JP2005114772A - 反射体及びこれを用いた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射光の強度の視角特性を広くでき、正反射より反射角度の小さい方向の反射光の強度を向上できる反射体の提供。表示が明るく見える視角範囲を広くでき、液晶表示装置の表示面に対する法線方向に近い方向から表示を観察したときの視認性を向上できる液晶表示装置の提供。
【解決手段】 基材上に形成した金属膜の表面に光反射性を有する複数の大径凹部７０が不規則なピッチで形成され、これら大径凹部７０、７０間に大径凹部７０よりも直径の小さい複数の小径凹部６０が形成され、大径凹部７０の内面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、小径凹部６０の内面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、複数の大径凹部７０及び複数の小径凹部６０が表面に形成された金属膜は隣接する凹部の境界において縦断面の断面曲線の傾きが不連続である反射体４７。反射体４７を液晶セルに内付けあるいは外付けした液晶表示装置。
【選択図】 図３

Description

本発明は、反射体及びこれを用いた液晶表示装置に関するものである。

一般に、液晶表示装置の表示形態には、バックライトを備えた半透過型、透過型と呼ばれるものと、反射型と呼ばれるものがある。反射型液晶表示装置は、太陽光、照明光等の外光だけを利用してバックライト無しで表示する液晶表示装置であり、例えば薄型で、軽量化、低消費電力が要求される携帯情報端末等に多く用いられている。また、半透過型液晶表示装置は、外光が十分得られない環境においてはバックライトを点灯させて透過モードで動作し、外光が十分得られる場合にはバックライトを点灯させない反射モードで動作するものであり、携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ（ノート型ＰＣ）等の携帯電子機器に多く用いられている。

半透過型又は反射型液晶表示装置の表示性能には、反射モードのときに明るい表示性能を有することが要求される。この表示性能を実現するには、外部より入射した光が、液晶パネル内部で反射され、再び、外部に出射される光の散乱性能を制御することが重要である。このためこれらの液晶表示装置では、表示面に対して、あらゆる角度からの入射光を表示方向（観察者側）に反射させる機能を持たせるために、液晶パネル内部あるいは外部に設ける反射板に散乱性能を持たせる方式、あるいは、液晶パネル内部に散乱層を形成し、光が散乱層を透過するときに散乱する前方散乱方式などで液晶表示装置を構成している。

図１４は、液晶パネル内部に散乱性能を持たせた反射板を設けた従来の反射型液晶表示装置の例を示す側面断面図である（例えば、特許文献１参照）。
この反射型液晶表示装置は、光の入射方向から見て、順次、光透過性の対向基板１０１、液晶層１１０、及び光反射性の素子基板１０２を備え、素子基板１０２には、対向基板１０１を透過した光Ｑを反射し、かつ散乱する反射型の散乱帯が設けられている。散乱帯は、表面に凹凸１２２ａを有する高反射率金属膜１２２とこれの下層の絶縁層１２８からなる反射板１３０からなり、この反射板１３０の１画素内では指向性の強い反射特性を有する領域Ｂと拡散性の強い反射特性を有する領域Ａの２つの領域に区分されており、各領域には平均傾斜角度が互いに異なる凹凸面が形成されている。

この反射板１３０は、ガラスあるいはシリコン酸化膜にサンドブラスト法等により初期凹凸を形成し、その後フッ化水素酸水溶液でエッチングし、その上部にＡｌ膜を形成することにより作製されたものであり、図１５に示すように高反射率金属膜１２２の凸部１２２ｃと凸部１２２ｃの接続部（境界部）１２２ｅは曲面を有しており、凹部１２２ｂと凹部１２２ｂの接続部（境界部）１２２ｄも曲面を有している。従って、この高反射率金属膜１２２の縦断面の断面曲線の傾きが連続的なものであり、言い換えれば、縦断面の断面曲線の一次微分係数が連続になっている。
特許第３０１９０５８号公報

図１６は、図１４の反射型液晶表示装置に備えられた反射板の反射特性を示す図であり、図１６の曲線（Ａ）は、図１４で示した領域Ｂの反射特性であり、図１６の曲線（Ｂ）は図１４で示した領域Ａの反射特性である。ここでの反射特性は、白色光源を反射板面に対して法線方向に固定し、反射光強度を測定するための検出器を回転させ、反射光の出射角度の依存性を測定したものである。反射特性（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ入射光の正反射角度に対してガウス分布型の反射特性を示している。１画素の最終的な反射特性は、図１６に示した反射特性（Ｃ）を示しており、この反射特性も入射光の正反射方向に対してガウス分布型の反射特性を示している。

ところで、携帯電話やノート型ＰＣ等の携帯情報端末のように表示面を斜めにして使用する電子機器の表示部に液晶表示装置が組み込まれた場合、図１７に示すように、一般的に表示面に対する法線方向Ｈに近い方向から見られる場合が多い。また、一般的に観察者（使用者）が表示面（画面）を見るときの主たる観察方向αと法線方向Ｈとのなす角度θは０度乃至２０度の範囲が多い。
図１７は、図１４の液晶表示装置からなる表示部２００が本体２０５に備えられた携帯型電子機器を使用する状態の説明図である。図１７において、Ｈは表示部２００に対する法線、Ｑは入射光、ω_０は入射角度（例えば３０度又はそれ以内の角度）である。また、Ｒ_１は入射角度ω_０と反射角度ωが等しいときの反射光（正反射光）、Ｒ_２は反射角度ωが入射角度ω_０より小さい反射光、Ｒ_３は反射角度ωが入射角度ω_０より大きい反射光である。

図からも理解できるように、観察者の視点ｏｂは通常法線方向Ｈに近い反射光Ｒ_２の方向、より具体的には法線方向Ｈから１０度までの範囲内の方向に集中する。これに対して反射光Ｒ_１、Ｒ_３ は、表示面を下から見上げるような方向となり見づらいものである。従って、観察者の利用の便宜を考えると、広い視野角を確保すると同時に、正反射より反射角度の小さい方向の反射強度（反射率）をより高くすることが望まれる。
しかしながら図１４に示した従来の反射型液晶表示装置においては、入射光の大部分は正反射およびその近傍の方向に反射する（ガウス分布型の反射特性を示す（図１６参照））ので、正反射およびその周辺の方向から見た表示は明るく見えるものの他の方向（特に、表示面に対する法線方向Ｈに近い方向）から見た表示は正反射方向から見た場合よりも暗くなってしまう。また、より斜め方向から入射してくる光（例えば、法線方向からの角度が４５度を超えて入射してくる光）を有効に取り入れるために視野角を広くすると、全体的に反射率が低下し、表示が暗くなってしまう。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、反射光の強度の視角特性を広くでき、しかも正反射より反射角度の小さい方向の反射光の強度を向上できる反射体を提供することを目的の１つとする。
また、本発明は、表示が明るく見える視角範囲を広くでき、しかも液晶表示装置の表示面に対する法線方向に近い方向から表示を観察したときの視認性を向上できる液晶表示装置を提供することを目的の１つとする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
第１の発明の反射体は、基材上に形成した金属膜の表面または基材の表面に光反射性を有する複数の大径凹部が不規則なピッチで形成され、これら大径凹部間に該大径凹部よりも直径の小さい複数の小径凹部が形成され、
上記大径凹部の内面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、上記小径凹部の内面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、上記複数の大径凹部及び複数の小径凹部が表面に形成された金属膜又は基材は、隣接する前記凹部の境界または隣接する凹部間において縦断面の縦断面の断面曲線の傾きが不連続であることを特徴とする。

第１の発明の反射体では、基材上に形成した金属膜または基材の表面に上記のような複数の大径凹部が不規則なピッチで形成されたことにより、正反射より反射角度の小さい方向の反射強度（反射率）を向上できる。また、上記の大径凹部間に該大径凹部よりも直径の小さい複数の小径凹部が形成されたことにより、反射強度の視野角特性を示すグラフの裾野を十分広くできるので、斜め方向から入射してくる光（例えば、法線方向からの角度が４５度を超えて入射してくる光）も使用者の主たる観察方向（使用者の視線に近い方向）に効率良く反射することができる。
従って、第１の発明の反射体によれば、反射光の強度が広い角度範囲で高くなるような反射特性を有するとともに、様々な角度から入射する光をより多く観察方向に反射して集めることができる反射体を提供できる。

第２の発明の反射体は、基材上に形成した金属膜または基材の表面に光反射性を有する複数の大径凸部が不規則なピッチで形成され、これら大径凸部間に該大径凸部よりも直径の小さい複数の小径凸部が形成され、
上記大径凸部の外面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、上記小径凸部の外面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、上記複数の大径凸部及び複数の小径凸部が表面に形成された金属膜又は基材は、隣接する前記凸部の境界または隣接する凸部間において縦断面の断面曲線の傾きが不連続であることを特徴とする。

第２の発明の反射体では、基材上に形成した金属膜または基材の表面に上記のような複数の大径凸部が不規則なピッチで形成されたことにより、正反射より反射角度の小さい方向の反射強度（反射率）を向上できる。また、上記の大径凸部間に該大径凸部よりも直径の小さい複数の小径凸部が形成されたことにより、反射率の視野角特性を示すグラフの裾野を十分広くできるので、斜め方向から入射してくる光（反射体表面の法線方向に対する角度が大きい入射光）を使用者の主たる観察方向に効率良く反射することができる。
従って、第２の発明によれば、反射光の強度が広い角度範囲で高くなるような反射特性を有するとともに、様々な角度から入射する光をより多く観察方向に反射して集めることができる反射体を提供できる。

また、上記第１〜第２の発明の反射体においては、上記金属膜又は基材において複数の大径凹部と複数の小径凹部の面積比又は複数の大径凸部と複数の小径凸部の面積比が１：１〜４００：１とされていることが好ましい。

また、上記第１〜第２の発明の反射体において、上記大径凹部又は大径凸部は直径が５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であり、かつ深さ又は高さが０．１μｍ以上３μｍ以下の範囲内とされているのが好ましい。
また、上記第１〜第２の発明の反射体において、上記大径凹部の内面又は大径凸部の外面が球面の一部である曲面を有する場合、この曲面は傾斜角分布が−３０度から＋３０度の範囲に形成されていることが好ましい。
また、上記第１〜第２の発明の反射体において、上記大径凹部の内面又は大径凸部の外面が非球面の一部である曲面を有する場合、上記大径凹部又は大径凸部の１側部で傾斜角（曲面上の任意の点における接平面と基材表面とのなす角度の絶対値）が最大となるように形成されていることが好ましい。

また、上記第１〜第２の発明の反射体において、上記小径凹部の内面又は小径凸部の外面は、曲率半径が１μｍ以上１１μｍ以下の球面又は非球面の一部である曲面を有し、該曲面の最大傾斜角が１５度以上６０度以下とされているのが好ましい。
本発明において、傾斜角とは前記凹部又は凸部の主たる断面を見た場合に、（通常、精密な粗さ計、ＡＦＭなどで計測される。）０．５μｍの微小区間の断面傾きを表すものである。

第３の発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向する一対の基板のうち観察側となる一方の基板の内面側に電極および配向膜を設け、観察側から離れた他方の基板の内面側に電極および配向膜を設けた液晶セルを有し、上記他方の基板とこれの内面側に設けられた配向膜の間又は上記他方の基板の外面側に上記の第１又は第２の発明の反射体を設けてなることを特徴とする。
第３の発明の液晶表示装置によれば、反射光の強度が広い角度範囲で高くなるような反射特性を有するとともに、様々な角度から入射する光をより多く観察方向に反射して集めることができる第１又は第２の反射体が備えられたことにより、反射光の強度が広い角度範囲で高くでき、しかも液晶表示装置の表示面に対する法線方向に近い方向から観察したとき表示が明るく、視認性を向上できる。

第４の発明の液晶表示装置は、液晶層を挟んで対向する一対の基板のうち観察側となる一方の基板の内面側に電極および配向膜を設け、観察側から離れた他方の基板の内面側に電極および配向膜を設けた液晶セルを有し、上記他方の基板とこれの内面側に設けられた配向膜の間又は上記他方の基板の外面側に反射体が設けられ、上記一方の基板の外面側に光散乱層が設けられ、
上記反射体は、基材上に形成した金属膜の表面または基材の表面に光反射性を有する複数の大径凹部又は大径凸部が不規則なピッチで形成され、上記大径凹部の内面又は大径凸部の外面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、上記複数の大径凹部又は大径凸部が表面に形成された金属膜又は基材は隣接する前記大径凹部又は大径凸部の境界において縦断面の断面曲線の傾きが不連続であるものであり、
上記光散乱層は、透明樹脂又は透明粘着材からなるマトリックス中に微粒子が分散されてなるものであることを特徴とする。

かかる構成の第４の発明の液晶表示装置では、上記構成の反射体が上記液晶セルに内付けあるいは外付けされたことにより、正反射より反射角度の小さい方向の反射強度（反射率）を向上できる。また、上記構成の光散乱層が上記液晶セルの外面側に設けられたことにより、上記反射体で反射した光が上記光散乱層を通過する際に散乱され、反射角度の範囲を広げることができる。
第４の発明の液晶表示装置によれば、反射光の強度が広い角度範囲で高くでき、しかも液晶表示装置の表示面に対する法線方向に近い方向から観察したとき表示が明るく、視認性を向上できる。

また、上記第４の発明の液晶表示装置において、上記光拡散層はヘイズが１５％以上３０％以下の範囲のものであることが好ましい。
上記ヘイズ（曇価）とは、光散乱の程度の指標となる値である。上記光拡散層の光散乱性が大きすぎると、表示画面における表示特性の低下が著しくなり、上記光拡散層の光散乱性が小さすぎると表示画面における虹の発生の問題が生じる。光散乱層のヘイズが１５％以上３０％以下であれば、液晶表示装置の表示特性の低下を抑えつつ、表示画面における虹の発生を防止することができる。

以上、詳述したように本発明によれば、反射光の強度の視角特性を広くでき、しかも正反射より反射角度の小さい方向の反射光の強度（反射率）を向上できる反射体を提供できる。
また、本発明の液晶表示装置によれば、表示が明るく見える視角範囲を広くでき、しかも液晶表示装置の表示面に対する法線方向に近い方向から表示を観察したときの視認性を向上できる。

以下、図面により本発明の実施形態について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の膜厚や寸法の比率などは適宜異ならせて示してある。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である単純マトリクスタイプの反射型液晶表示装置の部分断面構造を模式的に示した図である。
図１においてこの反射型液晶表示装置１は、液晶層３０を挟持して対向する透明なガラスなどからなる第１の基板（観察側から離れた他方の基板）１０と、第２の基板（観察側となる一方の基板）２０とをこれら２枚の基板１０、２０の周縁部に環状に設けられたシール材（図示略）で接着一体化した構成である。
第１の基板１０の内面側（液晶層３０側）には順に、反射体４７と、所望により形成される透明介在層５３と、カラー表示を行うためのカラーフィルタ１３と、カラーフィルタ１３による凹凸を平坦化するためのオーバーコート膜（透明平坦化層）１４と、液晶層３０を駆動するための透明電極層（電極）１５と、液晶層３０を構成する液晶分子の配向を制御するための配向膜１６とが積層形成されている。また、第２の基板２０の内面側（液晶層３０側）には順に、透明電極層（電極）２５、オーバーコート膜２４、配向膜２６が積層形成されている。
また、液晶層３０を挟む透明電極層１５と透明電極層２５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。

上記の第１の基板１０と第２の基板２０と、これら基板間に設けられた各構成部材により、液晶セル３５ｂが構成されている。
第２の基板２０の液晶層３０側と反対側（第２の基板２０の外面側）には、位相差板２７と、偏光板２８がこの順で積層されている。

図２は、本実施形態の液晶表示装置に備えられた反射体４７の一部分を示す拡大断面図であり、図３は観察側から見たときの反射体の一部分を示す平面図である。
この反射体４７は、有機膜１１と、該有機膜１１上に形成した金属反射膜（金属膜）１２から構成されている。有機膜１１は、その上に形成されている金属反射膜１２に凹凸形状を与えて反射光を効率良く散乱させるために設けられているものである。
金属反射膜１２の表面には、図２と図３に示すように光反射性を有する複数の大径凹部７０が不規則なピッチで形成され、これら大径凹部７０と大径凹部７０との間に該大径凹部７０よりも直径の小さい複数の小径凹部６０が形成されてなるものである。この反射体４７の金属膜１２の断面形状は、図２に示したように凹部間の境界での縦断面の断面曲線の傾きが不連続なものであり、言い換えれば、縦断面の断面曲線の一次微分係数が不連続なものである。

図４はこの例に係る金属反射膜１２に形成された一つの大径凹部７０を示す斜視図、図５は該大径凹部７０のＹ軸方向断面図を示す図である。
大径凹部７０の内面は、この実施形態では非球面の一部である曲面を有し、このような大径凹部７０が複数設けられた状態の金属反射膜に所定角度（例えば３０°）で入射した光の拡散反射光の反射強度分布がその正反射角度を中心として非対称となるように構成されている。
具体的には、この大径凹部７０は曲率の小さい第１曲面と曲率の大きい第２曲面とから構成され、第１曲面及び第２曲面はそれぞれ図５に示すＹ軸方向断面において、大径凹部７０の一方の周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａ１と、第１曲線Ａ１になだらかに連続して大径凹部７０の最深点Ｄから他方の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂ１とで示される形状を有している。

この最深点Ｄは大径凹部７０の中心Ｏからｙ方向側にずれた位置にあり、基板１０の水平面に対する第１曲線Ａ１の傾斜角及び第２曲線Ｂ１の傾斜角の絶対値の平均値はそれぞれ１°〜８９°、０.５°〜８８°の各範囲で不規則にばらついて設定され、第１曲線Ａ１の傾斜角の平均値は第２曲線Ｂ１のものに比べて大きくなっている。また、最大傾斜角を示す第１曲線Ａ１の周辺部Ｓ１における傾斜角δａは大径凹部７０において概ね４°〜３５°の範囲内で不規則にばらついている。

これにより、各大径凹部７０の深さｄは０.２５μｍ以上３μｍ以下の範囲内で不規則にばらつくように設けられている。これは、大径凹部７０の深さｄが０.２５μｍに満たない場合には反射光の拡散効果を十分に得ることが難しく、又、深さが３μｍを超える場合には後工程で凹部を平坦化する場合に頂上が平坦化膜で埋めきれず、所望の平坦性が得られ難くなる。又、深さｄが３μｍを超えた場合に、平坦化膜をそれ以上に厚くすることにより、パネルの高温・高湿下の条件でパネル外周部や端子部近傍の平坦化膜が収縮、クラック等が発生し易いので好ましくない。

また、大径凹部７０の直径Ｌ（図５のＹ軸方向断面において凹部７０の開口部の最大径）は５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内で不規則にばらつくように設けられている。大径凹部７０の直径Ｌが５μｍ未満であると、反射体を形成するために用いる母型の製作上の制約により加工時間が長くなり、直径Ｌが１００μｍを超えると所望の反射特性を得るだけの形状を形成し難く、また干渉光が発生するなどの問題が生じ易い。なお、大径凹部７０の直径Ｌを圧痕径と呼ぶこともある。
また、隣接する大径凹部７０のピッチはランダムとなるように配置されており、大径凹部７０の配列と液晶表示パネル内の他の規則的パターンとの間の干渉に起因するモアレの発生を防止できるようになっている。
ここで、「大径凹部の深さ」とは凹部が形成されていない部分の金属反射膜１２の表面Ｓから大径凹部の底部までの距離をいい、「隣接する大径凹部のピッチ」とは平面視したときに大径凹部の中心間距離をいう。

小径凹部６０の内面は、球面又は非球面の一部である曲面を有し、これらの小径凹部６０が上記大径凹部７０と大径凹部７０との間に形成されることで、金属反射膜１２に所定角度（例えば３０°）で入射した光の拡散反射光の反射強度分布を示すグラフ（反射率の視角特性を示すグラフ）の裾野を十分広くできるように構成されている。
具体的には、この小径凹部６０は、上記曲面の曲率半径が１μｍ以上１１μｍ以下の範囲内で不規則にばらついて設けられ、また、上記曲面の最大傾斜角が１５度以上６０度以下の範囲内、好ましくは１８度以上６０度以下の範囲内で不規則にばらついて設けられている。
小径凹部６０の上記曲面の曲率半径が１μｍ未満であると、反射体を形成するために用いる母型加工時に安定した加工が難しく、又、上記曲面の曲率半径が１１μｍを超えると大径凹部７０と同じ形状になるため発明の効果が得られ難いためである。上記曲面の曲率半径は１μｍ以上１０μｍ以下の範囲内で不規則にばらつくように設けられていることが好ましい。
小径凹部６０の上記曲面の最大傾斜角が１５度未満であると、反射特性が大径凹部７０と同等になるため発明の効果が得られ難く、又、上記曲面の最大傾斜角が６０度を超えると反射率が低下するためである。

また、小径凹部６０の深さｄ_１は０．２５μｍ以上３μｍ以下の範囲内で不規則にばらついて構成されている。これは、小径凹部６０の深さｄ_１が０．２５μｍに満たない場合には反射光の拡散効果を十分に得ることが難しく、深さが３μｍを超える場合には後工程で凹部を平坦化する場合に頂上が平坦化膜で埋めきれず所望の平坦性が得られ難くなるためである。又、深さｄ_１が３μｍを超えると、平坦化膜の厚さも３μｍを超えてしまい、液晶表示パネルの高温・高湿下での信頼性上の問題も生じ易い。
また、小径凹部６０の直径Ｌ_１（図２のＹ軸方向断面において凹部６０の開口部の最大径）は、大径凹部７０の直径Ｌより小さい範囲内で不規則にばらついて設けられており、好ましくは１．４μｍ以上１４μｍ以下の範囲内で不規則にばらつて設けられている。なお、小径凹部６０の直径Ｌ_１を圧痕径と呼ぶこともある。
また、隣接する小径凹部６０のピッチはランダムとなるように配置されており、小径凹部６０の配列に起因するモアレの発生を防止できるようになっている。
ここで、「小径凹部の深さ」とは凹部が形成されていない部分の金属反射膜１２の表面Ｓから小径凹部の底部までの距離をいい、「隣接する小径凹部のピッチ」とは平面視したときに小径凹部の中心間距離をいう。

また、本実施形態の反射体４７において、複数の大径凹部と複数の小径凹部の面積比が１：１〜４００：１であることが好ましく、複数の大径凹部７０の合計面積は、複数の小計凹部６０の合計面積の１倍から４００倍であることが好ましい。
複数の大径凹部７０の合計面積が複数の小計凹部６０の合計面積の１倍未満であると、大径凹部７０により得られる主たる反射特性領域の反射率が低下してしまう。また、複数の大径凹部７０の合計面積が複数の小計凹部６０の合計面積の４００倍を超えると、反射特性の裾野を広げる効果が低くなってしまう。

図１０の実線は、上述のように構成された反射体４７の反射特性の一例を示すグラフであり、金属反射膜表面Ｓに対して上記ｙ方向側から入射角３０°で外光を照射し、視角を、金属反射膜表面Ｓに対する正反射の方向である３０°の位置を中心として、金属反射膜表面Ｓの法線方向（垂線位置）に対して−２０°の位置から８０°の位置まで振ったときの受光角θと反射強度（明るさ）との関係を示している。
なお、図１０の実線で示すような反射特性を有するときの反射体（実施例１）の各構成要素の寸法は以下の通りであった。

複数の大径凹部７０については圧痕径は５．９μｍ〜７．７μｍの範囲内で不規則に形成され、深さｄは０．８μｍ〜１．４μｍの範囲で不規則（０．８μｍ、１．０μｍ、１．１μｍ、１．４μｍの混合）に形成され、曲面の最大傾斜角は１５．６度〜２０．５度の範囲で不規則に形成され、曲面の曲率半径は２２μｍであった。
複数の小径凹部６０については、圧痕径３．５μｍ〜５．０μｍの範囲内で不規則に形成され、深さｄ_１は０．６μｍ〜１．２μｍの範囲内で不規則（０．６μｍ、０．８μｍ、１．０μｍ、１．２μｍの混合）に形成され、最大傾斜角１８．６度〜２７．０度の範囲で不規則に形成され、曲面の曲率半径は１１μｍであった。

なお、図１０には、小径凹部を形成していない以外は実施例１の反射体と同様にした図１１に示す反射体４７ａ（複数の大径凹部７０のみ形成した反射体）を参考例１とし、この参考例１の反射体４７ａにおける受光角と反射強度との関係を点線で併記している。図１１は、観察側から見たときの参考例１の反射体４７ａの一部分を示す平面図である。
また、図１０には、比較のために図１４に示した従来の反射型液晶表示装置に備えられた反射板を比較例１とし、この比較例１の反射板における受光角と反射強度との関係を一点鎖線で併記している。

図１０に示すように大径凹部間に小径凹部を形成した実施例１の反射体ではｙ方向側から３０°の角度で液晶パネルに入射した光の反射光の強度が大きい範囲は、正反射方向である受光角３０°を中心として上記正反射方向より大きい受角及び上記正反射方向より小さい受光角まで広がるので、ガウス分布型の反射特性を備えた比較例１の反射板に比べて反射光量が高い領域が広がるので正反射角度より小さい受光角度の反射強度が大きくなり、輝度が高くなる。また、実施例１の反射体は、複数の大径凹部のみ形成した参考例１の反射体に比べて反射強度が大きい受光角度範囲が広く、反射強度の視野角特性を示すグラフの裾野を十分広くできることがわかる。
本実施形態の反射体４７によれば、反射光の強度が広い角度範囲で高くなるような反射特性を有するとともに、様々な角度から入射する光をより多く観察方向に反射して集めることができる。

本実施形態の反射型液晶表示装置１によれば、反射光の強度が広い角度範囲で高くなるような反射特性を有するとともに、様々な角度から入射する光をより多く観察方向に反射して集めることができる反射体４７が備えられたことにより、反射光の強度が広い角度範囲で高くでき、しかも液晶表示装置の表示面に対する法線方向に近い方向から観察したとき（特に、使用者の主たる観察方向α_１と法線方向Ｈ_１とのなす角度θが０度乃至２０度の範囲のとき）の表示が明るく、視認性を向上できる。

次に、本実施形態の液晶表示装置に備えられる反射体の金属反射膜に形成される複数の大径凹部形状の第２の例について、図６〜図８を用いて説明する。図６は第２の例の大径凹部８０の一つを示す斜視図、図７、図８はそれぞれ本大径凹部８０のＹ軸方向断面図、Ｘ軸方向断面図である。
第２の例の大径凹部８０は、液晶表示装置１における反射体４７の大径凹部（第１の例の大径凹部）７０の内面形状を変形したものであり、上記大径凹部７０と同様に反射光に指向性を持たせることができるようになっている。

具体的には、第２の例の大径凹部８０は、上記第１の例の大径凹部７０と同様に、曲率の小さい第１曲面と曲率の大きい第２曲面とから構成され、第１曲面及び第２曲面はそれぞれ図７に示すＹ軸方向断面において、大径凹部８０の一方の周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａ'と、第１曲線Ａ'になだらかに連続して窪部８０の最深点Ｄから他方の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂ'とで示される形状を有している。
この最深点Ｄは大径凹部８０の中心Ｏからｙ方向側にずれた位置にあり、金属反射膜表面Ｓに対する第１曲線Ａ'の傾斜角及び第２曲線Ｂ'の傾斜角の絶対値の平均値はそれぞれ２°〜９０°、１°〜８９°の各範囲で不規則にばらついて設定され、第１曲線Ａ'の傾斜角の平均値は第２曲線Ｂ'のものに比べて大きくなっている。また、最大傾斜角を示す第１曲線Ａ'の周辺部Ｓ１における傾斜角δａは、各大径凹部８０において概ね４°〜３５°の範囲内で不規則にばらついている。これにより、各凹部８０の深さｄは０.２５μｍ〜３μｍの範囲内で不規則にばらついて構成されている。
また、大径凹部８０の直径Ｌ（図７のＹ軸方向断面において凹部７０の開口部の最大径）は５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内で不規則にばらついて設定されている。
また、隣接する大径凹部８０のピッチはランダムとなるように配置されている。

一方、第１曲面及び第２曲面はいずれも図８に示すＸ軸方向断面において中心Ｏに対して略左右対称な形状をなしている。このＸ軸方向断面の形状は、最深点Ｄの周辺において曲率の大きい（即ち、直線に近いなだらかな）曲線Ｅとなっており、その金属反射膜表面Ｓに対する傾斜角の絶対値は概ね１０°以下に構成されている。また、深型の曲線Ｆ，Ｇの基板表面Ｓに対する傾斜角の絶対値は、例えば２°〜９°の範囲内で不規則にばらついて構成されている。

図１２の実線は、上記のような大径凹部８０が複数設けられた状態（小径凹部６０は設けられていない場合）の金属反射膜の反射特性の一例を示すグラフであり、金属反射膜表面Ｓに対して上記ｙ方向側から入射角３０°で外光を照射し、視角を、金属反射膜表面Ｓに対する正反射の方向である３０°の位置を中心として、金属反射膜表面Ｓの法線方向（垂線位置）に対して０°の位置から６０°の位置まで振ったときの受光角θと反射強度（明るさ）との関係を示している。

大径凹部８０が複数設けられた状態（小径凹部６０は設けられていない場合）の金属反射膜では、ｙ方向側から３０°の角度で液晶表示装置に入射した光の反射光は、正反射方向である反射角度３０°付近からそれよりも小さい角度（２０°付近）において、後述する第３の例の大径凹部９０が複数設けられた状態（小径凹部６０は設けられていない場合）の金属反射膜よりも輝度が大きくなっている。つまり、大径凹部８０の最深点Ｄが窪部８０の中心Ｏからｙ方向側にずれているため、第２曲面Ｂ'で反射される光の割合が第１曲面Ａ'で反射されるものよりも大きくなり、ｙ方向と反対側の反射表示がより明るくなっている。また、大径凹部８０の最深点Ｄ近傍がなだらかな曲面となっているため、正反射方向の反射強度も高められている。

そして、上記のような大径凹部８０、８０間に上記の小径凹部６０を形成した金属反射膜が備えられた反射体（実施例２）の反射特性は、図１０の実線で示した反射体４７と同様の反射特性を示すことができ、ｙ方向側から３０°の角度で入射した光の反射光の強度が大きい範囲は、正反射方向である受光角３０°を中心として上記正反射方向より大きい受角及び上記正反射方向より小さい受光角まで広がるので、ガウス分布型の反射特性を備えた比較例１の反射板に比べて反射光量が高い領域が広がるので正反射角度より小さい受光角度の反射強度が大きくなり、輝度が高くなる。また、実施例２の反射体は、複数の大径凹部８０のみ形成した反射体に比べて反射強度が大きい受光角度範囲が広く、反射強度の視野角特性を示すグラフの裾野を十分広くできる。

次に、本実施形態の液晶表示装置に備えられる反射体の金属反射膜に形成される複数の大径凹部形状の第３の例について、図９を用いて説明する。図９は第３の例の大径凹部９０の一つを示す断面図である。
第３の例の大径凹部９０は、液晶表示装置１における反射体４７の大径凹部（第１の例の大径凹部）７０の内面形状を変形したものである。
第３の例の大径凹部９０の内面は、球面の一部である曲面を有しており、このような大径凹部９０が複数設けられた状態の金属反射膜に所定角度（例えば３０°）で入射した光の拡散反射光の反射強度分布がその正反射角度を中心として広い範囲で略対称となるようになっている。具体的には、大径凹部９０の内面の傾斜角θｇは、例えば−３０°以上＋３０°以下の範囲に設定されている。なお、大径凹部７０の直径Ｌを圧痕径と呼ぶこともある。

また、隣接する大径凹部９０のピッチはランダムとなるように配置されており、大径凹部９０の配列に起因するモアレの発生を防止できるようになっている。
また、大径凹部２７の直径Ｌ（図９において凹部９０の開口部の最大径）は５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内で不規則にばらついて設定されている。
さらに、大径凹部９０の深さは０.１μｍ以上３μｍ以下の範囲内で不規則にばらついて形成されている。これは、大径凹部９０の深さが０.１μｍに満たない場合には反射光の拡散効果を十分に得ることができず、又、深さが３μｍを超える場合には上記内面の傾斜角の条件を満たすために大径凹部９０のピッチを広げなければならず、モアレを発生させるおそれがあるためである。

ここで、「大径凹部９０の深さ」とは大径凹部９０が形成されていない部分の金属反射膜１２の表面Ｓから大径凹部９０の底部までの距離をいい、「隣接する大径凹部９０のピッチ」とは平面視したときに円形形状を有する凹部９０の中心間距離をいう。また、「大径凹部９０の内面の傾斜角」とは、図９に示すように、大径凹部９０の内面の任意の箇所において０.５μｍ幅の微小な範囲をとったときに、その微小範囲内における斜面の水平面（金属反射膜１２の表面Ｓ）に対する角度θｇのことである。この角度θｇの正負は、大径凹部９０が形成されていない部分の金属反射膜１２の表面に立てた法線に対し、例えば図９における右側の斜面を正、左側の斜面を負と定義する。

図１２の点線は、上記のような大径凹部９０が複数設けられた状態（小径凹部６０は設けられていない場合）の金属反射膜の反射特性の一例を示すグラフであり、金属反射膜表面Ｓに対して上記ｙ方向側から入射角３０°で外光を照射し、視角を、金属反射膜表面Ｓに対する正反射の方向である３０°の位置を中心として、金属反射膜表面Ｓの法線方向（垂線位置）に対して０°の位置から６０°の位置まで振ったときの受光角θと反射強度（明るさ）との関係を示している。

大径凹部９０が複数設けられた状態（小径凹部６０は設けられていない場合）の金属反射膜では、反射強度の最大値は正反射角度を中心として上記正反射角度より大きい受光角度及び上記正反射角度より小さい受光角度まで広がるので、ガウス分布型の反射特性を備えた従来の反射板（比較例１）に比べて反射光量が高い領域が広がるので正反射角度より小さい受光角度の反射光量が多くなり、輝度が高くなる。

そして、上記のような大径凹部９０、９０間に上記の小径凹部６０を形成した金属反射膜が備えられた反射体（実施例３）の反射特性は、図１０の実線で示した反射体４７と同様の反射特性を示すことができ、ｙ方向側から３０°の角度で入射した光の反射光の強度が大きい範囲は、正反射方向である受光角３０°を中心として上記正反射方向より大きい受角及び上記正反射方向より小さい受光角まで広がるので、ガウス分布型の反射特性を備えた比較例１の反射板に比べて反射光量が高い領域が広がるので正反射角度より小さい受光角度の反射強度が大きくなり、輝度が高くなる。また、この角度範囲を超えると急に輝度が下がるという不具合をなくすことができる。また、実施例３の反射体は、複数の大径凹部９０のみ形成した反射体に比べて反射強度が大きい受光角度範囲が広く、反射強度の視野角特性を示すグラフの裾野を十分広くできる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態である反射型液晶表示装置について説明する。
図１３は、第２の実施形態の反射型液晶表示装置の部分断面構造を示す図である。
第２の実施形態の反射型液晶表示装置１００が図１乃至図３に示した第１の反射型液晶表示装置１と異なるところは、液晶セル内に設けられる反射体の構成と、液晶セルを構成する一対の基板１０、２０のうち観察側となる一方の基板２０の外面側に光散乱層２９が設けられた点である。

本実施形態である反射型液晶表示装置１００に備えられた反射体４７ａは、有機膜１１ａと、該有機膜１１ａ上に形成した金属反射膜（金属膜）１２ａから構成されている。
図１１は、観察側から見たときの反射体４７ａの一部分を示す平面図である。
本実施形態の反射体４７ａに備えられた金属反射膜１２ａは、大径凹部７０、７０間に小径凹部が形成されていない以外は第１の実施形態の金属反射膜１２と同様である。即ち、本実施形態に係わる反射体４７ａの表面（金属反射膜１２ａの表面）には複数の大径凹部７０が不規則なピッチで形成されているものである。
本実施形態の反射体４７ａに備えられた金属反射膜１２ａは隣接する大径凹部７０の境界において縦断面の断面曲線の傾きが不連続になるように形成されている。

光散乱層２９は、透明樹脂又は透明粘着材からなるマトリックス中に微粒子が分散されてなるものである。
光拡散層２９における光散乱の程度は、上記微粒子、上記マトリックスの材質、微粒子の含有量等の条件を変えることによって制御可能である。
光散乱層２９における光散乱の程度は、ヘイズ（％）が１５％以上３０％以下の範囲となることが好ましい。
ここでヘイズ（曇価）とは、全光線透過率（単位：％）に対する拡散透過率（単位：％）の割合で表される値であり、光散乱の程度の指標となる。本発明におけるヘイズの値は、ＪＩＳ Ｋ ７１０５ に準拠する測定方法によって得られた値である。

上記微粒子としては、粒径が１μｍ以上２０μｍ以下、より好ましくは粒径が３μｍ以上１５μｍ以下のものであることが好ましい。上記微粒子の具体例としては、シリカ、スチレン−ブタジエン共重合体、ジビニルベンゼン、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエチレンからなる微粒子を例示できる。
また、上記マトリックスとしては、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂を例示できる。
上記マトリックスに対する微粒子の添加量は、０．１質量％〜１０質量％の範囲が好ましい。添加量が０．１質量％未満では、微粒子の添加効果が見られないので好ましくなく、添加量が１０質量％を超えると、光の散乱が大きすぎて、光の反射効率が悪くなって画面が暗くなったり、表示画面におけるコントラストが低下するので好ましくない。
光散乱層２９の厚さは、３０μｍ以上２００μｍ以下の範囲が好ましい。厚さが３０μｍ未満であると光散乱効果が不充分となり、また厚さが２００μｍを超えると光の散乱が大きくなり過ぎるのでいずれ場合も好ましくない。

本実施形態の反射型液晶表示装置１００では、上記構成の反射体４７ａが上記液晶セル３５ｃに内付けされたことにより、正反射より反射角度の小さい方向の反射強度（反射率）を向上できる。また、上記構成の光散乱層２９が上記液晶セル３５ｃの外面側に設けられたことにより、上記反射体４７ａで反射した光が上記光散乱層２９を通過する際に散乱され、反射角度の範囲を広げることができる。 従って、本実施形態の反射型液晶表示装置１００によれば、反射光の強度が広いい角度範囲で高くでき、しかも液晶表示装置の表示面に対する法線方向に近い方向から観察したとき表示が明るく、視認性を向上できる。

なお、第１〜第２の実施形態の反射型液晶表示装置においては、外部から入射した光を反射させる反射体を基板１０と基板２０の間に内蔵した反射体内付けタイプの場合を説明したが、基板１０の外側に反射体を設けた反射体外付けタイプとすることもできる。
また、第１〜第２の実施形態においては、第２の基板２０と偏光板２８との間に位相差板が１枚設けられた場合について説明したが、位相差板は複数設けられていてもよい。
また、第１〜第２の実施形態においては、本発明の液晶表示装置を反射型液晶表示装置に適用した場合について説明したが、半透過反射型液晶表示装置にも適用でき、その場合には反射体４７の金属反射膜に微小開口部を設けるか、或いは、金属反射膜を半透過性薄膜となるよう薄膜にし、第１の基板１０の外面側にバックライトを備えるようにすればよい。
また、第１〜第２の実施形態においては、反射体が有機膜と金属反射膜（金属膜）から構成されている場合について説明したが、アルミ板などの光反射性を有する金属膜からなる基材で構成し、この基材の表面をポンチ（目打ち具）の先端で打刻して大径凹部を複数形成し、さらに必要に応じてこれら大径凹部間に小径凹部を形成するようにしてもよい。

また、第１〜第２の実施形態においては、反射体の金属反射膜に形成する複数の大径凹部として第１〜第３の例の大径凹部のいずれかを採用したが、第１〜第３の例の大径凹部のいずれかをその凹み部側が基板１０側（下側）を向くように（言い換えれば凸部側（凹み部と反対側）が基板２０側（上側）を向くように）形成すれば、本発明に係わる反射体の金属反射膜に形成する大径凸部として採用することができる。
また、第１の実施形態においては反射体の金属反射膜に形成する複数の小径凹部として図２に示すような小径凹部６０を採用したが、小径凹部６０をその凹み部側が基板１０側（下側）を向くように（言い換えれば凸部側（凹み部と反対側）が基板２０側（上側）を向くように）形成すれば、本発明に係わる反射体の金属反射膜に形成する小径凸部として採用することができる。

また、第１〜第２の実施形態では、本発明を単純マトリックス型の反射型液晶表示装置に適用した場合について説明したが、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の液晶表示装置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。

図１は、本発明の第１の実施形態の反射型液晶表示装置の部分断面構造を示す図。 図２は、図１の液晶表示装置に備えられた反射体の一部分を示した拡大断面図。 図３は、図１の液晶表示装置に備えられた反射体の一部分を示す平面図。 図４は、図１の液晶表示装置に備えられた反射体の金属反射膜に形成された一つの大径凹部を示す斜視図。 図５は、図４の大径凹部のＹ軸方向断面図を示す図。 図６は、図１の液晶表示装置に備えられた反射体の金属反射膜に形成される第２の例の大径凹部の一つを示す斜視図。 図７は図６の大径凹部のＹ軸方向断面図。 図８は図６の大径凹部のＸ軸方向断面図。 図９は、本発明に係わる液晶表示液晶における金属反射膜に形成される第３の例の大径凹部の一つを示す斜視図。 図１０は大径凹部間に小径凹部を形成した反射体（実施例１）と小径凹部を形成していない反射体（参考例１）と従来の反射板（比較例１）のそれぞれの反射特性を示す図。 図１１は参考例１の反射体の一部分を示す平面図。 図１２は図６の大径凹部を形成した反射体と図９の大径凹部を形成した反射体のそれぞれの反射特性を示す図。 図１３は、本発明の第２の実施形態の反射型液晶表示装置の部分断面構造を示す図。 図１４は従来の反射型液晶表示装置の例を示す側面断面図。 図１５は図１４の反射液晶表示装置に備えられた反射体の反射層を示す断面図。 図１６は図１４の反射型液晶表示装置に備えられた反射板の反射特性を示す図。 図１７は携帯型電子機器に備えられた液晶表示装置の使用状態の説明図。

符号の説明

１，１００・・・反射型液晶表示装置、１０・・・基板（他方の基板）、１１，１１ａ・・・有機膜（基材）、１２，１２ａ・・・金属反射膜（金属膜）、１５，２５・・・透明電極層（電極）、１６，２６・・・配向膜、２０・・・基板（一方の基板）、２９・・・光散乱層、３０・・・液晶層、３５ｂ，３５ｃ・・・液晶セル、４７，４７ａ・・・反射体、６０・・・小径凹部、７０，８０，９０・・・大径凹部、Ｌ，Ｌ_１・・・直径、ｄ，ｄ_１・・・深さ。

Claims (8)

1. 基材上に形成した金属膜または基材の表面に光反射性を有する複数の大径凹部が不規則なピッチで形成され、これら大径凹部間に該大径凹部よりも直径の小さい複数の小径凹部が形成され、
   前記大径凹部の内面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、前記小径凹部の内面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、前記複数の大径凹部及び複数の小径凹部が表面に形成された金属膜又は基材は、隣接する前記凹部の境界または隣接する凹部間において縦断面の断面曲線の傾きが不連続であることを特徴とする反射体。
2. 基材上に形成した金属膜または基材の表面に光反射性を有する複数の大径凸部が不規則なピッチで形成され、これら大径凸部間に該大径凸部よりも直径の小さい複数の小径凸部が形成され、
   前記大径凸部の外面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、前記小径凸部の外面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、前記複数の大径凸部及び複数の小径凸部が表面に形成された金属膜又は基材は、隣接する前記凸部の境界または隣接する凸部間において縦断面の断面曲線の傾きが不連続であることを特徴とする反射体。
3. 前記金属膜又は基材において複数の大径凹部と複数の小径凹部の面積比又は複数の大径凸部と複数の小径凸部の面積比が１：１〜４００：１であることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射体。
4. 前記大径凹部又は大径凸部は直径が５μｍ以上１００μｍ以下の範囲内であり、かつ深さ又は高さが０．１μｍ以上３μｍ以下の範囲内であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに一項に記載の反射体。
5. 前記小径凹部の内面又は小径凸部の外面は、曲率半径が１μｍ以上１１μｍ以下の球面又は非球面の一部である曲面を有し、該曲面の最大傾斜角が１５度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の反射体。
6. 液晶層を挟んで対向する一対の基板のうち観察側となる一方の基板の内面側に電極および配向膜を設け、観察側から離れた他方の基板の内面側に電極および配向膜を設けた液晶セルを有し、前記他方の基板とこれの内面側に設けられた配向膜の間又は前記他方の基板の外面側に前記請求項１乃至５のいずれか一項に記載の反射体を設けてなることを特徴とする液晶表示装置。
7. 液晶層を挟んで対向する一対の基板のうち観察側となる一方の基板の内面側に電極および配向膜を設け、観察側から離れた他方の基板の内面側に電極および配向膜を設けた液晶セルを有し、前記他方の基板とこれの内面側に設けられた配向膜の間又は前記他方の基板の外面側に反射体が設けられ、前記一方の基板の外面側に光散乱層が設けられ、
   前記反射体は、基材上に形成した金属膜の表面または基材の表面に光反射性を有する複数の大径凹部又は大径凸部が不規則なピッチで形成され、前記大径凹部の内面又は大径凸部の外面は球面又は非球面の一部である曲面を有し、前記複数の大径凹部又は大径凸部が表面に形成された金属膜又は基材は隣接する前記大径凹部又は大径凸部の境界において縦断面の断面曲線の傾きが不連続であるものであり、
   前記光散乱層は、透明樹脂又は透明粘着材からなるマトリックス中に微粒子が分散されてなるものであることを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記光散乱層のヘイズが１５％以上３０％以下の範囲であることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。

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