CN1853117A - 具有漫反射方向性的反射结构和具有这种结构的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种可以更可靠地使漫反射光具有所希望的方向性的反射结构和一种具有这种结构的装置。光学漫反射结构1具有一个光学反射层20，其表面经粗糙处理，并且其由基层10支持。光学反射层20包含呈网孔形状排列的网孔部分和以网状形式围绕这些网孔部分2h连续延伸的网状部分2M，并且每一网孔部分具有一种凹陷和隆起形状，该网状部分2M具有其它形状的凹陷和隆起。网状部分2M在平面图中分为以预定的第一方向#1和沿与第一方向#1几乎成直角相交的第二方向#2延伸的第一延伸元件Po’和相对于第一方向#1和第二方向#2而大体呈45°而延伸的第二延伸元件Ps’。第一和第二延伸元件Po’和Ps’具有各自大体恒定的宽度，并且第一延伸元件Po’的宽度大于第二延伸元件Ps’的宽度，从而具有更大的每单位延伸长度有效反射表面积。

Description

具有漫反射方向性的反射结构和具有这种结构的装置
技术领域
本发明涉及对入射光进行漫射和反射的反射结构。本发明尤其涉及能够使漫反射光具有方向性的反射结构。本发明还涉及具有这样一种反射结构的装置，尤其涉及反射型、透射型之类的液晶显示装置。
背景技术
有人提出一份关于采用具有高反射率(42％)和高对比度(80∶1)的垂直对齐(VA)的液晶的反射型彩色TFT-LCD的研发报告(非专利文件1)。这份非专利文件还报告了采用MVA(多畴垂直定向)液晶作为VA液晶，并且采用通过新开发的无光掩模方法的褶皱漫反射电极，成功实现了具有高显示性能的低成本反射型彩色TFT-LCD。
该褶皱漫反射电极是采用如下方式来形成的。在TFT衬底上形成光敏树脂层，采用光掩模执行曝光以形成接触孔，并对光敏树脂层进行显影，以形成接触孔。接着，用超紫外(UV)光并且是不采用光掩模的方式对其余的树脂进行照射。这时，通过调节UV线的强度以及光谱特征使其下面一层的收缩比大于其上一层的收缩比，在单层光敏树脂中形成一种收缩比分布。随后，进行烘干，使树脂收缩而沿厚度方向具有一种收缩比分布，并在表面上形成呈褶皱形状的突起和凹陷，最终在这些褶皱形状的凸起和凹陷上形成如铝(Al)之类具有高反射率的金属层，从而制成具有与这些凸起和凹陷相似的褶皱形状表面的漫反射电极。
这一非专利文献还涉及沿褶皱形状的凸起和凹陷方向对反射特征进行的控制。这涉及这样的事实，即，通过控制这些褶皱形状的凸起和凹陷的方向，可以使入射光仅沿特定的方向反射。更具体地说，通过改变光敏树脂层和衬底之间交界面的条件，来控制褶皱形状的凸起和凹陷的方向，以获得沿垂直方向和水平方向具有高反射率的定向反射特征。
但是，这种形状的褶皱形凸起和凹陷在很大程度上不仅依赖于光敏树脂的厚度以及UV辐射能量，而且还依赖于其它各种制造参数，因此，这里假设可靠地制成所需的形状并非易事。另外，即使找到最佳参数并按照这些参数制成该产品，情况也经常是在实际的制造流程中会出现人们所不希望的参数波动，因而无法稳定地形成所希望的形状，尤其是容易出现产品间的变化。
[非专利文件1]
Norio Sugiura等人，‘Reflective Color TFT-LCD using MVATechnology’，Liquid Crystal(EKISHO)Vol.6，No.4，2002，JapaneseLiquid Crystal Society，2002年10月25日出版，第383-389页
公开内容
(目的)
本发明的实现考虑到上述情况，并且其目的是提供一种使漫反射光更可靠地具有所希望的方向性的反射结构以及具有这种结构的装置，并提供一种这种结构和装置的制造方法。
本发明的另一个目的是提供一种结构简单、具有稳定的形式并且可以提供更一致的产品质量反射结构，以及具有这种结构的装置，以及用于这种结构和装置的制造方法，而无需依赖于任何复杂的制造方法。
(结构)
为了实现这些目的，按照本发明一个方面的反射结构是一种具有其表面粗糙的光学反射层的光学漫反射结构，其中，光学反射层包含呈网孔形状排列的多个网孔部分，并且每一网孔部分具有一种孔洞形状和隆起结构，以及以网状围绕这些网孔部分连续延伸的网状部分，并且具有其它形状的孔洞和隆起结构；在平面图内，该网状部分分为沿预定的第一方向以及沿以预定的角度与第一方向相交的第二方向延伸的第一延伸元件和沿第一方向和第二方向之间的中间方向延伸的第二延伸元件；第一延伸元件和第二延伸元件具有各自大体恒定的宽度；并且沿第一方向和第二方向中至少一个延伸的第一元件中的元件所具有的每单位延伸长度的有效反射面积大于第二延伸元件所具有的每单位延伸长度的有效反射面积。
采用这样的结构，可以使漫反射的各方向性仅在主要是第一延伸元件和第二延伸元件的有效反射表面积的值之间具有相对性，因此，可以可靠地实现所希望的漫反射方向性。另外，这样一种反射结构的网孔部分和网状部分对于所有的产品可以具有相同的形状和布局图案，而无需依赖于人们所不希望的如上述现有技术中的褶皱形状的图案，并且可以避免由于这种反射结构而产生的不同的产品质量。
在这一点上，沿第一方向延伸的第一延伸元件中的元件的每单位延伸长度的有效反射表面积可以不同于沿第二方向延伸的第一延伸元件中的元件。这使得在第一方向和第二方向之间，产生不同的反射分布。
另外，中间方向可以是将第一方向和第二方向形成的角度二等分所成的角度方向。这使得反射光沿中间方向的分布不如第一方向和第二方向的分布，但形成平衡形式。
这里，预定的角度可以是90℃或不同于90℃。在任一种情况下，可以一方面减小第二延伸元件对反射的贡献度，并且另一方面增大第一延伸元件对反射的贡献度。所得到的方向性可以呈正交交叉形状的，也可以是椭圆的、非正交交叉形状的或这些形状的混合。
在上述第一至第四实施例中，有效反射表面积可以采用延伸元件的宽度来限定，从而可以方便地设置有效反射表面积。
另外，在该实施例中，第一方向和第二方向在反射结构的主表面的正视图中对应于水平方向和垂直方向。这使得即使沿水平方向和垂直移动观测点，观测反射结构主表面的观察者也能够看到具有相对高强度的反射光。预期这种应用的范围很宽，因此这种模式很有用。
另外，如果网孔部分在平面图内大体呈多边形状，那么图案设计可以有许多的有利特征，并且如果在光学反射层下面限定光学反射层粗糙表面形状的那一层形状不平坦，那么可以提供一种多层反射结构。
另外，还可以改变这种反射结构，使得第一、第二延伸元件由这样一些延伸元件组成，这些延伸元件具有的反射面上，其法线的方向角可以分别在θ1+180°’n±α和θ2+180°’n±β(n＝0，1)的范围内，这里，θ1和θ2分别是对应于第一方向和第二方向的方向角，而α和β分别是大于0℃的预定角度。这确保了相对于任意的第一方向和第二方向提供了一种期望的反射光分布。即，可以根据各个元件的相关范围表达式，识别沿各个方向延伸的各个延伸元件作为第一延伸元件和第二延伸元件，并为相应的元件设定适当的有效反射表面积。当α＞β时，沿第一方向的反射光分布与沿第二方向的反射光分布相比，占主导地位，而当α＜β时，沿第二方向的反射光分布与沿第一方向的反射光分布相比，占主导地位。
为了实现上述目的，按照本发明另一方面采用反射结构的装置具有采用上述发明方面的反射结构。这样，采用所希望的反射方向性变化更小的反射结构，提高了装置的产出。
在这一方面，光学反射层可以用作电极，通过这种方式，优选将这种反射结构应用到反射型或透射型的液晶显示装置，尤其是应用到有源矩阵型之类的显示装置。
应当注意，在本说明书和权利要求书中，‘网孔部分’指的是分立散落在反射结构主表面上的光学反射层(或其它等效的相关层)的凹岛区域或凸岛区域，而‘网状部分’是所谓的围绕或大体限定这些孤岛区域的边缘部分，指的是光学反射层(或其它的等效相关层)的与凹起或凸起连续的周围区域。这一点将在后面的描述中做进一步的描述。
附图说明
图1是示出按照本发明的第一个实施例的光学漫反射结构主要为衬层的平面结构的平面图。
图2是根据图1所述的结构沿光反射结构的II-II线截取的结构的截面图。
图3是当反射层的网状部分的延伸宽度相等时的一系列模型图。
图4是反射层的第一延伸元件宽度大于反射层的第二延伸元件的宽度时的一系列模型图。
图5按照本发明的实施例说明十字形(cross-shaped)的漫反射方向性的示意透视图。
图6是说明第一延伸元件和第二延伸元件每单位延伸长度的有效反射表面积的示意图。
图7是示出仅相应于一个网孔部分和围绕它的网状部分的原始图案的示意图。
图8是说明如何确定网状部分的延伸元件的延伸角属于哪一个预定角度范围的图。
图9是通过改变延伸元件的宽度而从图7所示的原始图案获得的图案的示意图。
图10是示出一例按照本发明的反射结构的应用的轮廓图。
图11是示出另一例按照本发明的反射结构的应用中液晶显示装置局部结构的示意截面图。
图12是示出按照本实施例的反射结构基础层的平面图案的平面图。
图13是示出按照比较例的反射结构基础层的平面图案的平面图。
图14是代表按照本实施例的反射结构的光学反射层的方向性的图。
图15是说明反射面的方向角的示意图。
图16是示出按照具有相反图案的第二实施例的主要为光学漫反射结构衬层的平面结构的平面图。
图17是根据图16所示的结构的光学反射结构沿XVI-XVI线截得的结构的截面图。
图18是示出采用按照本发明的反射结构的另一例应用的轮廓图。
图19是说明按照一种改进形式的反射结构反射面的方向角频率的分布形式的图。
图20是说明按照另一种改进形式的反射结构的反射面的方向角的频率的分布形式的图。
图21是说明按照又一种改进形式的反射结构的反射面的方向角的频率的分布形式的图。
图22是示出再一例采用按照本发明的反射结构的应用实例的示意图。
发明模式
参照附图，下面通过实施例详细描述实施本发明的模式。
图1示出按照本发明第一个实施例的主要为光学漫反射结构的衬层的平面结构，而图2则示出根据图1所示结构的沿光学漫反射结构的II-II线截得的结构的截面图。
这种光学漫反射结构1具有由金属材料(例如铝)制成的光学反射层20，由衬底10支撑作为底层，其表面粗糙，具有光反射率，并可选地具有导电性适合用于将在下文中讨论的反射电极。按照本实施例，为了使光学反射层20的表面粗糙，即，形成不平坦的表面，反射结构1还可以取具有衬层30的形状，以便在其衬层形成光学反射层20的凸起和凹陷。衬层30这里包括形成凸起和凹陷基底的基础层31和覆盖住层31的外包层40，从而形成相对光滑的不平坦层。这些基础层和外包层是由适合于构图并且具有电绝缘特性的材料制成的，例如光敏树脂，它通过基于众所周知的光刻技术来构图。
基础层31由排列成网孔形状的网孔部分3h和网状部分3M组成，每一个网孔部分3h具有一种孔洞形状，并且网状部分3M呈网状形状并具有一种隆起形状围绕这些网孔部分3h而连续延伸。基础层31的网孔部分3h是一种在本例中完全去掉了基础层材料的开孔(见图2)，但也可以具有一种凹孔形状，其中保留有某一厚度的材料。这种情况下，可以省去外包层40。
如图1中所示，平面图中，基础层31的网状部分3M分为沿预定的第一方向#1以及沿大体与第一方向以直角相交的第二方向#2而延伸的第一延伸元件Po，和沿预定的第三和第四方向#3和#4(即相对于第一、第二方向大体呈45°而形成的方向)而延伸的第二延伸元件Ps。第一延伸元件Po中的每一个沿第一或第二方向延伸并具有大体恒定的宽度，并且第二延伸元件Ps中的每一个也沿第三或第四方向延伸，具有大体恒定的宽度。
本发明的另一个主要特征是网状部分3M的第一延伸元件Po的宽度大于第二延伸元件Ps的宽度。即，如图1中所示，沿第一方向#1延伸的第一延伸元件Po的宽度Wo1以及沿第二方向#2延伸的第一延伸元件的宽度Wo2大于沿第三方向#3延伸的第二延伸元件的宽度Ws3和沿第四方向#4延伸的宽度Ws4。
本实施例中，尽管满足了这些延伸元件的宽度条件，各延伸元件的宽度仍被设计成在允许的制造范围内具有任意值，但也可以分别把第一延伸元件Po和第二延伸元件Ps的宽度设置成统一的指定值。
将外包层40层叠在以这种方式形成的基础层31的整个上表面上，并且再在上面形成光学反射层20。因此，尽管光学反射层20通常具有与基础层31和外包层40的平面图案相类似的平面图案，但根据基础层31的网状部分31和网状部分3h按照凸起和凹陷(表面粗糙度)使光学反射层20的表面粗糙，但由外包层40减小到某种程度。
因此，光学反射层20具有排列成网孔形状并具有孔洞形状的网孔部分2h以及呈网状并具有隆起形状而围绕这些网孔部分2h连续延伸的网状部分2M，并取分别相应于上述网孔部分3h和网状部分3M的形状。光学反射层20的网状部分2M在平面图中分为沿第一方向#1和第二方向#2延伸的第一延伸元件Po’和沿相对于第一方向和第二方向大体成45℃角的方向延伸的第二延伸元件Ps’，也可以取相应于上述第一延伸元件Po和第二延伸元件Ps的形状。图1中用虚线示出光学反射层的网状部分2M和网孔部分2h之间的边界。
另外，光学反射层20的网状部分2M的第一延伸元件Po’和第二延伸元件Ps’分别具有为恒定的宽度，这是由于基础层31的第一延伸元件Po和第二延伸元件Ps具有大体为恒定的宽度的缘故。此外，光学反射层20的网状部分2M的第一延伸元件Po’的宽度大于光学反射层20的网状部分2M的第二延伸元件Ps’的宽度，这是因为基础层31的网状部分3M的第一延伸元件Po的宽度大于第二延伸元件Ps的宽度。
具有按照本实施例的这样一种结构的反射结构1提供了一些漫反射特征，当从正面观察反射结构的主表面时，这些特征具有十字形的方向性，这将在下文中讨论。
图3和图4示出了反射层20的表面模型，用于说明这样一种十字形的方向性。
图3示出当基础层31(反射层20)的网状部分3M(2M)的延伸宽度相等时的一系列模型，而图3中左边的视图中示意示出沿第三方向#3和第四方向#4的反射层20的网状部分2M的第二延伸元件Ps’的部分，作为代表性的例子。当平行光束从例如前面入射到图3的(a)中的第二延伸元件Ps’上时，从延伸元件反射的光具有相对于该延伸元件的中心轴A对称的光强分布。因此，正如图3中下面部分(a)的图中所示意示出的那样，第二延伸元件Ps’的反射光分布是沿第三方向#3的分布特征(虚线部分)和沿第四方向#4的分布特征(实线)的合成。该图中示出沿各个方向延伸并且垂直于水平轴上衬底10的主表面的虚拟平面中的视角以及垂直轴上反射光的强度。这里，仅示出了第二延伸元件Ps’，但实际上还应当考虑由第一延伸元件Po’的光反射。由于第一延伸元件Po’在相对于第三方向#3和第四方向#4成45℃的方向上延伸，因而可以把相应于图3的(a)中示出的两条分布曲线以及通过关于垂直轴使这些曲线旋转45℃所得到的两条分布曲线的总和的特征看作是整个第一延伸元件Po’和第二延伸元件Ps’的反射光分布特征。
根据这些考虑，当第一延伸元件Po’和第二延伸元件Ps’的延伸宽度相等时，可以将光学反射层20看作是对光进行漫射和反射，如同是一个呈如图3中的(b)所示的截取一段的锥体形状(或其顶点呈球形的锥体)的光学反射凸起体。从该凸起体沿所有的方向均匀地反射出光线，如图3的(c)中的平面图中的箭头所示的那样。
相反，图4中示出了当反射层20的网状部分2M的第一延伸元件Po’的宽度大于网状部分的第二延伸元件Ps’的宽度时的一系列模型。图4中的(a)示意示出了沿第一方向#1和第二方向#2的反射层20的第一延伸元件Po’的部分，作为代表性的例子。类似地，当平行光线入射到图4中(a)中第一延伸元件Po’上时，与图3中的情况相同，可以考虑由于包括第二延伸元件Ps’的所有延伸元件中反射光分布所得到的反射光分布，但这里应当注意，第一延伸元件Po’的宽度被设置为一个大的值。
即，因为第一延伸元件Po’的宽度更大，对入射光进行反射的第一延伸元件Po’的表面积也增大，第一延伸元件Po’上从所有入射光反射出的那一部分的光线与第二延伸元件Ps’相比也增大。换言之，当考虑整个区域反射结构1中的漫射和反射时，与第二延伸元件Ps’的漫射和反射相比，第一延伸元件Po’的漫射和反射更占优势。
因此，如本实施例中的情况那样，当第一延伸元件Po’的宽度大于第二延伸元件Ps’的宽度时，光学反射层20被看作是通过如图4中的(b)所示的变形凸起体(八棱锥体)进行漫射和反射，而这里的变形凸起体是通过用两个相对平面B和两个相对平面C截取图3(b)中截断锥形体中的光反射凸起体获得的，该两个相对平面B包括平行于第一方向#1的直线并且平行于被截锥体的母线，该两个相对平面C包括平行于第二方向#2的直线并且平行于被截锥体的母线。以这样一种方式从该变形凸起体反射光，使得该光偏向于第一方向#1和第二方向#2，如图4中的(c)所示的平面图中的箭头所标示的那样。即，该变形凸起体沿第一方向#1和第二方向#2反射的光较多，而沿第三方向#3和第四方向#4反射的光较少。这可以解释为，与沿第三方向#3和第四方向#4的反射光相比，该变形凸起体的截面B和C相对增大了沿第一方向#1和沿第二方向#2的反射光。
采用这种方式，以图4的(c)中的虚线所示的十字形状，形成具有相对较高强度的反射光的定向分布。
尽管光学反射层20还在网孔部分2h中对光进行漫射和反射，但这些网孔部分2h也可以被看作是基本上具有与网状部分2M的延伸元件相似的曲面，从而网孔部分2h同样对高光强的反射光的十字形定向分布有贡献。重要的是，围绕网状部分和网孔部分之间的边界的曲面以及增大第一延伸元件宽度也会增大围绕该边界的曲面的有效反射表面积，并增大沿与第一延伸元件的延伸方向相垂直的方向上的反射光的量。
因此，增加与第二延伸元件Ps’相比的第一延伸元件Po’的宽度，等效于形成上述截面B、C，并且当宽度相对增大时，截面的面积也增大，并且第一延伸元件Po’上反射的光的量也增加。
如图5中所示，当沿在反射结构1的主表面上垂直但分别平行于第一方向#1和第二方向#2的两个正交平面1p、2p的任何一条视线来观察反射结构1的主表面时，本实施例旨在获得比起当从其它的方向观察时更强的反射光。因此，通过与其它的宽度相比增加沿第一方向#1和第二方向#2延伸的第一延伸元件Po’的宽度，将增大沿所要求的反射方向上反射面(图4(b)中所示模型的截面B、C)的面积，从而将增大沿平行于正交平面1p、2p的视线上的漫反射光。采用这种方式得到的反射光的分布在平面图中具有十字形状，并且因此这样一种分布在本说明书中称为是一种十字形方向性。
注意，上述宽度Wo1、Wo2、Ws3、Ws4可以是网状部分3M底部的宽度，或者如图2中所示，这些宽度也可以是通过用平行于衬底10主表面的虚拟表面在远离网状部分3M底部预定距离d的位置截取网状部分而获得的平面中的宽度(Wo1’)。按照后一种情况中网状部分宽度的定义，即使网状部分3M顶点的高度由于衬底表面不平而不均匀，也可以恰当地设置网状部分3M的宽度。
前文中针对一种实施例进行了描述，该实施例中，根据基础层31的网状部分3M的延伸元件的形状和宽度，定义了光学反射层20的网状部分2M的延伸元件的形状和宽度，但是也可以采用一种预定提供一种不平坦衬层结构作为单层的实施例，而不是基础层31和外包层40的两层结构的或预定仅在光学反射层表面中形成所希望的凸起和凹陷而无衬层本身的实施例。通过这样一种替换形式，采用与用距离d进行说明时相同的含义，可以定义相应网状部分的宽度。即，如果可以限定反射层的网状部分以实现本发明特定的特征，那么可以将该宽度定义为通过在距离要定义其宽度的那一层的网状部分顶点为d的位置处用平行于衬底主表面的虚拟平面截取网状部分所获得平面的宽度。
另外，第一延伸元件和第二延伸元件之间的关系及其延伸形状是采用宽度值来定义的，但在适当时也可以采用延伸元件其它形式的参数来取代宽度。即使在采用其它形式的参数的情况下，如果它们对应于等效值从而相应地具有本发明特定的特征，这样一种带有那些参数的结构应当被理解为拥有本发明的技术构思。采用延伸元件的宽度和其它参数的定义的本质可以小结如下。
例如，改变延伸元件的宽度意味着改变其有效反射表面积的比率(rate)。更具体地说，如图6中所示，当把第一延伸元件Po’与第二延伸元件Ps’对齐时，很明显，具有宽度为W1的第一延伸元件Po’的每单位延伸长度Lo的表面积大于具有较小宽度W2的第二延伸元件Ps’的每单位延伸长度的表面积。由于在具有较大表面积的地方入射光的反射占主导地位，第一延伸元件Po’中的反射比例大于第二延伸元件Ps’的反射比例。因此，为了使反射光沿所希望的方向(在所示实例中沿#1方向)偏转，应当增大沿垂直于所希望的方向的方向(在所示实例中为#2方向)延伸的延伸元件每单位延伸长度的有效反射表面积。由于在本实施例中所希望的方向为第一方向#1和第二方向#2，因此，增大了沿这些方向延伸的相应第一延伸元件Po’的每单位延伸长度的有效反射表面积。相反，当反射光仅沿第一方向#1和第二方向#2之一而偏转时，可以仅仅增大沿相应的一个方向上延伸的延伸元件的每单位延伸长度上的有效反射表面积。
至此所讨论的情况是将网状部分划分为两种类型；即，沿垂直方向或水平方向延伸的第一延伸元件Po(Po’)，和沿对角线方向延伸的第二延伸元件Ps(Ps’)，前者的宽度大于后者的宽度。但是，特别是当网孔部分的大小和形状是随机设置的时候，实际上网状部分可以沿各种方向延伸，因而不可能使网状部分的延伸方向与第一方向至第四方向#1至#4完全对应。
为此，在本实施例中，在设计网状部分和网孔部分的图案时，采用下面的技术方案。
图7是对与一个网孔部分3h和围绕该网孔部分3h的网状部分3M对应的原始图案元件3h’、3M’的描述。该原始图案所取的形状中，一个网孔部分3h’被具有相等宽度的网状部分3M’所包围。这里示出了一种情况是，网孔部分3h’呈七边形，而网状部分3M’则具有7个节点。网状部分3M’的节点之间元件的延伸方向，即，网状部分分段，是采用预定的x方向如第二方向#2的一个取向作为基准来确定的。图7中示出了如何首先确定网状部分分段的延伸方向，然后确定网状部分分段的延伸方向，其中，确定了第一段和其次的一段分别相对于预定的x方向而成57°和108°的方向上延伸。对于其它的网状部分分段，它们相对于预定x方向的角度(下文中称为“延伸角”)通过同样的方式来确定。
一旦确定了所有网状部分分段的延伸角，就确定了这些延伸角是属于预定角度范围的哪一部分。图8中示出了这样一个角度范围，其中这些角度被分成为两种类型：(90°×n)±A[n＝0，1，2，3]，即，子范围0°±A，90°±A，180°±A，270°±A；以及45°+(90°×n)±A[n＝0，1，2，3]，即，子范围45°±B，135°±B，225°±B，315°±B，这里B＝45°-A。其一种A值是，用45°的一半即22.5°而得到良好的结果，但也可以采用其它的任何值。
属于第一种类型o的四个子范围是中心位于对应于第一方向#1和第二方向#2的0°、90°、180°、270°的外围角度范围。具有落在这些子范围内的延伸角的网状部分分段被看作是沿水平方向或沿垂直方向延伸。另一方面，属于第二种类型s的四个子范围是中心位于对应于第三方向#3和第四方向#4的45°、135°、225°、315°的外围角度范围。具有落在这些范围内的延伸角的网状部分分段被看作是沿对角线方向延伸的。
通过这种方式，根据对某一延伸角是属于哪一类型的子范围的判断结果，来确定具有该延伸角的网状部分分段的宽度。更具体地说，属于o类型的网状部分分段被确定为一般沿与第一方向#1和第二方向#2平行的方向延伸，即沿垂直和水平方向延伸，且其宽度相对增大；而属于s类型的网状部分分段通常被确定为是沿平行于第三方向#3和第四方向#4的方向即沿对角线的方向延伸，且其宽度相对减小。因此，从图7所示原始图案导出的图案变成图9中所示的图案。
从图7和图9中可以明显看出，具有108°延伸角并且属于o类型的网状部分分段的宽度大于具有57°延伸角并且属于s类型的网状部分分段的宽度。本例中，原始图案的网状部分3M’的宽度被看作是最大的一个，而属于o类型的网状部分分段的宽度保持原样，并且仅减小属于s类型的网状部分分段的宽度，或者更具体地说，宽度减小到大约为最大宽度的一半。但是，宽度比可以是采用其它的减小方式，如4∶3、5∶4，而产生结果。
因此，通过判断并对具有不同延伸角的网状元件属于第一至第四方向#1至#4中的哪一个方向进行分类，可以确定其宽度应当增大的网状部分的元件或其宽度应当减小的网状部分的元件。
在用作采用这样一种反射结构的光学漫反射片100中，可以如图10所示来设置第一方向至第四方向#1至#4。图10中所示的例子构成了这样一种系统，其中，包括如彩色玻璃之类具有透明和着色的图像、广告等等的饰件200放置在光学漫反射片100的前方，并向观察者300展示饰件的特征。在这样的系统中，在外部的光线穿过饰件200以后，光线将到达光学漫反射片100，并且在这里漫射/反射的光将再次通过饰件200，而传播到外界。
正如从图10中可以清楚地看到的那样，当从正前方观看饰件200时，第一方向#1和第二方向#2对应于垂直方向和水平方向。采用这种方式，即使当观察者300沿垂直方向或水平方向移动从而改变了沿垂直方向或水平方向相对于饰件200的视角时，观察者300仍能看到明亮的装饰。
观察者300沿垂直方向移动并观看饰件200的一种情况是例如，在这样一种类型的升降系统中，在升降轿箱的箱壁上配备一种透明的玻璃板，使得观察者能够通过玻璃板看到外界。即，当饰件200(背面上如图10所示粘贴有漫反射片100)被贴于形成使升降轿箱通过其移动的空间的空室内壁上时，升降机中的乘客可以通过玻璃板看到这一饰件200。在这种情况下，由于如本文中所描述的那样光学漫反射片100沿垂直方向具有高反射强度分布，既使是在上升运行或下降运行期间，乘客也能看见明亮、凸显的装饰。
图11中示出上述光学漫反射结构的另一例应用实例，其中的光学漫反射结构适用于液晶显示装置。
图11主要示出了上述反射结构和液晶显示装置中构建作为像素驱动元件的TFT(薄膜晶体管)之间的关系。
图11中，TFT102包括形成在衬底8上的源电极71和漏电极72，以及形成用于与之接触并跨越二电极的半导体层73。源电极71由透明导电膜7t和堆叠在其上的金属膜7m构成。半导体层73由栅极绝缘膜74和堆叠在其上的栅电极75所覆盖。
栅极绝缘膜74形成用于连接漏电极72的接触孔72h。形成TFT102以后，形成上述衬层30。更具体地说在几乎液晶显示装置的整个显示区域，形成基础层31，仅在基础层31上淀积网状部分3M和外包层40。基础层31和外包层40都被构图，从而将漏电极72的接触孔72h排除。接着，在以这种方式产生的衬层30上形成光学反射层20。这里，光学反射层20是由这样一种材料形成的，这种材料不仅具有反光特性，而且具有使得可以与漏电极72电相连的导电性。
形成以这种方式经过粗糙处理的光学反射层20，作为与TFT102相连的像素电极。按照本实施例，光学反射层20使通过相向衬底91和液晶层92引入的光发生漫射和反射，并且可以用作旨在向液晶层92的显示单元区部分或像素区提供势能的像素电极。
图11中仅示出了这种结构的一部分，但这种结构在液晶显示装置的整个显示区域内是重复形成的。
这里，使像素电极粗糙从而提供光学漫射特性并实现在自身反射型或透射型液晶装置是一种已知的技术，因而本文中将不再描述其具体细节。但是，通常不仅采用衬底91和液晶层92，而且还采用不同层和薄膜，但这些材料的使用可以参考各种公知技术的描述，本文中不再详述。
图12中示出了按照用于图11中的液晶显示装置的实施例的反射结构1的基础层31的平面图案。为了与图12相比较，图13中示出了一例将网状部分3M的所有延伸宽度设置成相等并且恒定。图12和图13之间的比较导致便于对本实施例的特征的可视化理解。图12和图13中的虚线所示的区域对应于像素电极所占据区域，但图中所示仅为了在像素电极区域的大小和图案的各个网孔大小之间进行比较，但并不表述像素电极所特有的图案。
图14示出按照本实施例的反射结构1的光学反射层20的方向性，其中相互呈直角相交的x、y轴指的是在其尾端所成的方向角0°、90°、180°和270°。如图15所示，当光学反射层的表面形状表述为半球形，并且其圆截面构成与衬底的主表面平行的底面，则本文中所描述的方向角是指由通过将该半球的球形表面上的法线N垂直投射到与底面和基准方向(本例中为x的右端)的表面上而得到的直线所定义的角度θ。
图14仅详细示出第一象限，但方向性值的测量是对整个360°的方向角以15°的递增量而测得。图14中的实线曲线(情况1)示出按照本实施例的反射结构的特征，而虚线(情况2)则给出当图13中示出的网状部分的延伸元件的宽度相等时反射结构的特征。
就方向性值而言，反射结构1的光学反射层20的整个不平整表面被划分为许多小正方形，并采用基于所有正方形表面的数据汇总取向的值。更具体地说，所获得的值是关于总数为S的正方形中有多少正方形具有同一方向角θ。当具有相同方向角θ的正方形数为S1时，采用S1/S的值，其对应于这样一个比值，即，在光学反射层的整个不平整表面上带有方向角θ的反射面的频率(反射面的方向角频率)。图14中所示的图形取极坐标系统，在该坐标系统中，反射面的方向角频率值与所有方向角处距原点的距离成正比地增大。
从图14可以明显得知，本实施例中反射结构具有一种十字形分布，该分布在方向角0°、90°、180°和270°处比起其它的方向角具有极高的反射面频率。另一方面，人们观察到，网状部分延伸元件均匀的反射结构(图中为虚线)对于所有的方向角具有均匀的反射面分布。
反射面的这样一种十字形分布意味着光是从偏向于0°、90°、180°和270°方向角的反射结构表面反射的。
在情况1中，基础层31的网状部分3M的第一延伸元件Po和第二延伸元件Ps的宽度被分别设置成大致为4μm、2μm，而在第二种情况下，网状部分所有延伸元件的宽度被设置成大致为4μm.另外，在两种情况下，网孔部分中心之间的间距都是大约12μm，外包层和光学反射层具有恒定的薄膜厚度。
尽管上述实施例具有的图案具有用于网孔部分和网状部分的孔洞和隆起部分，但也可以是相反，其中的相反的图案(reverse pattern)中，隆起部分和孔洞部分分别用于网孔部分和网状部分。
图16示出按照具有相反图案的第二种实施例的主要为光学漫反射结构1’的衬层的平面结构，而图17示出根据图16中所述的结构的光学反射结构沿XVI-XVI线截得的截面。
在本实施例中，基础层31’的网状部分3M’呈凹状，而网孔部分3h’则呈凸起状，因此，光学反射层20的网状部分2M’和网孔部分2h’也分别呈凹状和凸起状，以反映这些3M’和3h’的形状。这里，网状部分3M’的第一延伸元件Po的宽度大于第二延伸元件Ps的宽度，但这些宽度被定义为本实施例中基础层31’的凸起体之间的距离。
同时，在这样一种形状的反射结构中，其自身对光进行反射的曲面可以采用参照图3和图4所说明的模型来表述，因此，上述效果和优点可以以相同的方式来表述。另外，可以类似地如参照图7至图9所说明那样，采用对网状部分延伸元件的宽度进行设置的技术。
具有如图1和图16所示平面图中大体为多边形形状的上述网孔部分3h、3h’在图案设计方面具有某些优点，但网孔部分无需总是呈多边形形状。
上述实施例已经针对一种模式进行了描述，在该模式中，延伸元件有效反射表面积是由一种结构参数即宽度来定义的，但是，此外也存在通过平面图中出现的延伸元件的面积来定义有效反射表面积的方法或通过下文中所描述的高度和/或深度来定义有效反射表面积的方法。
即，当图1中所示的网状部分形成一种凸起体的时候，可以通过改变网状部分延伸元件的高度而不是宽度来改变有效反射表面积。在这种情况下，定义延伸元件相对于相邻网孔部分的最低点(或包括连接周边网孔部分各最低点的线的平面)的单独高度是优选的。当定义这些高度时，定义任一合适的目标层(基础层31、外包层40和反射层20中的任何一个)，从而定义反射层的网状部分，以便实现本发明中所特有的特征，正如上文中所描述的宽度的定义的情况那样。
当网状部分形成如图16和图17所示的凹陷体时，可以根据网状部分的延伸元件的深度而不是宽度来改变有效反射表面积。在这种情况下，优选定义延伸元件相对于相邻网孔部分的峰点(或包括连接周边网孔部分各峰点的线的平面)的单独深度。当定义这些深度时，在恰当时定义任一目标层(基础层31’、外包层40和反射层20中的任一层)的深度。
上文中描述的实施例是针对沿高强度反射光的四个方向的所谓的正交十字形漫反射方向性和等效的反射光分布来进行的。这样一种方向性在图18所示情况中是优选的，其中，诸如带数字照相机的蜂窝电话之类的便携式电子装置的液晶显示面板具有一种可旋转机构。本例中，该装置包括按照如图11中所说明的本发明的反射型或透反射型的液晶显示面板。第一方向#1和第二方向#2对应于图18(a)中所示正常运作期间所使用的屏幕的垂直方向和水平方向，而当采用该数字照相机摄取某一图像时，显示面板如图18(b)所示旋转90°，第一方向#1和第二方向#2对应于要用作监视器屏幕的水平方向和垂直方向。如前文中所描述的那样，高强度的反射光是沿第一方向#1和第二方向#2得到的，因此，使用者能够在正常操作期间以及在显示面板旋转90°以后摄取图像时，看到明亮、高质量的显示图像。
这里，使得反射方向性沿相互呈90°差别的第一方向#1和第二方向#2在如图18(a)和图18(b)中的任何一种使用模式下具有特定的效果。即，采用这样的装置，使用者经常看到的是视角沿纵向和水平方向的屏幕，而很少从对角线方向看到屏幕，因此在实践中使第一方向#1和第二方向#2的反射光偏转而同时牺牲第三方向#3和第四方向#4的反射光是很极其有用的。
另一方面，按照本发明，还可以引入除这些方向性以外的其它模式。
下面参照图19、20和21描述至此已经描述的实现除正交的十字形方向性以外的方向性的修改情况。这些图是基于图14和图15的，其中采用一条轴表示x参考方向，而另一条轴表示相对于x方向呈90°的另一参考方向y。
图19示出一种正交的十字形方向性，其第一方向#1和第二方向#2具有不同分布形状的反射面频率。另外，在该方向性中，其中反射光的方向应当偏转的第一方向#1和第二方向#2分别与参考方向偏离预定的的角度θ1、θ2。
正如从图19中可以明显看到的那样，第一方向#1的反射面频率高于第二方向#2的反射面频率，而第一方向#1的反射光具有比第二方向#2的反射光更高的强度。另外，图中示出了这样一种十字形分布，其被认为是图14中的实线示出的情况旋转了45°以后出现的情况。
可以通过如下方式得到这样一种方向性，即，使主要具有反射面的网状部分的延伸元件能够具有方向角落在θ1+180°×n±α[n＝0，1]的第一范围p内以及θ2+180°×n±β[n＝0，1]第二范围q内的法线(参见图15)，从而比起其它延伸元件具有更大的每单位延伸长度的有效反射表面积。本例中，假设0＜θ1＜90°，90°＜θ2＜180°，θ2-θ1＝90°，α＞β。α对应于确定这样一些延伸元件(下文中称为‘θ1延伸元件’)的范围的法线的方向角，这些延伸元件具有的反射面能够使属于第一方向#1的方向角的法线中心位于θ1方向；而β则对应于确定这样一些延伸元件(下文中称为‘θ2延伸元件’)的范围的法线的方向角，这些延伸元件具有的反射表面能够使属于第二方向#2的方向角的法线中心位于θ2方向。
α＞β是将沿第一方向#1的反射面的方向角频率设置成大于沿第二方向#2的反射面的方向角频率的一个条件。另一个条件是通过将属于第一范围p的θ1延伸元件的有效反射表面积设置成大于属于第二范围q的θ2延伸元件的有效反射表面积。这些条件可以组合一起实现。
本例中，θ1延伸元件通常变成沿第二方向#2延伸的延伸元件，θ2延伸元件通常变成沿第一#1延伸的延伸元件。图19中的下面部分清楚地给出了这一点，其中，半柱体分别代表延伸元件，取图3中所示的模型。沿第二方向#2延伸的延伸元件pθ1的反射面上的任一法线位于用虚线表述的垂直平面内并平行于第一方向#1，而沿第一方向#1延伸的延伸元件pθ2的反射面上的任一法线位于用虚线表述的垂直平面内并平行于第二方向#2。因此，属于第一范围p和属于第二范围q的各延伸元件包括延伸方向分别与图19中所示下面部分偏离为±α和±β角度的延伸元件。
正如从上文中可以明显看到的那样，本实施例用来根据目标延伸元件是否主要具有方向角落在第一范围p和第二范围q内的法线的反射面，来确定有效反射表面积。这对应于参照图7至图9之前说明的一般的实施例，其中的延伸元件宽度是根据延伸元件的延伸方向来确定的。
为了使有关第一方向#1的反射面频率等于关于第二方向#2的反射面频率，设置α＝β。优选地，α和β的值近似为45°/2＝22.5°，并且可以将其例如设置在10°到35°的范围内。α＝β＝22.5°的例子对应于图14中所示的模式，其中，属于第一方向#1的延伸元件和属于第二方向#2的延伸元件具有相同的有效反射表面积(具有相同的宽度)，从而沿二个方向的反射面的方向角的频率分布是相同的。
图20示出反射面的方向角频率的分布的优劣在第一方向#1和第二方向#2之间逆转并且分布范围旋转45°的方向性(实线)，以及只有第二方向#2的反射面的方向角的频率增大的方向性(单点划线)以及与图14中的相同形式的方向性(虚线)。
为了得到用实线表示的方向性，上述表达式中的θ1和θ2被分别设置成0°和90°，并且设置β＞α。代替设置β＞α或者除此之外，也可以将θ2延伸元件的有效反射表面积设置得比θ1延伸元件的有效反射表面积更大。
为了得到由单点划线所表示的方向性，上述表达式中的θ1和θ2被分别设置成0°和90°，并且设置β＞＞α，即，将β设置成远大于α的值。代替设置β＞＞α或除此之外，也可以将θ2延伸元件的有效反射表面积设置成远大于θ1延伸元件的有效反射表面积。与上文中所描述的两种方向的情况不同的是，这个方向性仅对单个方向具有高反射面频率分布。这样一种方向性优选用于例如仅沿屏幕垂直方向要求强反射光或仅沿水平方向要求强反射光的装置。
图21示出第一方向#1不与第二方向#2成直角相交的情况，其中，反射面的频率分布在两个方向上是相同的。
为了得到这样一种方向性，在上述表达式中，设置θ2-θ1＞90°，且α＝β。这里，θ1延伸元件的有效反射表面积等于θ2延伸元件的有效反射表面积。为了使沿第一方向#1的反射面的频率分布与沿第二方向#2的反射面的频率分布不同，应当设置α≠β，或者为了产生同样的效果，可以恰当地设置有效反射表面积。
这里，图21中示出的方向性优选用于图22中所示的应用场合。图22示出图11所示反射型或透射型液晶显示装置的使用模式，该液晶显示装置具有按照本发明的反射结构从而被构筑为具有方向性。该显示装置中，将第一方向#1和第二方向#2设置成沿屏幕的对角线方向，而用户的位置被半固定在这样的位置，即用户通常在该位置看到沿这些方向显示在屏幕上的图像。更具体的例子是把该显示装置置于车库的中心的系统。在这种使用模式下，用户的视线不会相对于屏幕相互相交成直角，并且其视角大体固定在某一相对较窄的范围内，这样很方便，因为可以沿屏幕的对角线方向显示明亮、良好的图像。
至此已经描述了本发明的典型实施例，但是在不偏离权利要求书中所限定的发明精神的情况下，本领域中的普通技术人员可以以不同的方式来修改这些实施例。
工业实用性
本发明可应用于一种具有光学漫反射功能的反射结构以及采用这样的这种结构的装置。

Claims (12)

1.一种具有其表面经粗糙处理的光学反射层的光学漫反射结构，其特征在于，
所述光学反射层包含排列成网孔形状的网孔部分以及以网状形状围绕这些网孔部分连续延伸的网状部分，其中每一网孔部分具有一个凹陷和隆起的形状，并且该网状部分具有其它凹陷和隆起的形状；
所述网状部分在平面图中分为沿预定第一方向以及沿与所述第一方向以预定角度相交的第二方向延伸的第一延伸元件，以及沿所述第一方向和第二方向之间的中间方向延伸的第二延伸元件；
所述第一延伸元件和第二延伸元件各自具有大体恒定的宽度；以及
沿所述第一方向和第二方向中的至少一个方向延伸的第一元件中的元件在每单位延伸长度的有效反射表面积上比所述第二延伸元件更大。
2.如权利要求所述的反射结构，其特征在于，沿所述第一方向延伸的第一延伸元件中的元件在每单位延伸元件的有效反射表面积上不同于沿第二方向延伸的所述第一延伸元件中的元件。
3.如权利要求1或2所述的反射结构，其特征在于，所述中间方向是将由所述第一方向和所述第二方向所围成的角度二等分所成的角度方向。
4.如权利要求1、2或3所述的反射结构，其特征在于，所述预定角度是90°。
5.如权利要求1、2或3所述的反射结构，其特征在于，所述预定角度不是90°。
6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的反射结构，其特征在于，所述有效反射表面积是由所述延伸元件的宽度限定的。
7.如权利要求1至6中任一权利要求所述的反射结构，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向对应于所述反射结构主表面正视图中的水平方向和垂直方向。
8.如权利要求1至7中任一权利要求所述的反射结构，其特征在于，所述网孔部分在平面图中大体成多边形形状。
9.如权利要求1至8中任一权利要求所述的反射结构，其特征在于，提供一种不平整衬层，用来限定所述光学反射层下面的光学反射层的粗糙面的形状。
10.如权利要求1至9中任一权利要求所述的反射结构，其特征在于，所述第一延伸元件和所述第二延伸元件由具有反射面的延伸元件组成，在所述反射面上，法线分别位于θ1+180°′n±α和θ2+180°′n±β(n＝0，1)范围内的任一方向角处，其中，θ1和θ2分别是对应于第一方向和所述第二方向的方向角，而α和β分别是大于0°的预定角。
11.一种包含如权利要求1至10中任一权利要求所述的反射结构的装置。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述光学反射层被用作电极。
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