JP2002328368A - 反射体および反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い視角範囲で映り込みを抑制する光拡散性
を有しながら、しかも特定の視角範囲において特に明る
く見えるような反射体、およびこの反射体を用いた反射
型液晶表示装置を得る。 【解決手段】 斜め上方から入射した入射光に対する反
射光は、正反射の方向よりも、基材表面に対する垂直位
置にシフトした方向に明るい表示範囲がシフトした反射
特性を有する反射体。このような構成の反射体が設けら
れた反射型液晶表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射体および反射
型液晶表示装置に係わり、特に反射光を特定の視角から
観察したとき、他の視角より明るく見えるような反射特
性を有する反射体およびこの反射体を用いた反射型液晶
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置には大別して透過型と反射
型とがある。この内、反射型液晶表示装置は照明を外光
に依存したり、フロントライトを用いて視認するもので
あり、携帯型コンピュータ、電算機、デジタル時計、通
信機器、ゲーム機、計測器、電子掲示板などの電子機器
の表示部として多く用いられている。前記反射型液晶表
示装置は、一例を図８に示すように、液晶層３０を挟ん
で光透過性の表示側基板２０と光反射性の反射側基板１
０とが対向配置されてなっている。表示側基板２０の外
側面は表示面になっていて、反射側基板１０には反射層
１２が形成されている。この反射型液晶表示装置におい
て、表示面から入射した外光は表示側基板２０および液
晶層３０を透過して反射側基板１０の反射層１２によっ
て反射され、その反射光が再び液晶層３０を透過して表
示面から出射することにより画像が視認される。図８に
おいて反射側基板１０は下層から順に、ガラス基板１
１、反射層１２、介在層１３、カラーフィルタ層１４、
平坦化層１５、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜または
ネサ膜などからなる透明電極１６、および配向層１７が
積層され、また液晶層３０を挟んで表示面側に対向配置
される表示側基板２０は、液晶層３０の側から順に配向
層２１、絶縁層２２、ＩＴＯ膜またはネサ膜などからな
る透明電極２３、ガラス基板２４、および光学変調層
（偏光板、位相差板など）２５が積層されてなってい
る。

【０００３】例示した液晶表示装置において、反射側基
板１０のカラーフィルタ層１４はストライプ状に形成さ
れたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の着色膜が順次に平
行配列されてなり、この各着色膜に対応してストライプ
状の透明電極１６が平行配列されている。また表示側基
板２０において透明電極２３は、前記反射側基板の透明
電極１６と直交するように平行配列され、この表示側透
明電極２３と反射側透明電極１６とが交差する液晶層３
０の部分が各色に対応する画素を形成している。また、
この液晶表示装置においては、必要に応じて表示側基板
２０のさらに外側にフロントライトが配置されるが（図
示せず）、この場合フロントライトの光も、外光と同様
に、表示側基板２０および液晶層３０を透過して反射側
基板１０の反射層１２によって反射され、その反射光が
再び液晶層３０を透過して表示面から出射する。

【０００４】反射側基板１０の反射層１２は、大別して
平滑反射型と拡散反射型とに分類できる。図９（ａ）に
示す平滑反射型は、反射層１２（ａ）の反射面が平滑に
仕上げられていて、表示面に垂直な法線を挟む光の入射
角（絶対値）と出射角（絶対値）とが等しくなってい
る。従ってこの表示面を観察するとき、光源と視点との
位置関係から表示面の明るさにムラが生じ、また光源や
観察者の顔が映り込んで視認性を低下させるという問題
が起こる。この問題を解決するために拡散反射型では、
図９（ｂ）および図１０に示すように、反射層１２
（ｂ）の反射面に多数の微細な凹凸（図１０では凹部３
１…）が不規則に隣接して形成されている。このために
拡散反射型では一定角度で入射した外光がこの反射層１
２（ｂ）の表面で乱反射して反射光が拡散し、視点を移
動しても明るさがあまり変わらず、映り込みも少ない、
いわゆる広視野角の反射型液晶表示装置が得られる。

【０００５】拡散反射型の反射層１２（ｂ）の材質、凹
凸の形状や分布状態、凹凸の形成方法などについては、
反射特性や生産性の観点から種々の提案がなされてい
る。凹凸の形成方法としては、例えば感光性樹脂層等か
らなる平板状の樹脂基材の表面にパターンマスクを通し
て光を照射し、現像処理によって隣接する多数の微細な
球面状凹部３１…を形成し、凹部が形成された表面にア
ルミニウムや銀などを蒸着またはメッキして鏡面化する
方法、またはアルミニウム板や銀板などの平滑な基材表
面に半球状先端を有するポンチ（打刻具）を押入して隣
接する多数の微細な球面状凹部３１…を形成する方法な
どが知られている。前記凹部３１…の形状は従来から、
深さが０．１μｍ〜３μｍの範囲内に分布する球面とさ
れ、その相互距離は、隣接する凹部間のピッチ（中心間
の距離）が５μｍ〜５０μｍの範囲内でばらつくように
設定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】卓上電算機や携帯式コ
ンピュータなどの電子機器は、例えば卓上電算機の例を
図１１（ａ）に、また携帯式コンピュータの例を図１１
（ｂ）に示すように、観察者が実際に液晶表示装置の表
示面を目視する際に表示面を斜め下方から観察する場合
が多い。すなわち観察者の視点Ｏｂは、表示面に垂直な
法線Ｘに対して角θだけ表示面の下方に傾斜している。

【０００７】一方、反射型液晶表示装置においては、照
明を外光に依存する場合が多く、その外光は偏光板など
の光学変調層２５や、２層の透明電極１６，２３、液晶
層３０、カラーフィルタ層１４、その他の層を往復して
通過する間に大幅に減衰し、しかも拡散反射型では反射
層１２（ｂ）によって入射光が広範囲に拡散されるの
で、観察する視点Ｏｂにおける表示画面は一般に相当に
暗くなっている。このため外光が少ないと視認性が大幅
に低下する。特に従来の反射型液晶表示装置では、でき
るだけ視角による明るさの変動を排除するように凹部の
形状と配置とが設計されているので、法線Ｘに対して斜
め下方という特定の視角範囲から観察する場合には十分
な明るさが得られないという問題があった。また、フロ
ントライトを用いる場合にも、外光と同様に、減衰や拡
散の問題があるので、照明用の消費電力を徒に増加させ
ることなく、特定視覚範囲の充分な明るさを確保するこ
とは、難しかった。

【０００８】そこで、広い視角範囲で映り込みを抑制し
ながら、しかも特定の視角範囲において表示画面が特に
明るく観察できるような反射型液晶表示装置が求められ
ていた。本発明は前記の課題を解決するためになされた
ものであって、従ってその目的は、広い視角範囲で映り
込みを抑制する光拡散性を有しながら、しかも特定の視
角範囲において特に明るく見えるような反射体、および
この反射体を用いた反射型液晶表示装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに本発明は、基材表面に対する正反射の方向からずれ
た反射特性を有することを特徴とする反射体を提供す
る。本発明の反射体によれば、特定の視角範囲において
特に明るく見えるような反射体とすることができる。ま
た、本発明の反射体によれば、広い視角範囲で映り込み
を抑制する光拡散性を有することも可能である。このよ
うな構成の反射体が設けられた本発明の反射型液晶表示
装置によれば、広い視角範囲で映り込みが抑制されると
共に、表示面を特定の視角から観察するとき特に明るく
見える視認性の改善された反射型液晶表示装置となる。

【００１０】また、本発明の反射体においては、斜め上
方から入射した入射光に対する反射光は、正反射の方向
よりも、基材表面に対する垂直位置にシフトした方向に
明るい表示範囲がシフトした反射特性を有するものであ
ってもよく、あるいは基材表面に対する正反射の角度よ
り小さい反射角度範囲の反射率の積分値が、正反射の角
度より大きい反射角度範囲の反射率の積分値より大きい
ものであってもよく、あるいは基材表面に対する正反射
の角度より小さい反射角度範囲に反射率の最大値を有す
る反射特性を備えたものであってもよい。このような反
射体によれば、観察者の通常の視野角が、正反射の方向
とずれている場合に、当該通常の視野角の方向に重点的
に光を反射可能な反射体とすることができる。

【００１１】このような構成の反射体が設けられた本発
明の反射型液晶表示装置によれば、通常、主として上方
から入射する外光等を、観察者の足下方向よりも基材表
面に対する法線方向にシフトさせることができる。この
ため、たとえば、携帯電話やノートパソコンの表示装置
として使用した場合に、観察者の視線の方向に反射する
光量が増加し、実用の視点において明るい画面の反射型
液晶表示装置が実現する。なお、正反射の方向は、表示
面（基材の表面）に入射した入射光の入射角度と対称
（対称軸は表示面に対する法線方向）になる角度（受光
角）であり、入射角度が変わればこの正反射の方向（受
光角）も変わる。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
用いて具体的に説明するが、以下の実施形態は本発明を
何ら制限するものではない。図１は本実施形態の反射体
を示す図である。図１に示すように、本実施形態の反射
体１は、例えばアルミニウムからなる平板状の基材２の
表面Ｓ（基準面）に多数の光反射性を有する凹部３ａ、
３ｂ、３ｃ、…（一般に凹部３と称する）が互いに不規
則に隣接して形成されている。

【００１３】これらの凹部３は、斜視図を図２に、また
断面図を図３に示すように、凹部３の特定縦断面Ｘにお
ける内面形状は、凹部の一の周辺部Ｓ１から最深点Ｄに
至る第１曲線Ａと、この第１曲線Ａに連続して、凹部の
最深点Ｄから他の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂとからな
っている。これら両曲線は、最深点Ｄにおいて共に基材
表面Ｓに対する傾斜角がゼロとなり、互いにつながって
いる。第１曲線Ａの基材表面Ｓに対する傾斜角は第２曲
線Ｄの傾斜角よりも急であって、最深点Ｄは凹部３の中
心Ｏからｘ方向にずれた位置にある。すなわち、第１曲
線Ａの基材表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は、
第２曲線Ｂの基材表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均
値より大きくなっている。凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…に
おける第１曲線Ａの基材表面Ｓに対する傾斜角の絶対値
の平均値は１〜８９゜の範囲で不規則にばらついてい
る。また、凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…における第２曲線
Ｂの基材表面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は０．
５〜８８゜の範囲で不規則にばらついている。両曲線の
傾斜角は、いずれもなだらかに変化しているので、第１
曲線Ａの最大傾斜角δmax（絶対値）は、第２曲線の最
大傾斜角（絶対値）δｂよりも大きくなっている。ま
た、第１曲線Ａと第２曲線Ｂとが接する最深点Ｄの基材
表面に対する傾斜角はゼロとなっており、傾斜角が負の
値である第１曲線Ａと傾斜角が正の値である第２曲線Ｂ
とは、なだらかに連続している。本実施形態の反射体に
おいて、凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…におけるそれぞれの
最大傾斜角δmaxは、２〜９０゜の範囲内で不規則にば
らついている。しかし多くの凹部は最大傾斜角δmaxが
４°〜３５°の範囲内で不規則にばらついている。

【００１４】またこの凹部３は、その凹面が単一の極小
点（傾斜角がゼロとなる曲面上の点）Ｄを有している。
そしてこの極小点Ｄと基材の基材表面Ｓとの距離が凹部
３の深さｄを形成し、この深さｄは、凹部３ａ、３ｂ、
３ｃ、…についてそれぞれ０．１μｍ〜３μｍの範囲内
で不規則にばらついている。

【００１５】本実施形態においては、凹部３ａ、３ｂ、
３ｃ、…における各特定縦断面Ｘは、いずれも同じ方向
になっている。また、各々の第１曲線Ａが単一の方向に
配向するように形成されている。すなわち、何れの凹部
でも、図２、図３に示すｘの方向が同一になるように形
成されている。

【００１６】本実施形態の反射体１では、各々の第１曲
線Ａが単一の方向に配向するように形成されているた
め、その反射特性は、図４に示すように、基材表面Ｓに
対する正反射の方向からずれたものとなっている。すな
わち、図４に示すように、ｘ方向の斜め上方からの入射
光Ｊに対する反射光Ｋは、正反射の方向Ｋ₀よりも、基
材表面Ｓに対する方向Ｈにシフトした方向に明るい表示
範囲がシフトしたものとなっている。

【００１７】その結果、特定縦断面Ｘにおける総合的な
反射特性としては、第２曲線Ｂ周辺の面によって反射さ
れる方向の反射率が増加したものとなる。したがって、
特定の方向に反射光を適度に集中させた反射特性とする
ことができる。すなわち、図５は本実施形態の反射装置
１の表示面に、入射角３０°で外光を照射し、受光角
を、表示面（基材表面）に対する正反射の方向である３
０゜を中心として、垂線位置（０°）から６０°まで振
ったときの受光角（θ°）と明るさ（反射率）との関係
を示している。図５では、比較例として、従来から用い
られている球面状凹部を有する反射体を用いた反射型液
晶表示装置の受光角と反射率との関係も示した。図５か
ら明らかなように、比較例が受光角約１５°から約４５
°までの範囲内でほぼ均等な反射率を示したのに対し
て、本実施形態の反射装置１では、基材表面Ｓに対する
正反射の角度である３０゜より小さい反射角度範囲の反
射率の積分値が、正反射の角度より大きい反射角度範囲
の反射率の積分値より大きくなっている。すなわち、角
度２０゜前後の視野において、充分な明るさを達成でき
るものである。

【００１８】反射体１の製造方法は、特に限定するもの
ではないが、例えば以下のように製造することができ
る。まず、前記凹部の形状を凸面に変換した先端形状を
有するポンチ（目打ち具）を作製し、このポンチの先端
をアルミニウム基材に対向させ、ポンチのアルミニウム
基材に対する相対的な配向方向を一定に保ったまま、打
刻ストロークを不規則に変化させ、かつ打刻間隔を不規
則に変化させて、アルミニウム基材の所定領域全面を打
刻する。打刻ストロークは凹部の深さが所定範囲に入る
ように調節する。打刻間隔はモアレ模様が発生しないよ
うに調節する。

【００１９】図６は、本実施形態の反射装置１を組み込
んだ反射型液晶表示装置１００の層構成を示す断面図で
ある。図６においてこの反射型液晶表示装置１００は、
液晶層３０を挟んで光透過性の表示側基板２０と光反射
性の反射側基板１０とが対向配置されてなっている。表
示側基板２０の外側面は表示面になっていて、反射側基
板１０には反射体１が組み込まれている。

【００２０】反射側基板１０は下層から順に、ガラス基
板１１、反射体１、透明介在層１３、カラーフィルタ層
１４、透明平坦化層１５、ＩＴＯ（Indium Tin Oxid
e）膜またはネサ膜などからなる透明電極１６、および
配向層１７が積層され、また液晶層３０を挟んで表示面
側に対向配置される表示側基板２０は、液晶層３０の側
から順に配向層２１、絶縁層２２、ＩＴＯ膜またはネサ
膜などからなる透明電極２３、ガラス基板２４、および
光学変調層（偏光板、位相差板など）２５が積層されて
なっている。また、液晶層３０を挟む透明電極１６と透
明電極２３とは、互いに直交するストライプ状に形成さ
れていてその交点領域が画素となる単純マトリックス型
の液晶装置を構成している。

【００２１】この反射型液晶表示装置１００において、
反射体１は、各凹部３ａ、３ｂ、３ｃ、…の第１曲線Ａ
が、傾斜の緩やかな第２曲線Ｂよりもｘ方向側となるよ
うに装着されている。そして、このｘ方向を上側とし
て、文字等の表示がなされるようになっている。

【００２２】図７は、かかる液晶表示装置１００の使用
状態を示す説明図である。なお、図７においては、説明
の便宜上、反射型液晶表示装置１００の第１曲線Ａと第
２曲線Ｂのみを図示し、その他の構成部材の図示を省略
している。このような反射型液晶表示装置１００は、ｘ
方向を上にして携帯電話やノートパソコン等に組み込ま
れる。この場合反射型液晶表示装置１００は、通常、図
７に示すようにｘ方向を斜め上方として、水平面に対し
て斜めに設置、又は保持される。すなわち、使用時にお
いて、それぞれの凹部における第１曲線Ａが、観察者か
ら見て第２曲線Ｂよりも上方に位置するように設けられ
ている。そして、観察者は、この反射型液晶表示装置１
００を、水平よりも斜め上方から見下ろすのが通常であ
る。この場合、主として上方から入射する外光（入射光
Ｊ）の反射光Ｋは、主として第２曲線Ｂ周辺の面で反射
されるので、図５において説明したように、観察者の足
下の方向には反射しにくくなり、正反射の方向Ｋ₀より
も上の方向に重点的に反射するようになる。このため、
観察者の通常の観察範囲と明るい表示範囲とが一致し
て、実用上、明るい表示装置を実現することができる。

【００２３】図６に示した実施形態の反射型液晶表示装
置は、反射体１を透明電極１６とは別の層として形成し
たが、透明電極１６自体を反射体１により形成し、かつ
透明電極１６を図６の反射体１の位置に形成すれば、透
明電極が反射体を兼ねることができて、反射型液晶表示
装置の層構成が単純化される。

【００２４】また前記反射体を例えばハーフミラーのよ
うな半透過半反射性基材で形成し、液晶パネルの背面に
照明板を配置すれば、外光が明るいときは反射型とな
り、外光が暗くなったとき前記照明板を点灯すれば透過
型として使用できる半透過半反射型液晶表示装置が得ら
れる。この半透過反射型液晶表示装置も本発明に含まれ
るものである。

【００２５】また前記表示側基板２０の表示面側にフロ
ントライトを設ければ、外光が明るいときは外光のみを
利用し、外光が暗くなったとき前記フロントライトを点
灯するようなフロントライト型の液晶表示装置が得られ
る。このフロントライト型の液晶表示装置も本発明に含
まれるものである。

【００２６】本発明の液晶駆動方式は特に限定されるも
のではなく、前記単純マトリックス型の他に、薄膜トラ
ンジスタまたは薄膜ダイオードを用いたアクティブマト
リックス型、またはセグメント型などにも同様に適用が
可能である。これらの液晶表示装置はいずれも本発明に
含まれるものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明の反射体によれば、広い視角範囲
で映り込みを抑制する光拡散性を有すると共に、観察者
の通常の視角範囲における反射光量を大きくすることが
できる。本発明の反射体を装着した本発明の反射型液晶
表示装置は、広い視角範囲で映り込みが抑制されると共
に、表示面を特定の視角から観察するとき特に明るく見
える視認性の改善された反射型液晶表示装置となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態の反射体の部分を示す斜視図。

【図２】 実施形態の一凹部を示す斜視図。

【図３】 前記凹部の特定縦断面における断面図。

【図４】 実施形態の反射体の反射特性の説明図。

【図５】 受光角と反射率との関係を示すグラフ。

【図６】 実施形態の反射型液晶表示装置の層構成を
示す断面図。

【図７】 実施形態の反射型液晶表示装置の使用状態
の説明図。

【図８】 一般的な反射型液晶表示装置の一例を示す
断面図。

【図９】 （ａ）は平滑反射型、（ｂ）は拡散反射型液
晶表示装置のそれぞれ反射側基板を示す断面図。

【図１０】 従来の反射体の部分を示す斜視図。

【図１１】 （ａ）は卓上電算機を、（ｂ）は携帯式コ
ンピュータをそれぞれ目視する際の視角を示す斜視図。

【符号の説明】

１：反射体 ２：基材 ３、３ａ、３ｂ、３ｃ：凹部 １０：反射側基板 Ａ：第１曲線 Ｂ：第２曲線 Ｘ：特定縦断面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 表 研次 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 (72)発明者 鹿野 満 東京都大田区雪谷大塚町１番７号 アルプ ス電気株式会社内 Ｆターム(参考） 2H042 AA26 BA04 BA10 BA12 BA14 BA20 DA02 DC02 DC08 2H091 FA16Y FB08 FC19 FD07 FD23 GA01 GA03 LA19

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基材表面に対する正反射の方向からずれ
   た反射特性を有することを特徴とする反射体。
2. 【請求項２】 斜め上方から入射した入射光に対する反
   射光は、正反射の方向よりも、基材表面に対する垂直位
   置にシフトした方向に明るい表示範囲がシフトした反射
   特性を有する請求項１に記載の反射体。
3. 【請求項３】 基材表面に対する正反射の角度より小さ
   い反射角度範囲の反射率の積分値が、正反射の角度より
   大きい反射角度範囲の反射率の積分値より大きいことを
   特徴とする請求項１に記載の反射体。
4. 【請求項４】 基材表面に対する正反射の角度より小さ
   い反射角度範囲に反射率の最大値を有する反射特性を備
   えたことを特徴とする請求項１に記載の反射体。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の
   反射体が設けられたことを特徴とする反射型液晶表示装
   置。