JP3621226B2 - 反射体及びその製造方法並びにそれを用いた反射型液晶表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射面の反射効率が高い反射体、その製造方法、及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】
近年ハンディタイプのコンピュータなどの表示部として、特に消費電力が少ないことから、反射型液晶表示装置が広く利用されている。この反射型液晶表示装置には、表示面側から入射した光を反射させて表示を行うための反射板が配置されている。従来の反射板には、表面が鏡面を備えた反射板又はランダムな凹凸状の凹凸面を備えた反射板が用いられていた。図１１に示すように、この従来のランダムな凹凸面を持つ反射板６０は、例えば厚さ３００ないし５００μｍ のポリエステルフィルムを加熱することによってその表面に高さが数オーダの凹凸からなる凹凸面６１ａを形成しさらに凹凸面６１ａ上にアルミニウムや銀などからなる反射膜６２を蒸着等で成膜することにより形成されている。
【０００３】
かかる反射板６０を用いた従来の反射型液晶表示装置は、図１２に示すように、一対のガラス基板５１、５２のそれぞれの対向面側に透明電極層５３、５４を設け、さらにこれら透明電極層５３、５４のそれぞれの上に液晶の配向膜５５、５６を設け、これら配向膜５５、５６間に液晶層５７を配設している。ガラス基板５１、５２の外側にはそれぞれ第１、第２の偏光板５８、５９を設け、第２の偏光板５９の外側に反射板６０が反射膜６２の面を第２の偏光板５９側に向けて取付けている。図１２において、６５は基板５１、５２間に液晶層５７を封止する封止体である。
かかる従来の反射型液晶表示装置においては、第１の偏光板５８に入射した光はこの偏光板によって直線偏光され、偏光された光が液晶層５７を通過することによって楕円偏光をされる。楕円偏光された光は、第２の偏光板５９によって再び直線偏光され、この直線偏光された光が反射板６０にて反射されて、再び第２の偏光板５９、液晶層５７を通過して第１の偏光板５８から出射する。
【０００４】
かかる反射板６０と反射型液晶表示装置５０とにおける入射光に対する反射特性について、図８及び図９により説明する。
図８及び図９は縦軸を反射率、横軸を反射角度とした反射特性曲線を示すグラフであり、図８中の破線ｅは反射板６０自体の反射特性曲線を示し、図９中の破線ｆは反射型液晶表示装置５０の反射特性曲線を示す。破線ｅの特性曲線は、図１１に示すように反射膜６２上に配置した点光源からの入射光Ｊの入射角度を反射膜６２表面に対する垂線に対して入射角度３０度に一定にしたとき、反射光Ｋの反射角度θを０から６０度に変化させた場合の反射率をプロットしてなるものであり、反射型液晶表示装置５０ついての破線ｆの特性曲線についても同様な反射率をプロットしてなるものである。なお、上記反射率は、液晶パネル評価装置（大塚電子社製ＬＣＤ５０００機種）を用い、白色板（ＭｇＯ標準白色面を持つ板）に入光角度３０度で照射した際の反射角度３０度における反射光の出力を基準として、反射光の出力を上記基準出力で除算して百分率（％）で表した値である。
【０００５】
図８において、破線ｅにて示す反射板６０自体の反射特性曲線から、反射角度３０度をピーク（約１１００％の反射率）として左右の反射角度２０度以下及び４０度以上にて反射率がほぼ最低となっている。図９において、破線ｆで示す反射型液晶表示装置５０自体の反射特性曲線から、その反射率が反射角度３０度の約１００％をピークとして、反射角度２３度以下ないし３７度以上の範囲で０％に落ちている。
なお、表面を鏡面とした従来の反射板の反射特性は、一般に反射板６０と比較して、入射角度に対応する特定の反射角度において非常に高い反射率を示す。しかし反射率の高い反射角度の範囲が極めて狭い、即ち視野角が狭い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のランダムの凹凸反射面を備えた反射板６０は、反射効率が悪いために全体に反射率が低く、より広範囲の反射角度にて反射させる反射板のニーズに充分に応えることができなかった。従って、この反射板６０を用いた反射型液晶表示装置は、視野角が約２５ないし３５度の範囲と比較的狭く、しかも表示面の明るさも充分とはいえないという問題があった。
本発明は、これら問題点に鑑みてなされたもので、反射面の反射方向が広い範囲に亘り、反射効率をよくして明るい表示面を与えることができる反射体及びその反射体の製造方法、並びにその反射体を用いた反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る反射体は、反射体表面に、曲面断面形状が同一Ｒでかつ同一方向に延びる多数のストライプ溝を連設し、かつこれらストライプ溝を交差する方向に形成し、これら溝からの反射光によって干渉縞を発生させないよう上記交差するストライプ溝のそれぞれ同一方向に延びるストライプ溝の溝幅を不規則に変えている。
かかる反射体によれば、交差するストライプ溝のそれぞれの方向に直交する方向から入射する光の反射方向が広範囲に亘り、ために反射効率がよくなり、明るい表示面を与えることができる。
交差するストライプ溝の交差方向は、直交でもよいし、また所定の角度にて交差していてもよい。いずれにしても、上述の作用をもたらすなら、その交差角度は問わない。
【０００８】
本発明の反射体は、特に同一方向に延びるストライプ溝の隣接する溝の溝幅を相互に異ならせたことにより、反射方向をさらに広範囲にさせることができる。
上記Ｒは、１００μｍ を超えるとそのストライプ溝が視認され、液晶表示素子の表示品位を大幅に低下させることから、１００μｍ 以下が望ましい。一方、Ｒが可視光オーダ以下の数値すなわち０．４μｍ より小さい場合、有効な反射特性が得られないことから、Ｒは０．４μｍ 以上とするのが望ましい。
【０００９】
本発明の上記反射体は、切先が曲面形状の切削治具により母型の型面に曲面断面形状が同一Ｒでかつ同一方向に延びる多数のストライプ溝であって、かつこれらストライプ溝の溝幅を不規則に変えた多数の連なったストライプ溝を交差する方向に切削加工する工程と、母型の上記型面から該型面の凹凸形状を反対にした型面を持つ転写型を形成する工程と、この転写型の型面を反射体用樹脂基材の表面に転写し、転写された樹脂基材の表面に反射膜を成膜する工程とからなる製造方法によって、容易かつ確実に製造することができる。
【００１０】
上記転写型は、母型の型面から、電鋳法によって母型の型面の凹凸形状を反対にした型面になるよう形成してもよい。また電鋳法によらずに、母型を転写したシリコーン型を転写型としてもよい。
【００１１】
本発明に係る反射型液晶表示装置は、反射体表面に、曲面断面形状が同一Ｒでかつ同一方向に延びる多数のストライプ溝を連設し、かつこれらストライプ溝を交差する方向に形成し、これら溝からの反射光によって干渉縞を発生させないよう上記交差するストライプ溝のそれぞれ同一方向に延びるストライプ溝の溝幅を不規則に変えた反射体を有する。
かかる反射型液晶表示装置によれば、交差するストライプ溝のそれぞれの方向と直交する方向から見た表示面の視野角を広くし、且つ表示面を全体的に明るくできる。反射体は、外付け型及び内蔵型のいずれのタイプでもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
本発明に係る反射体の一実施の形態を示す図１において、反射体２０は、例えば樹脂材料などからなる平板状の樹脂基材２１の表面に、曲線断面形状が同一Ｒでかつ同一方向に延びる多数のストライプ溝２１ａ（図１における縦方向溝）、２１ｂ（図１における横方向溝）を連設し、かつこれらストライプ溝２１ａ及び２１ｂを相互に直交する方向に形成し、これら溝の上に例えばアルミニウムや銀などの薄膜からなる反射膜２２を蒸着又は印刷等により形成している。
交差するストライプ溝２１ａ、２１ｂは、これら直交する溝それぞれからの反射光によって干渉縞を発生させないよう、同一方向に延びかつ隣接するストライプ溝の溝幅を相互に異なるよう形成されており、隣り合う略四角錐形状の凸部の高さを異なるような形状としている。上述の曲面Ｒは１００μｍ 以下であり、その溝深さは略１ないし２μｍ である。
【００１３】
かかる反射体は、図２に示す製造方法により製造する。
まず図２（ａ）に示すように、例えば銅合金や鉄合金などからなる表面が平坦な平板状の母型３０の表面を、図３に示す切先３１ａが例えば半径Ｒが３０ないし１００μｍ であるバイト等の研削治具３１によって直線状に切削しつつ、溝方向と直交する方向に送りピッチを変えながら研削するとともに、この切削方向と直交する方向にも同様に切削して、図２（ｂ）に示すように直交するストライプ溝３０ａ（縦方向溝）、３０ｂ（横方向溝）のそれぞれ同一方向に延びる隣接するストライプ溝の溝幅が相互に異なる型面を持つ母型３０を形成する。
研削治具３１の研削時での送りピッチＰは、例えば１３μｍ のＰ１、１６μｍ のＰ２、１７μｍ のＰ３及び１８μｍ のＰ４の４種類とし、これら４種類の送りピッチＰを不規則に変えながら送る。例えば送りピッチが順に１８μｍ 、１３μｍ 、１３μｍ 、１６μｍ 、１７μｍ 、１３μｍ 、１３μｍ 、１７μｍ 、１３μｍ のユニットごとに、同一深さにて切削を図４に示すように行う。
なお、研削用の研削治具３１の切先３１ａの形状は、円弧状の面ではなくその他種々の曲面形状でもよいが、円弧状の面が最も治具自体の加工がし易いことから望ましい。また、送りピッチも上述の４種類の寸法に限定されるものではなく、数種類の寸法を不規則な順序に組み合わせればよい。
【００１４】
また、送りピッチを同一にして削り深さをストライプ溝ごとに変えてある数のストライプ溝からなるユニットを繰り返し切削することにより、図２（ｂ）に示す同一方向に隣接するストライプ溝３０ａ、３０ｂの溝幅が相互に異なる型面を持つ母型３０を形成してもよい。
【００１５】
さらにまた、送りピッチを変えながらかつ削り深さをストライプ溝ごとに変えてある数のストライプ溝からなるユニットを繰り返し切削することにより、図２（ｂ）に示す同一方向に隣接するストライプ溝３０ａ、３０ｂの溝幅が相互に異なる型面を持つ母型３０を形成してもよい。この切削例を、模式的に第５図に示す。この例は、隣接するストライプ溝間の各峰頂部の高さが同一になるよう切削する例を示している。
第５図に示すように、刃先が３３μｍ であるバイトを用い、まず、縦方向のストライプ溝３０ａの群を形成するため、深さ２．０μｍ の第１ストライプ溝３０ａ−Ｉを切削し、ついでバイトを２１．５μｍ ずらして深さ１．６μｍ の第２のストライプ溝３０ａ−ＩＩを形成し、さらに１８．７μｍ ずらして深さ１．１μｍ の第３ストライプ溝３０ａ−ＩＩＩを形成する。同様にして、１９．８μｍ ずらして２．０μｍ 深さの第４ストライプ溝３０ａ−ＩＶ、１７．０μｍ ずらして０．５μｍ 深さの第５ストライプ溝３０ａ−Ｖ、１５．９μｍ ずらして１．６μｍ 深さの第６ストライプ溝３０ａ−ＶＩ、１５．９μｍ ずらして０．５μｍ 深さの第７ストライプ３０ａ−ＶＩＩ、１４．２μｍ ずらして１．１μｍ 深さの第８ストライプ溝３０ａ−ＶＩＩＩ、さらに１９．８μｍ ずらして最初の第１のストライプ溝３０ａ−Ｉを形成する。このようにしてなるユニットを、繰り返して切削する。
【００１６】
次に横方向のストライプ溝３０ｂの群を形成するため、同様なピッチ送りにより、深さ２．０μｍ の第１ストライプ溝３０ｂ−Ｉ、深さ１．６μｍ の第２のストライプ溝３０ｂ−ＩＩ、深さ１．１μｍ の第３ストライプ溝３０ｂ−ＩＩＩ、２．０μｍ深さの第４ストライプ溝３０ｂ−ＩＶ、０．５μｍ 深さの第５ストライプ溝３０ｂ−Ｖ、１．６μｍ 深さの第６ストライプ溝３０ｂ−ＶＩ、０．５μｍ 深さの第７ストライプ３０ｂ−ＶＩＩ、１１．１μｍ 深さの第８ストライプ溝３０ｂ−ＶＩＩＩを１ユニットとして繰り返し切削する。
【００１７】
次に、図２（ｃ）に示すように母型３０を箱形容器３２に収納配置し、容器３２に例えばシリコーンなどの樹脂材料３３を流し込んで、常温にて放置硬化させ、この硬化した樹脂製品を容器３２から取り出し不要な部分を切除して、図２（ｄ）に示すような母型３０の型面をなす多数の直交するストライプ溝３０ａ、３０ｂと逆の凹凸形状とした多数の逆ストライプ溝４０ａ（縦方向溝）、４０ｂ（横方向溝）を持つ型面を有する転写型４０を得る。
さらに図２（ｅ）に示すように、転写型４０の型面を反射体用の樹脂材料からなる樹脂基材２１の表面に押し当てて、樹脂基材２１を硬化させることにより、図５（ｆ）に示すように、表面に転写型４０の型面を転写してなる図１に示したストライプ溝２１ａ、２１ｂを形成する。
最後に、ストライプ溝２１ａ、２１ｂに例えばアルミニウムをエレクトロンビーム蒸着等によって成膜して反射膜２２を形成することにより、反射体２０を形成する。
【００１８】
また反射体２０は、図６に示した他の製法によっても製造することができる。
まず、図６（ａ）に示すように、図２（ｄ）に示した転写型４０を母型として用意し、この母型４０を箱形容器３４に型面を上にして配置し、そこにエポキシ樹脂３５を流し込み硬化させ、この硬化した樹脂製品を容器３４から取り出して不要な部分を切除して、図６（ｂ）に示すような中間型４５を得る。そして図６（ｃ）に示すようにこの中間型４５の表面に電鋳法によってＮｉ等の金属を電着させ、電着金属をこの中間型４５から剥離して転写型４６を得る。この転写型４６の裏面に適当な補強部材（図示略）を補強して、図６（ｄ）に示すようにこの転写型４６の型面を樹脂基材２１の表面に押し当て樹脂基材２１を硬化させることにより、図６（ｅ）に示すような、表面に図２（ｂ）に示した母型３０の多数のストライプ溝３０ａを転写した同一形状の多数のストライプ溝２１ａ、２１ｂを備えた樹脂基材２１を得る。
ついでストライプ溝２１ａ、２１ｂに例えばアルミニウムをエレクトロンビーム蒸着等によって成膜して反射膜２２を形成することにより、反射体２０を形成する。
【００１９】
なお、大きな面積の板状の反射体を作成する場合には、上記転写型４０又は４６を複数個形成し、それぞれの転写型の型面を繋げて所望の大きさの転写型を形成して、この転写型を所望の表面積を持つ樹脂基材に一度に押し当てることにより、上記ストライプ溝を設けた大面積の反射体を製造する。また一個の転写型４０又は４６を用い、大きな面積の樹脂基材の面に対して、押し当てる領域面上を所定位置に移動させて押し付けることによって形成してもよい。
【００２０】
次に、本発明に係る反射体を用いたＳＴＮ方式の反射型液晶表示装置について説明する。
図７に示すように、例えば厚さ０．７ｍｍの一対の表示側ガラス基板１と背面側ガラス基板２との間に液晶層３を設け、表示側ガラス基板１の上面側にポリカーボネート樹脂やポリアリレート樹脂などからなる一枚の位相差板４を設け、さらに位相差板３の上面側に第１の偏光板５を配設している。背面側ガラス基板２の下面側には、第２の偏光板６及び図１に示した板状の反射体２０を順次設けている。
反射体２０は、第２の偏光板６の下面側に反射膜２２を対向させて積層され、第２の偏光板６と反射膜２２との間に、グリセリンなどの光の屈折率に悪影響を与えることのない材質から成る粘着体７が充填されている。
両ガラス基板１、２の対向面側にはＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）などからなる透明電極層８、９がそれぞれ形成され、透明電極層８、９上にポリイミド樹脂などからなる配向膜１０、１１が設けられている。これら配向膜等の関係により液晶層３中の液晶は２４０度捻れた配置となっている。図６中、１２は液晶層３を基板１、２間に封止する封止体である。
【００２１】
また、、前記背面側ガラス基板２と透明電極層９との間に、図示していないカラーフィルタを印刷等で形成することによって、この液晶表示装置をカラー表示できるようにしても良い。
【００２２】
上述の反射板とそれを用いた液晶表示装置とにおける入射光に対する反射特性について、図８及び図９により説明する。
図８及び図９は縦軸を反射率、横軸を反射角度θとした反射特性曲線を示すグラフであり、図８中の実線ａは刃先のＲ３０μｍ のバイトにより図４に示した１８μｍ 、１３μｍ 、１３μｍ 、１６μｍ 、１７μｍ 、１３μｍ 、１３μｍ 、１７μｍ 、１３μｍ のピッチユニットで縦方向及び横方向に切削し転写してなる反射板２０自体の縦方向のストライプ溝２１ａ、実線ｂは横方向のストライプ溝２１ｂのそれぞれの反射特性曲線を示し、図９中の実線ｃは図８に示した反射型液晶表示装置における上記ピッチにより切削・転写してなる反射体２０の縦方向のストライプ溝２１ａ、実線ｄは横方向のストライプ溝２１ｂのそれぞれに基づいた反射特性曲線を示す。
実線ａ及びｂの特性曲線は、反射膜２２上に配置した点光源からの入射光を反射膜２２表面に対する垂線に対して、ストライプ溝２１ａ及び２１ｂの各溝方向とそれぞれ直交した方向からの入射角度３０度に一定にしたとき、反射光の反射角度を０から６０度に変化させた場合の反射率をプロットしてなるものであり、反射型液晶表示装置についての実線ｃ及びｄの特性曲線についても同様な反射率をプロットしてなるものである。なお、上記反射率は、液晶パネル評価装置（大塚電子社製ＬＣＤ５０００機種）を用い、白色板（ＭｇＯ標準白色面を持つ板）に入射角度３０度で照射した際の反射角度３０度における反射光の出力を基準として、反射光の出力を上記基準出力で除算して百分率（％）で表した値である。
【００２３】
図８中の実線ａ、ｂから明らかなように反射体２０は、従来の反射体についての破線ｅと比較して、反射角度３０度を中心にして±１５度までの範囲にてストライプ溝２１ａ及びこれらと直交するストライプ溝２１ｂとも非常に広範囲に高い反射率を維持できることがわかる。
また、図９中の実線ｃ、ｄから明らかなように図６に示した液晶表示装置は、従来の液晶表示装置についての破線ｆと比較して、反射角度３０度を中心にして反射角度±２０度まで特に±１０度までの範囲に亘って十分に高い反射率が得られる。すなわち、非常に広めの視野角並びに良好な明るさを付与することができる。
【００２４】
なお、本発明に係る液晶表示装置をＳＴＮ方式のもので説明したが、液晶層の液晶分子の捩れ角を９０度に設定したＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式の液晶表示装置にも、本発明の反射体を適用し得ることは勿論である。
【００２５】
上述の液晶表示装置についての実施の形態は、板状の反射体２０を基板２の外側に配設した形態を示したが、本発明に係る液晶表示装置においては反射体を基板の内側に設けたタイプのものであってもよい。その実施の形態を、図１０に示す。図１０中、図７に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１０において、ガラス基板２上の反射体２５は、ガラス基板２の上に感光性レジスト樹脂からなす樹脂基材を成膜し、上述の母型４０、４６の型面を樹脂基材の表面に押し当て、図１に示した多数のストライプ溝２１ａ（縦方向）、２１ｂ（横方向）と同じ多数のストライプ溝２５ａ（縦方向）、２５ｂ（横方向）を形成し、ついでアルミニウムなどを蒸着して反射膜２６を形成してなる。この反射体２６の上にはその表面を平坦化する膜１３が形成され、さらにその上に透明電極層９及び配向膜１１が順次形成されている。
【００２６】
【発明の効果】
上述の本発明に係る反射板によれば、交差する多数のストライプ溝のそれぞれの溝方向に直交する方向から入射して反射する光の反射方向を広範囲にし、ために従来の反射体に比べ反射効率を大幅に改善できるという効果を奏する。
また、本発明の反射板を用いた液晶表示装置は、従来の反射型液晶表示装置にに比べ、交差するストライプ溝のそれぞれの溝方向と直交する方向から見た表示面の視野角を広くして表示面を全体的に大幅に明るくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る反射体の一実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した反射体の製造工程を示す断面図である。
【図３】切削治具を示す一部切り欠き斜視図である。
【図４】図３の切削治具を用いて母型切削時の切削例を示す断面図である。
【図５】図３の切削治具を用いての母型切削時の他の切削例を示す断面図である。
【図６】反射体の他の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明に係る反射型液晶表示装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図８】図４に示した切削例により製造した反射体の反射特性を示すグラフである。
【図９】図４に示した切削例により製造した反射体を用いた反射型液晶表示装置の反射特性を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る反射型液晶表示装置の他の実施の形態を示す断面図である。
【図１１】従来の反射体を示す斜視図である。
【図１２】従来の反射型液晶表示装置を示す断面図である。
【符号の説明】
２０ 反射体
２１ 樹脂基材
２１ａ、２１ｂ ストライプ溝
２２ 反射膜
３０ 母型
３０ａ、３０ｂ 母型の型面上のストライプ溝
３１ 切削治具
４０ 転写型
４１ａ、４１ｂ 転写型の型面上のストライプ溝

Claims (7)

1. 表面に、断面形状が０．４〜１００μｍの半径Ｒを有する曲線をなし、かつ同一方向に延びる多数のストライプ溝を連設し、かつこれらのストライプ溝に交差する方向にも多数のストライプ溝を形成し、これら溝からの反射光によって干渉縞を発生させないよう前記交差するストライプ溝のそれぞれ同一方向に延びるストライプ溝の溝幅を不規則に変えたことを特徴とする反射体。
2. 同一方向に延びる前記ストライプ溝の隣接する溝の溝幅が相互に異なることを特徴とする請求項１に記載の反射体。
3. 前記ストライプ溝が１〜２μｍの深さを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の反射体。
4. 切先が曲面形状の切削治具により母型の型面に断面形状が０．４〜１００μｍの半径Ｒを有する曲線をなし、かつ同一方向に延びる多数のストライプ溝であって、かつこれらストライプ溝の溝幅を不規則に変えた多数の連なったストライプ溝とこれらストライプ溝に交差する方向にもストライプ溝とを切削加工する工程と、母型の前記型面から該型面の凹凸形状を反対にした型面を持つ転写型を形成する工程と、該転写型の型面を反射体用樹脂基材の表面に転写し、転写された樹脂基材の表面に反射膜を成膜する工程とからなることを特徴とする反射体の製造方法。
5. 前記母型の型面から、電鋳法によって前記型面の凹凸形状を反対にした型面を持つ転写型を形成することを特徴とする請求項４に記載の反射体の製造方法。
6. 前記転写型を複数個形成し、それぞれの転写型の型面を繋げて所望の大きさの転写型を形成し、この転写型を所望の表面積をもつ樹脂基材に押し当てることによりストライプ溝を設けた大面積の反射体を形成することを特徴とする請求項４又は５に記載の反射体の製造方法。
7. 請求項１〜３のいずれかに記載の反射体を有することを特徴とする反射型液晶表示装置。

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