，把所述光刻图案的表面形状反映到树脂层的里面，从而形成反射板的形状。之后，如前所述，把反射面制成膜。

图9是具备按照本发明的反射板的液晶显示装置2的结构图。下侧基板22是在玻璃基板15的表面上形成薄膜晶体管(TFT)28、栅极线·源极线(未图示)，再在其上形成反射板1。反射板1是在玻璃基板15的表面上被覆树脂层，再在树脂层的表面上形成单位反射部5。单位反射部5的里面再用铝薄膜被覆。玻璃基板15和反射板1作成一体。上侧基板21是首先在玻璃基板16的里面形成黑底26、滤色片27、透明电极(ITO)17，进一步贴上未图示的偏振光板。

液晶层23被夹在透明电极17和反射板1之间。

图中的线段401表示液晶显示装置的象素重复节距。

按照本发明的液晶显示装置，除外界光之外也可以有辅助光源。辅助光源既可以安装在液晶显示装置的表面侧，也可以安装在里面侧。在安装在里面侧的情况下，反射板的一部分作成可透光，其余部分设置按照本发明的反射板设置。

使用按照本发明的反射板的显示装置并不限于液晶显示装置，还包含把反射板配置在透光性的合成树脂板的里面的显示板、广告板等。

图10是把装配了本发明的反射板的液晶显示装置2用作显示器的便携式电话或弱电型无线机等无线信息传送装置91的外观立体图。

图11是把装配了本发明的反射板的液晶显示装置2用作显示器的电子笔记本或便携式计算机等便携式信息终端92的外观斜视图。

本实施例除了可以应用于前述的无线信息传送装置或便携式信息终端之外，还可以应用于便携式电视机等其他电子机器。

以上说明了多个实施例，但是本发明并不限于这些实施例，本发明的范围由以下的权利要求的范围来限定。

Claims (6)

1.一种反射板，用于液晶显示装置，其特征在于，该反射板设置有多个单位反射部，该单位反射部以单位区域的配置图案重复出现的方式被配置，该单位区域的重复节距是液晶象素节距的整数倍且大于或等于5000μm。

2.如权利要求1所述的反射板，其特征在于，该单位区域的重复节距大于或等于10000μm。

3.如权利要求1所述的反射板，其特征在于，把所述单位反射部的相对所述反射板的正投影的外接圆的直径作为反射部直径时，该反射部直径小于或等于80μm。

4.如权利要求3所述的反射板，其特征在于，在所述单位区域中，所述反射部直径的标准偏差除以所述反射部直径的平均值所得到的值小于或等于0.3。

5.一种反射式显示装置，其特征在于，使用权利要求1所述的反射板反射从外部入射的光，并显示图象。

6.一种电子机器，其特征在于，将权利要求5所述的反射式显示装置作为显示器使用。

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