JP2004294525A - 半透過反射膜および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入射した外光を効率的に反射すること可能な半透過反射膜、およびこれを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】半透過反射膜１２に形成された開口３２は矩形の画素領域３６のエッジ３６ａに寄せられるように形成されている。矩形の開口３２の４辺のうち、３方の開口辺３２ａは、画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２が半透過反射膜１２に形成された凹部３１の１つ分の幅よりも狭くなるように設定される。半透過反射膜１２は、凹部３１が例えば縦横４個づつなど一定個数を１単位として所定の反射性能が得られるため、開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２を半透過反射膜１２に形成された凹部３１の１つ分の幅よりも狭くなるように設定することによって、反射にほとんど寄与しない凹部３１を最低限まで減らすことが可能になり、半透過反射膜１２の反射率を最大限高めることが可能になる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半透過反射膜およびこれを用いた液晶表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や携帯用ゲーム機などの携帯電子機器では、そのバッテリ駆動時間が使い勝手に大きく影響するために、消費電力を抑えることができる反射型液晶表示装置を表示部として備えている。反射型液晶表示装置には、例えば、その前面から入射する外光を全反射させる反射体や、その前面から入射する外光を反射するとともに後方からのバックライト光を透過させる反射体などが備えられている。このような反射体は、反射光率を最大限まで高めるために、多数の微細な凹部又は凸部を形成したものが知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−１４９１２号公報
【０００４】
これら反射体のうち、特に外光を反射するとともに後方からのバックライト光を透過させる反射体は、半透過反射体などと称される。半透過反射体は、例えば、図９に示すように、表面に微細な凹部（ディンプル）１０２が多数形成された金属薄膜の一部に、液晶表示パネルのそれぞれの画素１０６に対応した開口１０３を設けて、半透過反射膜１０１としたものが用いられる。半透過反射膜１０１は、開口１０３によってバックライトなど照明装置からの光を液晶表示パネルに向けて透過させるとともに、開口１０３以外の反射領域１０４で外光を液晶表示パネルに向けて反射させる。これによって、外光および照明装置のいずれの光源でも、液晶表示パネルを明るく照明できるものである。
【０００５】
半透過反射膜１０１の表面に形成される微細な凹部１０２は、液晶表示パネルを介して入射した外光を、再び液晶表示パネルに向けて反射させる際に、入射した外光を広い範囲に効率よく反射させるものである。このような凹部１０２は、図９中の符号Ｑ１で示すように、一定の個数、例えば縦横４個づつの１６個程度の凹部１０２を１単位として目的の反射性能が得られるように設計されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の半透過反射膜１０１は、縦横４個づつの１６個程度の凹部１０２を１単位として目的の反射性能が得られるため、開口１０３の周縁１０３ａと画素１０６のエッジ１０６ａとの間隔ｔ１の間にある１〜２個分の幅の凹部１０２は、反射に寄与する割合が少ないという問題があった。開口１０３の周囲に形成された凹部１０２の１〜２個分に相当する領域が反射に寄与しないと、外光による液晶表示パネルの照明が効率的に行われず、液晶表示パネルの輝度向上の障害になるおそれがある。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、入射した外光を効率的に反射すること可能な半透過反射膜、およびこれを用いた液晶表示装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【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、本発明によれば、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを裏面側から照明する照明装置との間に形成され、表面に微細な凹部又は凸部が多数形成されるとともに、前記液晶表示パネルの各画素に対応する位置に光を透過させる開口がそれぞれ形成された半透過反射膜であって、前記開口の少なくとも１辺と、前記各画素のエッジとの間隔を前記凹部又は凸部１つ分の幅よりも小さく形成したことを特徴とする半透過反射膜が提供される。
【０００９】
半透過反射膜は、凹部又は凸部が一定個数を１単位として所定の反射性能が得られるが、開口辺と画素のエッジとの間隔を半透過反射膜に形成された凹部又は凸部１つ分の幅よりも狭くなるように設定することによって、反射にほとんど寄与しない凹部を最低限まで減らすことが可能になる。これにより、所定の反射性能が得られる一定個数を１単位とした凹部又は凸部を最大限増やすことができ、半透過反射膜の反射率を最大限高めることが可能になる。
【００１０】
前記間隔は、０．１〜５．０μｍの範囲に設定されるのが好ましい。また、こうした半透過反射膜、および照明装置と液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置によれば、外光と照明装置のいずれを光源に用いても、高輝度で鮮明な表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の半透過反射膜を備えた液晶表示装置の概略を示す拡大断面図である。液晶表示装置１は、液晶層３０を挟持して対向する透明なガラスなどからなる第１の基板１０と、第２の基板２０とをこれら２枚の基板１０、２０の周縁部に環状に設けられたシール材４０で接着一体化した液晶表示パネル９と、照明装置であるバックライト５とから構成されている。
【００１２】
第１の基板１０の液晶層３０側には順に、反射膜１２に凹部（ディンプル）３１を形成するための有機膜１１と、液晶表示装置１に入射した光を反射させ、またバックライト５からの光を透過させる半透過反射膜１２と、カラー表示を行うためのカラーフィルタ１３と、有機膜１２と半透過反射膜１３を被覆して保護するとともに有機膜１１やカラーフィルタ１３による凹凸を平坦化するためのオーバーコート膜１４と、液晶層３０を駆動するための電極層１５と、液晶層３０を構成する液晶分子の配向を制御するための配向膜１６とが積層形成されている。また、第２の基板２０の液晶層３０側には順に、電極層２５、オーバーコート膜２４、配向膜２６が積層形成されている。
【００１３】
カラーフィルタ１３は、例えば光の三原色であるＲ，Ｇ，Ｂの３色が繰り返しパターンで形成されればよい。そして、各カラーフィルタ１３の間には、隣接するカラーフィルタ１３との間で光の混色を防ぐために、一般にブラックマトリクスと称される遮光壁３５が形成されている。こうした遮光壁３５で区画された１つ１つの領域が画素領域３６を構成する。
【００１４】
第１の基板１０の液晶層３０側と反対側（第１の基板１０の外面側）に、偏光板１８が設けられており、第２の基板２０の液晶層３０側と反対側（第２の基板２０の外面側）には、位相差板２７と、偏光板２８がこの順で積層されている。
また、第１の基板１０の偏光板１８の外側には、液晶表示装置１において透過表示を行うための照明装置としてのバックライト５が配設されている。
【００１５】
有機膜１１は、その上に形成されている半透過反射膜１２に凹部３１を与えて反射光を効率よく散乱させるために設けられているものである。このように半透過反射膜１２に凹部３１を形成することにより、液晶表示装置１に入射する外光を効率よく反射することができるため、外光反射による照明時における明るい表示を実現することができる。
【００１６】
半透過反射膜１２は、例えば、アルミニウムなど高反射率の金属薄膜などで形成されている。半透過反射膜１２には、液晶表示パネル９の各画素に対応して開口３２が形成されている。こうした開口３２は、バックライト（照明装置）５から照射された光が金属薄膜などで形成された半透過反射膜１２を透過できるようにするためのものである。
【００１７】
以上のような構成により、液晶表示装置１は、例えば日中の屋外などでは、 外光Ｎが液晶表示パネル９に入射すると、金属薄膜などで形成された半透過反射膜１２の開口３２以外の反射領域で反射され、液晶表示パネル９を明るく照らし出す。一方、夜間や暗い室内など外光が不足している環境下では、バックライト５を点灯させると、バックライト５から照射された照明光Ｂが半透過反射膜１２の開口３２を透過して液晶表示パネル９を明るく照らし出す。このように、液晶表示装置１は、光源として外光およびバックライト５のいずれを用いても、半透過反射膜１２の作用によって液晶表示パネル９を高輝度で明るく照らし出すことができる。
【００１８】
図２は有機膜１１と、その上に形成された半透過反射膜１２を含む部分を示す斜視図である。この図に示すように、有機膜１１の表面には、その内面が球面の一部をなす多数の凹部１１ａが左右に重なり合うようにして連続して形成されており、その面上に半透過反射膜１２が積層されている。こうした有機膜１１の表面に形成された凹部１１ａによって、半透過反射膜１２に凹部３１が形成される。また、半透過反射膜１２の一部には矩形の開口３２が形成されている。こうした開口３２は、例えば、エッチングによって形成されればよい。
【００１９】
凹部３１は、例えば深さを０．１μｍ〜３μｍの範囲でランダムに形成し、隣接する凹部３１のピッチを５μｍ〜５０μｍの範囲でランダムに配置し、凹部３１内面の傾斜角を−３０度〜＋３０度の範囲に設定することが望ましい。特に、凹部３１の内面の傾斜角分布を−３０度〜＋３０度の範囲に設定する点、および隣接する凹部３１のピッチを平面全方向に対してランダムに配置する点が特に重要である。なぜならば、仮に隣接する凹部３１のピッチに規則性があると、光の干渉色が出て反射光が色付いてしまうという不具合があるからである。
【００２０】
また、凹部３１の内面の傾斜角分布が−３０度〜３０度の範囲を超えると、反射光の拡散角が広がりすぎて反射強度が低下し、明るい表示が得られない（反射光の拡散角が空気中で３６度以上になり、液晶表示装置内部の反射強度ピークが低下し、全反射ロスが大きくなるからである。）からである。さらに、凹部３１の深さが３μｍを超えると、後工程で凹部３１を平坦化する場合に凸部の頂上が平坦化膜（オーバーコート膜１４）で埋めきれず、所望の平坦性が得られなくなり、表示ムラの原因となる。
【００２１】
隣接する凹部３１のピッチが５μｍ未満の場合、有機膜１１を形成するために用いる転写型の製作上の制約があり、加工時間が極めて長くなる、所望の反射特性が得られるだけの形状が形成できない、干渉光が発生する等の問題が生じる。また、実用上、前記転写型の製作に使用しうる３０μｍ〜１００μｍ径のダイヤモンド圧子を用いる場合、隣接する凹部３１のピッチを５μｍ〜５０μｍとすることが望ましい。
【００２２】
このような構成によって、半透過反射膜１２はバックライト５からの照明光Ｂを開口３２で透過させるとともに、凹部３１が多数形成された反射領域３３で外光Ｎを効率よく反射させることができる。
【００２３】
図３は、図２に示す半透過反射膜を上面から見た時の１画素領域分の詳細な様子を示した拡大平面図である。半透過反射膜１２に形成された開口３２は、１つの画素領域３６の表面積に対して開口率が例えば３５％に設定される。開口３２は矩形の画素領域３６のエッジ３６ａに寄せられるように形成されている。矩形の開口３２の４辺のうち、３方の開口辺３２ａは、画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２が半透過反射膜１２に形成された凹部３１の１つ分の幅よりも狭くなるように設定される。例えば、凹部３１の幅が１２〜１３μｍの時には、開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２は、例えば０．１〜５．０μｍに設定されるのが好ましい。
【００２４】
図３中の符号Ｑ２で示すように、半透過反射膜１２は、凹部３１が例えば縦横４個づつなど一定個数を１単位として所定の反射性能が得られるため、開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２を凹部３１が１〜３個程度入るように設定しても、この部分の凹部３１は反射に十分寄与せずに、反射率の低下をもたらしてしまう。したがって、開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２を半透過反射膜１２に形成された凹部３１の１つ分の幅よりも狭くなるように設定することによって、反射にほとんど寄与しない凹部３１の数を最低限まで減らすことが可能になる。これにより、縦横４個づつなど一定個数を１単位とした凹部３１を最大限増やすことができ、半透過反射膜１２の反射率を最大限高めることが可能になる。
【００２５】
なお、開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２は、凹部３１の幅に応じて適宜選択されればよい。また、開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔をｔ２まで狭めるのは、開口３２を形成する開口辺３２ａの内の任意の１辺以上であればよい。なお、本発明の凹部や開口の形状や位置は、上述した形状に限定されるものではなく、任意の形状の凹部と、任意の形状の開口を任意の位置に形成すれば良い。
【００２６】
図４に示すように、半透過反射膜１２に形成される凹部３１の特定縦断面Ｘにおける内面形状は、凹部３１の一の周辺部Ｓ１から最深点Ｄに至る第１曲線Ａと、この第１曲線Ａに連続して凹部３１の最深点Ｄから他の周辺部Ｓ２に至る第２曲線Ｂとからなる曲線形状である。これらの曲線Ａ，Ｂは、凹部３１の最深点Ｄにおいて、ともに平坦面Ｓに対する傾斜角がゼロとなり、互いに接続されている。
【００２７】
第１曲線Ａの平坦面Ｓに対する傾斜角は、第２曲線Ｂの傾斜角よりも急であって、最深点Ｄは、凹部３１の中心Ｏからｘ方向にずれた位置にある。すなわち、第１曲線Ａの平坦面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値は、第２曲線Ｂの平坦面Ｓに対する傾斜角の絶対値の平均値より大きくなっている。本実施形態においても、複数形成された各々の凹部３１を構成する第１曲線Ａの傾斜角の絶対値の平均値は、１〜８９°の範囲で互いに不規則にばらついていることが好ましい。また、各々の凹部３１の第２曲線Ｂの傾斜角の絶対値の平均値も、０．５〜８８°の範囲で互いに不規則にばらついていることが好ましい。
【００２８】
上記両曲線Ａ，Ｂの傾斜角は、凹部３１の周辺部から最深点Ｄに至るまでなだらかに変化しているので、図４，５に示す第１曲線Ａの最大傾斜角δａは（絶対値）は、第２曲線Ｂの最大傾斜角δｂよりも大きくなっている。また、第１曲線Ａと、第２曲線Ｂとが接する最深点Ｄの平坦面Ｓに対する傾斜角はゼロとなっており、この最深点Ｄにおいて傾斜角の正負が異なる両曲線Ａ，Ｂがなだらかに連続している。
【００２９】
例えば、各々の凹部３１の最大傾斜角δａは、２〜９０°の範囲内で不規則にばらついている。しかし、多くの凹部３１は最大傾斜角δａが４〜３５°の範囲内で不規則にばらついている。また、図４，５に示す凹部３１は、その凹面が単一の極小点（傾斜角がゼロとなる曲面上の点）Ｄを有している。そしてこの極小点Ｄと平坦面Ｓとの距離が凹部３１の深さｄを形成し、この深さｄは、多数形成された凹部３１についてそれぞれ１〜３μｍの範囲内で不規則にばらついている。
【００３０】
複数の凹部３１の第１曲線Ａは、単一の方向に配向されていることが好ましい。このような構成とすることで、半透過反射膜１２で反射された反射光の方向を、正反射の方向から特定の方向へずらすこともできる。その結果、特定縦断面の総合的な反射特性としては、第２曲線Ｂ周辺の面によって反射される方向の反射率が増加したものとなり、特定の方向に反射光を集中させた反射特性とすることもできる。図６に、上記凹部３１の第１曲線Ａを単一の方向に配向させた半透過反射膜に入射角３０°で外光を照射し、受光角を平坦面Ｓに対する正反射の方向である３０°を中心として半透過反射膜の垂線位置（０°）から６０°まで振った時の受光角（θ°）と明るさ（反射率）との関係を示す。
【００３１】
図６から明らかなように、上記第１曲線Ａが単一方向に配向された半透過反射膜では、反射特性が２０°〜５０°と広い範囲で高く、しかも平坦面Ｓに対する正反射の角度である３０°より小さい受光角における反射率の積分値が、正反射の角度より大きい受光角における反射率の積分値より大きくなっている。すなわち、受光角２０°付近においてより大きな反射強度を得ることができる。
【００３２】
図７は、半透過反射膜の各画素内での開口の配置例を示した説明図である。図７（ａ）では、半透過反射膜５１の開口５２が−５３の中央に配置された例である。こうした実施形態では、開口５２の２辺の開口辺５２ａが画素５３のエッジ５３ａとの間隔ｔ３を、半透過反射膜５１に形成された凹部の１つ分の幅よりも狭くなるように設定されている。また、図７（ｂ）では、半透過反射膜５５の開口５６を画素５７の一方のエッジ５７ａに寄せて縦長に配置された例である。こうした実施形態では、開口５６の３辺の開口辺５６ａが画素５７のエッジ５７ａとの間隔ｔ４を、半透過反射膜５５に形成された凹部の１つ分の幅よりも狭くなるように設定されている。
【００３３】
図７（ｃ）では、半透過反射膜６１の開口６２を三角形に形成した例である。こうした実施形態では、三角形の開口６２の２辺の開口辺６２ａが画素６３のエッジ６３ａとの間隔ｔ５を、半透過反射膜６１に形成された凹部の１つ分の幅よりも狭くなるように設定されている。更に、図７（ｄ）では、半透過反射膜６５の開口６６を逆凹形に形成した例である。こうした実施形態では、逆凹形の開口６６の３辺の開口辺６６ａが画素６７のエッジ６７ａとの間隔ｔ６を、半透過反射膜６５に形成された凹部の１つ分の幅よりも狭くなるように設定されている。こうした、いずれの実施形態においても、開口辺と画素のエッジとの間隔を半透過反射膜に形成された凹部の１つ分の幅よりも狭くなるように設定することによって、反射にほとんど寄与しない凹部を最低限まで減らして半透過反射膜の反射率を最大限高めることが可能になる。
【００３４】
なお、上述した実施形態では、半透過反射膜に凹部を形成しているが、これ以外にも、例えば図８に示すように、半透過反射膜７１の表面に微細な凸部７２を多数形成したものにも、全く同様に適用可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、半透過反射膜は、凹部が一定個数を１単位として所定の反射性能が得られるが、開口辺と画素のエッジとの間隔を半透過反射膜に形成された凹部１つ分の幅よりも狭くなるように設定することによって、反射にほとんど寄与しない凹部を最低限まで減らすことが可能になる。これにより、所定の反射性能が得られる一定個数を１単位とした凹部を最大限増やすことができ、半透過反射膜の反射率を最大限高めることが可能になる。
【００３６】
前記間隔は、０．１〜５．０μｍの範囲に設定されるのが好ましい。また、こうした半透過反射膜、および照明装置と液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置によれば、外光と照明装置のいずれを光源に用いても、高輝度で鮮明な表示が可能な液晶表示装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の半透過反射膜を備えた液晶表示装置を示す断面図である。
【図２】図２は、図１に示す半透過反射膜の拡大斜視図である。
【図３】図３は、図１に示す半透過反射膜の１画素分の拡大平面図である。
【図４】図４は、半透過反射膜に形成された凹部を模式的に示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示す凹部の縦断面Ｘにおける内面形状を示す断面図である。
【図６】図６は、半透過反射膜の反射特性例を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態を示す平面図である。
【図８】図８は、本発明の他の実施形態を示す平面図である。
【図９】図９は、従来の半透過反射膜の１画素分の拡大平面図である。
【符号の説明】
１ 液晶表示装置
５ バックライト（照明装置）
９ 液晶表示パネル
１２ 半透過反射膜
３１ 凹部（ディンプル）
３２ 開口
３２ａ 開口辺
３６ 画素領域
３６ａ エッジ

Claims (3)

1. 液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを裏面側から照明する照明装置との間に形成され、表面に微細な凹部又は凸部が多数形成されるとともに、前記液晶表示パネルの各画素に対応する位置に光を透過させる開口がそれぞれ形成された半透過反射膜であって、
   前記開口の少なくとも１辺と、前記各画素のエッジとの間隔を前記凹部又は凸部１つ分の幅よりも小さく形成したことを特徴とする半透過反射膜。
2. 前記間隔は、０．１〜５．０μｍの範囲に設定されたことを特徴とする請求項１に記載の半透過反射膜。
3. 請求項１または２に記載の半透過反射膜、および照明装置と液晶表示パネルとを備えたことを特徴とする液晶表示装置。

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