JPH075464A - 照光装置 - Google Patents

照光装置

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JPH075464A
JPH075464A JP6090749A JP9074994A JPH075464A JP H075464 A JPH075464 A JP H075464A JP 6090749 A JP6090749 A JP 6090749A JP 9074994 A JP9074994 A JP 9074994A JP H075464 A JPH075464 A JP H075464A
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segment
segments
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spherical
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JP6090749A
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Greg E Blonder
イー． ブロンダー グレグ
Bertrand H Johnson
ハロルド ジョンソン バートランド
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American Telephone and Telegraph Co Inc
AT&T Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 暗い部分と明るい部分とのコントラストの大
きい照射装置を提供することである。 【構成】 本発明の照光装置は、ほぼ平行な一対の主表
面を有する透明基板９０と、前記主表面の１つは、直径
が１０μｍから１２５μｍの範囲の底とその底から平滑
で連続的にモールド形成された表面とを有する微細構造
の球状セグメント９２で、光９３を前記主表面にほぼ平
行な方向で前記基板９０内に導く手段９４とからなるこ
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、照光装置に関し、特に
液晶ディスプレイ（liquid crystal displays：ＬＣ
Ｄ）のような照光透明ディスプレイに有効な照光装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】微小電子回路と低電力の液晶表示装置を
組み合わせることにより、様々なポータブルな電子製品
が可能となった。このようなポータブルな電子製品とは
時計からテレビやラップトップコンピュータに至る範囲
のものである。低い電力消費はこのような装置の必須要
件である。
【０００３】しかし、このような製品にはいくつかの欠
点がある。一般的に液晶ディスプレイにおいては、活性
領域は暗く、それにメッセージを表し、非活性化領域は
透明にして、バックグランドが見えるようにしている。
このようなＬＣＤのディスプレイの欠点は、活性領域と
非活性領域との間のコントラストが低いということであ
る。このようなコントラストを増加する方法は、セルを
後ろから照らし、それにより活性化によって、暗くなっ
た部分と透明な領域を通過する光との間のコントラスト
を増加させることである。しかし、従来の後ろから照ら
す方法は不十分である。ポータブルコンピュータのよう
な複雑な電子部品においても、後方から照らすディスプ
レイに用いられるパワーはシステムのバッテリに対し、
大きな電力消費の原因となっている。
【０００４】米国特許出願第８１６４０５号は、微細構
造の反射装置を開示している。この微細構造の反射装置
はより均一な分散特性とビュー角（viewing angle）の
範囲を広げるようなディスプレイ装置を有する。特に、
この反射装置は、１２５μｍ以下の最大横方向寸法を有
するマイクロエレメントのパターンとベースプレーンか
らのスムーズな連続するモールド形成された表面とを有
する。好ましい反射表面は直径が２５μｍで、高さが４
μｍの緊密に実装された平滑な表面を有する球状セグメ
ントからなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、暗い
部分と明るい部分とのコントラストの大きい照射装置を
提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の照光装置は、ほ
ぼ平行な一対の主表面を有する透明基板９０と、前記主
表面の１つは、直径が１０μｍから１２５μｍの範囲の
底とその底から平滑で連続的にモールド形成された表面
とを有する微細構造の球状セグメント９２で、光９３を
前記主表面にほぼ平行な方向で前記基板９０内に導く手
段９４とからなることを特徴とする。
【０００７】
【実施例】図１、２において、微細構造反射装置１０
は、マイクロエレメントのパターンを有し、それらは平
滑的で連続的にモールド形成された表面を有し、この表
面に沿った最大側面方向の寸法は約１２５μｍ以下であ
る。この好ましいパターンは２つのマイクロエレメント
の混合からなる。この２つのマイクロエレメントとは球
状セグメント１１とランダムセグメント１２である。球
状セグメント１１のベースは、微細構造反射装置１０の
５０から９０％を占め、好ましくは５０から８０％を占
める。反射面を占有する球状セグメント１１の上面図か
ら分かるように、その直径は１０−１２５μｍの範囲
で、好ましくは直径のベースが２５±１０μｍである。
好ましくは球状セグメント１１の高さ（表面からベース
面までの垂直方向の距離）は直径の１０−２０％の範囲
内である。球状セグメント１１はランダムに分散してお
り、好ましくはほぼ開いた六角形のアレイのように分散
している。
【０００８】一方、ランダムセグメント１２は球状セグ
メント１１の間に配置された不規則な形状したベースを
有する。このランダムセグメント１２の寸法は１２５μ
ｍ以下で、その側面方向のベース寸法は球状セグメント
１１のベース直径とほぼ等しい。
【０００９】好ましい表面は以下の通りである。この表
面が緊密に実装された六角形に配置された球状セグメン
ト１１からなる場合には、ベース面のπ／２ ３≒９０
％が球状セグメント１１のベースによってカバーされ
る。しかし、このアレイの均一性は、ある照光条件にお
いては、回析に起因する好ましくない反射レインボウ効
果を起こす。さらに、アレイの周期性がその上のＬＣＤ
のディスプレイのピクセルの周期性マッチする場合に
は、好ましくないモワレパターンが起こる。しかし、こ
れらの問題の両方とも反射セグメントの位置をランダム
に配置することによって回避できる。
【００１０】しかし、好ましい方法は球状セグメント１
１をそのベースの約直径だけ離して配置し、それらの間
の間隙を球状セグメント１１のベース直径に匹敵する側
面寸法を有するランダムセグメント１２でもって充填す
る方法である。このランダムセグメント１２の半径は、
球状セグメント１１のそれとほぼ等しく、その角度によ
る反射はほぼ等しい。
【００１１】図２に示すように、球状セグメント１１と
ランダムセグメント１２は例えばアルミのような反射材
料９によりコーティングしたポリメティルメタクリレー
ト（ＰＭＭ）製のプラスチック製基板８内にモールド、
則ち、埋め込むことが良い。図２からわかるようにラン
ダムセグメント１２のベースは不規則な形状をしてお
り、ベースから延びるランダムセグメント１２の表面は
平滑で連続的なのが好ましい。
【００１２】図３は図１と２の微細構造バック反射装置
を用いた透明なディスプレイ装置の断面図である。この
ディスプレイ装置は透明ディスプレイセル３０を有し、
この透明ディスプレイセル３０は、微細構造反射装置１
０を有する。この微細構造反射装置１０は、透明ディス
プレイセル３０に透明セメント３１でもって接合されて
いる。この透明セメント３１は透明なシリコーンラーバ
である。このディスプレイ装置はビュー角は必ずしも一
定ではない。ポータブルテレビのようなディスプレイス
クリーンとして用いられる。
【００１３】図３の利点は図４を参照することにより理
解できる。この図４は微細構造反射装置１０の反射光強
度と照光角θとの関係を表すグラフである。垂直入射で
の考察が仮定されている。カーブ１は従来の等方性反射
装置の強度分布である。カーブ２は図１と２に示すよう
なバック反射装置の強度分布を表す。
【００１４】従来のつや消し仕上げの反射装置の反射強
度は垂直方向、すなわち、θ＝０°でピークとなる。こ
れは反射装置を用いたディスプレイからの最大グレア角
である。従来の反射装置により反射された光の多くは見
る人が通常見ないような角度でもって反射される。
【００１５】これに対し、図１と２のバック反射装置は
４５°以上の角度にわたって、平坦した特性を有し、そ
の角度依存性の強度はそこを過ぎると急速に落ちる。か
くして、図１と２の反射装置は、図３のディスプレイと
して使用された時には、ビュー角の広い範囲にわたっ
て、高い均一性を示す。特に、図１と２の反射装置の有
効な反射範囲は、そのベース面の直径ｄに対する球状セ
グメント１１の高さｈの比を制御することにより制御で
きる。ｈ／ｄが大きくなると、すなわち、カーブの半径
が大きくなると、最大反射角θは大きくなる。特に、ｈ
／ｄ＝１／２ｔａｎθ／４である。
【００１６】図５は図１と２の微細構造反射素子を製造
する際のステップを表す。図６は図５のプロセスにより
製造された様々な段階での構造を表す。
【００１７】図５のＡステップは図６の基板６０のシリ
コンウェーハのような基板を提供するステップである。
【００１８】Ｂにおいて、次のステップは基板の上に球
状セグメント１１とランダムセグメント１２のベースに
対応するフォトレジストの平面パターンを形成する。こ
れは従来の光リソグラフプロセスを用いて行われる。図
６は図１の球状セグメント１１とランダムセグメント１
２のベースに対応するフォトレジスト６１と６２の接着
平面領域を支持する基板６０を表す。これらのセグメン
トは最大横方向の寸法が１２５μｍ以下が好ましい。こ
のフォトレジスト材料は、Shipley Photoresist 社から
市販されているＡＺ１３００またはＡＺ１４００であ
る。
【００１９】図５に示す第３のステップは、このレジス
トを加熱して、平滑で連続的なセグメントを形成するこ
とである。例えば、現像したＡＺ１３００のスポットを
１１０℃で約４分間加熱することにより図７に示すよう
な平滑で連続的なプロファイルが形成される。このプロ
セスにより形成された球状セグメント１１のカーブの半
径はベースの直径とレジストの厚さによって決まる。
【００２０】図５の第４のステップは、浮き出した表面
を形成し、このような形成された表面に適合するようモ
ールドすることである。これは例えば図７の表面に数ミ
ル（千分の一インチ）のニッケルをメッキすることによ
ってできる。このようにして得られた構造にニッケルの
フォイルは次に銅製のプレートにラミネートされる。図
５の最終ステップはこの構造を有する表面を構造プラス
チック材料、あるいは、金属フォイルに用いることであ
る。このプラスチックは、次に真空蒸着によりアルミの
反射表面を有するように形成される。そして、バック反
射装置が完成される。
【００２１】図８は母材から突出するのではなく、反射
層の母材の中に微細構造の反射素子が凹状態になってい
る状態を表す図である。図８は図２に対し、反転した反
射素子を有する反射装置の断面図である。凹状セグメン
ト７１とランダムセグメント７２がアレイ上に配列され
て、図１、２に示したような寸法であり、これらがプラ
スチック製基板８にモールドあるいは埋設される。この
実施例においては、プラスチックは透明なプラスチック
で、反射材料７９は凹状セグメント７１に塗布されて、
周囲が暗い時には、バックライトを透過し、周囲が明る
い時には、光を反射する透明／反射性素子を形成する。
例えば、コーティングをしていない透明なプラスチック
領域は、バックライトを透過し、凹状セグメント７１と
ランダムセグメント７２は周囲の光を反射させる。この
ような透明／反射素子は図３のディスプレイのバックリ
フレクタとして有益である。
【００２２】反射材料７９は凹状セグメント７１に反光
材を用いた電気メッキプロセスにより、凹状セグメント
７１に形成される。この表面がプラスチック製基板８に
形成された後、反光材を塗布して、この表面を非凹状領
域から反光材を選択的に取り除くように磨く。電気メッ
キでその後選択的に反射材料を凹状領域に堆積し、そこ
には反光材が残る。
【００２３】この微細構造の反射材料は、特に、周囲の
光が弱いところでは有効である。図９がディスプレイ８
９に光を供給する装置を表す図である。この装置は一対
の主表面９１と微細構造表面９２を有する透明な基板９
０を有する。この微細構造の表面は少なくとも１つの主
表面の上に形成され、好ましくはディスプレイ８９から
離れた微細構造表面９２の上に形成されるのが良い。ラ
ンプ９３と反射装置９４を含む光源は光を微細構造表面
９２に平行に基板９０内に向ける。この基板９０は０．
５から１．０ｍｍの厚さを有し、その結果、基板９０は
光のガイドとしての役目を果たす。好ましくは白いシー
トのような拡散表面９５をディスプレイ８９の側の近傍
に配置するのは良い。このように構成することによっ
て、基板９０内を通過する光の多くは、マイクロエレメ
ントにぶつかり、基板９０から反射されるまで、内部反
射により基板内を通過する。その結果、ディスプレイ用
に有効なバック照射が形成される。
【００２４】図１０は図９のそれに類似した本発明の他
の実施例であるが、拡散表面を具備せず、微細構造表面
９２にはアルミのような反射性金属性からなるコーティ
ング１００が塗布されている点が異なる。
【００２５】
【発明の効果】図１１は図１０の構成の輝度（カーブ
１）とバックライト付きの時計の輝度（カーブ２）の比
較を表した図である。図１０の構成における微細構造の
表面は、３０μｍの直径で、３５μｍの中心間距離を有
する球状セグメントが用いられている。このセグメント
は基板の表面から約５μｍの高さを有する。この２つの
構成は同一の光源を有する。図１１は図１０の装置は常
に読むのに必要な輝度（点線）を超えているが、市販の
時計の特性に比較して、優れた輝度がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の照光装置の反射表面の上面図。
【図２】図１の反射装置の断面図。
【図３】図１と図２の裏面反射装置を有する透明ディス
プレイの断面図。
【図４】図１と図２の反射装置の反射強度対ビュー角と
の関係を表すグラフ。
【図５】図１の微細構造の裏面反射装置を製造するステ
ップを表す断面図。
【図６】図５の製造プロセスにおける第１の段階におけ
る構造の断面図。
【図７】図５の製造プロセスにおける第２の段階におけ
る構造の断面図。
【図８】本発明の反射装置の他の実施例。
【図９】周囲が暗い状況において有用な反射装置の構造
を表す断面図。
【図１０】周囲が暗い状況において有用な反射装置の構
造を表す他の実施例を表す図。
【図１１】図８の暗い周囲の輝度と一般に使用されてい
るバックライト装置からの輝度との比較を表すグラフで
ある。
【符号の説明】
８ プラスチック製基板 ９ 反射材料 １０ 微細構造反射装置 １１ 球状セグメント １２ ランダムセグメント ３０ 透明ディスプレイセル ３１ 透明セメント ６０ 基板 ６１、６２ フォトレジスト ７１ 凹状セグメント ７２ ランダムセグメント ７９ 反射材料 ８９ ディスプレイ ９０ 基板 ９２ 微細構造表面 ９３ ランプ ９４ 反射装置 ９５ 拡散表面 １００ コーティング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 バートランド ハロルド ジョンソン アメリカ合衆国、07974 ニュージャージ ー、マーレイ ヒル、ポサム ウエイ 60

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ほぼ平行な一対の主表面を有する透明基
    板（９０）と、 前記主表面の１つは、直径が１０μｍから１２５μｍの
    範囲の底とその底から平滑で連続的にモールド形成され
    た表面とを有する微細構造の球状セグメント（１１，９
    ２）で、 光（９３）を前記主表面にほぼ平行な方向で前記基板
    （９０）内に導く手段（９４）と、 からなることを特徴とする照光装置。
  2. 【請求項２】 前記透明基板（９０）は、約０．５から
    １．０ｍｍの厚さを有することを特徴とする請求項１の
    装置。
  3. 【請求項３】 前記主表面に平行に配置された拡散シー
    ト（９５）をさらに有することを特徴とする請求項１の
    装置。
  4. 【請求項４】 前記球状セグメント（１１，９２）は、
    反射材料（９，１００）でコーティングされていること
    を特徴とする請求項１の装置。
  5. 【請求項５】 前記球状セグメント（９２）は、その底
    の直径の１０％から２０％の範囲の高さを有することを
    特徴とする請求項１の装置。
  6. 【請求項６】 前記球状セグメントの底領域は、主表面
    の領域の５０％から９０％を占めることを特徴とする請
    求項１の装置。
  7. 【請求項７】 ほぼ平行な一対の主表面を有する透明基
    板（９０）と、 前記主表面の１つは、直径が１０μｍから１２５μｍの
    範囲の底とその底から平滑で連続的にモールド形成され
    た表面とを有する微細構造の凹状セグメント（７１）
    で、 光（９３）を前記主表面にほぼ平行な方向で前記基板
    （９０）内に導く手段（９４）と、 からなることを特徴とする照光装置。
  8. 【請求項８】 前記セグメント（９２、７１）は、前記
    主表面にほぼ規則的に形成され、 更に、ランダムセグメント（１２、７２）が、前記主表
    面にほぼ不規則に形成されることを特徴とする請求項１
    または７記載の照光装置。
JP6090749A 1993-04-23 1994-04-06 照光装置 Pending JPH075464A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/052,320 US5349503A (en) 1991-12-31 1993-04-23 Illuminated transparent display with microtextured back reflector
US052320 1993-04-23

Publications (1)

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JPH075464A true JPH075464A (ja) 1995-01-10

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP6090749A Pending JPH075464A (ja) 1993-04-23 1994-04-06 照光装置

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EP (1) EP0621500A1 (ja)
JP (1) JPH075464A (ja)

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