JPH0682771A

JPH0682771A - 透明ディスプレイ装置とその製造方法

Info

Publication number: JPH0682771A
Application number: JP4358562A
Authority: JP
Inventors: Greg E Blonder; イー．ブロンダーグレッグ
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1991-12-31
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1994-03-25
Anticipated expiration: 2013-10-27
Also published as: US5245454A; EP0549890B1; DE69221844T2; DE69221844D1; EP0549890A1; JP2816285B2; US5288591A

Abstract

(57)【要約】【目的】非制御のランダム変形より優れた等方性リフ
レクタを有するディスプレイ装置とその製造方法を提供
することである。【構成】本発明の透明ディスプレイ装置は、フロント
サイドとバックサイドとを有する透明ディスプレイセル
３０と、前記セルのバックサイドに近接して配置された
バックリフレクタと、からなり、前記バックリフレクタ
は、マイクロ構造反射面１０を有し、前記反射面は、底
面８と、前記底面から突出した、横方向の大きさが１２
５μm以下で滑らかな連続的モールド形成された表面を
有するマイクロ要素のパターン１１とを有することを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透明ディスプレイ装置
に関し、特に液晶ディスプレイのような、既定角度範囲
内において、十分均一な反射光強度が得られるような、
マイクロ構造バックリフレクタを有する透明ディスプレ
イ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この透明ディスプレイとは、ディスプレ
イの視覚メッセージ部あるいは背景部が、透明あるいは
半透明であるような、視覚ディスプレイデバイスを指
す。マイクロ構造リフレクタとは、最大の横方向の大き
さが１２５μm以下であるような、滑らかで連続的な面
を有する、マイクロ要素パターンからなる、反射面を指
すこととする。要素の横方向形状及び高さが制御される
ため、反射特性の制御された反射面が形成される。

【発明が解決しようとする課題】

【０００３】マイクロ電子回路と低電力液晶ディスプレ
イとの組合せは、種々の携帯電子製品を生み出してい
る。これらの製品は、電子時計から腕時計型テレビ受像
機及びラップトップコンピュータに渡る。低消費電力化
は、これらそれぞれにおいて、重要な要求である。集積
回路と共に用いた場合の有用性が高いにも関わらず、Ｌ
ＣＤ（液晶）ディスプレイは多くの欠点を有している。
典型的なＬＣＤセルは、動作部分を暗くして、視覚メッ
セージを表し、非動作部分を透明として、視覚背景とし
ている。ＬＣＤディスプレイの短所の一つは、動作部分
と非動作部分とのコントラストが比較的低いことであ
る。コントラストは、セルをバックライトし、動作させ
て暗くしたセル部分と、透明領域を通して光る部分との
視覚コントラストを改善している。残念ながら、バック
ライトは電力を必要とする。ポータブルコンピュータの
ような複雑な電子構成の場合においてでも、ディスプレ
イのバックライトに用いられる電力は、システムバッテ
リーの主たる消費要因となる。

【０００４】コントラストを改善するための他の方法と
しては、セルの後ろにリフレクタを用いて、透明領域を
通して光を反射させて、コントラストを強調するような
方法である。バックライトセルの場合と同様に、反射光
は視覚コントラストを強調する。この方法もまた、欠点
を有する。その欠点の一つは、セルとリフレクタは通常
平行平面となることである。従って、バックリフレクタ
からの反射光と、セルの前面で反射した光とは、同方向
に進む。さらに、バックリフレクタからの反射光量を増
加させると、前面からの反射光量も増加する。第２の欠
点は、セルの厚さは通常、ディスプレイの単一ピクセル
より厚いことである。従って、リフレクタに落とされた
暗いピクセルの影が、実像と区別がつかなくなってしま
う恐れがあることである。

【０００５】出願人らによる、出願中の米国特許出願第
６２３４７６号明細書（１９９０年１２月７日出願）に
おいて、反射光を集光し、バックライト電力を増加させ
ることなく、バックライトの視覚効果が得られるよう
な、リフレクタ構造について提案している。この方法は
特に、例として縦型あるいは横型ディスプレイと言った
ように、ディスプレイの用いられる装置の構成によっ
て、利用者のディスプレイを見る方向がある程度制限さ
れるような、コンピュータ等の用途に有用である。

【０００６】光量の十分であるような環境下での、携帯
電話あるいは時計と言った、他の用途においては、見る
方向は制限されず、バックリフレクタは等方的なリフレ
クタであることが望ましい。残念ながら、従来の等方性
リフレクタと称されるものは、完全には等方的ではな
い。リフレクタの形状は、肉眼で認識されるより小さく
なくてはならないため、等方性リフレクタは通常、サン
ドブラストあるいは化学的ピッティングのような、ラン
ダム変形プロセスによって作製される。その結果得られ
る反射パターンは、ランダム変形のために輝点角度から
角度が変化するにつれて、コサイン関数状に変化する
が、表面の変形されない部分からの正反射による成分が
残存してしまう。従って、本発明の目的は、肉眼では認
識されないほど小さいが、非制御のランダム変形より優
れた、制御された反射特性を提供できる等方性リフレク
タを有するディスプレイ装置とその製造方法を提供する
ことである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のディスプレイ装
置によれば、均一性に優れた散乱特性を有するマイクロ
構造リフレクタによって、視覚角度範囲の拡大したディ
スプレイデバイスを提供することが可能となる。特に、
リフレクタは、底面及び、最大の横方向の大きさが１２
５μm以下であるような、滑らかで連続的な面を有す
る、マイクロ要素パターンからなる。このような反射面
は、フォトレジストによって基板を覆い、最大の横方向
の大きさが１２５μm以下であるような、マイクロ要素
パターンを決めるためにレジストを曝し、基板を加熱し
レジスト要素を部分的に溶解させて、滑らかな表面のマ
イクロ要素を得て、形成されたマスターを用いて作製さ
れる。マスターは、押型面を形成するために用いられ、
あるいはマイクロ構造反射面を形成するために、その後
鋳型を用いることが可能である。好適な反射面は、高密
度で、直径が２５μmで、高さが４μmの滑らかな球面セ
グメントから構成される。ランダムセグメントは、連続
する球形セグメント間に都合良く配置される。好適なリ
フレクタは、従来の等方性リフレクタより優れた反射特
性を呈する。

【０００８】

【実施例】図１及び図２はそれぞれ、本発明による反射
面の実施例の、拡大上面図及び横断面図を示すものであ
る。特に、図１はマイクロ構造リフレクタ１０の拡大上
面図を示し、滑らかで連続的な、モールド成型された表
面を有し、表面に沿った最大の横方向径が１２５μm以
下であるような、マイクロ要素のパターンから構成され
ている。ここでは、実施例のパターンは、２種類のマイ
クロ要素の合成によって構成されている。即ち、球形セ
グメント１１及びランダムセグメント１２である。球形
セグメントの底面は、上面から見て、リフレクタ表面の
５０から９０％を占有し、特に、５０から８０％占有す
ることが望ましい。上面から見られるように、球形セグ
メントは、リフレクタ面を占有し、底面の円の直径は１
０から１２５μmの範囲にあり、底面の直径が２５±１
０μmの領域を占有することが望ましい。球形セグメン
トの高さ（表面と底面との垂直距離）は、直径の１０か
ら２０％の範囲にあることが望ましい。球形セグメント
は、ランダムに配置しても良いが、開６角形アレイ状に
分布させることが好ましい。

【０００９】ランダムセグメント１２は、不規則形状底
面を有するマイクロ要素であり、連続する球形マイクロ
要素間に配置される。ランダムセグメントは、その大き
さが１２５μmを超えることなく、横方向の底面径が球
形セグメントの底面径とほぼ等しいことが望ましい。

【００１０】実施例の表面についての、理論的な解釈は
以下の通りである。表面が、球形セグメントの高密度６
角形アレイからなる場合、π／２√３（〜９０％）で与
えられるように、底面のほぼ９０％が球形セグメントの
底面によって覆われることになる。しかしながら、特定
の照射条件においては、アレイの均一性が、回折によっ
て不要な、反射による”虹”効果を引き起こすことがあ
る。さらに、アレイの周期が、ＬＣＤディスプレイ上の
ピクセルの周期と整合すると、不要なモアレパターンが
生じてしまう。しかし、これら両者の問題点は、反射セ
グメントの位置をランダムに配置させることによって避
けられる。

【００１１】しかしながら、球形セグメントを、その底
面径程度に隔てて配置させ、それらの間の隙間を、球形
セグメントの底面径とほぼ等しい横方向径を有するラン
ダム形状底面からなる、要素によって満たすことが望ま
しい。これらのランダム要素の曲率半径は、球形要素の
それとほぼ等しいため、角度に対するそれらの反射率は
ほぼ同一である。

【００１２】図１のリフレクタの線ＡＡ’に沿った横断
面が、図２に示されるように、球形セグメント１１及び
ランダムセグメント１２が、アルミニウムのような反射
材料９によってコーティングされた、ポリメチルメタク
リレート（ＰＭＭ）のような、プラスチック基板８に、
モールド成型あるいは押型成型される。図２に示される
ように、ランダムセグメントの底面は不規則であるが、
底面上に延びる表面１２は、滑らかで連続的であること
が望ましい。

【００１３】図３に、図１及び図２に示した型のマイク
ロ構造バックリフレクタを用いた、透明ディスプレイの
断面図を示す。ディスプレイは、マイクロ構造バックリ
フレクタ１０を有する、ＬＣＤセルのような透明ディス
プレイセル３０によって構成される。リフレクタ１０
は、透明シリコンラバーセメント３１のような、透明セ
メント３１によってセル３０に接着される。このディス
プレイは特に、視角度が固定されないような、携帯電話
のディスプレイスクリーンとして用いるのに好適であ
る。

【００１４】図３に示される視覚ディスプレイの長所
は、図４によって理解される。図４には、照射角度θに
対するバックリフレクタ１０の反射光強度を図示したも
のである。ディスプレイに対して垂直方向からみること
を仮定する。曲線１は、従来の等方性リフレクタの光強
度分布を示し、曲線２は図１及び図２に示した型のバッ
クリフレクタの光強度分布を示している。

【００１５】図示されるように、従来のリフレクタにお
いては、反射光強度ピークが、垂直方向においてθ＝０
°に生じることが分かる。これは、リフレクタを用いる
視覚ディスプレイからの、最大輝度角度に等しい。従っ
て、従来のリフレクタによって反射される光の大部分
は、ディスプレイを見る人にとって、見る頻度の低い角
度で反射することになり、無駄となる。

【００１６】一方、図１及び図２に示したバックリフレ
クタにおいては、角度４５°以上に渡って比較的平坦な
分布を呈し、その後急速に光強度が減少する。従って、
図１及び図２に示したリフレクタを図３のディスプレイ
に用いた場合、広範な視角度に渡って、より優れた均一
性を呈する。さらに、図１及び図２のリフレクタの有効
反射範囲は、球形セグメントの高さｈと、その底面の直
径ｄとの比によって制御可能である。比ｈ／ｄを大きく
すると、曲率半径が増加し、最大反射角θが増加する。
特に、ｈ／ｄ＝１／２ｔａｎ（θ／４）である。

【００１７】図５に、図１及び図２に示された型のマイ
クロ構造反射要素を作製する際に用いられる段階を示
す、ブロックダイアグラムを示す。図６に、図５のプロ
セスの種々の段階において得られる構造を示す。

【００１８】図５のステップＡに示される第１の段階で
は、シリコンウェハ（図６のの６０）のような、基板を
用意する。

【００１９】図５のステップＢに示されるように、次の
段階では、形成されるべき球形及びランダムセグメント
の底面に対応した、フォトレジストパターンを基板上に
形成する。これは、従来のフォトリソグラフィー技術に
よって行われる。図６の（Ａ）は、球形及びランダムセ
グメントの底面に対応した、フォトレジスト６１及び６
２の平坦領域が塗布された基板６０を示す。セグメント
の最大横方向径は、１２５μm以下であることが望まし
い。フォトレジストは、Shipley Photoresist Co.によ
って市販されている、ＡＺ１３００あるいはＡＺ１４０
０を用いることができる。

【００２０】図５のステップＣに示される第３段階で
は、レジストを加熱し、滑らかで連続的なセグメントを
形成する。例として、現像されたＡＺ１３００スポット
を１１０℃で４分間加熱すると、図６の（Ｂ）に示され
る滑らかで連続的なプロファイルが形成される。このプ
ロセスによって形成される、球形セグメントの曲率半径
は、レジスト層厚と、底面直径とによって一意的に決め
られる。

【００２１】図５のステップＤに示されるように、第４
段階においては、押型面あるいは上記に形成される表面
に従ったモールド形成する。これは例として、図６の
（Ｂ）の表面に数ミル（１０００分の１インチ）のニッ
ケルを電気メッキすることによって行われる。得られた
ニッケル箔は、その後銅プレートあるいはロールに薄膜
化される。図５のステップＥに示される最終段階では、
プラスチック材料あるいは金属箔に、構成された表面を
用いる。プラスチックには、その後真空蒸着によってア
ルミニウムの反射面が施され、バックリフレクタが完成
する。

【００２２】図７に示されるように、本発明におけるマ
イクロ構造反射要素において、反射層面から突出させる
代わりに、くぼませることも可能である。図７は、図２
に対して反射要素を反転させたリフレクタの断面図であ
る。反転した球形セグメント７１及びランダムセグメン
ト７２は、図１及び図２に示した場合のように、配列及
び寸法が決められ、プラスチック基板８上にモールドあ
るいは押型成型される。この実施例においては、プラス
チックは透明であり、反射材料７９は反転した反射要素
に選択的に施され、周囲の光量が不十分な場合には光を
透過させ、光量が十分な場合には反射させるようなデバ
イスを構成する。コーティングされていない透明プラス
チック領域は、バックライト（図示せず）を透過させ、
反射要素７１及び７２は周囲の光を反射させる。このよ
うなデバイスは、図３に示されるディスプレイの、バッ
クリフレクタとして有用である。

【００２３】反射材料７９は、感光剤を用いた電気メッ
キプロセスによって、反転要素に選択的に施すことが可
能である。プラスチック上に表面が形成された後、感光
剤を塗布し、洗浄によってくぼんでいない領域から選択
的に感光剤を除去する。その後の電気メッキによって、
感光剤の残存するくぼんだ領域に、選択的に反射材料を
堆積させる。

【００２４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明では、均一
性に優れた散乱特性を有するマイクロ構造リフレクタに
よって、視覚角度範囲の拡大したディスプレイデバイス
を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による実施例の、リフレクタの上面を示
す図。

【図２】図１に示した本発明による実施例の、リフレク
タの断面を示す図。

【図３】図１及び図２に示した型のバックリフレクタを
有する、透明ディスプレイの断面を示す図。

【図４】図１及び図２に示したリフレクタの、視角度に
対する反射光強度の関係を示す図。

【図５】マイクロ構造バックリフレクタを作製する際の
段階の、フローダイアグラムを示す図。

【図６】図５に示したプロセス中の、種々の段階におけ
る断面構造を示す図。

【図７】本発明による他の実施例の、リフレクタを示す
図。

【符号の説明】

８プラスチック基板９反射材料１０マイクロ構造リフレクタ１１球形セグメント１２ランダムセグメント３０透明ディスプレイセル３１透明シリコンラバーセメント６０基板６１フォトレジスト６２フォトレジスト７１凹状の球形セグメント７２凹状のランダムセグメント７９反射材料

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フロントサイドとバックサイドとを有す
る透明ディスプレイセル（３０）と、前記セルのバックサイドに近接して配置されたバックリ
フレクタと、からなり、前記バックリフレクタは、マイクロ構造反射面（１０）
を有し、前記反射面は、底面（８）と、前記底面から突出した、
横方向の大きさが１２５μm以下で滑らかな連続的モー
ルド形成された表面を有するマイクロ要素のパターン
（１１）とを有することを特徴とする透明ディスプレイ
装置。
【請求項２】前記マイクロ要素のパターンが、基底の
直径が１０から１２５μmの範囲にあり、球形の反射面
を有する複数のセグメントから構成されることを特徴と
する請求項１に記載の装置。
【請求項３】連続する球形セグメント（１１）間に配
置された、滑らかで連続的な反射面を有する、不規則な
基底によるセグメント（１２）を有することを特徴とす
る、請求項２に記載の装置。
【請求項４】前記球形セグメントの高さは、それらの
直径の１０から２０％であることを特徴とする請求項２
に記載の装置。
【請求項５】前記球形基底を結合させた領域が、前記
リフレクタ領域の、５０から９０％であることを特徴と
する請求項２に記載の装置。
【請求項６】前記球形セグメントが、６角形アレイ状
に配置されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】基板（６０）を用意するステップと、前記基板上に、フォトリソグラフィーによって、前記反
射面上に形成されるべきセグメント基底に対応した、フ
ォトレジスト領域のパターン（６１または、６２）を形
成するステップ（図６のＢ）と；前記フォトレジスト領
域を加熱し、前記基底内に滑らかで連続的な表面を形成
するステップ（図６のＣ）と；加熱後のレジストによっ
て覆われた面に対応した、表面構造を有するマスターを
形成するステップと；前記マスターの表面構造を有する
反射面（１１または１２）を形成するステップ（図２）
とを有することを特徴とするマイクロ構造反射面の作製
方法。