JP3623341B2 - Reflector and reflective liquid crystal display device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、広範囲にわたって高い反射効率を有する反射体、およびその反射体を用いた反射型液晶表示装置に関するものである。
【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、特に消費電力が小さ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備えられている。そして、従来の反射板には、表面が鏡面状態とされた反射板や表面にランダムな凹凸が形成された反射板が用いられていた。
このうち、図7に示すように、ランダムな凹凸面を備えた従来の反射板60は、例えば厚さ300ないし500μmのポリエステルフィルム61を加熱することによってその表面に高さが数μmの凹凸からなる凹凸面61aを形成し、さらに凹凸面61a上に蒸着等の方法を用いてアルミニウムや銀等からなる反射膜62を成膜することにより形成したものである。
【0003】
この種の反射板60を用いた従来の反射型液晶表示装置は、図8に示すように、一対のガラス基板51、52の各々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の各々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を配設した構成となっている。そして、ガラス基板51、52の外側にそれぞれ第1、第2の偏光板58、59を設け、第2の偏光板59の外側には反射板60を反射膜62側の面を第2の偏光板59側に向けて取り付けている。
【0004】
上記構成の反射型液晶表示装置50において、第1の偏光板58に入射した光はこの偏光板58によって直線偏光され、偏光された光が液晶層57を透過することによって楕円偏光される。そして、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を透過して第1の偏光板58から出射する。
【0005】
ここで、この反射板と反射型液晶表示装置における入射光に対する反射特性に関しては、以下のようなことが言える。
図7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表面に対する法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度から60度に変化させた場合の反射率を測定すると、反射角度30度での反射率約1100%をピークとして左右の反射角度20度以下及び40度以上では反射率がほぼ最低となることがわかった。そして、反射板単独での測定のみならず、この反射板を備えた液晶表示装置として測定してもこの傾向は同様であって、反射角度30度での反射率約100%をピークとして反射角度23度以下ないし37度以上の範囲でほぼ0%に低下することが判明した。
【0006】
なお、表面を鏡面とした反射板の反射特性に関しては、一般に、表面にランダムな凹凸を持つ反射板と比較して、入射角度に対する特定の反射角度において非常に高い反射率を示す。しかしながら、反射率の高い反射角度の範囲が極めて狭い、すなわち視野角が狭いという特性を持っている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ランダムな凹凸反射面を持つ従来の反射板は、反射効率が悪いために全体に反射率が低く、入射光をより広範囲の反射角度で反射させるという反射板のニーズに充分に応えることができなかった。したがって、この種の反射板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。
【0008】
そこで、この問題を解決するために、表面に直線状に延びる多数のストライプ溝を形成した反射板が提案されている。しかしながら、この反射板の場合、ストライプ溝に垂直な方向に関しては、ある範囲の反射角度に関しては所望の明るさが得られるものの反射角度範囲が狭く、さらに、ストライプ溝に垂直な方向以外の方向に関しては、反射率がそもそも低い上に反射角度も極めて狭いものであった。したがって、この種の反射板を液晶表示装置に適用したところで、特にストライプ溝に平行な方向において、視野角が狭い、表示面の明るさが充分に得られない、といった上記の問題が解決できなかった。
【0009】
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、広範囲の反射角度を持ち、反射効率の向上を図ることができる反射体、並びにそのような反射体を用いることでいずれの方向においても視野角が広く、表示面が明るい反射型液晶表示装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の反射体は、表面に円弧型の溝が、複数、個々にそれらの湾曲方向を揃えて連設され、前記複数の溝の外部上方に配置される光源からの入射光を反射自在としてなる構成とした。この反射体においては、溝に直交する方向から光が入射した場合、その光が当たる面が湾曲しているため、溝が直線状である場合に比べて光の反射角度をより広げることができる。
【0011】
ここで、上記湾曲した溝(以下、湾曲溝という)の湾曲半径Rは、適用する液晶表示装置の表示画面の大きさによって適宜設定することができる。例えば、大きさが2ないし4インチの画面では20mm≦R≦100mm、大きさが4ないし7インチの画面では100mm≦R≦300mmとすることが望ましい。その理由は、湾曲半径Rが小さすぎると画面正面からの光を有効に利用できず、Rが大きすぎると周囲からの光の集光効率が低くなってしまうからである。
湾曲溝の溝深さは、湾曲溝の内曲面の半径の1ないし3%とすることが望ましい。その理由は、1%未満であると湾曲溝内曲面の水平面に対する傾斜角度が小さくなるので、正反射に近い反射特性となり、湾曲溝に直交する方向から入射する光に対する反射特性を改善することができず、また、3%を越えると有効視野角に光を集光できなくなるからである。
湾曲溝の溝幅wは、25μm≦w≦75μmとすることが望ましい。その理由は、幅wが25μm未満では湾曲溝を等幅に形成した場合に干渉色が見え、75μmを越えると溝の稜線部による縞模様が目視されてしまうからである。
【0012】
また、上記湾曲溝に加えて、この湾曲溝と交差する直線状の多数の溝を連設してもよい。この直線状の溝(以下、直線溝という)を設けた場合には、湾曲溝に沿った方向から入射した光が直線溝の部分で広範囲に反射するため、湾曲溝に直交する方向に加えて湾曲溝に沿った方向からの入射光に対しても光の反射角度を広げることができる。なお、これら多数の直線溝は放射状に設けてもよいし、各々が平行に延びるように設けてもよい。
【0013】
この直線溝を設けた反射体の場合、直線溝の溝幅は、湾曲溝の溝幅wの30%以下であることが望ましい。その理由は、直線溝の溝幅が湾曲溝の溝幅wの30%を越えると直線溝の反射特性が支配的になりすぎて湾曲溝の傾斜面の形状効果が薄れ、光が有効範囲に効率良く集光しなくなるからである。
直線溝の溝深さは、直線溝の内曲面の半径の1ないし3%とするのが望ましい。その理由は、1%未満であると水平面に対する直線溝内曲面の傾斜角度が小さくなって湾曲溝に沿った方向から入射する光に対する反射特性を改善することができず、また、3%を越えると乱反射するようになって有効視野角に光を効率良く集光できなくなるからである。
直線溝間の間隔は、直線溝の溝幅の1.1ないし3倍とすることが望ましい。その理由は、1.1倍未満であると接近した直線溝を形成する際の塑性変形によって直線溝の形状が歪んでしまい、所望の反射特性が得られず、また、3倍を越えると直線溝の間隔が開きすぎるため湾曲溝の反射特性が支配的になりすぎ、湾曲溝に沿った方向から入射する光に対する反射特性を改善することができないからである。
【0014】
また、本発明の反射型液晶表示装置は、上記のような反射体、すなわち表面に平面的に湾曲した形状を持つ多数の溝を連設した反射体を備えたことを特徴とするものである。なお、この反射体は、外付け型または内蔵型のいずれのタイプであってもよい。
本発明の反射型液晶表示装置によれば、上述したように、反射体自体が高い反射効率と広範囲の反射方向を持っているため、従来の反射型液晶表示装置に比べていずれの方向においても視野角が広がり、表示面を全体的に明るくすることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る第1の実施の形態の反射体を図面に基づいて説明する。
図1は本実施の形態の反射体を示す図である。この図に示すように、本実施の形態の反射体1は、例えば純アルミニウム等の金属材料からなる基板2の表面に各溝の溝幅および溝深さが等しい湾曲溝3が多数連設されたものである。
【0016】
上記湾曲溝3の湾曲半径Rは、適用する液晶表示装置の表示画面の大きさにより適宜設定することができる。例えば、大きさが2ないし4インチの画面においては20mm≦R≦100mm、大きさが4ないし7インチの画面においては100mm≦R≦300mmとすることが望ましい。湾曲半径Rが小さすぎると画面正面からの光を有効に利用できず、Rが大きすぎると周囲からの光の集光効率が低くなってしまうからである。
湾曲溝3の溝深さは、湾曲溝3の内曲面の半径の1ないし3%とすることが望ましい。1%未満であると湾曲溝3の内曲面の水平面に対する傾斜角度が小さくなるので、正反射に近い反射特性となり、湾曲溝3に直交する方向から入射する光に対する反射特性を改善することができず、また、3%を越えると有効視野角に光を集光できなくなるからである。
湾曲溝3の溝幅wは、25μm≦w≦75μmとすることが望ましい。幅wが25μm未満では湾曲溝3を等幅に形成した場合に干渉色が見え、75μmを越えると湾曲溝3の稜線部による縞模様が目視されてしまうからである。
【0017】
上記構成の反射体1を製造する際には、まず、純アルミニウム製のドーナツ状の円板からなる基板2を回転テーブルの上に置いて回転させつつ、基板2表面の外周部にバイトを押し付けながら基板2の回転中心に向けて移動させて基板2の表面を切削加工する。このようにして、基板2表面に渦巻状の湾曲溝3を形成する。そして、この円板から矩形状の板を切り出すことによって、本実施の形態の反射体1が得られる。
【0018】
この反射体1においては、湾曲溝3に直交する方向から光が入射した場合、その入射光が当たる反射面が湾曲しているため、表面が鏡面状態またはランダムな凹凸が形成された従来の反射板に比べて光の反射角度をより広いものとすることができる。
【0019】
以下、本発明に係る第2の実施の形態の反射体を図面に基づいて説明する。
図2は本実施の形態の反射体を示す図である。この図に示すように、本実施の形態の反射体5は、例えば純アルミニウム等の金属材料からなる基板6の表面に、各溝の溝幅および溝深さが等しい湾曲溝7が多数連設され、さらに各溝の溝幅、溝深さおよび溝間の間隔が等しい直線溝8がこれら湾曲溝7と直交するように放射状に多数連設されたものである。
【0020】
上記湾曲溝7の湾曲半径、溝深さ、溝幅wの好ましい範囲は、第1の実施の形態の項で述べたとおりである。
一方、直線溝8に関しては、溝幅が湾曲溝の溝幅wの30%以下であることが望ましい。直線溝8の溝幅が湾曲溝7の溝幅wの30%を越えると直線溝8の反射特性が支配的になりすぎて湾曲溝7の傾斜面の形状効果が薄れ、光が有効範囲に効率良く集光しなくなるからである。
直線溝8の溝深さは、直線溝8の内曲面の半径の1ないし3%とするのが望ましい。1%未満であると水平面に対する直線溝8の内曲面の傾斜角度が小さくなって湾曲溝7に沿った方向から入射する光に対する反射特性を改善することができず、また、3%を越えると乱反射するようになって有効視野角に光を効率良く集光できなくなるからである。
直線溝8間の間隔は、直線溝8の溝幅の1.1ないし3倍とすることが望ましい。1.1倍未満であると接近した直線溝8を形成する際の塑性変形によって直線溝8の形状が歪んでしまい、所望の反射特性が得られず、また、3倍を越えると湾曲溝7の反射特性が支配的になりすぎ、湾曲溝7に沿った方向から入射する光に対する反射特性を改善することができないからである。
【0021】
上記構成の反射体5を製造する際には、まず、純アルミニウム製のドーナツ状の円板からなる基板6を回転テーブルの上に置いて回転させつつ、基板6表面の外周部にバイトを押し付けながら基板6の回転中心に向けて移動させて基板6表面を切削加工し、基板6表面に渦巻状の湾曲溝7を形成する。次に、湾曲溝7を形成した基板6表面の内周部にダイヤモンドからなる圧子を一定荷重で押し付けながら、この圧子を基板6中心から半径方向に延びる直線に沿って外周部に向けて移動させ、基板6表面に塑性変形を与えつつ湾曲溝7に直交する直線溝8を形成する。続いて、基板6中心を通る上記直線と所定角度をなす直線に沿って、上記の直線溝8を形成するのと同様の方法で別の直線溝8を形成し、以下これと同様にして直線溝8の形成を繰り返す。最後に、この円板から矩形状の板を切り出すことによって、本実施の形態の反射体5が得られる。
【0022】
この反射体5においても、第1の実施の形態の反射体と同様、湾曲溝7に直交する方向からの入射光に対する反射角度が広がるという効果を奏することができる。さらに、本実施の形態の場合、その効果に加えて、湾曲溝7に沿った方向から入射した光が直線溝8の部分で広範囲に反射し、湾曲溝7に沿った方向からの入射光に対しても光の反射角度を広げることができる。
【0023】
なお、本実施の形態では、多数の直線溝8を放射状に設けた例を示したが、各直線溝が平行に延びるようにしてもよい。また、上記第1、第2の実施の形態においては、湾曲溝や直線溝の溝幅、溝深さ、溝間隔が全て等しいものとして説明したが、この構成に限ることなく、湾曲溝、直線溝それぞれにおいて各溝の溝幅、溝深さ、溝間隔が上述した好ましい数値範囲内で異なるものであってもよい。
【0024】
また、上記第1、第2の実施の形態は、表面に多数の湾曲溝や直線溝を形成したアルミニウム板をそのまま反射体として使用する例であったが、この形態に代えて、次のような構成としてもよい。
まず、任意の金属板の表面に上記と同様の方法を用いて多数の湾曲溝または直線溝を形成する。そして、この金属板を母型とし、その溝を形成した面の上にシリコーン等の樹脂材料を流し込み硬化させることによって、母型の型面と逆の凹凸形状を持つ転写型を作成する。その後、この転写型の型面を反射体用の樹脂材料からなる樹脂基材の表面に押し付け、樹脂基材の表面に母型の型面と同様の湾曲溝または直線溝を転写する。最後に、溝を形成した樹脂基材の表面にアルミニウム等を成膜して反射膜とすることにより、反射体が得られる。この反射体を用いてもよい。
【0025】
次に、本発明に係る反射体を用いたSTN(Super Twisted Nematic )方式の反射型液晶表示装置について説明する。
図3に示すように、この反射型液晶表示装置は、例えば厚さ0.7mmの一対の表示側ガラス基板13と背面側ガラス基板14との間に液晶層15を設け、表示側ガラス基板13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等からなる1枚の位相差板16を設け、さらに位相差板16の上面側に第1の偏光板17を配設している。また、背面側ガラス基板14の下面側には、第2の偏光板18および図1または図2に示した板状の反射体1または5を順次設けている。
【0026】
反射体1または5は、第2の偏光板18の下面側に溝を形成した面が対向するように積層され、第2の偏光板18と反射体1または5との間に、グリセリン等の光の屈折率に悪影響を与えることのない材料からなる粘着体19が充填されている。
両ガラス基板13、14の対向面側にはITO(インジウムスズ酸化物)等からなる透明電極層20、21がそれぞれ形成され、透明電極層20、21上にポリイミド樹脂等からなる配向膜22、23がそれぞれ設けられている。これら配向膜等の関係により液晶層15中の液晶は240度捻れた配置となっている。
【0027】
また、前記背面側ガラス基板14と透明電極層21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り、この液晶表示装置をカラー表示できるようにしてもよい。
【0028】
本実施の形態の液晶表示装置においては、上述したように、反射体1または5自体が入射光の反射角度が広く、反射効率が高いという特性を持っているため、使用者が表示面をいずれの方向から視認した場合においても、従来の液晶表示装置に比べて視野角が広がり、明るい表示面とすることができる。
【0029】
なお、本実施の形態の反射型液晶表示装置では、反射板を第2の偏光板の外側に配設する、いわゆる外付けの反射板とする例を説明したが、内蔵型としてもよい。また、液晶表示装置の例としてSTN方式のもので説明したが、液晶層の液晶分子の捻れ角を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。
【0030】
【実施例】
次に、上記第1、第2の実施の形態として説明した湾曲溝を備えた反射体、湾曲溝と直線溝を兼ね備えた反射体をそれぞれ用いて実際に反射特性を評価した結果について説明する。
(実施例1)
実施例1は、第1の実施の形態として示した、表面に湾曲溝のみを備えた反射体の例である。反射体の基材となる純アルミニウム材として、外形200mm、内径110mmのドーナツ状の円板を用いた。これを回転テーブル上に置いて回転させつつ、半径100μmのバイトを用いて円板表面を切削加工し、渦巻状の湾曲溝を形成した。そして、この円板から一辺30mmの正方形状の板を切り出し、実施例1の反射体を得た。この反射体は、湾曲溝の湾曲半径が60ないし100mm、溝幅が45ないし55μm、溝深さが3.0ないし3.4μmを有するものである。
【0031】
(実施例2)
実施例2は、第2の実施の形態として示した、表面に湾曲溝と直線溝を備えた反射体の例である。反射体の基材として用いた純アルミニウム製円板、湾曲溝形成に用いたバイトは、実施例1で用いたものと同一である。そして、これらを用いて円板表面に湾曲溝を形成した後、先端半径8μmのダイヤモンドからなる圧子を用いて円板表面に湾曲溝に直交する直線溝を形成した。次いで、この直線溝の形成を繰り返した後、この円板から一辺30mmの正方形状の板を切り出し、実施例2の反射体を得た。この反射体は、実施例1と同様、湾曲溝の湾曲半径が60ないし100mm、湾曲溝の溝幅が45ないし55μm、湾曲溝の溝深さが3.0ないし3.4μmであり、直線溝の溝幅が5ないし6μm、直線溝の溝深さが0.4ないし0.6μm、直線溝の溝間の幅が湾曲半径60mmの湾曲溝の位置で6.5ないし7.5μm、湾曲半径100mmの湾曲幅の位置で13ないし15μmを有するものである。
【0032】
上記のようにして作成した実施例1および実施例2の各反射体に対して、湾曲溝に直交する方向および湾曲溝に沿う方向それぞれにおける反射特性を示したのが図4および図5である。
これらの図は縦軸を反射率(反射強度)、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、図における反射特性曲線は、図6に示したように、反射体上に配置した点光源からの入射光L0 を、反射膜表面に立てた法線Hと反射特性を測定するための入射光線とを含む面内で上記法線Hから見た入射角度θ0 が30度となるように入射させたとき、反射光L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たものである。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。
【0033】
また、図4および図5の中で、「0度、90度」と示した角度は、図6に示したように、反射体の表面に立てた法線Hと湾曲溝に垂直な直線とを含む面と、上記法線Hと反射特性を測定するための入射光線L0 とを含む面とがなす角度ψのことである。したがって、0度の特性曲線(実線で示す)は、湾曲溝に直交する方向から法線に対する入射角度θ0 =30度で入射する光に対する反射特性を測定したものであり、90度の特性曲線(破線で示す)は、湾曲溝の接線方向から法線に対する入射角度θ0 =30度で入射する光に対する反射特性を測定したものである。
【0034】
湾曲溝のみを有する実施例1の反射体の場合、図4に示すように、湾曲溝に直交する方向からの入射光に対する反射特性(0度の反射特性曲線で示す)は反射角度が0度から50度の広い範囲にわたっていくつものピークを持ち、この範囲で500%以上の反射強度が確保できたが、湾曲溝に沿う方向からの入射光に対する反射特性(90度の反射特性曲線)は従来と同様、反射角度30度を中心とした狭いピークしか得られなかった。
これに対して、湾曲溝と直線溝を有する実施例2の反射体の場合、図5に示すように、湾曲溝に直交する方向からの入射光、湾曲溝に沿う方向からの入射光のいずれの反射特性も、反射強度は500%以下とそれ程高くはないものの、反射角度が0度から50度の範囲にわたってある程度の反射強度が広く分布する特性を得ることができた。
【0035】
以上のデータから明らかなように、反射体表面に設ける溝を湾曲させることによってこの溝に直交する方向からの入射光に対する反射特性を改善することができ、さらに直線溝を付加することによって湾曲溝に沿う方向からの入射光に対する反射特性をも改善することができ、その結果、本発明の反射体によれば、あらゆる方向からの入射光に対する反射特性が向上することが実証された。
【0036】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の反射体においては、表面に円弧型の溝が、複数、個々にそれらの湾曲方向を揃えて連設され、前記複数の溝の外部上方に配置される光源からの入射光を反射自在としてなる構成としたことにより、溝に直交する外部方向から光が円弧型の溝に入射した際にその光の反射角度をより広げることができる。
また、上記円弧型の溝に加えて直線溝を設けた場合には、円弧型の溝に沿った方向から入射した光が直線溝の部分で広範囲に反射し、円弧型の溝に直交する方向に加えて円弧型の溝に沿った方向からの入射光に対しても光の反射角度を広げることができる。
したがって、本発明の反射型液晶表示装置によれば、反射体自体が高い反射効率と広範囲の反射方向を持っているため、従来の反射型液晶表示装置に比べていずれの方向においても視野角が広がり、表示面を全体的に明るくすることができる。
本発明の反射体において、サイズが2〜4インチの表示画面に適用され、前記円弧型の溝の湾曲半径Rが20〜100mmであるならば、あるいは、サイズが4〜7インチの表示画面に適用され、前記円弧型の溝の湾曲半径Rが100〜300mmであるならば、表示画面正面からの光を有効に利用することができ、周囲からの光の集光効率も高くすることができる。
本発明の反射体において、前記円弧型の溝の深さが内曲面の半径の1〜3%であるならば、円弧型の溝の内曲面の水平面に対する傾斜角度を好ましくすることができ、円弧型の溝に直交する方向から入射する光に対する反射特性を改善することができ、有効視野角に光を集光できる。
本発明の反射体において、前記円弧型の溝の幅が25〜75μmの範囲とされてなるならば、干渉色が見えることが無く、円弧型の溝の稜線部による縞模様が目視されることもない。
本発明の反射体において、前記直線状の溝の幅が前記円弧型の溝の幅の30%以内とされてなるならば、直線溝の反射特性が支配的になりすぎることが無く、円弧型の溝の傾斜面の形状効果を発揮できて、光を有効範囲に効率良く集光できる。
本発明の反射体において、前記直線状の溝の深さが前記円弧型の溝の内曲面の半径の1〜3%の範囲内とされてなるならば、1%未満であると水平面に対する直線溝の内曲面の傾斜角度が小さくなって湾曲溝に沿った方向から入射する光に対する反射特性を改善することができないという問題を無くすることができ、また、3%を越えると乱反射するようになって有効視野角に光を効率良く集光できなくなるという問題を無くして光を効率良く集光できる。
本発明の反射体において、前記直線状の溝の間隔が前記直線状の溝の幅の1 . 1〜3倍の範囲内とされてなるならば、1.1倍未満である場合の接近した直線溝を形成する際の塑性変形によって直線溝の形状が歪んでしまうという問題を回避でき、所望の反射特性を得られ、また、3倍を越えると湾曲溝の反射特性が支配的になりすぎ、湾曲溝に沿った方向から入射する光に対する反射特性を改善できないという問題を回避して反射特性の改善ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る反射体の第1の実施の形態を示す斜視図である。
【図2】本発明に係る反射体の第2の実施の形態を示す斜視図である。
【図3】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4】本発明に係る実施例1の反射体の反射特性を示すグラフである。
【図5】同、実施例2の反射体の反射特性を示すグラフである。
【図6】図4および図5中の反射角度θおよびψを説明するための図である。
【図7】従来の反射体の一例を示す斜視図である。
【図8】従来の反射型液晶表示装置の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
1,5 反射体
2,6 基板
3,7 湾曲溝
8 直線溝[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflector having high reflection efficiency over a wide range, and a reflective liquid crystal display device using the reflector.
[0002]
[Prior art]
In recent years, a reflective liquid crystal display device has been widely used as a display unit of a handy type computer or the like because of particularly low power consumption. This reflective liquid crystal display device is provided with a reflecting plate for performing display by reflecting light incident from the display surface side. As the conventional reflector, a reflector having a mirror-finished surface or a reflector having random irregularities formed on the surface has been used.
Among these, as shown in FIG. 7, the
[0003]
As shown in FIG. 8, the conventional reflection type liquid crystal display device using this type of
[0004]
In the reflective liquid
[0005]
Here, the following can be said about the reflection characteristics with respect to the incident light in the reflector and the reflective liquid crystal display device.
As shown in FIG. 7, when the incident angle of the incident light J from the point light source arranged on the reflecting
[0006]
In addition, regarding the reflection characteristics of the reflection plate having a mirror surface, the reflection characteristic is generally very high at a specific reflection angle with respect to the incident angle as compared with a reflection plate having random irregularities on the surface. However, it has a characteristic that the range of the reflection angle with high reflectivity is extremely narrow, that is, the viewing angle is narrow.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional reflector having a random concavo-convex reflecting surface has a low reflection efficiency due to poor reflection efficiency, and is sufficient for the need for a reflector that reflects incident light at a wider range of reflection angles. I couldn't respond. Therefore, the reflective liquid crystal display device using this type of reflector has a problem that the viewing angle is as narrow as about 25 to 35 degrees and the brightness of the display surface is not sufficient.
[0008]
Therefore, in order to solve this problem, a reflector having a large number of stripe grooves extending linearly on the surface has been proposed. However, in the case of this reflector, with respect to the direction perpendicular to the stripe groove, a desired brightness can be obtained with respect to a certain range of reflection angle, but the reflection angle range is narrow, and further, with respect to directions other than the direction perpendicular to the stripe groove. In the first place, the reflectance was low and the reflection angle was extremely narrow. Therefore, when this type of reflector is applied to a liquid crystal display device, the above-mentioned problems such as a narrow viewing angle and insufficient brightness of the display surface, particularly in a direction parallel to the stripe groove, cannot be solved. It was.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and has a wide range of reflection angles and can improve the reflection efficiency, and any reflector using such a reflector. An object is to provide a reflective liquid crystal display device having a wide viewing angle in the direction and a bright display surface.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the reflector of the present invention is provided on the surface.Arc-shapedGrooveMultiple, individually aligning their curve directionsIsIncident light from a light source disposed above the plurality of grooves can be reflected freely.The configuration. In this reflector, when light is incident from a direction perpendicular to the groove, the surface on which the light strikes is curved, so that the reflection angle of the light can be further widened compared to the case where the groove is linear. .
[0011]
Here, the bending radius R of the curved groove (hereinafter referred to as a curved groove) can be appropriately set according to the size of the display screen of the liquid crystal display device to be applied. For example, it is desirable that 20 mm ≦ R ≦ 100 mm for a screen with a size of 2 to 4 inches and 100 mm ≦ R ≦ 300 mm for a screen with a size of 4 to 7 inches. The reason is that if the radius of curvature R is too small, the light from the front of the screen cannot be used effectively, and if R is too large, the light collection efficiency of the light from the surroundings becomes low.
The groove depth of the curved groove is preferably 1 to 3% of the radius of the inner curved surface of the curved groove. The reason for this is that if it is less than 1%, the angle of inclination of the curved surface in the curved groove with respect to the horizontal plane becomes small, so that it becomes a reflection characteristic close to regular reflection, which improves the reflection characteristic for light incident from a direction orthogonal to the curved groove. This is because the light cannot be collected at an effective viewing angle if it exceeds 3%.
The groove width w of the curved groove is preferably 25 μm ≦ w ≦ 75 μm. The reason is that when the width w is less than 25 μm, an interference color is seen when the curved groove is formed to have the same width, and when it exceeds 75 μm, the stripe pattern by the ridge line portion of the groove is visually observed.
[0012]
In addition to the curved groove, a large number of linear grooves intersecting with the curved groove may be provided continuously. In the case where this linear groove (hereinafter referred to as a linear groove) is provided, light incident from the direction along the curved groove is reflected in a wide range by the linear groove portion, so that in addition to the direction orthogonal to the curved groove, The reflection angle of light can be widened also with respect to incident light from the direction along the curved groove. In addition, these many linear grooves may be provided radially, and may be provided so that each extends in parallel.
[0013]
In the case of the reflector provided with the linear groove, the groove width of the linear groove is desirably 30% or less of the groove width w of the curved groove. The reason is that when the groove width of the straight groove exceeds 30% of the groove width w of the curved groove, the reflection characteristics of the straight groove become too dominant, and the shape effect of the inclined surface of the curved groove is diminished, and the light falls within the effective range. This is because the light is not collected efficiently.
The groove depth of the straight groove is preferably 1 to 3% of the radius of the inner curved surface of the straight groove. The reason for this is that if it is less than 1%, the angle of inclination of the curved surface in the straight groove with respect to the horizontal plane becomes small, and the reflection characteristics for light incident from the direction along the curved groove cannot be improved, and it exceeds 3%. This is because the light is diffusely reflected and the light cannot be efficiently collected at the effective viewing angle.
The interval between the linear grooves is preferably 1.1 to 3 times the groove width of the linear grooves. The reason is that if it is less than 1.1 times, the shape of the straight groove is distorted due to plastic deformation when forming a close linear groove, and the desired reflection characteristics cannot be obtained. This is because, since the groove interval is too wide, the reflection characteristic of the curved groove becomes dominant, and the reflection characteristic with respect to light incident from the direction along the curved groove cannot be improved.
[0014]
The reflective liquid crystal display device of the present invention is characterized by comprising the reflector as described above, that is, a reflector in which a large number of grooves having a planarly curved shape are provided on the surface. . This reflector may be either an external type or a built-in type.
According to the reflection type liquid crystal display device of the present invention, as described above, the reflector itself has high reflection efficiency and a wide range of reflection directions. Therefore, the reflection type liquid crystal display device in any direction as compared with the conventional reflection type liquid crystal display device. The viewing angle is widened and the entire display surface can be brightened.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, a reflector according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a reflector according to the present embodiment. As shown in this figure, in the
[0016]
The bending radius R of the
The groove depth of the
The groove width w of the
[0017]
When manufacturing the
[0018]
In this
[0019]
Hereinafter, a reflector according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a diagram showing a reflector according to the present embodiment. As shown in this figure, the
[0020]
Preferred ranges of the bending radius, groove depth, and groove width w of the curved groove 7 are as described in the section of the first embodiment.
On the other hand, regarding the
The groove depth of the
The interval between the
[0021]
When manufacturing the
[0022]
Also in the
[0023]
In the present embodiment, an example in which a large number of
[0024]
Moreover, although the said 1st, 2nd embodiment was an example using the aluminum plate which formed many curved grooves and linear grooves on the surface as a reflector as it is, it replaces with this form and is as follows. It is good also as a simple structure.
First, a large number of curved grooves or straight grooves are formed on the surface of an arbitrary metal plate using the same method as described above. Then, using this metal plate as a mother mold, a resin material such as silicone is poured onto the surface on which the groove is formed and cured, thereby creating a transfer mold having an uneven shape opposite to the mold surface of the mother mold. Thereafter, the mold surface of the transfer mold is pressed against the surface of the resin substrate made of a resin material for the reflector, and the curved grooves or linear grooves similar to the mold surface of the mother mold are transferred to the surface of the resin substrate. Finally, a reflector is obtained by forming aluminum or the like on the surface of the resin base material in which the grooves are formed to form a reflective film. You may use this reflector.
[0025]
Next, an STN (Super Twisted Nematic) reflective liquid crystal display device using the reflector according to the present invention will be described.
As shown in FIG. 3, this reflective liquid crystal display device is provided with a
[0026]
The
Transparent electrode layers 20 and 21 made of ITO (Indium Tin Oxide) or the like are respectively formed on the opposing surface sides of the
[0027]
Further, a color filter (not shown) may be formed between the
[0028]
In the liquid crystal display device according to the present embodiment, as described above, the
[0029]
In the reflection type liquid crystal display device of the present embodiment, an example in which the reflection plate is a so-called external reflection plate arranged outside the second polarizing plate has been described, but may be a built-in type. Although the STN type liquid crystal display device has been described as an example of the liquid crystal display device, the reflector of the present invention is also applied to a TN (twisted nematic) type liquid crystal display device in which the twist angle of the liquid crystal molecules in the liquid crystal layer is set to 90 degrees. Of course, it can be applied.
[0030]
【Example】
Next, a description will be given of the result of actually evaluating the reflection characteristics using the reflector having the curved groove and the reflector having both the curved groove and the straight groove described as the first and second embodiments.
Example 1
Example 1 is an example of a reflector having only a curved groove on the surface shown as the first embodiment. A donut-shaped disk having an outer diameter of 200 mm and an inner diameter of 110 mm was used as a pure aluminum material serving as a base material for the reflector. While this was placed on a rotary table and rotated, the disk surface was cut using a cutting tool having a radius of 100 μm to form a spiral curved groove. Then, a square plate having a side of 30 mm was cut out from this disk, and the reflector of Example 1 was obtained. This reflector has a curved radius of the curved groove of 60 to 100 mm, a groove width of 45 to 55 μm, and a groove depth of 3.0 to 3.4 μm.
[0031]
(Example 2)
Example 2 is an example of a reflector having a curved groove and a straight groove on the surface shown as the second embodiment. The pure aluminum disk used as the base material of the reflector and the cutting tool used for forming the curved groove are the same as those used in Example 1. Then, after using these to form a curved groove on the disk surface, a linear groove perpendicular to the curved groove was formed on the disk surface using an indenter made of diamond having a tip radius of 8 μm. Then, after repeating the formation of this linear groove, a square plate having a side of 30 mm was cut out from this disk, and the reflector of Example 2 was obtained. As in Example 1, this reflector has a curved radius of the curved groove of 60 to 100 mm, a curved groove width of 45 to 55 μm, a curved groove depth of 3.0 to 3.4 μm, and a straight groove. The groove width is 5 to 6 μm, the groove depth of the straight groove is 0.4 to 0.6 μm, and the width of the straight groove is 6.5 to 7.5 μm at the position of the curved groove where the width between the grooves is 60 mm. It has 13 to 15 μm at a position of a curved width of 100 mm.
[0032]
4 and 5 show the reflection characteristics in the direction perpendicular to the curved groove and in the direction along the curved groove for each of the reflectors of Example 1 and Example 2 created as described above. .
These figures are graphs showing a reflection characteristic curve with the vertical axis representing the reflectance (reflection intensity) and the horizontal axis representing the reflection angle. The reflection characteristic curve in the figure is arranged on the reflector as shown in FIG. Incident light L from a point light source0Is an incident angle θ as viewed from the normal H in a plane including a normal H standing on the surface of the reflective film and an incident ray for measuring reflection characteristics.0When the incident angle is 30 degrees, the reflectance when the reflection angle θ of the reflected light L is changed from 0 to 60 degrees is plotted. The reflectance is reflected light at a reflection angle of 30 degrees when a white plate (plate with a MgO standard white surface) is irradiated at an incident angle of 30 degrees using a liquid crystal panel evaluation apparatus (LCD5000 model manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.). The output of the reflected light is divided by the reference output and expressed as a percentage (%).
[0033]
4 and 5, the angles indicated as “0 degrees and 90 degrees” are, as shown in FIG. 6, a normal H standing on the surface of the reflector and a straight line perpendicular to the curved groove. And the incident ray L for measuring the normal H and the reflection characteristic.0It is an angle ψ formed by a plane including. Therefore, the characteristic curve of 0 degree (shown by a solid line) has an incident angle θ with respect to the normal from the direction perpendicular to the curved groove.0The reflection characteristic with respect to light incident at 30 degrees is measured, and the characteristic curve of 90 degrees (shown by a broken line) is an incident angle θ with respect to the normal from the tangential direction of the curved groove.0= Measurement of reflection characteristics for incident light at 30 degrees.
[0034]
In the case of the reflector of Example 1 having only a curved groove, as shown in FIG. 4, the reflection characteristic for incident light from the direction orthogonal to the curved groove (shown by a 0-degree reflection characteristic curve) has a reflection angle of 0 degrees. It has a number of peaks over a wide range of 50 to 50 degrees, and a reflection intensity of 500% or more was secured in this range, but the reflection characteristic (90 degree reflection characteristic curve) with respect to incident light from the direction along the curved groove is conventional. Similarly, only a narrow peak centered at a reflection angle of 30 degrees was obtained.
On the other hand, in the case of the reflector of Example 2 having a curved groove and a linear groove, as shown in FIG. 5, either incident light from a direction orthogonal to the curved groove or incident light from a direction along the curved groove is used. Although the reflection intensity was not so high as 500% or less, a characteristic in which a certain degree of reflection intensity was widely distributed over the range of the reflection angle from 0 degree to 50 degrees could be obtained.
[0035]
As is apparent from the above data, the reflection characteristic for incident light from the direction orthogonal to the groove can be improved by bending the groove provided on the reflector surface, and the curved groove can be obtained by adding a linear groove. As a result, it has been proved that the reflection characteristics for incident light from all directions are improved according to the reflector of the present invention.
[0036]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the reflector of the present invention, the surfaceArc-shapedGrooveMultiple, individually aligning their curve directionsIsThe incident light from the light source arranged above the outside of the plurality of grooves can be reflected freely.Accordingly, when light enters the arc-shaped groove from an external direction orthogonal to the groove, the reflection angle of the light can be further widened.
Also, aboveArc-shapedWhen a straight groove is provided in addition to the groove,Arc-shapedLight incident from the direction along the groove is reflected in a wide range at the straight groove part,Arc-shapedIn addition to the direction perpendicular to the grooveArc-shapedThe reflection angle of light can be widened also with respect to incident light from the direction along the groove.
Therefore, according to the reflective liquid crystal display device of the present invention, since the reflector itself has a high reflection efficiency and a wide range of reflection directions, the viewing angle is larger in any direction than the conventional reflective liquid crystal display device. It spreads and the display surface can be brightened as a whole.
The reflector of the present invention is applied to a display screen having a size of 2 to 4 inches, and the curved radius R of the arc-shaped groove is 20 to 100 mm, or a display screen having a size of 4 to 7 inches. If the radius of curvature R of the arc-shaped groove is 100 to 300 mm, the light from the front of the display screen can be used effectively, and the light collection efficiency from the surroundings can be increased. .
In the reflector of the present invention, if the depth of the arc-shaped groove is 1 to 3% of the radius of the inner curved surface, the inclination angle of the inner curved surface of the arc-shaped groove with respect to the horizontal plane can be preferably set. The reflection characteristic with respect to the light incident from the direction orthogonal to the groove of the mold can be improved, and the light can be condensed at an effective viewing angle.
In the reflector of the present invention, if the width of the arc-shaped groove is in the range of 25 to 75 μm, the interference color is not visible, and the stripe pattern by the ridge line portion of the arc-shaped groove is visually observed. Nor.
In the reflector of the present invention, if the width of the linear groove is within 30% of the width of the arc-shaped groove, the reflection characteristic of the linear groove does not become too dominant, and the arc-shaped groove The shape effect of the inclined surface of the groove can be exhibited, and the light can be efficiently collected in the effective range.
In the reflector of the present invention, if the depth of the linear groove is in the range of 1 to 3% of the radius of the inner curved surface of the arc-shaped groove, the straight line with respect to the horizontal plane is less than 1%. The inclination angle of the inner curved surface of the groove becomes small, and the problem that the reflection characteristic for the light incident from the direction along the curved groove cannot be improved can be eliminated. Thus, the light can be efficiently collected without the problem that the light cannot be efficiently collected at the effective viewing angle.
In the reflector according to the present invention, the interval between the linear grooves is 1 of the width of the linear grooves. . If it is within the range of 1 to 3 times, it is possible to avoid the problem that the shape of the linear groove is distorted due to plastic deformation when forming a close linear groove when it is less than 1.1 times. The reflection characteristic of the curved groove becomes too dominant when it exceeds 3 times, and the reflection characteristic for the light incident from the direction along the curved groove cannot be improved. Can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a reflector according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a second embodiment of a reflector according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a reflective liquid crystal display device according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the reflection characteristics of the reflector of Example 1 according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the reflection characteristics of the reflector of Example 2.
6 is a diagram for explaining reflection angles θ and ψ in FIGS. 4 and 5. FIG.
FIG. 7 is a perspective view showing an example of a conventional reflector.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of a conventional reflective liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
1,5 reflector
2,6 substrate
3,7 Curved groove
8 Straight groove
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