JP2002014341A - 照明装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
前面に備えた反射型液晶表示装置を提供する。 【解決手段】導光板に入射した光を液晶表示装置の方向
へ反射させるための複数の小凹部(小凸部)からなるド
ットを、液晶表示装置に面しないもう一方の導光板表面
に形成し、このドットの断面が略V字形状であって、か
つその断面傾斜角を35〜43°、頂角を70.6±
2.5°なるようにする。
Description
明装置及びこれを用いた液晶表示装置に関する。
される携帯用電子機器の小型化及び低価格化が進み、そ
の結果としてこれらの電子機器が広く普及するようにな
った。具体的には、上記した携帯用電子機器として、低
消費電力化に有効な反射型液晶表示装置や、反射型液晶
表示素子とフロントライト形の照明装置を用いた液晶表
示装置が用いられている。
晶パネルに照射される光の照射量が大きく、しかも液晶
パネル全面に対して均一に照射することである。光の照
射量を向上させるためには、光源の照射量を増加させる
ことで容易に実現するが、その反面、消費電力の増大を
伴うため、現実的な方法とは言えない。
平10−188636号公報の図1に記載されているよ
うに、光源を透過性材料からなる導光板の端部に配し、
導光板の下面に、光を液晶表示装置の方向に取り出すた
めの小凸部を形成することが開示されている。
1に記載されているように、導光板の上面に、導光板に
入射した光を液晶表示装置の方向へ反射させる小凸部
(または小凹部)を形成することが開示されている。
は、導光板の下面に、導光板に入射した光を液晶表示装
置の方向へ透過させる小凸部又は小凹部をランダムに形
成することが開示されている。
配置して使用する照明装置に関して、下記の特性が要求
される。
少ないこと。
目に入射する光が少ないこと。
ら出射する光の出射角が小さいこと。
8636号公報に記載の従来技術では、突起部の断面形
状から導光板の下面から出射する光の出射角が大きくな
るため、液晶表示装置への入射光が少ないばかりでな
く、凸部の配列が規則的であるためにモアレが発生しや
すい等の問題がある。
載の従来技術は、上記の問題を多少改善することが可能
であるが、凸部(または凹部)の形状から、導光板から
直接目に入る光が発生しやすいため、結果的には液晶表
示装置としての視認性に課題が残る。また、凸部の配列
からモアレが発生しやすい。
公報に記載の従来技術は、突起部の断面形状から導光板
の下面から出射する光の出射角が大きくなるため、液晶
表示装置への入射光が少ないばかりでなく、多数の小凸
部または小凹部を不規則に配置するのは困難である。
なされたもので、光源の光量を増加させることなく、液
晶表示装置への照射量の向上を図ることを可能とした照
明装置とその製造方法、及び上記の照明装置を用いた液
晶表示装置の提供を目的とする。
ために、本発明では、液晶セルの前面に配置した照明装
置は、導光板と導光板の側面に配置された光源とで構成
されている。そして、この導光板は光源からの光の入射
面と導光板に入射した光を液晶セルに対して出射させる
光透過面を有しており、そして、この光透過面に対向す
る他方の面には、入射面からの光を光透過面方向へ反射
させるための複数の小凹部又は小凸部からなるドットが
形成され、このドットの断面が実質的にV字形状で、か
つその断面の傾斜角が35〜43°の範囲であり、ドッ
トの頂角を70.6±2.5°の範囲で設定されてい
る。
矩形とし、このドットの短辺長さを0.002〜0.0
5mmの範囲に、かつドットの長辺長さを0.002〜
0.2mmの範囲に設定した。
の面に、上記した形状を有するドットをランダムに配置
した。
が、光源からの光の入射面と導光板に入射させた光を液
晶セルに対して出射させる光透過面とを有し、そして光
透過面に対向する他方の面には入射面からの光を光透過
面方向へ反射させるための複数の小凹部又は小凸部から
なるドットが形成されている。そして、このドットが形
成される面の全面積の95%以上の領域内を0.25〜
1mm2の正方形領域に区切り、正方形領域内において
各ドット毎に求められる上記ドットの配列関係に応じた
動径分布関数g(R)を加重平均し、かつ最小二乗法に
より近似して得られる関数G(R)が、R/R0=3〜
6の範囲で0<S1/S2<0.2を満たす関数である
ように、ドットを配置した。
置からそれ以外のドットの中心位置までの距離、R0:
前記正方形領域の一辺の長さを該正方形領域中に存在す
る前記ドット数の平方根で除した値、S1:R/R0=
3〜6の範囲内で、G(R)とG(R)の平均値との差
をR/R0で積分して得られる値、S2:R/R0=3
〜6の範囲内で、G(R)の平均値をR/R0で積分し
て得られる値である。
範囲において、実質的に上記関数G(R)=0であり、
かつこの関数G(R)に少なくとも2つ以上のピークが
存在し、R/R0=3〜6の範囲内で、関数G(R)の
平均値と比較して2倍以上のピークが2ヵ所存在するよ
うに、ドットが配置されている。
ットの断面がV字形状であり、かつ断面の傾斜角が35
〜43°の範囲になるように、所定の結晶面を有するシ
リコン基板の表面に酸化膜を形成し、この上にレジスト
膜を形成する。そして、このレジスト膜をマスクとし
て、上記の酸化膜にドットパターンを形成する。その
後、この酸化膜をマスクとして、上記のシリコン基板に
異方性エッチングを施した後、更に金属膜を形成する。
そして、この金属膜を剥離して製作したスタンパまたは
そのレプリカを用いて、フィルムまたはプラスチックの
表面にドットを転写することによって、上記したドット
を有する導光板を形成する。
を有する照明装置と液晶表示部と制御部とを備えてお
り、外光が照明装置を透過して液晶表示部に入射される
ように、液晶表示部の前面に照明装置を配置し、上記し
た制御部により、外光の光量に応じて照明装置から液晶
表示部へ照射される光の量を制御する。
帯用電子機器は、受光部を備えており、この受光部で受
光した外光の光量を用いて、液晶表示部の輝度が略一定
になるように照明装置が制御されるようにした。
受信部に入力した信号をトリガーとして、液晶表示部の
輝度が略一定になるように、上記の制御部が受光部に入
射された外光の光量に応じた光を液晶表示部に照射する
ように照明装置を制御するようにした。
図面を用いて詳細に説明する。
に使用される照明装置の斜視図であり、また導光板の光
の進行方向を変化させるための導光板平坦部に囲まれた
複数の小凹部又は小凸部(以下、マイクロドットと称
す)の斜視図である。尚、図1において、ドットの形状
は小凹部の場合を例示している。
れており、導光板1の側面に設置された光源6から光を
導光板1に入射させ、この入射した光は導光板の上面7
に設けられたドット5で液晶表示装置8の方向へ反射す
る。
を概念的に表わした断面図であって、上述したように、
ドット5で反射した光源6からの光(導光板下面からの
出射光3)は液晶表示装置8に入射し、そして液晶表示
装置8に設けられた反射板で反射した後、再び導光板1
を透過して観察者の目に届くことになる。尚、図2中に
示された光2は、光源6から導光板1に入射された光の
うち、液晶表示装置8を経由しないで直接観察者の目に
届く光である。本実施例で述べる照明装置の目的を考慮
すれば、直接観察者の目に届く光2は好ましい光ではな
く、この光を極力低減させることは言うまでもない。
クロドット5の形状について、詳細に説明する。
イクロドット5の断面図と平面図を表わす。また、図4
は、小凸部であるマイクロドット5の断面図と平面図で
ある。また、図5は、本実施例における導光板を伝搬す
る光の軌跡を説明するための図である。
にとって説明するが、図3及び図5に示した照明装置
は、光源6と導光板1を備えている。そして、上記した
ように、この照明装置は液晶表示装置8の前面に配置さ
れ、導光板1の側面に光源6が配置されている。図3に
示されたマイクロドット5が形成される場所は、導光板
1の上面7である。即ち、図5に示されるように、液晶
表示装置8に対面しない、もう一方の導光板1の表面
(導光板上面7)に形成されている。
光9をマイクロドット5を用いて液晶表示装置8の方向
へ反射させるためである。具体的には、図6において、
光源6から出射した光は導光板1の入射端面から導光板
入射光9として導光板1に入射され、導光板導波光とな
って、導光板下面10及び導光板上面7で全反射を繰り
返しながら、導光板1の他方の端面に向かって進行す
る。
反射斜面11に進行した光18はその斜面で反射して導
光板下面10の方向に進行する。そして、導光板下面1
0で屈折しながら導光板1を出て、液晶表示装置8へ照
明光として入射する。
用いることによって、光源6からの光を液晶表示装置8
に向かって効率よく出射させることが出来る。
ける光の反射が全反射条件を満たすようにマイクロドッ
ト5の断面傾斜角12を選択することにより、導光板1
から観察者の目に直接的に入射する光19を小さくする
ことが出来、その結果として、導光板1から液晶表示装
置8へ入射させる光量が大きくなり、視認性の良い反射
型液晶表示装置を実現することが可能になる。
に導光板1内では光源6から遠ざかるに従って低下す
る。従って、液晶表示装置8へ入射させる光の強度を均
一にするためには、例えば、光源6からの距離に応じて
マイクロドット5の密度、即ち単位面積当たりのマイク
ロドット5の数を変化させる、あるいはマイクロドット
5の密度を均一にしてマイクロドット5の大きさや長さ
を変化させる、更には、上記した両者の方法を組み合わ
せることによって達成される。
密度は光源側端面から相対する導光板端面に向かって、
指数関数的、あるいはべき乗的に増加するように形成す
るのがよい。
図6に図示したように、マイクロドット5が形成された
導光板の上面7に対して略垂直であって、光源6から導
光板1に入射した光(導光板内導波光)の進行方向にほ
ぼ平行な平面の断面形状が実質的にV字形状であり、そ
の断面傾斜角12を35〜43°、頂角を70.6±
2.5°とした。尚、点状光源の場合、それらを結んだ
線状光源があると考えれば良い。
断面傾斜角12、ドット深さ(ドット高さ)H 、ドッ
ト短辺長さW15、ドット長辺長さL16を、図3〜4
及び図 7に定義した。即ち、断面傾斜角12は、図7
に示すようにマイクロドット深さ(深さ)14を3等分
したとき、マイクロドット反射斜面11上の点a及び点
bを結んだ直線と導光板上面7とのなす角度とした。ま
た、頂角17は、マイクロドット反射斜面11上の点a
及び点bを結んだ直線と点c及び点dを結んだ直線との
なす角度とした。
た理由は、導光板1から直接目に入る光2(図2参照)
を小さくし、液晶表示装置8へ入射される光の量を多く
することによって、液晶表示装置8の視認性を向上させ
るためである。
1の内部を、光の進行する水平方向に対して約±25〜
35°の広がり角を持った光(光源に依存する)として
伝搬される。マイクロドット5の反射斜面11に入射し
た光は、斜面11で反射及び屈折を行なう。このうち反
射した光は下方に進行方向を変えて導光板下面10から
出射して液晶表示装置8の照明光として作用する。一
方、マイクロドット5の反射斜面11で屈折透過した光
は液晶表示装置8へ入射されることなく、導光板1の上
面7から出射して、直接観察者の目に入ることになる。
このため、光源6空の光が直接見ることになり、これら
が輝点又は輝線となって液晶表示装置としての価値を大
きく低下させてしまう。更に、上記した光は、液晶表示
装置8を照明しないため、光源6からの光の利用効率を
低下させてしまう。
ト5の光源側斜面での反射が可能な限り全反射条件を満
たすようにする必要がある。このようにすることによっ
て、光源6からの光を液晶表示装置の照明に大きく利用
させることが可能になる。
が導光板下面から出射されるときの効率との関係を示し
た。また、図8(b)、(c)に、断面傾斜角と導光板
下面からの出射光の出射角の範囲(半値幅)をとの関係
を示した。尚、何れの場合においても、光が導光板内の
上面と下面との間で反射しながら進むときの伝播角度
を、±25〜±35°の範囲で変えた。
の伝播角度が±25〜±35°の範囲においては、断面
傾斜角が28〜43°の範囲において、導光板からの光
の出射効率を大とすることが出来る。しかしながら、断
面傾斜角が35゜以下の場合、導光板下面からの出射光
の出射角が大きくなりすぎ液晶表示装置のコントラスト
低下や正面輝度の低下の大きな原因となってしまう。す
なわち、断面傾斜角が30゜程度の場合、図9(a)に
示すように、導光板下面からの出射光3の出射角の範囲
は、18〜38゜(図8(b)、(c)参照)となり、
液晶表示装置8の導光板1側の表面における反射光50
が発生しやすくなるり、コントラスト低下の原因とな
る。さらに液晶表示装置からの表示光51の液晶表示装
置に対する出射角も大きくなりやすいため、正面輝度が
低下する。これに対して、断面傾斜角が40゜程度の場
合、図9(b)に示すように、導光板下面からの出射光
3の出射角の範囲は、5〜9゜(図8(b)参照)、4
〜12゜(図8(c)参照)となり、液晶表示装置8の
導光板1側の表面における反射が発生しにくくなり、コ
ントラストが向上する。さらに液晶表示装置からの表示
光51の液晶表示装置に対する出射角も小さくなるた
め、正面輝度が向上する。また、断面傾斜角を43゜以
上とした時は、光の出射角は小さくなるが、図8(a)
に示すように光の出射光率が低下する。この原因は、マ
イクロドット反射斜面11での反射時に全反射条件を満
たさなくなる事が原因であることから、図2に示す、導
光板から観察者の目に直接入射される光2が増加し、視
認性低下の大きな原因となり好ましくない。
角度が小さく、その範囲が狭く効率の低下も無い35〜
43゜が断面傾斜角として望ましい角度である。
43°としたが、更に好ましくは、光の出射角度の範囲
が最小となり、光学設計が容易となる39〜42゜に断
面傾斜角を設定することが望ましい。
伝搬角は、光源6として冷陰極管とリフレクタを用いる
場合には概ね±35°程度であり、また、発光ダイオー
ドを用いる場合には、発光ダイオードのレンズ設計等に
よって変化するが約±25〜±35°であるため、光源
の種類に応じた適切な断面傾斜角を、図8〜9の結果を
考慮して決定することが重要である。
状にするのは、導光板1のヘイズ(濁り、曇り)を小さ
くするためである。そして、略V字形状について図10
に示すように、V字形、角を丸めたV字形、略U字形で
あり、マイクロドット5のR部20がドット深さ(高
さ)H14の約20%以下の形状とする。このようにす
ることによって、導光板に入射した光が反射斜面で反射
する際に、反射に寄与しない斜面を可能な限り少なく
(導光板上面7から見た時の面積が小さい)するためで
ある。
の頂角を70.6±2.5°とするのが望ましい。これ
は、後述するように、シリコン単結晶の異方性エッチン
グの技術を用いることによって、マイクロドットを導光
板上に形成するための金型を容易に作製することが可能
であるためである。
て、その形状を略矩形とするのが望ましい。ここで、略
矩形とは、長方形やその角を丸くした形状を含み、正方
形の形状であっても構わない。特に、マイクロドット5
の形状が略矩形である場合には、導光板1の内部におけ
る散乱光を減少させて、光の出射光率等を向上させると
ともに、マイクロドット5における反射に寄与しない斜
面の面積を円形等の形状と比較して小さくすることによ
って、導光板のヘイズを小さくさせる効果がある。
小凹部である場合について述べたが、図4に示した小凸
部の形状であっても、また、図11に例示するように、
四角錐形状あるいは台形形状であっても、上記の場合と
同様の効果が得られる。
する。
に、ドット5の長辺の方向を光源6である冷陰極管等の
長手方向に対して実質的に平行にするのが良い。また、
光源6に発光ダイオードなどの点光源を1個用いる場
合、図12(b)に示すように、点光源を中心とする円
の接線方向とドット5の長辺の方向とを実質的に平行に
するのが良い。そして、光源6に発光ダイオードなどの
点光源を複数用いる場合、図12(c)に示すように、
複数の点光源6を結ぶ直線とドット5の長辺の方向とを
実質的に平行とするのが良い。
た光線の多くは、光源6の長手方向に対してほぼ垂直な
方向に進行する。そして、マイクロドット5の斜面11
に入射した後、その反射斜面11で反射して、導光板の
下面10から出射されるため、上記したマイクロドット
の配置が最も効率的であることに起因する。
説明する。
0.002〜0.05mm、長辺長さ16は例えば短辺
長さ〜0.2mm、即ち、0.002〜0.2mm程度
が良い。この理由は、例えばマイクロドットの原形を良
く知られたホトリソグラフィー法を用いて形成する場
合、マイクロドットの長さが0.002mm以下におい
ては、所望の輪郭を有したマイクロドットの形成が困難
であることによる。即ち、ホトマスクの解像度、露光、
現像等の解像度の低下によって、マイクロドットの輪郭
が不規則になったり、ドットの断面における面精度が低
下する。その結果、導光板を伝播する光の散乱が大きく
なって、光の利用効率の高い導光板を得ることが困難に
なる。
5の上限を0.05mmに限定した理由は、肉眼の可視
限界が0.05mm程度であることに起因する。即ち、
マイクロドットの大きさが0.05mm以上である場
合、マイクロドット5自身が例えば目視であっても確認
可能となり(目視でマイクロドットが見えてしまう現象
で、導光板が点光源の集合体のように見える現象)、こ
のマイクロドットを用いた液晶表示装置としての視認性
が損なわれるためである。
くとも短辺長さ以上に設定する理由は、マイクロドット
の反射斜面11の面積を増加させるためである。このよ
うにすることによって、導光板1の表面に形成すべきマ
イクロドット5の数を増やすことなく、伝播してきた光
を液晶表示装置の方向へ効果的に反射させることが可能
である。
2mm以下に設定することは、マイクロドット5自身が
目視で確認され、液晶表示装置としての視認性が損なわ
れるためである。更に、マイクロドット5の配列の仕方
に密度分布を適用した場合、マイクロドット5の長辺長
さを0.2mm以上であれば密度分布に勾配をつけるこ
とが困難となり、その結果として照明光の均一な分布を
得ることが出来ない。
して述べる。
の短辺長さW15と断面傾斜角12から自動的に決定さ
れるが、0.002〜0.04mmの範囲になるように
ドットの短辺長さW15と断面傾斜角12とを選択する
ことが必要である。即ち、ドットの深さH14が0.0
02mm以下である場合、ドット5の反射斜面11の面
積が小さくなって、導光板1に入射した光の進行方向を
変化させる機能が失われ、液晶表示装置8へ照射される
光の利用効率が低下するからである。
m以上にした場合、光源6に近い領域における導光板1
からの照射量が大きくなって、均一な照射が困難となる
からである。
明する。
配列は規則性を持たないようにすることが望ましい。こ
の理由は、上記の本実施例で説明したマイクロドット5
は極めて微細であるため、液晶表示装置8を構成する部
材、例えば液晶セル、カラーフィルタ、TFTパター
ン、ブラックマトリクス等に代表される規則的に形成さ
れたパターンと干渉して、モアレ現象が発生することを
防止するためである。特に、照明装置を液晶表示装置8
の前面に配置して使用する場合、導光板1と観察者との
間に、通常良く使用される拡散板が存在しないため、上
記したモアレ現象の防止は極めて重要な問題である。
では、図13に例示したようなマイクロドット5の固ま
り21 やマイクロドット5の存在しない領域が発生し
易く、その結果として、液晶表示装置の視認性が損なわ
れる原因となる。
に記載した場合と同様の動径分布関数を用いて、以下に
示す条件を満たすようにマイクロドットを形成すること
が良い。
5が形成される面の95%以上の領域内で、上記したマ
イクロドット5の形成される面を0.25〜1mm2の
正方形領域に区切り、この正方形領域内において、各ド
ット毎に求められるドットの配列関係に応じた動径分布
関数g(R)を加重平均して、更に最小二乗法を用いて
近似することによって得られる関数G(R)が、R/R
0=3〜6の範囲で、0<S1/S2<0.2を満たす
関数であるように、上記ドット5を形成して配置させ
る。但し、R:各ドットについて、その中心位置からそ
れ以外のドットの中心位置までの距離、R0:該正方形
領域の一辺の長さを該正方形領域中のドット数の平方根
で割った値、S1:R/R0=3〜6の範囲内で、G
(R)とG(R)の平均値との差をR/R0で積分して
得られる値、S2:R/R0=3〜6の範囲内で、G
(R)の平均値をR/R0で積分して得られる値であ
る。
以上の面積領域内において、上記した配列が必要である
理由は、照明装置を液晶表示装置の前面に設置するよう
な場合、ドット自身が直接観察可能であるため、上記し
た領域でモアレ防止対策が必要であって、これにより液
晶表示装置としての視認性を確保することが出来る。
も10個、好ましくは50個以上のマイクロドット5が含ま
れるように定めることが好ましい。即ち、正方形領域の
面積を0.25mm2以下とした場合、上記したR0の
値が通常0.01〜0.2mm程度であるため、正方形
領域内に含まれるドットの数が少なすぎて、動径分布関
数g(R)の計算が困難になる。
あるとした場合、導光板1から照射される光量を補正す
るためにドットの密度分布を変化させる時、正確な光量
の評価が出来ず、補正が困難になることがある。
関係を調べた結果であって、S1/S2の値の範囲は上
記した結果に基づいて決められた。更にまた、R<ドッ
トの短辺長さ×2の範囲において、実質的に関数G
(R)=0とする。これは、ドットが近接することによ
って発生するドット重なりの観察されることを防ぐため
である。なお、表2中の重なり制限は、R<ドットの短
辺長さ×2の範囲において、実質的に関数G(R)=0
とするための手法であり、近接するドットとの最短距離
を規定した物である。この例では、ドット短辺長さが、
0.01mmであることから、近接するドットとの最短距離を
0.02mm以上とする事で、R<ドットの短辺長さ×2の範
囲において、実質的に関数G(R)=0とする事ができ
る。ドット見えは、ドット重なりやドットの無い領域が
発生し目視によりドット重なりやドットの無い領域が確
認出来るかを調べた物である。
に示す。この結果から明らかのように、R/R0=3〜
6の範囲内で、G(R)の平均値と比較して2倍以上の
ピークが2ヵ所存在するように上記したドットを配置す
るようにした。この理由は、略矩形のドットを用いた場
合、短辺側のドット間隔を長辺側のドット間隔より短か
くした方がドット密度を向上させやすいためである。
(R)の平均値と比較して2倍以上に設定することは、
このような条件を加えることによって隣接するドットと
の距離(位置関係)をほぼ一定に保てるため、ドットの
固まりやドットが存在しない領域の発生を防止すること
が出来るからである。
いて説明する。
の金型を用いてプラスチック成形を行なって作製され
る。この時、金型の製造方法として、良く知られた種々
の機械加工法、例えば、ドリル加工、切削加工、研削加
工等の手法を用いることが出来る。また放電加工法も有
効な手段である。
ドットの数が200〜20000個/cm2であって、
導光板全体では100万個を越えるため、上記で述べた
製造方法では、甚だ困難と言わざるを得ない。
ーン形成工程を、また、図16に、異方性エッチング法
を用いたマイクロドット形成工程を示す。
る。
ら所定の結晶面を有するシリコン基板30を切り出す工
程 (2)シリコン基板30の表面に、良く知られた方法を
用いてシリコン酸化膜31を形成する工程 (3)シリコン酸化膜31の上に、ホトレジスト膜32
を形成する工程 (4)マイクロドットのパターンを有したホトマスク3
3を上記シリコン基板30の上に配置し、マスク33の
上方から紫外線(UV)を照射してレジスト膜32を露
光する工程 (5)レジスト膜32を現像し、シリコン酸化膜31に
マイクロドットのパターン34を形成する工程 (6)シリコン基板30の裏面に形成されたシリコン酸
化膜31の上に保護テープ35を張り付け、裏面以外の
シリコン酸化膜31を良く知られたエッチング方法を用
いて除去する工程 (7)レジスト膜32を除去する工程 (8)シリコン酸化膜31のパターン34をマスクとし
て、シリコン基板30を異方性エッチングする工程 (9)保護テープ35及びシリコン酸化膜31を除去す
る工程 (10)エッチング加工の施されたシリコン基板30の
表面に、良く知られた方法を用いてメッキ下地膜36を
形成する工程 (11)良く知られたメッキ法を用い、メッキ下地膜3
6を電極としてメッキ膜37を形成する工程 (12)メッキ膜37を剥離して、マイクロドットのパ
ターン34を有するスタンパ38を作製する工程 尚、必要に応じてスタンパ38のマイクロドット面及び
その裏面の研磨を行なう(図示せず) (13)スタンパ38を良く知られた成形機に装着し
て、射出成形法により導光板1を形成する工程 以下、各工程を詳細に説明する。
のインゴット29から、所定の結晶面を有するシリコン
基板30を切り出す工程は、本製造方法の最も重要な工
程のひとつである。導光板1の表面に断面形状が略V字
形のマイクロドットを形成するに際して、表2に示した
シリコン結晶の結晶方位によるエッチング速度の差を利
用する。即ち、シリコン基板30としていかなる結晶面
を有する結晶を用いてエッチング処理を行なっても、必
ずエッチング速度が最も小さい(111)面を最終的に
マイクロドットの反射斜面となるようにする。
て、任意の断面傾斜角を有し、かつ断面形状が略V字形
であって、その平面形状が略矩形であるようなマイクロ
ドットを形成することができる。
斜角が40゜なるときの結晶の切り出し方法を表わした
図であり、また、図17(b)は、切り出されたシリコ
ン基板30の概略図である。また、図18は、切り出さ
れたシリコン基板30の平面図である。
を施すことによって、図17(b)に例示した所定の断
面傾斜角を有するマイクロドットを形成することが出来
る。ここで、シリコン基板30の切り出し角度を変更す
ることによって、任意の結晶面を持つシリコン基板30
を作製することが出来る。その結果、上述したように、
光源の種類に応じた断面傾斜角を有するシリコン基板3
0を自由に作製することが可能となる。また、シリコン
単結晶の結晶面は(001)面に限定されるものではな
く、任意の結晶面を有するシリコン単結晶を使用するこ
とが出来、更に最初から所望の結晶面を持つシリコン単
結晶を作製して使用することも可能である。
面に異方性エッチングを行なうときのマスクとして使用
するシリコン酸化膜31を形成する工程は、様々な方法
が使用できる。本実施例では、良く知られた熱酸化法を
用いた。表3に、熱酸化条件の一例を例示した。
1の上にホトレジスト膜32を形成する場合、前処理と
してプライマを塗布し、下地膜との接着性向上を図るこ
とが望ましい。プライマ処理の適正な処理方法として、
様々な方法を用いることが出来る。例えば、プライマと
してシラン系の薬品を用いる場合、ヘキサメチルシラザ
ンが適しており、このヘキサメチルシラザンを容器に入
れて蒸発させて基板面に薄膜を形成する、いわゆるガス
拡散法を使用する。これによって、シリコン酸化膜31
の上に均一な膜を形成することが可能である。
いはフィルム状のポジ型、ネガ型材料を使用することが
可能である。図15では、ポジ型材料を良く知られたス
ピンコーティング法を用いて形成した。
えばクロムマスク、フィルムマスク、エマルジョンマス
ク等が使用可能である。予め設計されたマイクロドット
の大きさ、数、その分布等のデータを作成しておき、例
えば電子ビーム法やレーザビーム法等を用いてマイクロ
ドットのパターンを描画し、これをマスクとして使用す
る。
知られた露光、シリコン酸化膜31のエッチング、レジ
スト膜32の除去を行う。
に所定のマイクロドットのパターンを有するシリコン基
板30が完成する。
酸化膜31のパターンをマスクとして、シリコン基板3
0の異方性エッチングを行なう。表3に、エッチングプ
ロセス条件の一例を示したが、エッチング液として約2
0%濃度のKOH水溶液を用いた。この条件において、
シリコン基板30の表面に断面傾斜角が約40°なるV
字形断面を有するマイクロドットを形成した。
0の裏面に形成されている保護テープ35及びシリコン
酸化膜31を良く知られた方法を用いて除去した後、工
程(10)及び工程(11)に示されたメッキ法による
メッキ層(スタンパ)の形成を行なう。尚、予めマイク
ロドットを有するシリコン基板30の上に下地膜36を
形成することによって、メッキ工程におけるメッキ膜の
ムラを低減させることが可能であって、良好なメッキ層
すなわちスタンパを形成することが出来る。
法もしくはNi薄膜等のスパッタ膜を用いても構わない
が、この膜厚は極めて重要なパラメータである。即ち、
この膜厚が大きい場合、メッキ工程中で薄膜が剥離する
という問題点が生じる。このため、本実施例では、その
膜厚を0.015〜0.035μm、特に0.02〜
0.03μmに制御した。そして、この範囲を超える
と、均一なメッキ処理が不可能(下地の膜厚が薄い場
合)になったり、また、メッキ処理中に下地膜36やマ
イクロドットパターンを形成したメッキ膜37が剥離す
る(下地の膜厚が厚い場合)という問題点が発生する。
7の材料として、種々の金属が使用できるが、ここでは
膜厚の均一性や機械的性能を考慮してNi材料を用い
た。
たメッキ膜37をシリコン基板30から剥離させ、導光
板の表面にマイクロドットを形成するためのスタンパ3
8として使用する。このとき、マイクロドット面を研磨
することは光の利用効率の高い導光板を得るために重要
である。そこで、本実施例では、平均粒径0.1〜1μ
mのアルミナ砥粒を用いて研磨を行ったが、これに限定
されることなく、ダイアモンド砥粒によるハンドラッピ
ング、または機械ラッピングを行うことも可能である。
れたスタンパを例えば射出成形機の母型にマグネット或
いは真空チャック等で固定し、導光板となる材料を上記
の母型に供給することによって、所定の寸法を有するマ
イクロドットを備えた導光板が完成する。尚、成形の方
法は良く知られた押し出し成形法、圧縮成形法、真空成
形法等を用いても良い。
スチック材料全般が使用可能である。具体例としては、
アクリル系プラスチック、ポリカーボネート樹脂、ポリ
アセタール樹脂、ポリオレフィン系樹脂、紫外線硬化型
のプラスチック材料が利用可能であるが、特にアクリル
系樹脂材料は、透明性、価格、成形性等の点で優れてお
り、本実施例である導光板の作製に適した材料である。
用した第2の実施例について、図19を用いて説明す
る。
ある。導光板1の下面には、偏光子40 、位相差フィル
ム41 、拡散フィルム42 、ガラス基板43 、カラ
ーフィルタ44 、画素電極45 、液晶セル46 、T
FT47 、反射偏光子48、吸収フィルム48等が設
置されている。この構成は良く知られた反射型液晶表示
装置の一例を示したものであり、液晶表示装置の用途に
応じて種々の構成が考えられる。
管、発光ダイオード、EL素子等があり、消費電力や使
用形態などから適切な光源を選択することになる。本実
施例において、発光ダイオードを5個使用した。また、
液晶セル46を始め、光学部品については特に限定され
ることがなく、良く知られた部品を使用した。
ある。そして、導光板1の表面に形成したマイクロドッ
ト5の大きさは、ドット短辺長さ0.01mm、ドット
長辺長さ0.08mm、断面傾斜角40゜、頂角70.
6゜である。特に断面傾斜角は、光源6が発光ダイオー
ドであって、光の広がり角を±25°程度であること及
び導光板1からの出射角の広がりを小さく抑えるため
に、40°とした。(図8及び図9参照) 図20は、上記の照明装置を最前面に配置した液晶表示
装置の断面を概念的に示した図である。液晶表示装置8
の前面に配置された照明装置23のほかに、液晶表示装
置8を駆動するための駆動回路26、これらを駆動させ
るための制御回路24及び電源25が備えられている。
外において、照明装置23を使用せずに十分な輝度を示
す表示を行なわせることが出来る。そして、外光からの
光量が不十分である場合、制御回路24を用いて照明装
置23を制御し、必要な光を光源から液晶表示装置8へ
供給させることが出来る。
からの光を液晶表示装置に照射することによって、導光
板を有しない従来の反射型液晶表示装置と比較して、は
るかに高い視認性を発揮し、輝度の高い表示を実現する
ことが可能になった。そして、必要に応じて照明装置2
3を作動させれば良いので、液晶表示装置としての視認
性を確保しつつ、消費電力の低減を図ることが出来る。
概念図である。
明装置23を配置した携帯用電子機器を例示したもので
あって、図20に示した実施例に加えて、液晶表示装置
8が面する側に受光素子27を備えている。具体的には
モバイル液晶表示装置や携帯電話などを想定している。
素子27でも受光し、この受光素子27で変換された電
気信号が制御回路24に入力される。そして、制御回路
24がこの電気信号の大きさに応じて照明装置23を制
御し、液晶表示装置8へ照射させる光量を調整する。
輝度との関係を概念的に表わした図である。横軸の外光
量は左側ほど外光量が大きいということを示している。
この図からも明らかのように、外光量が大きい場合、液
晶表示装置の正面における輝度を十分確保することが出
来るので、照明装置を作動させる必要にない。
って液晶表示装置の正面における輝度が低下し、この状
態では液晶表示装置の正面において十分な輝度を確保す
ることが不可能となって、表示の視認性が著しく低下す
る。このような場合、図22中に例示したような照明装
置の動作曲線に従って照明装置を作動させることによっ
て、外光量が不十分であっても表示の十分な視認性を実
現し、しかも外光量に依らずほぼ一定の輝度で表示させ
るように、液晶表示装置を制御することが可能である。
とによって、外光の光量に対応した光を照明装置から自
動的に供給することが出来るので、携帯装置という利便
性を図りつつ、液晶表示装置の視認性を向上させること
が出来る。
あって、この限りでないことは言うまでもない。例え
ば、更に情報信号の受信端子もしくは受信装置を備え、
情報信号を受信したとき、この信号をトリガーとして制
御回路が照明装置(受光素子を含む)を制御して液晶表
示装置の正面輝度を調整させても良いし、また、観察者
がスイッチ或いはボリュームを用いて液晶表示装置の正
面輝度を随時調整出来るようにしても良い。
を液晶表示装置の前面に配置させることによって、表示
画面の輝度を向上させることが可能になった。また、所
定の結晶面を有するシリコン基板の異方性エッチング方
法を用いることにより、光の利用効率の高い導光板を製
作することが可能である。
図である。
図である。
ある。
ある。
の軌跡を説明するための図である。
である。
るための図である。
される光の効率と導光板から出射される光の出射角との
関係を表わす図である。
ための図である。
図である。
図である。
図である。
するための図である。
の図である。
あって、ドットパターンを形成するまでの工程を表わす
図である。
あって、エッチング−射出成形法を用いて導光板を作製
するまでの工程を表わす図である。
説明するための図である。
である。
液晶表示装置を説明するための図である。
概略図である。
略図である。
説明するための図である。
る光、3…導光板下面からの出射光、4…導光板の平坦
部、5…マイクロドット、6…光源、7…導光板上面、
8…液晶表示装置、9…導光板への入射光、10…導光
板下面、11…マイクロドットの反射斜面、12…マイ
クロドットの断面傾斜角、13…導光板上面に垂直で、
導光板内部を導波する光の進行方向にほぼ平行な平面、
14…ドット深さ(ドット高さ)H、15…ドットの短
辺長さW、16…ドットの長辺長さL、17…ドットの
頂角、18…反射斜面へ入射した光、19…反射斜面で
屈折透過した光、20…ドットのR部、21…ドットの
固まり、22…ドットの存在しない領域、23…照明装
置、24…制御回路、25…電源部、26…駆動回路、
27…受光素子、29…シリコン単結晶のインゴット、
30…シリコン基板、31…シリコン酸化膜、32…ホ
トレジスト膜、33…ホトマスク、34…マイクロドッ
トのパターン、35…保護テープ、36…下地膜、37
…メッキ膜、38…スタンパ、40…偏光子、41…位
相差フィルム、42…拡散フィルム、43…ガラス基
板、44…カラーフィルタ、45…画素電極、46…液
晶セル、47…TFT、48…反射偏光子、49…吸収
フィルム、50…表示装置の導光板側の表面における反
射光、51…液晶表示装置からの表示光、
Claims (12)
- 【請求項1】液晶セルの前面に配置された照明装置が、
導光板と、該導光板の側面に配置された光源とを備え、
前記導光板が、前記光源からの光の入射面と、入射され
た光を前記液晶セルに対して出射させる光透過面を有
し、かつ該光透過面に対向する他方の面に、前記入射面
からの光を光透過面方向に反射させるための複数の小凹
部又は小凸部からなるドットが形成され、該ドットの断
面が実質的にV字形状で、該断面の傾斜角が35〜43
°の範囲であることを特徴とする照明装置。 - 【請求項2】前記ドットの頂角が70.6±2.5°の
範囲であることを特徴とする請求項1記載の照明装置。 - 【請求項3】前記ドットの平面形状が略矩形であり、該
ドットの短辺長さが0.002〜0.05mmの範囲で
あり、かつ該ドットの長辺長さが0.002〜0.2m
mの範囲であることを特徴とする請求項1または2記載
の照明装置。 - 【請求項4】前記導光板の光透過面に対向する他方の面
に、前記ドットがランダムに配置されていることを特徴
とする請求項1乃至3の何れかに記載の照明装置。 - 【請求項5】液晶セルの前面に配置された照明装置が、
導光板と、該導光板の側面に配置された光源とを備え、
前記導光板が、前記光源からの光の入射面と、入射され
た光を前記液晶セルに対して出射させる光透過面を有
し、かつ該光透過面に対向する他方の面に、前記入射面
からの光を光透過面方向に反射させるための複数の小凹
部又は小凸部からなるドットが形成されてなり、前記ド
ットが形成される面の全面積の95%以上の領域内が
0.25〜1mm2の正方形領域に区切られ、該正方形
領域内において各ドット毎に求められる該ドットの配列
関係に応じた動径分布関数g(R)を加重平均し、かつ
最小二乗法により近似して得られる関数G(R)が、R
/R0=3〜6の範囲で0<S1/S2<0.2を満た
す関数であるように、前記ドットが配置されてなること
を特徴とする照明装置。但し、R:各ドットについて、
その中心位置からそれ以外のドットの中心位置までの距
離、R0:前記正方形領域の一辺の長さを該正方形領域
中に存在する前記ドット数の平方根で除した値、S1:
R/R0=3〜6の範囲内で、G(R)とG(R)の平
均値との差をR/R0で積分して得られる値、S2:R
/R0=3〜6の範囲内で、G(R)の平均値をR/R
0で積分して得られる値である。 - 【請求項6】R<前記ドットの短辺長さ×2なる範囲に
おいて、実質的に前記関数G(R)=0であり、かつ該
関数G(R)に少なくとも2つ以上のピークが存在し、
R/R0=3〜6の範囲内で、該関数G(R)の平均値
と比較して2倍以上のピークが2ヵ所存在するように、
前記ドットが配置されてなることを特徴とする請求項5
に記載の照明装置。 - 【請求項7】ドットを備えた導光板の製造方法におい
て、(1)所定の結晶面を有するシリコン基板を製造す
る工程と、(2)該シリコン基板の表面に、酸化膜を形
成する工程と、(3)該酸化膜の上にレジスト膜を形成
し、該レジスト膜をマスクとして、前記酸化膜にドット
パターンを形成する工程と、(4)前記酸化膜をマスク
として、前記シリコン基板を異方性エッチングする工程
と、(5)該シリコン基板上に金属膜を形成する工程
と、(6)該金属膜を剥離し、スタンパまたはそのレプ
リカを製作する工程と、(7)前記スタンパまたはその
レプリカを用いて、フィルムまたはプラスチックの表面
にドットを転写する工程とを備えてなることを特徴とす
る導光板の製造方法。 - 【請求項8】前記シリコン基板の結晶面が、前記導光板
に形成される前記ドットの断面がV字形状であり、かつ
該断面の傾斜角が35〜43°の範囲になるように選ば
れてなることを特徴とする請求項7記載の導光板の製造
方法。 - 【請求項9】照明装置と、液晶表示部と、制御部とを備
え、外光が前記照明装置を透過して前記液晶表示部に入
射されるように、該液晶表示部の前面に前記照明装置が
配置されてなり、前記制御部を用いて、外光の光量に応
じて前記照明装置が制御されることを特徴とする液晶表
示装置。 - 【請求項10】前記液晶表示部に入射される外光の光量
が、予め定められた光量以下なるとき、前記液晶表示部
に入射される光量を増加させるように、前記制御部によ
って前記照明装置が制御されることを特徴とする請求項
9に記載の液晶表示装置。 - 【請求項11】照明装置と、液晶表示部と、受光部と、
制御部とを備え、外光が前記照明装置を透過して前記液
晶表示部に入射されるように、該液晶表示部の前面に前
記照明装置が配置されてなり、前記受光部で受光した外
光の光量を用いて、前記液晶表示部の輝度を略一定にさ
せるように前記照明装置が制御されることを特徴とする
携帯用電子機器。 - 【請求項12】照明装置と、液晶表示部と、受光部と、
信号受信部と、制御部とを備え、外光が前記照明装置を
透過して前記液晶表示部に入射されるように、該液晶表
示部の前面に前記照明装置が配置されてなり、前記信号
受信部に入力された信号をトリガーとして、前記液晶表
示部の輝度を略一定にさせるように、前記制御部によっ
て前記受光部に入射された外光の光量に応じた光を前記
液晶表示部に照射するように前記照明装置が制御される
ことを特徴とする携帯用電子機器。
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