JP4212697B2 - ディスプレイ用反射材及び反射型ディスプレイ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型液晶ディスプレイ等の、外光を照明光源として用いる反射型ディスプレイにおいて、その背面に配置して用いる反射材及びこの反射材を用いた反射型ディスプレイ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光源としてバックライト等を表示体の背面に配置した透過型ディスプレイと、ディスプレイ前面から入射した外光を前記ディスプレイの背面に配置された反射板で反射させて光源光として用いる反射型ディスプレイがある。
【０００３】
反射型ディスプレイは、外光を光源として用いるためバックライト等が不要であり、光源用として特別の電力を必要としない利点を有する。
【０００４】
しかし、反射型ディスプレイは、反射材で反射された光源光としての反射光（以下、反射材反射光という。）と、表面材や液晶表示素子の面で反射した無駄な反射光（以下、表面反射光という。）とが平行光線となり、使用者の視線に同時に向かう結果、ディスプレイ表示が見づらくなることがある。これを防止する手段として、反射材の反射面にその断面が鋸歯形状の凹凸を形成し、反射材反射光のみを使用者の視線方向に反射する方法がある（特開平１０−９６８０６）。
【０００５】
又、断面が鋸歯形状の凹凸反射面を有する反射材において、鋸歯形状の各表面が平面で且つ鏡面状態であると、入射光が反射面で拡散せずに限られた方向にのみ反射する結果、反射型ディスプレイの使用者にとって、明るく見える方向がごく限られた角度範囲に限定されてしまう。これを防止する手段として、反射材の反射面を凸曲面にする方法（特開平８−２７１８８４）があり、これによれば、他の手段である反射材表面に微細凹凸を設ける方法（特開平１０−９６８０６）によらずに、入射光を拡散して反射することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、反射材の反射面を単に凸曲面にしただけでは反射材として十分な機能を有しない。即ち、この反射材は、入射光を十分に拡散して反射せずに、反射面自体に外光（例えば蛍光灯）が映り込んでぎらつき感が生じたり、又、ある程度の拡散性は有するものの、視野角内の中間位置において輝度の極度の落ち込みが生じ、均一性に欠けるという問題を有していた。
【０００７】
このぎらつき感は反射型ディスプレイの使用者に不快感を生じさせ、又、輝度の極度の落ち込みは、使用者にごく狭い範囲の視野角で反射型ディスプレイを使用させる要因となる。
【０００８】
従って、本発明は、ぎらつき感の生じない、広範囲で且つ均一した視野角を有する反射材及び、その反射材を用いた反射型ディスプレイ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、反射型ディスプレイにおける、ディスプレイパネルの背面に配置して用いるディスプレイ用反射材において、前記ディスプレイパネル側の面は、凸円弧形状の傾斜面と、前記傾斜面に隣接する短面と、を備えた断面鋸歯形状であり、前記傾斜面は、その断面における曲率半径Ｒが１５０μｍ≦Ｒ≦２４０μｍとなる反射面を構成し、前記反射材の鋸歯形状断面の先端から鋸歯の歯底線に向かう垂線と、鋸歯形状断面における前記反射面の弦とが、前記先端位置で７０度の角度をなし、前記弦と前記短面とが前記先端位置で７３度の角度をなし、且つ、前記垂線と前記短面とが３度の角度をなすようにしたことを特徴とするディスプレイ用反射材により達成される。
【００１２】
又、前記反射材の少なくとも前記反射面を光反射膜により被覆してもよい。
【００１３】
又、上記目的は、ディスプレイパネルと、このディスプレイパネルの背面に配置された前記反射材と、を有することを特徴とする反射型ディスプレイ装置により達成される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る反射材の実施の形態の例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
本発明の実施の形態の第１例にかかる反射材１０は、図１に示されるように、基材シート１４上に凹凸層１６を、プライマー層等の中間層１８を介して積層した多層構成である。但し、中間層１８は省略できる。
【００１６】
そして、凹凸層１６は、図２に拡大して示されるように、凸円弧形状の傾斜面と、前記傾斜面に隣接する短面２２と、を備えた断面鋸歯形状であり、前記傾斜面は、その断面における曲率半径Ｒが１５０μｍ≦Ｒ≦２４０μｍとなる反射面１２を構成している。
【００１７】
次に、前記反射材に用いられる材料を図１に従って説明する。
【００１８】
反射面１２を形成する凹凸層１６の材料は特に限定されず、透明／不透明／半透明、着色／未着色等と任意である。例えば、これらの材料としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリメチルぺンテン樹脂等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂等の硬化性樹脂、あるいは、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート等のオリゴマー及び／又はアクリレート系等のモノマー等からなる電離放射線硬化性樹脂を紫外線又は電子線等の電離放射線で硬化させた樹脂を用いることができる。又、ガラス、セラミックス等でも良い。
【００１９】
又、基材シート１４の材料も特に限定されず、透明／不透明／半透明、着色／未着色等と任意である。例えば、これらの材料として、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスチレン樹脂のシートが使用できる。シート厚みは、凹凸層を形成する方法にもよるが、通常１０〜１０００μｍ程度である。
【００２０】
なお、プライマー層等となる中間層１８の材料は特に限定されないが、従来公知の易接着処理に用いられる樹脂、プライマー類が使用される。
【００２１】
前記反射材１０の反射面１２は、図２に拡大して示されるように入射光Ｉを拡散して反射する。従って前記反射材１０は、外光の映り込みによるぎらつき感がなく、広範囲で且つ輝度の落ち込みのない均一した視野角を使用者に提供する。
【００２２】
そして、反射面１２の曲率半径Ｒは、反射板の製造条件、反射材が用いられるディスプレイの使用環境等から１５０μｍ≦Ｒ≦２４０μｍの範囲内で最適な値にすればよい。
一方、反射面１２の曲率半径Ｒが１５０μｍより小さいと、視野角内の中間位置において反射材反射光Ｅの輝度が落ち込んでしまい、又、曲率半径Ｒが２４０μｍより大きいと反射材反射光Ｅにぎらつき感が生じてしまい、反射材として十分な機能を有しない。
【００２３】
又、図２に示されるように、凹凸層１６における鋸歯形状断面の先端２８から鋸歯の歯底線２６に向かう垂線２４と、反射面１２の弦１３とが、前記先端２８位置でなす角度α、鋸歯のたけｈ等は、反射材が用いられるディスプレイの使用環境下での外光の位置、使用者の見る位置、ディスプレイの表示の細かさ等で適宜選択される。
【００２４】
ここで、前記角度αは、表面反射光と反射材反射光との十分な角度差を設けるために、８０度以下とするのが好ましく、更に好ましくは、前記角度αを７０度とし、又、隣接する鋸歯に遮られることなく入射光を効率良く反射するためには４５度以上とするのが好ましい。なお、鋸歯の歯たけｈは、前記曲率半径Ｒ等を考慮すると、５０μｍ以下が好ましい。
【００２５】
そして、好ましくは、図２において２点鎖線に示す如く、反射材１０の反射面１２に、アルミニウム、クロム、金、銀等の金属を真空蒸着やメッキ等して得た金属層を光反射膜２０として設ける。
【００２６】
次に、上記多層構成の反射材１０の製造方法及び製造装置を、図３に従って説明する。
【００２７】
反射材１０を得るには、まず所望の反射面凹凸形状に対して逆形状の凹部７２（正確には凹凸形状）を有するロール凹版７１に電離放射線硬化性樹脂液７３を充填する。これに透明な基材シート１４を重ねて、重ねたまま電離放射線照射装置７６Ａ、７６Ｂにより紫外線や電子線等の電離放射線を透明な基材シート１４側から照射して（ロール凹版がガラス等で透明な場合はロール凹版の内側から照射でき、透明基材シートではなく不透明基材シートの利用も可能）、電離放射線硬化性樹脂液７３を硬化させる。その後、基材シート１４をロール凹版７１から剥離する。これらの工程により、基材シート１４上に電離放射線硬化性樹脂液７３が所望の凹凸形状に硬化された凹凸層１６が積層された反射材１０を得ることができる。なお、図３の符号７４はロール凹版に当接して基材シート１４をロール凹版７１に圧接する押圧ロール、７５は剥離ロール、７７は電離放射線硬化性樹脂液の塗工ノズル、７８は塗工ノズルに樹脂液を供給するポンプをそれぞれ示す。
【００２８】
又、上記製造方法において、基材シートとして透明基材シートを用いる場合は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂からなるシートが使用できる。厚みは、装置取扱い等の作業性等から決められるが、通常１０〜１０００μｍ程度である。
【００２９】
このような方法によって、凹凸層１６を基材シート１４へ密着する場合、その密着性を向上させるために、プライマー層が中間層１８として設けられている。中間層１８は、凹凸層１６の形成前に、基材シート１４上に別工程で設けておけば良い。
【００３０】
又、その他の反射材の製造方法としては、例えば特開昭５６−１５７３１０号公報に開示されているような、公知の熱可塑性樹脂の熱プレス法や、射出成形法で、反射面の凹凸と逆凹凸形状を有する型を用いて作る方法がある。
【００３１】
本発明の実施の形態の第２例にかかる反射材１０Ａは、図４に示されるように、凹凸基材１６Ａからなる単層構成である。凹凸基材１６Ａの材料、前記凹凸基材１６Ａを構成している反射面１２Ａの形状等は、図１における多層構成反射材１０の凹凸層１６及びその反射面１２と同様である。又、図４において２点鎖線で示されるように、反射面１２Ａ上にアルミニウム、クロム、金、銀等の金属層からなる光反射膜２０Ａを設けてもよい。
【００３２】
本発明の反射材は、凸円弧形状の傾斜面と、前記傾斜面に隣接する短面と、を備えた断面鋸歯形状であり、且つ、前記傾斜面は、その断面における曲率半径Ｒが１５０μｍ≦Ｒ≦２４０μｍとなる反射面を構成するものであればよく、前記実施の形態の例に限定されるものではない。図５に他の変形例のその断面形状を示す。図５（Ａ）の反射材１０Ｂは、前記短面も凸円弧形状にした場合であり、図５（Ｂ）の反射材１０Ｃは、隣り合う鋸歯の間に平面を設けた場合、図５（Ｃ）の反射材１０は、台形状断面の１辺を凸円弧形状にした場合である。
【００３３】
次に、本発明にかかる反射型ディスプレイ装置の実施の形態の例を図６を参照して説明する。図６における符号３０は反射型液晶ディスプレイ装置であり、前面側から上側偏光板３２、上側基板３４、上側電極３６、上側配向膜３８、液晶層４０、下側配向膜４２、下側電極４４、下側基板４６、下側偏光板４７、反射材（反射板）１０を、この順に積層して構成されている。各電極は駆動回路（図示省略）に接続されている。
【００３４】
前記反射材１０は、図１に示される前記実施の形態の第１例に係るものである。当該反射材１０が入射光Ｉを拡散して反射する結果、その反射型液晶ディスプレイ装置３０は、ぎらつき感のない、広範囲で且つ均一した視野角を有する。更に、図６に示されるように、表面反射光Ｈと反射材反射光Ｅの進行方向が異なる為、使用者は、ディスプレイ表示が見づらくなりにくい。
【００３５】
このように、反射材を液晶ディスプレイ装置に用いる場合の断面鋸歯形状の繰り返しピッチは、外光を均一に反射するために十分小さくする必要がある。具体的には１０〜２００μｍの間で液晶ディスプレイパネルの画素の大きさ等を考慮して適宜選択するのが好ましい。又、液晶ディスプレイのドット寸法と鋸歯のピッチとの周期的な重なりを防止するため、ピッチ寸法を不規則に配列することも可能である。
【００３６】
又、図７に示す反射型液晶ディスプレイ装置３０Ｂのように、反射材１０を、下側電極４４と下側基板４６との間に積層することも可能である。このような場合には、図６における下側偏光板４７は省略され、又、図７に示す下側電極４４の代わりに、反射材１０の表面に設けた金属層による光反射膜を利用することも可能である。
【００３７】
このような積層構成にすることができる理由を図７を参照して説明する。
【００３８】
光源から離れた入射光Ｉは、反射型液晶ディスプレイ装置３０における上部偏光板３２を通過して偏光光となり、反射材１０に達する。
【００３９】
もし仮に、前記反射材１０が、その反射面に微細凹凸を設けた従来の光拡散手段を有するものである場合、前記偏光光は、その微細凹凸によりあらゆる方向に拡散されて反射する。その反射材反射光Ｅはもはや偏光光ではなく、再度偏光板を透過させてから液晶層４０へ到達させないと、液晶の旋光性を利用することができない。従って下部偏光板が必要となる。
【００４０】
しかし、本実施の形態の例にかかる反射型液晶ディスプレイ装置３０Ｂに用いられる反射材１０は、反射面に微細凹凸を必要とせず、反射面を鏡面状とすることができる。従って、前述と同様に反射材１０に入射した偏光光は、反射材１０の反射面で拡散されて反射した後も、なお偏光光として存在する。その結果、反射材反射光Ｅは、そのまま液晶の旋光性を利用して画像表示に用いることができる。このことから、本発明の実施の形態の例にかかる反射型液晶ディスプレイ装置３０Ｂは、図６における下部偏光板４７を省略することが可能となる。
【００４１】
なお、反射型ディスプレイ装置の表示体としては、液晶表示素子に限定されず、例えば、透光性のプラスチック板を用いた広告板であってもよい。
【００４２】
【実施例】
基材シートとして厚み１２５μｍの２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム（東洋紡績株式会社製、Ａ４３００両面易接着処理品）を用意し、まず、プライマー（ザ・インクテック株式会社製、ケミカルマットニス用メジウム：ＸＥＬ硬化剤（Ｄ）＝１０：１（重量比））を基材シートの片面にグラビア塗工して、プライマー層を設けた。次いで、図３のような製造装置により、この基材シートのプライマー層面に対して、紫外線硬化性樹脂液（日本合成ゴム株式会社製、Ｚ９００２Ａ）により、凹凸層を形成することで、反射材を作成した。この反射材１０Ｅの凹凸層５０の形状を、図１０に従って説明する。
【００４３】
凹凸層５０において、５２は凸円弧形状の反射面、５４は前記傾斜面に隣接する短面、５６は歯底線、５８は鋸歯先端６０から歯底線５６に下ろした垂線、６２は凸円弧形状傾斜面５２の弦である。弦６２と短面５４とが、鋸歯先端６０において７３度の角度で交差し、その内分けとして、垂線５８と弦６２とが７０度、垂線５８と短面５４とが３度となるようにした。繰り返しピッチＬは３０μｍ、５０μｍ、７０μｍ（歯たけｈは１０．７μｍ、１７．９μｍ、２５．０μｍ）とし、各ピッチにおいて、凸円弧形状傾斜面５２の曲率半径Ｒは、３６０μｍと９０〜２６０μｍとし、その９０〜２６０μｍまでの間は１０μｍ間隔にした。又、比較対象として、前記曲率半径が∞μｍ（フラット）の鋸歯形状の反射面を有する反射材と、又当該反射面に微細凹凸を設けたマット状反射材も製造した。
【００４４】
なお、いずれも反射材を作成する場合に、紫外線硬化性樹脂液を硬化させるための紫外線照射は、１６０Ｗ／ｃｍ²、２灯で照射した。
【００４５】
製造された各反射板は、次のように評価した。
【００４６】
図８に示すように、反射材１０Ｅの鉛直上方向に対し凸円弧形状傾斜面側４０度の方向から外光が入射するように光源８２を設置する。そして、前記鉛直上方向を基準方向（０度）とし、図８における左右方向±４５度（凸円弧形状傾斜面側を負、短面側を正）の測定範囲Ｓで、反射光の輝度を測定する装置８０（株式会社村上色彩技術研究所製、自動変角光度計ＧＤ−２００型）を用い輝度を測定し、前記測定データから、半値幅、輝度の均一性を３ランクで評価した。又、各反射材を、天井に蛍光灯を有する室内にて水平に配設し、前記蛍光灯の映り込みによるぎらつき感を視覚によって３ランクで評価した。
【００４７】
前記評価結果を表１に示す。表１の評価（ぎらつき感）における、○は反射面に蛍光灯は映らず、ぎらつき感はなく良好、△は反射面に蛍光灯がかすかに映り、多少ぎらつき感がある、×は反射面に蛍光灯が映り、ぎらつき感がある、ことを示す。評価（均一性）における、○は反射ピークが割れずに暗くなる部分が無く良好、△は反射ピークが２つに割れ暗くなる部分がかすかにわかる、×は反射ピークが２つに割れ暗くなる部分がはっきりわかる、ことを示す。なお、繰り返しピッチＬが３０、５０、７０μｍのいずれにおいても、全て表１と同様の結果であった。
【００４８】
【表１】

【００４９】
表１によると、凸円弧形状の曲率半径Ｒが２４０μｍより大きくなれば、半値幅が小さくなり、視野角が狭く、且つ、ぎらつき感が生じる。一方、曲率半径Ｒが１５０μｍより小さくなると、輝度が２つのピークに分離し、均一性が失われる。
【００５０】
従って、曲率半径Ｒが１５０μｍ≦Ｒ≦２４０μｍの間でのみ、外光の映り込みがなく、安定した広範囲の視野角を有する反射材を得ることができる。
【００５１】
次に、繰り返しピッチＬが５０μｍにおいて、曲率半径Ｒが９０μｍ、１８０μｍ、３６０μｍにおける測定結果のグラフを図９に示す。Ｒ＝３６０μｍの時は、半値幅が狭く輝度が急激に変化する。一方、Ｒ＝９０μｍでは、輝度のピークが２分しており、均一性が失われる。そして、Ｒ＝１８０μｍでは、広範囲で且つ安定した輝度を有する。なお、点線で表示されたグラフは、比較対象として前記曲率半径Ｒが∞μｍ（フラット）である反射材と、その反射材の表面に微細凹凸を設けたマット状反射材の測定結果である。曲率半径Ｒが１８０μｍの反射材は、前記マット状反射材とほぼ同等の輝度の分布を有するのに対し、曲率半径Ｒが３６０μｍの反射材は、曲率半径が∞μｍ（フラット）の場合とほとんど変わらない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の反射材によれば、視野角が広範囲で、輝度が安定した見易い反射型ディスプレイ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施の形態の第１例にかかる多層構成の反射材を示す断面図
【図２】同反射材が、入射光を拡散して反射する状態を拡大して示す断面図
【図３】同反射材の製造装置の概念図（側面図）
【図４】本発明による実施の形態の第２例にかかる単層構成の反射材を示す断面図
【図５】本発明の実施の形態の他の例にかかる反射材を示す断面図
【図６】本発明の反射型ディスプレイ装置に係る実施の形態の第１例を示す断面図
【図７】本発明の反射型ディスプレイ装置に係る実施の形態の第２例を示す断面図
【図８】本発明の実施例にかかる反射材の評価方法を示す図
【図９】本発明の実施例にかかる反射材の輝度の変化を示す線図
【図１０】本発明の実施例にかかる反射材の鋸歯形状を示す断面図
【符号の説明】
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…反射材
１２、１２Ａ、５２…反射面
１３、６２…弦
２０、２０Ａ…光反射膜
２２、５４…短面
２４、５８…鋸歯先端から歯底線に下ろした垂線
２６、５６…歯底線
２８、６０…鋸歯先端
３０、３０Ｂ…反射型液晶ディスプレイ装置

Claims (3)

1. 反射型ディスプレイにおける、ディスプレイパネルの背面に配置して用いるディスプレイ用反射材において、
   前記ディスプレイパネル側の面は、凸円弧形状の傾斜面と、前記傾斜面に隣接する短面と、を備えた断面鋸歯形状であり、前記傾斜面は、その断面における曲率半径Ｒが１５０μｍ≦Ｒ≦２４０μｍとなる反射面を構成し、前記鋸歯形状断面の先端から鋸歯の歯底線に向かう垂線と、鋸歯形状断面における前記反射面の弦とが、前記先端位置で７０度の角度をなし、前記弦と前記短面とが前記先端位置で７３度の角度をなし、且つ、前記垂線と前記短面とが３度の角度をなすようにしたことを特徴とするディスプレイ用反射材。
2. 請求項１において、少なくとも前記反射面を光反射膜により被覆したことを特徴とするディスプレイ用反射材。
3. ディスプレイパネルと、このディスプレイパネルの背面に配置された請求項１又は２のディスプレイ用反射材と、を有することを特徴とする反射型ディスプレイ装置。

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