JP3871913B2 - 反射型表示装置およびプリズムアレイシート - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射光により映像を表示する直視型の反射型表示装置、および反射型表示装置とともに用いられるプリズムアレイシートに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ノートパソコンなどの携帯用電子機器の表示装置として、外光を反射して表示を行う反射型表示装置が実用化されており、例えば偏光板と凹凸形状の金属反射板を有する液晶表示装置が開発されている。この液晶表示装置の表示方式は、電界で液晶層の複屈折を制御することにより表示を行う複屈折モードを利用しており、偏光板１枚のみを利用する構成を用いることが可能である。
【０００３】
しかしながら、この表示方式では、偏光板やカラーフィルターなどによる光の吸収が大きい上に、光源の正反射方向のみが明るくなるため、正反射方向から外れた方向では十分な明度が得られず、観察者が外部照明環境に合わせて表示装置の観察角度、観察位置を調整しなければ良好な表示が得られないという課題があった。また、この正反射方向は、表面反射と重なる方向であるため、視認性が悪いという課題もあった。
【０００４】
そこで、反射板の反射面を表示面に対して所定角度をなすように傾け、反射板による反射光が表示面の正反射と重ならない位置に届くように構成した反射型表示装置が、例えば特開平9−288271号公報に開示されている。
【０００５】
また、SID'99 Digest P.954のように、凹凸反射板に傾斜を付けて観察者方向を明るくしようとする試みもなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような反射板が反射機能とオフアクシス機能（表示面の正反射方向からずれた方向から見たときに輝度を高める機能）を兼ねるような、特開平9−288271号公報やSID'99 Digest P.954に開示されている反射型表示装置では、反射板に傾斜面を設けなければならないため、大きな段差を有する反射板を光変調層、すなわち液晶層の直下に形成しなければならず、液晶層のセル厚が均一化できないという問題が生じる。
【０００７】
そして、反射板形成後にこの段差を平坦化しようと試みると、反射板を透明樹脂などで平坦化した後に平坦化面に透明電極を形成する必要が生じてしまうなど、反射板の作製プロセスが複雑となってしまう。
【０００８】
図１７は上記従来の反射型表示装置９８を示す。反射型表示装置９８は、液晶層９４の観察者側に、位相差板、基板、配向膜など（これら全てを参照番号９６で示す）を有し、液晶層９４の観察者側と反対側には反射板９１を有する。反射板９１は、液晶層９４側の表面に複数の傾斜面９２を有しており、この傾斜面９２の表面には透明樹脂９５が付与されて、反射板９１の表面は平坦化されている。
【０００９】
このような反射型表示装置９８では、図１７に示すように、例えば、表示装置９８から光が出射する方向（矢印９９で示す）を入射方向（矢印９３で示す）から３０度ずらすためには、１０度程度の傾斜を有する傾斜面９２を反射板９１に形成する必要がある。反射板９１に傾斜面９２を形成すると、傾斜面９２の場所によっては、液晶層９４から反射板９１の傾斜面９２までの距離が大きくなる。従って、観測者側の画素（不図示）と反射板９１との距離が大きくなってしまう。観測者側の画素（不図示）と反射板９１との距離が大きくなると、観察者側の基板にカラーフィルターが形成されている場合には混色が生じてしまうという課題がある。
【００１０】
一方、特開平9−288271号公報に開示されているように反射板を表示部と分けて作製し、表示部の外側背面に反射板を配置する方法に依れば、表示部と反射板との間隔が大きいため、表示の視差が大きな問題となると共に、入射した画素とは異なる画素から出射する光線が増加するために、表示の明度と色純度が低下してしまうという課題があった。
【００１１】
特開平8−95035号公報には、照明の正反射と表示に係る表示装置からの反射光とを分離するために、表示装置の外側の観察者側にプリズムアレイシートを配置した反射型表示装置が開示されている。しかし、この表示装置では、通常観察者が映像の観察を行う表示装置正面方向の表示輝度がほとんど得られず、実質的に暗い表示しか得られないという課題があった。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、表示装置の正面方向に位置する観察者に輝度の高い表示を提供することのできる反射型表示装置を提供すること、および、それに使用されるプリズムアレイシートを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の反射型表示装置は、表示層と、前記表示層の観察者側に配置された光学手段と、前記表示層の前記観察者側とは反対側に配置された反射手段とを備えている反射型表示装置であり、前記光学手段は、表示面に対して傾いた複数の傾斜面を含む主面を有し、前記光学手段を介して前記表示層に入射し、前記反射手段によって反射された光を実質的に前記表示面のほぼ法線方向に出射させることを特徴とし、これにより上記の目的を達成する。
【００１４】
前記光学手段の前記主面は、前記観察者側を向いていても良い。
【００１５】
前記光学手段の前記主面は、前記反射手段側を向いていても良い。
【００１６】
前記反射型表示装置は、前記反射手段によって反射された光を散乱させる散乱手段をさらに備えており、前記光学手段、前記反射手段および前記散乱手段の組み合わせにより、前記光学手段を介して前記表示層に入射し、前記反射手段によって反射された光を前記表示面のほぼ法線方向に出射させることが好ましい。
【００１７】
前記表示面の法線方向に対して前記表示面の上側に傾いた方向から入射した光線が前記表示面のほぼ法線方向に出射してもよい。
【００１８】
前記光線は、前記光学手段の前記観察者側で、かつ、前記表示面の法線方向に対して表示面の上側に傾いた方向に配置された第１の光源から出射されてもよい。
【００１９】
前記表示面に対する前記複数の傾斜面の角度は、前記表示面の法線方向に対して約１０度から約４５度傾いた範囲から入射した光のいずれかが前記表示面のほぼ法線方向に出射するように設定されていてもよい。
【００２０】
前記複数の傾斜面は前記表示面に対して所定角度傾いており、前記所定角度は７度以上であることが好ましい。
【００２１】
前記光学手段は、前記表示面に対して任意の角度を有する複数の他の面を有し、前記複数の傾斜面と前記複数の他の面とは交互に配置されていることが好ましい。
【００２２】
前記光学手段の前記複数の他の面は、前記表示面に対してほぼ９０度の角度をなす面であることが好ましい。
【００２３】
前記光学手段の前記複数の他の面に反射層が形成されていてもよい。
【００２４】
前記光学手段の前記複数の他の面に吸収層が形成されていてもよい。
【００２５】
前記光学手段の前記複数の他の面が粗面であってもよい。
【００２６】
前記複数の傾斜面の前記表示面に対する角度は、前記表示面内で異なっていてもよい。
【００２７】
前記複数の傾斜面は曲面であってもよい。
【００２８】
前記複数の傾斜面のうちの１つの法線ベクトルの向きが、前記複数の他の面のうちの１つの法線ベクトルの向きとは異なっていてもよい。
【００２９】
前記光学手段は、複数のプリズムが配列されたプリズムアレイシートであり、プリズムのピッチが２００μｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
前記光学手段は、複数のプリズムが配列されたプリズムアレイシートであり、プリズムのピッチは５μｍ以上、かつ、前記反射型表示装置の画素ピッチの１／２以下であってもよい。
【００３１】
前記プリズムのピッチが前記表示面内でランダムであってもよい。
【００３２】
前記反射型表示装置の画素は少なくとも第１の方向に配列されており、前記光学手段は、複数のプリズムが少なくとも第２の方向に配列されたプリズムアレイシートであり、前記第１の方向と前記第２の方向とは、約５度〜約８５度の角度をなしてもよい。
【００３３】
前記光学手段の前記観察者側の面には、反射防止膜が形成されていてもよい。
【００３４】
前記光学手段の前記複数の傾斜面が、ぎらつき防止処理されていてもよい。
【００３５】
前記反射型表示装置は、前記光学手段の側方に設けられた第２の光源を有しており、前記光学手段は導光体として機能してもよい。
【００３６】
前記光学手段は、可変の屈折率ｎ１を有する材料から形成されていてもよい。
【００３７】
前記光学手段の前記複数の傾斜面上には、保護シートが形成されていてもよい。
【００３８】
前記光学手段の前記観察者側面に、空気層を介して、偏光板が配置されていてもよい。
【００３９】
前記光学手段の前記観察者側面に、空気層を介して、位相差板と、該位相差板の観察者側の面に偏光板が配置されていてもよい。
【００４０】
前記光学手段は、光学的に等方性の材料から形成されていてもよい。
【００４１】
前記光学手段の前記観察者側面に、偏光板と位相差板とが配置され、前記偏光板と前記位相差板とが１/４λ条件をほぼ満たすように配置されていてもよい。
【００４２】
前記光学手段の前記反射板側に、前記光学手段に接して設けられた基材を有し、該基材と前記光学手段とは、ほぼ同じ屈折率を有していてもよい。
【００４３】
前記表示層と前記光学手段との間に、さらなる光学手段を有し、表示光と界面反射光とを分離してもよい。
【００４４】
前記さらなる光学手段は、前記表示面に対して傾いた複数の傾斜面を観察者側に有してもよい。
【００４５】
前記光学手段の屈折率が前記複数の傾斜面の直上における媒体の屈折率よりも大きく、かつ、前記光学手段の前記複数の傾斜面の法線方向が前記表示面の法線方向に対して前記表示面の下側に傾斜していてもよい。
【００４６】
前記光学手段の前記複数の傾斜面は空気と接しており、前記複数の傾斜面の前記表示面に対する角度αおよび前記光学手段の屈折率ｎ１は、2α−arcsin(sinα/n1) ＜ arcsin(1/n1)を満足してもよい。
【００４７】
前記表示面の法線方向から光が入射する場合の出射角θoutが、θout＝arcsin[n1・ sin{2α−arcsin(sinα/n1)}]−αを満足するときに、前記複数の傾斜面の前記表示面に対する角度αおよび前記光学手段の屈折率ｎ１は、０°＜arcsin[n1・ sin{２α−arcsin(sinα/n1)}]−α＜（90−α）°を満足してもよい。
【００４８】
前記反射型表示装置は、前記表示層を挟持する一対の基板をさらに備えており、前記光学手段は、前記一対の基板の一方と前記表示層との間に設けられていてもよい。
【００４９】
前記光学手段の前記複数の傾斜面は、透明基材によって平坦化されていてもよい。
【００５０】
前記光学手段の前記複数の傾斜面は、透明基材によって平坦化されており、前記光学手段の屈折率ｎ１、前記透明基材の屈折率ｎ２および前記透明基材と接する空気の屈折率（1.0）について、n1＞n2＞1の関係にあるときに、前記光学手段の前記複数の傾斜面の傾斜角αが、2α−arcsin(sinα・n2/n1) ＜ arcsin(n2/n1)およびarcsin[(n1/n2)・sin{2α−arcsin((n2/n1)・sinα)}]−α ＜arcsin(1/n2)の両方を満足してもよい。
【００５１】
前記光学手段の屈折率が前記複数の傾斜面の直上における媒体の屈折率よりも小さく、かつ、前記光学手段の前記複数の傾斜面の法線方向が前記表示面の法線方向に対して前記表示面の上側に傾斜していてもよい。
【００５２】
前記光学手段の前記複数の傾斜面は、透明基材によって平坦化されており、前記光学手段の屈折率ｎ１、前記透明基材の屈折率ｎ２および前記透明基材と接する空気の屈折率（1.0）について、1≦n1＜n2の関係にあるときに、前記光学手段の前記複数の傾斜面の傾斜角αが、α＜arcsin(n1／n2)およびα−arcsin[(n1/n2)・sin{2α−arcsin((n2/n1)・sinα)}]＜arcsin(1/n2)の両方を満足してもよい。
【００５３】
前記光学手段は、前記主面に対向し、かつ、前記表示面に平行な裏面を有し、前記裏面に保護板が設けられていてもよい。
【００５４】
本発明のプリズムアレイシートは、反射型表示装置に用いられるプリズムアレイシートであり、前記反射型表示装置の観察者側に配置され、前記反射型表示装置の表示面に対して傾いている複数の傾斜面が観察者側に形成されており、前記複数の傾斜面は空気と接しており、前記表示面に対する前記複数の傾斜面の角度αおよび前記プリズムアレイシートの屈折率ｎ１は、２α−arcsin(sinα/n1) ＜ arcsin(1/n1)を満足し、これにより上記目的を達成する。
【００５５】
前記複数の傾斜面の角度αが７度以上であってもよい。
【００５６】
前記複数の傾斜面の角度は、前記表示面の法線方向に対して約１０度から約４５度傾いた範囲から入射した光のいずれかが前記表示面の法線方向に出射するように設定されていてもよい。
【００５７】
前記表示面の法線方向から前記反射型表示装置に光が入射する場合の主光線の出射角θoutが、θout＝arcsin[n1・ sin{２α−arcsin(sinα/n1)}]−αおよび0°＜ θout ＜（90−α）°を満足してもよい。
【００５８】
上記プリズムアレイシートは、光学的に等方性の材料から形成されていることが好ましい。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の反射型表示装置の実施形態を説明する。
【００６０】
（実施形態１）
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態における反射型液晶表示装置１を模式的に示す部分斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す反射型液晶表示装置１の１Ｂ―１Ｂ‘における断面図である。図１（ａ）に示すように、表示された画像（例えばアルファベットＡ,Ｂ,Ｃ）が正しく観察されるように配置された反射型液晶表示装置１に対して、Ｘ―Ｙ―Ｚ座標系を規定する。典型的にはマトリクス状に配列された画素の列方向がＸ軸方向となり、行方向がＹ軸方向となり、表示面の法線方向１３０がＺ軸方向となる。反射型液晶表示装置１の表示面を時計の文字盤に見立てた場合の１２時方向を「上側」、６時方向を「下側」、３時方向を「右側」、９時方向を「左側」と呼ぶ。Ｘ―Ｙ面は表示面内に規定され、Ｘ軸は上下方向に伸び、Ｙ軸は左右方向に伸びる。なお、表示面とは、表示装置１に含まれる２枚の基板３および４（図１（ｂ）参照）に平行な面である。このような表示装置１を、観察者は、表示層２に対して反射電極９の反対側から観察し（図１（ｂ）参照）、観察には、表示装置の外部の任意の位置に設けられた照明などを用いる。例えば「プリズムアレイシート１４の観察者側表面」とは、図１（ａ）および（ｂ）では、複数の傾斜面１２０が形成されたプリズムアレイシート１４の主面を意味する。
【００６１】
以下、これらの図１（ａ）および（ｂ）を参照しながら、反射型液晶表示装置１を説明する。
【００６２】
本実施形態１では、プリズムアレイシートの傾斜面が空気と接する、すなわち、プリズムアレイシートと空気との界面が形成される場合について述べる。反射型液晶表示装置１は、一枚偏光板モードの反射型液晶表示装置の前面（観察者側）にプリズムアレイシート１４を配置した構成を有する。図１（ｂ）に示すように、液晶層２は一対の基板３、４に挟持されている。観察者側の基板３の液晶層２側表面には、透明電極６および配向膜７が形成され、対向基板４の液晶層２側表面には、凹凸形状の樹脂層８、画素反射電極９、および配向膜１０が形成されている。液晶層２としては、誘電異方性が正のネマチック液晶が封入されており、配向膜７の配向処理方向に従ってツイストしながら配向されている。樹脂層８の下には、例えばＴＦＴやＭＩＭ等のアクティヴ（スイッチング）素子１１がマトリクス状に配設され、これによって画素ごとにスイッチングが行われる。
【００６３】
表示装置１の基板３、４のそれぞれの液晶層２側には電極６、９が設けられているので、表示装置１に電圧を印加すると、基板３、４に対して垂直方向に電界がはたらき、液晶分子の配向状態が変化するためスイッチングが行われる。なお、本実施形態では、上下基板間のセル厚は４．５μｍとした。また、反射手段・散乱手段として機能する凹凸形状を有する画素反射電極９は、正反射方向を中心に等方的な散乱性を有するように形成した。具体的には、基板４の表面に、樹脂などからなる複数の凸部５を設け、この上にＡｌからなる膜を塗布し、凹凸形状を有する画素反射電極９を作製した。
【００６４】
観察者側基板３の観察者側表面には適当な位相差板１２、偏光板１３、およびプリズムアレイシート１４がこの順に適当な角度で配置されている。ここで、プリズムアレイシート１４は、その観察者側表面に、表示面に対して傾いた面を有する。また、プリズムアレイシート１４は、プリズムアレイシート１４に接する他の層（本実施形態では空気層）と異なる屈折率を有する透明基材であり、プリズムアレイシート１４とこれに接する他の層との界面前後で、屈折率が異なる。
【００６５】
表示装置１の表示方式はＴＮ、ＳＴＮ、ＥＣＢ等のいずれであっても良い。位相差板１２、偏光板１３、およびプリズムアレイシート１４は、適当な粘着層を用いて、基板３の観察者側表面に貼り付けられてもよい。また、図１（ａ）および（ｂ）に示すようにプリズムアレイシート１４の主面（複数の傾斜面１２０を有する面）が空気と接する場合、少なくともプリズムアレイシート１４の傾斜面１２０は、ＡＲ（反射防止）処理またはＡＧ（ぎらつき防止）処理が施されていることがより好ましい。これにより、像の写り込みや、表面反射を低減させることができるので、視認性の高い表示を得ることができるからである。プリズムアレイシート１４の観察者側表面をＡＲ（反射防止）処理する、または、プリズムアレイシート１４の観察者側表面をＡＧ（ぎらつき防止）処理するとは、具体的には、例えば、プリズムアレイシート１４の観察者側表面に、所望の膜を形成することによって実現される。
【００６６】
図１（ａ）および（ｂ）に示されるように、表示装置１の観察者側表面にプリズムアレイシート１４が設けられていることにより、表示装置１の内部に入射した光の主光線（図１（ｂ）中に矢印Ａで示す）を、正反射方向（矢印Ｃの方向）とは異なる方向（矢印Ｂ方向（表示面の法線方向に近い方向））に出射させることができる。これにより、外部照明からの入射主光線の正反射光と、表示光とが同時に観察者の目に入射することが無いので、表示の視認性が向上する。
【００６７】
本実施形態１の基本構成は、プリズムアレイシート１４が配設されている以外の点では、従来の反射型一枚偏光板方式の液晶表示装置の構成と同じであり、表示の動作はプリズムアレイシート１４を配置しない場合と同様に行われる。
【００６８】
表示装置１の前面（観察者側）に配置されたプリズムアレイシート１４は複数のプリズムがストライプ状に配列されて形成されており、その表面は、表示面に対して所定角αだけ傾いた面（傾斜面１２０）と、特に角度の規定されないもう一方の面１２１とが交互に繰り返され、断面形状が「鋸刃形状」をしている。また、傾斜面１２０の法線方向１２０Ｎは、いずれも、表示面の法線方向１３０に対して表示面の下側に傾いている。本実施形態において使用可能なプリズムアレイシートの形状は、上述したプリズムアレイシート１４のような形状に限定されず、さまざまな形状のプリズムアレイシートを使用することができる。
【００６９】
以下、図１（ｃ）を参照して、本実施形態に使用可能なプリズムアレイシートの一例を説明する。図１（ｃ）は、本実施形態に使用可能な他のプリズムアレイシート１４Ａの周期方向における断面図である。プリズムアレイシート１４Ａは、複数の傾斜面１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃおよび１２０ｄを有する。図１（ｃ）に示される、傾斜面１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃおよび１２０ｄの幾何学的重心におけるそれぞれの高さｈａ，ｈｂ，ｈｃおよびｈｄは、プリズムアレイシート１４Ａの周期方向に向かって徐々に拡大している（ｈａ＜ｈｂ＜ｈｃ＜ｈｄ）。このように、全体として略楔型形状を有するプリズムアレイシート１４Ａを使用しても、表示装置１に入射した光の主光線を、表示装置１の前面部での正反射光とは異なる方向へ出射させることができる。これにより、反射主光線と外部照明の正反射光線とを、分離することが可能になる。なお、「プリズムアレイシートの周期方向」とは、プリズムアレイシート１４の表面にある複数の稜線１２４に垂直な方向であり、図１（ａ）および（ｃ）中に矢印Ｆで示す。
【００７０】
さらに、プリズムアレイシート１４の傾斜面１２０の傾斜角α、プリズム基材の屈折率n1、およびプリズムアレイシート１４の周期方向などを適当に設定すれば、観察者方向の表示輝度を適切に向上させることができる。ただし、このとき、プリズムアレイシート１４の形状はプリズムの傾斜角αとプリズム基材の屈折率n1によって「主となる照明（光源）から入射した光が観察者方向に出射し得」なければならない。これは、逆に考えると「観察者側の観察者方向から入射した光線が、プリズムアレイシートから出射する際に全反射されずに再度観察者側へ出射され得る」条件である。
【００７１】
上記の条件を、プリズムアレイシート１４の傾斜面が外部（空気）と接するように配置されている場合について考える。具体的には、表示装置の法線方向を観察者方向として、観察者方向に出射する光線の経路を逆に辿り、観察者（法線）方向から光を入射させて、その光線が表示装置から再度出射し得るかどうかを検討する。
【００７２】
表示装置の法線方向からの光線は、まず最前面のプリズムアレイシート１４の傾斜面で屈折され、表示装置１に入射する。このとき、屈折される角度は、プリズムアレイシート１４の傾斜角αと屈折率ｎ１によって決まる。表示装置１に入射した光線は、表示装置１内の画素反射電極９によって散乱・反射されるが、主光線はその正反射方向に向きを変えて、再度プリズムアレイシート１４の傾斜面に到達する。このとき、主光線がプリズムアレイシート１４の傾斜面に達する角度φが空気界面における全反射角arcsin(1/n1)より小さければ、図２（ａ）に示すように、主光線は再度観察者側へ出射されることになる。スネルの法則によって、
φ＝２α−arcsin(sinα／n1) （１）
であることが導き出せるので、
２α−arcsin(sinα／n1)＜arcsin(1/n1) （２）
が、観察者方向（すなわち、表示装置の法線方向）から入射した光線が、再度観察者側へ出射されるために、プリズムアレイシートの形状および基材の屈折率に必要とされる条件となる。一方、反射面で反射された主光線がプリズムに到達する角度φが全反射角より大きければ、図２（ｂ）に示すようにこの主光線はプリズム界面で全反射されてしまい、観察者側に戻ることができない。このため、表示は暗くなってしまう。
【００７３】
したがって、プリズムアレイシート１４の直上の媒体が空気であり、かつ、画素反射電極９が正反射方向を中心に反射を起こすものである場合には、傾斜面の表示面に対する角度αとプリズムアレイシート１４の屈折率ｎ１とが上記式（２）を満足する必要がある。
【００７４】
反射表示装置において、輝度の高い表示を行うためには、上述した主光線の出射角度が重要な意味を持つ。先に述べたように、「主となる照明から入射した光が観察者方向に出射し得る」ということは、逆に考えると「観察者方向（表示装置の法線方向）から入射した光線が、出射する際に全反射されずに再度観察者側へ出射され得る」ということであるので、表示装置法線方向からの入射光の主光線が出射する方向に主となる照明が存在するようにプリズムアレイシートを設計することが望ましい。
【００７５】
反射表示装置においては、また、表示の明るさは観察環境における照明光の位置と、その分布に大きく依存するので、照明光の存在する確率の高い方向から光を取り込むような設定とすれば、高い確率で輝度の高い表示を得ることが出来る。しかし、表示パネルが外部照明を見込む角度は、パネルの使用用途や使用角度によって大方決まってくるので、使用用途によってプリズムの傾斜角や屈折率を決定して、主となる照明が存在する確率が高い方向に適当に出射方向を設計することが好ましい。
【００７６】
さらに、図２（ａ）からわかるように、プリズムアレイシート１４が空気と接するように配置されている場合、観察者方向（表示装置の法線方向）から入射した主光線は傾斜面の法線方向１２０Ｎ（表示面の法線方向１３０に対して表示面の下側に傾いた方向）とは異なる方向に出射する。つまり光路を逆に考えると、表示装置の法線方向に主光線を出射させるためには、傾斜面の法線方向１２０Ｎとは異なる方向から主光線が入射してくるようにプリズムアレイシート１４を配置すればよいことになる。もし傾斜面の法線方向１２０Ｎから主光線が入射すると、主光線は正反射の方向よりも広角側に出射してしまい、観察者方向（表示装置の法線方向）には出射しない。より具体的には、観察者が表示面の法線方向から表示を見る場合に、光線が表示面の法線方向１３０に対して表示面の上側に傾いた方向（図１（ａ）参照、０＜Ψ＜１８０°、０＜θ＜９０°）から入射するような環境では、傾斜面１２０の法線方向１２０Ｎが表示面の法線に対して表示面の下側（１８０°＜Ψ＜３６０°、０＜θ＜９０°）に傾くようにプリズムアレイシート１４を配置すればよい。一方、観察者が表示面の法線方向から表示を見る場合に、光線が表示面の法線に対して表示面の下側に傾いた方向から入射するような環境では、傾斜面１２０の法線方向１２０Ｎが表示面の法線方向１３０から上側に傾くようにプリズムアレイシート１４を配置すればよい。
【００７７】
前述した特開平8−95035号公報に記載されている反射型表示装置では、図３に示すように、プリズムアレイシート９０の傾斜面の法線方向に近い方向に光源が配置されることを前提としており、主光線は表示面の法線方向から大きく外れた方向に出射させられる。この場合、表示装置の正面方向の表示輝度は十分に得られない。これに対し、本発明の実施形態において、表示パネルに入射する光の主なものは、図１（ｂ）に示すように、傾斜面の法線方向１２０Ｎから十分傾いた角度をなすようにプリズムに入射し（矢印Ａ方向）、主光線は表示装置の略正面方向（矢印Ｂ方向）に出射するため、表示装置の正面方向における表示輝度が向上することになる。
【００７８】
なお、先にも述べたように、外部の光を反射して表示を行う反射型表示装置においては、表示装置の用途に応じて照明が存在する角度が異なり、光源の存在確率の高い角度範囲が存在することが想定されるので、表示装置の使用目的に応じてその上に配置するプリズムアレイシートの光の取込み角度を適当に設定し、その角度からの入射光を観察者方向に返すように設計すれば、観察者は輝度が高く、かつ視認性の高い表示を観察することができる。反射型表示装置は、その薄型軽量、ロングバッテリーという特徴を生かして、携帯用途のノートパソコン、情報携帯端末などの機器のモニターとして用いられるケースが高い。このことを考慮すると、目的である高輝度な表示を行うためには、まず、こうした機器の使用角度や照明環境に関して考察する必要がある。
【００７９】
例えば、ノートパソコン用のモニターの場合、図４（ａ）に示すように、使用者は比較的大きな角度（水平面に対して７０度程度）傾けて使用するのが一般的であるので、観察者のいない、表示面の法線方向から表示面の上側に０度〜９０度傾いた方向から外光が入射する確率が高いと推測できる。さらに、プリズムの傾斜角αを考慮すると、ノートパソコン用途の場合は、観察者（表示装置法線方向）から入射した光の主光線の出射角度θoutを０度〜（９０−α）度の範囲に入るようにプリズムアレイシートの傾斜角αと屈折率を持つように設計すれば良いと言える（ここで、θout＝arcsin[n1・ sin{2α−arcsin(sinα/n1)}]−αである）。
【００８０】
一方、情報携帯端末のように、比較的小さな角度（水平面に対して３０度程度）傾けて使用するのが一般的な機器（図４（ｂ））では、ノートパソコンの場合よりは低角から外部光が入射する確率が高いことが想定されるので、出射角度θoutがもう少し小さくなるようにプリズムアレイシートを設計すればよい。表示パネルの使用環境によって照明環境もまちまちであるが、特別に照明装置を具備しない反射型表示装置の場合、一般的に照明は空や天井の照明のように上側にあることと、観察者が影となって表示パネルの法線方向から表示面の下側にずれた方向からは外部光源が入射し難いことを考えると、光源は表示パネルの法線方向から表示面の上側にずれた方向に求めるのが妥当である。つまり、通常の条件下では、観察者方向（表示装置の法線方向）から入射した主光線の出射角度θoutは、観察者が表示装置を観察する方位（下側１／４球、すなわち１８０°＜Ψ＜３６０°,０＜θ＜９０°）から反対側の１／４球方向（上側１／４球、すなわち０＜Ψ＜１８０°,０＜θ＜９０°）にやや片寄っていることが望ましい。プリズムアレイシートが傾斜角αを有することを考慮すると、これは、すなわち、０度＜θout＜（９０−α）度であることを意味する。
【００８１】
このような条件でプリズムアレイシートの傾斜角の向き、角度、および屈折率を設計することによって、実際のパネル使用環境下において輝度の高い表示を実現することができる。
【００８２】
本願発明者らは、表示装置の様々な用途を考慮して、表示装置の法線方向から光が入射するときの出射角の好ましい範囲を検討した。その結果、ノートパソコン用途の場合には、出射角が約１５度から約４５度の範囲で輝度の高い表示を実現することができることがわかった。また、携帯情報端末のように、水平面に対する表示面の角度が比較的小さい角度であるような場合には、上述したように、ノートパソコンの場合よりも低角で外部からの光が表示装置に入射する。したがって、表示装置の法線方向から光が入射すると考えたときの出射角は、ノートパソコンの場合よりも小さくてもよく、本願発明者らの検討によれば１０度以上であれば輝度の高い表示を実現できることがわかった。
【００８３】
このように、輝度の高い表示を得るためには、表示装置の法線方向から光が入射すると考えたときの出射角が１０度以上であればよい。このような出射角は、プリズムアレイシート１４が実用的な屈折率（１．３〜１．７）を有し、空気と接する場合には、表示面に対する傾斜角αが７度以上であるようなプリズムアレイシート１４を用いることによって実現することができる。
【００８４】
実際にパネルを使用する条件を想定して複数の実環境下にパネルを適当な角度傾けて設置し、プリズムを配設した場合とそうでない場合とでパネル正面で輝度を比較測定した結果を（表１）にまとめた。その結果、パネル表面にプリズムアレイシートを配設した方が配設しない場合よりも１．２〜１．９倍の高い値が得られ、本発明の効果があることを確認できた。
【００８５】
【表１】

【００８６】
本実施形態においては、表示装置の使用角度および表示装置外部の照明環境を考慮し、主となる光源から表示装置に入射した光をプリズムアレイシートの作用のみによって観察者方向に出射するように設計した表示装置について述べた。しかし、照明（光源）の位置と分布は、表示装置の設置される使用場所、照明環境などに依存して非常に複雑かつ多様である。実施形態１のように正反射を中心とした等方的な散乱性を有する散乱手段・反射手段（画素反射電極９）を用いた場合、プリズムアレイシートの向きと傾斜角度、屈折率を調整するだけでは、従来に比べて観察者にとっての表示の輝度は向上するが、表示装置が照明を取り込む角度分布をそれ以上理想とするものに近づけられない。より複雑な照明の取り込み角度分布を実現し、多様な使用環境で明度の高い表示が得られるようにこれを最適化するためには、散乱手段および反射手段に依る散乱反射特性に異方性を付与したり、ゲインを調整するなどの必要がある。さらに、その反射手段と散乱手段とにプリズムアレイシートを組み合わせて、すなわち、プリズムアレイシートと反射手段と散乱手段との総合的な作用によって、主となる光源から表示装置に入射した光を正反射とは異なる観察者方向に出射するように設計することが望ましい。
【００８７】
実施形態１で用いているプリズムアレイシート１４は、表示面に対して所定角α傾いた面と、特に角度の規定されないもう一方の面とが交互に繰り返された鋸刃形状をしているが、これは基材であるアクリル樹脂（n1=1.492）を型押しすることによって作製される。プリズムの基材としてはアクリル樹脂に限らず、帝人社製 PEN（n1＝１．６６）やJSR製アートンF（n1＝１．５１）、任意の屈折率を持つUV硬化性樹脂なども使用できる。これ以外にも透明性、成形加工性、機械強度を兼ね備えた材質が適用でき、プラスチック以外でもガラスや弗化マグネシウムなどが適用可能である。ただし、プリズムアレイシートを配置することによって、プリズムアレイシート界面の界面反射が生じるので、これを防止するために、プリズムアレイシートの屈折率はそれを添付する偏光板やガラス基板とできる限りマッチングしていることが望ましい。
【００８８】
なお、プリズムアレイシート１４の表面は、樹脂などで平坦化することなく、そのまま用いている。すなわち、プリズムアレイシート１４は空気（n＝１．０）と接する傾斜面を有している。更に、本実施形態では、プリズムのピッチＰ１は６５μｍとし、傾斜面１２０は傾斜角α＝２５度の平面とした。ここで、ストライプ状に配列された複数のプリズムのピッチＰ１は、図２（ａ）に矢印で示されるように、隣り合う傾斜面１２０の幾何学的重心間の距離を示し、１つのプリズムの幅に相当する。また、プリズムのもう一方の面１２１は、表示面に対して直角であるように形成されている。この場合、表示面の法線方向から入射した光線の主光線は、プリズム傾斜面１２０に角度φ＝３３．５度で到達し、空気とプリズムとの界面で屈折して、パネル外部へθout＝３０．５度で出射してゆく。すなわち、本実施形態では、表示面の法線方向から入射した光線のプリズム界面における到達角φは、全反射角４２．１度より十分小さく、かつ、出射角度θoutは０度＜θout＜７５度となっている。本実施形態では、プリズムアレイシート１４の裏面（鋸刃形状ではない面）に屈折率がマッチングする粘着層を配し、これを偏光板上に貼り付けている。
【００８９】
以上、実際の環境下で外部照明だけでパネルを使用することを考え、光源の存在を、表示面の法線方向に対して表示面の上側に傾いた側、すなわち、観察者の向こう側に求める例を述べたが、パネルに付随して予め照明装置を具備する反射型表示装置においてはこの限りではない。例えば、図５に示すように、表示部２１の下方に位置する入力部２２に開閉型の外部照明２３を具備するノートパソコンなどの情報機器２０において、外部照明２３を点灯する場合について説明する。このような外部照明２３を配置する場合、傾斜角αを有するプリズムアレイシート１４の傾斜面１２０の法線方向１２０Ｎが表示面の法線１３０に対して表示面の上側に傾くように配設することが好ましい。これにより、表示面の法線に対して表示面の下側に傾いた方向から入射した光を、観察者側方向により多く出射させることができ、より輝度向上させることができた。
【００９０】
なお、プリズムアレイシートの傾斜角αで規定されないもう一方の面１２１の角度は、特に角度に制約があるわけではないが、実施形態１でそうしたように、表示面に対して直角程度の角度を成していることが望ましい。これは、表示を観察したときに観察者がこの面を見込む面積を最小にする観点と、この面が光源を見込む面積を小さくすることで表示における光のロスを最小限に抑える観点から望ましいと言える。
【００９１】
また、表示面内でプリズムの傾斜角度を徐々に変化させてもよい。これについて図６を参照しながら説明する。表示パネルは平面であるため、その上部と下部では照明２５（特に点光源）を見込む角度が異なる。表示パネルを観察する際に特定の点光源に近い照明しか存在しない照明環境においては、表示パネルの表示面内の座標によって光線がそれぞれ異なる角度でパネルに入射するため、それぞれの座標で観察者に返す光量に差異が生じて、表示エリア内で輝度分布が生じてしまう。そこで、図６に示すように、表示面内でプリズムの傾斜角度を徐々に変化させ、パネル全面が観察射方向へ光を返すように設計すれば、パネル全面における輝度ムラを無くし、視認性の良い表示を実現することができる。
【００９２】
一般的には、図６に示したように、光源２５を見込む角度はパネル上部より下部の方が大きくなるので、パネル上部から下部に向かうに従って徐々にその傾斜角を大きくすれば良い（α１＜α２＜α３＜α４＜α５）。このように表示面内で傾斜面角度を変える手段は、特に表示面が大きく、パネルの設置場所、設置角度、および光源の位置が決まっている据え置き型の表示装置のような場合に有効である。
【００９３】
また、実施形態１では、プリズムの傾斜面１２０が平面であるものについて記載したが、本発明はこれに制限されるものではなく、プリズム傾斜面１２０は曲面であっても良い。適用可能な傾斜面１２０の形状を図７（ａ）〜（ｄ）に例示する。プリズム傾斜面は、図７（ａ）に示すような平面以外に（ｂ）〜（ｄ）に示すような曲面であってもよく、曲面の形状は、凸状曲面（図７（ｂ））であっても、凹状曲面（図７（ｃ））であっても構わないし、凸状部分と凹状部分が混在（図７（ｄ））するものでも良い。ただし、曲面の傾き角は、パネル法線方向からの入射光が再度外部へ出射し得る範囲内で作製されなければならない。
【００９４】
このような、曲面形状のプリズムを用いることは、プリズムの傾斜角に分布を付けることと同様の意味を持つので、主光線の表示層２に対する入射方向に分布が生じ、その結果、表示層２に入射する光線の出射角度が表示面の上下方向において様々に変化する。より具体的には、プリズムの曲面における接線とプリズムの底面とのなす角度が小さい箇所に入射した光線は、極角θが小さい方向に出射し、傾斜角が大きな箇所に入射した光線はより極角θが大きい方向に出射する。ここで、極角とは、図１（ａ）のθを示す。
【００９５】
また、プリズムアレイシートの形状に関しても上記の例ではストライプ状に鋸刃形状が形成され、法線方向が特定の一方向を向いている場合についてのみ述べたが、本発明はこれに限定されない。プリズムアレイシートの傾斜角αを２０度と固定し、傾斜面の法線ベクトルの向く方向を複数にした場合に関して検討を行った。具体的には、プリズムアレイシートのもう一方の面１２１は、観察者側方向から表示装置を観察したときに、直接観察されないように、その面を表示面に対して垂直になるように形成した。プリズム形状に関しては、平面に最密充填し得る形状が光の有効利用が出来る観点から好ましいと言える。図８（ａ）、（ｂ）および図９（ａ）、（ｂ）に実際に検討したプリズムアレイシートの形状を示す。図８（ａ）は、プリズムアレイシートの斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のプリズムアレイシートの部分的な平面図と、Ｘ側方向からの側面図と、Ｙ側方向からの側面図とを合わせて示す。図９（ｂ）は他の例のプリズムアレイシートの平面図であり、図９（ａ）は図９（ｂ）のプリズムアレイシートにおける３つのプリズムａ、ｂおよびｃを拡大した斜視図である。図８（ｂ）および図９（ｂ）における矢印は、各プリズムアレイシートの傾斜面１２０上において、プリズムアレイシートの底面１２２に近い側から遠い側に向かって延びている。
【００９６】
実施形態１に記載の液晶表示装置にこれらのプリズムアレイシートを配置して、反射輝度の投光軸の方位角依存性を測定した結果、方位角方向へ光の取り込み角の分布が広がる効果を確認することが出来た。ここで、方位角とは図１（ａ）のΨを意味する。以上のように、傾斜面の法線ベクトルの向く方向（特に方位角方向）を複数にして、異方性を持たせることにより、本反射型液晶表示装置の方位角方向の視野角依存性が向上することがわかった。
【００９７】
図８および９で説明した傾斜面の形状は、以上に述べた二通りであったが、やはりこれに限るわけではなく、傾斜面の構造体の一単位に対して、それぞれの面の法線ベクトル方向を使用用途とその照明環境に合わせて適当に設計することで表示の輝度を向上することができる。
【００９８】
また、この表示面に対して直角程度の角度を成している面に吸収層を設けることで、表示の視認性が向上する効果が認められた。図１０を参照してこの効果を説明する。吸収層が無い場合には、図１０（ａ）に示すように、この面１２１から入射した光線は所定角αの傾斜面１２０から入射した光線とは別の光路を辿り、迷光となって観察者方向（表示装置の法線方向）とは異なる方向に出射するが、これは全く表示に影響しないわけではなく、表示装置を観察する角度によっては、この迷光の一部が観察者の目に入り、表示に少なからず影響を与える。これを防ぐために、本実施形態では、図１０（ｂ）に示すように、表示面に対して直角程度の角度を成している面１２１に吸収層３２を設け、迷光を吸収するように構成した。その結果、表示に影響を与えていた不要な光が吸収層３２でカットされ、表示の視認性が向上した。
【００９９】
図１０（ｂ）の反射型液晶表示装置では、プリズムアレイシートの面１２１に吸収層３２を設けたが、これに代えて、面１２１を粗面化しても、吸収層３２を設けた場合と同様に、表示の視認性を向上させることができる。これは、粗面化された面に入射した光が散乱され、プリズムアレイシート１４中に入射する光の量が減少するからである。下記に面１２１の粗面化について説明する。プリズムアレイシート１４は通常、型押しによって作製される。面１２１の粗面化は、上記型押しの際に用いられる型において、プリズムアレイシートの面１２１に対応する面の粗面状態を調整することによって行われる。具体的には、面１２１に対応する型の表面を研磨せずに面１２１を形成すれば、面１２１は粗面となる。一方、面１２１に対応する型の表面を研磨して面１２１を形成すれば、面１２１は凹凸のない平面となる。
【０１００】
また、この表示面に対して直角程度の角度を成している面に反射層を設けると、表示の明度が向上する効果が認められた。図１０（ａ）に示すように反射層が無い場合は、この面から入射した光線は所定角αの傾斜面から入射した光線とは別の光路を辿り、迷光となって、表示の輝度向上には寄与することが無かった。しかし、表示面に対して直角程度の角度をなしている面１２１に反射層４１を設けると、図１０（ｃ）に示すように、面１２１に入射した光を観察者方向（表示装置の法線方向）に近い方向へ出射させることができる。したがって、表示の輝度が見かけ向上する。なお、この反射層４１は、形成したプリズムにマスクを用い、斜め蒸着を施すことによって作製した。なお、図１０（ｂ）および（ｃ）では、プリズムアレイシートの主面（複数の傾斜面を有する面）が観察者側を向くように配置したが、プリズムアレイシートの主面の向きはこれに限定されない。プリズムアレイシートの主面を反射電極側に向けて配置し、プリズムアレイシートの面１２１に吸収層３２または反射層４１を設けるか、あるいは面１２１を粗面化しても、上記と同様の効果が得られる。
【０１０１】
さらに、本願発明者らは好ましいプリズムピッチに関しても検討を行った。以下、図１１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。図１１（ａ）は表示装置１に設けられたカラーフィルターの配列を示す平面図であり、図１１（ｂ）は、プリズムアレイシートの平面図である。また、図１１（ｃ）は、カラーフィルターとプリズムアレイシートとの配置関係を示す図である。
【０１０２】
本願発明者らの行った調査によれば、観察者は液晶表示装置を３０ｃｍ程度離して使用するという結果が得られており、また一方で、一般的な視力の持ち主では３０ｃｍの観察距離で表示装置の画素ピッチ（２００μｍ）を認識することが困難である。従って、表示装置から３０ｃｍ離れて観察者が表示装置を観察する場合、プリズムアレイシートのピッチが観察者に認識されないようにするためには、プリズムピッチを２００μｍ以下にすれば良い。ここで画素ピッチとは、図１１（ａ）にＰ２で示すように、隣接する画素の幾何学的な重心間の距離を示す。なお、ここでは、正方形の画素を考える。また、プリズムのピッチＰ１は、図１１（ｂ）に矢印で示されるように、隣り合う傾斜面１２０の幾何学的重心間の距離を示し、１つのプリズムの幅に相当する。
【０１０３】
実際にプリズムピッチの検討を行った結果、プリズムピッチが画素ピッチより大きい場合は、パネルを観察した時にプリズムのストライプ縞が目立ってしまい、表示の視認性が著しく低下することが分かった。プリズムピッチが画素ピッチ以下であれば、液晶表示装置を通常使用するような距離で観察した場合、殆どこの縞を確認することができず、表示の質を悪化させるようなことは無かった。従って、プリズムピッチは画素ピッチ以下であることが望ましい。
【０１０４】
また、表示パネルを観察した時、プリズムの周期構造と表示装置の画素パターンとが干渉してモアレ縞が生じる場合があるため、さらに詳しくプリズムのピッチと配列方向に関して検討を加えた。プリズムピッチをＰ１、表示装置の画素ピッチをＰ２とすると、モアレ縞の周期Ｐは
Ｐ＝１／（１／Ｐ１−１／Ｐ２） （３）
で表される。このモアレ縞の周期Ｐを、表示装置の画素ピッチＰ２より小さくすることができれば、モアレ縞の問題を解消することができる。すなわち、
Ｐ２ ＞ １／（１／Ｐ１−１／Ｐ２） （４）
が満足されればよい。これより、Ｐ１＜Ｐ２／２という関係が導き出せるので、プリズムのピッチは表示装置の画素ピッチの１／２より小さくすることでモアレ縞を目立たなくすることができるはずである。そこで、本願発明者らは、ピッチの異なるプリズムを種々作製し、目視による主観評価を行った。その結果、プリズムのピッチＰ１をＰ２／２より小さくするとモアレ縞が観察されなくなることを確認した。
【０１０５】
また、一方で、プリズムのピッチＰ１が非常に小さい場合、プリズムから回折光が生じるとともに、加工精度が悪化して透明であるべきプリズムに散乱が生じ、表示の視認性が著しく低下することが分かった。すなわち、プリズムのピッチＰ１は５μｍ以上でなければならず、先の条件と合わせて考えると、結局プリズムピッチＰ１は、より好ましくは５μｍ以上で、かつ、表示装置の画素ピッチの１／２よりも小さい範囲であることが望ましい。
【０１０６】
また、プリズムアレイシートに含まれる複数のプリズムのそれぞれのピッチを異ならせる（プリズムピッチをランダムにする）ことによっても、モアレ縞の発生を低減させることができる。また、カラーフィルターにおける画素の配列方向（列方向の画素の配列方向１３２Ｒまたは行方向の画素の配列方向１３２Ｃ）と、プリズムの配列方向１３４とをぴったり揃えるよりも、図１１に示すように、お互いを少し斜めにしてずらした方がモアレ縞が消失することが分かった。そこで、発明者らは、カラーフィルターを表示部に対して２５度斜めに印刷したカラーフィルターを用いるとともに、これに合わせて対向基板側のスイッチング素子を形成し、表示を行った。その結果、モアレ縞の無い良好な表示を行うことが出来た。なお、プリズムアレイシートにおけるプリズムの配列方向１３４と、カラーフィルタにおける画素の配列方向１３２Ｒおよび１３２Ｃとは、一致しないことが好ましく、発明者らの検討によれば、両者の成す角度が５度から８５度程度であることが好ましいことが分かった。
【０１０７】
（実施形態２）
次に、図１２を参照しながら、本発明の第２の実施形態における反射型表示装置を説明する。本発明によるプリズムアレイシートは、導光性の透明基材を材料として用い、プリズムの傾斜角を調整することによって、フロントライトの導光板としての機能を兼ね備えることができる。実施形態２においては、図１２に示すように、導光体を兼ねるプリズムアレイシート１４の側方に冷陰極間で形成された光源５２と、光源５２から発する光を導光板の方向に反射させる反射体５１が配置され、ここが光の導入部となる。本実施形態では、プリズムアレイシート１４を、表示面に対する傾斜角αが７度である傾斜面と、表示面に対して４０度の角度をなすもう一方の傾斜面との繰り返しによって形成し、プリズムピッチを３０μｍとした。さらに、図１２に示すように、傾斜角７度の傾斜面の面積をもう一方の傾斜面の面積よりも広くした。
【０１０８】
このような反射型表示装置では、側方からプリズムアレイシート１４に入射した光線は、表示面に対して４０度傾いている傾斜面で全反射されて表示装置に入射し、表示装置内の反射手段で反射されてから、面積が広い傾斜角７度の傾斜面から出射する。これにより、明るい表示を提供することができる。
【０１０９】
（実施形態３）
実施形態１では、プリズムアレイシート１４の表面が空気と接し、表面形状が鋸刃状に凹凸が形成されているものについて記載したが、このままでは表面が傷つき易く、かつ汚れ易いため、プリズムアレイシート１４の劣化が著しい。そこで、本実施形態では、プリズムアレイシート１４の凹凸表面を保護するために表面を透明基材で平坦化している。
【０１１０】
プリズムアレイシート１４の表面を埋める透明基材６１は、プリズムアレイシート１４の基材とは異なる屈折率を有する透明基材が適当であり、その屈折率はプリズム基材１４の屈折率ｎ１より大きくても、小さくてもよい。ただし、この場合も照明から表示装置に入射した光線が再度観察者側へ出射し得るように、プリズムアレイシート１４の配置向き、屈折率ｎ１、傾斜角α、および平坦化する透明基材６１の屈折率ｎ２が選択されなければならない。
【０１１１】
ここで、プリズムアレイシート１４として用いられる透明基材の屈折率ｎ１、傾斜角α、および平坦化する透明基材６１の屈折率ｎ２に課せられる条件を、先の議論と同様に、観察者方向（表示装置の法線方向）から光線を入射させる場合を例として考える。表示装置に入射した光線は、平坦化基材６１を直進し、平坦化基材６１とプリズムアレイシート１４との屈折率界面において、プリズム１４の傾斜角αと屈折率ｎ１、および平坦化基材６１の屈折率ｎ２によって決定される角度の方向へ屈折されて表示装置内に入射する。表示装置内に入射した光線は、表示装置内で反射・散乱されるが、主光線はその正反射方向に向きを変えて再度プリズムアレイシート１４の傾斜面に到達する。
【０１１２】
このとき図１３（ａ）に示すように、平坦化する基材６１の屈折率ｎ２が空気（ｎ＝1.0）より大きく、プリズムアレイシート１４の屈折率ｎ１より小さい場合（1.0＜ｎ２＜ｎ１）には、主光線がプリズムアレイシート１４の傾斜面に達する角度φ＝２α−arcsin(sinα・ｎ２／ｎ１)がプリズムアレイシート１４と平坦化基材６１との界面における全反射角arcsin(ｎ２／ｎ１)より小さく、かつ外部へ出射する際に空気界面に達する角度η＝arcsin[(n1/n2)・sin{２α−arcsin(sinα・ｎ２／ｎ１)}]−αが平坦化基材６１と空気との界面における全反射角arcsin(1/ｎ２)より小さくなければ、主光線は再度観察者側へ出射されないことになる。すなわち、

の両方を満たすことがプリズムアレイシート１４の形状および基材の屈折率に必要とされる条件となる。一例として、プリズムアレイシート１４の基材として帝人製のPEN（ｎ１＝１．６６）、傾斜角α＝３０度、平坦化基材６１として旭硝子製のサイトップ（ｎ２＝１．３４）を用いてプリズムアレイシートを作製し、これを用いて室内で表示を行ったところ、明度の高い良好な表示が得られた。
【０１１３】
これに対して、図１３（ｂ）に示すように、平坦化する基材６１の屈折率ｎ２がプリズムアレイシート１４となる透明基材の屈折率ｎ１より大きい場合（1.0≦ｎ１＜ｎ２）には、入射光がプリズムアレイシート１４の傾斜面に達する角度φはαであるが、これがプリズムアレイシート１４と平坦化基材６１との界面における全反射角arcsin(n1／n2)より小さく、かつ主光線が外部へ出射する際に平坦化基材６１と空気との界面に達する角度η＝α−arcsin[(n1/n2)・sin{2α−arcsin((n2/n1)・sinα)}]＜arcsin(1/n2)が、平坦化基材６１と空気との界面における全反射角arcsin(1/n2)より小さければ、主光線は再度観察者側へ出射されることになる。すなわち、

の両方を満たすことがプリズムアレイシート１４の形状および基材の屈折率に必要とされる条件となる。この場合、プリズムアレイシート１４の材質は固体でなくとも良く、空気や水、液晶などでも良い。一例として、プリズムアレイシート１４の基材として空気（ｎ１＝１．００）、傾斜角α＝２０度、平坦化基材６１としてアクリル樹脂（ｎ２＝１．４９）を用いてプリズムアレイシートを作製し、これを用いて室内で表示を行ったところ、明度の高い良好な表示が得られた。
【０１１４】
もし、それぞれの場合において、いずれか一つの臨界角条件でも満たされない場合は、入射光はプリズム界面で全反射されて観察者側に戻ることができず、表示が暗くなってしまう。
【０１１５】
本実施形態のように、プリズムアレイシートの表面を透明な基材で平坦化することによって、明度向上の効果はそのままに、プリズム表面が傷が付き難く、かつ汚れ難くなるという効果が認められ、より実用性の高いプリズムアレイシートを作製することができた。
【０１１６】
なお、図１３（ｂ）に示すように、平坦化する基材６１の屈折率ｎ２がプリズムアレイシート１４となる透明基材の屈折率ｎ１より大きい場合（１．０≦ｎ１＜ｎ２）には、出射光は傾斜面の法線方向１２０Ｎに出射する。このことから、観察者方向（表示装置の法線方向）に光を出射させるためには、傾斜角αで規定される傾斜面の法線方向１２０Ｎが光源側を向くようにプリズムアレイシート１４を配置する必要があることがわかる。
【０１１７】
さらに、平坦化基材６１の観察者側表面に反射防止膜（ＡＲ処理を施す）を形成するか、または、ぎらつき防止膜（ＡＧ処理を施す）を形成することにより、像の写り込みや表面反射を低減することができ、その結果、視認性の高い表示を得ることができた。
【０１１８】
図１３（ａ）および（ｂ）では、屈折率ｎ１のプリズムアレイシート１４の主面（複数の傾斜面を有する面）を観察者側に向けて配置し、かつ、その主面を屈折率ｎ２の平坦化部材６１で平坦化したが、本実施形態の表示装置の構成はこれに限定されない。図１３（ａ）または（ｂ）の平坦化部材６１に代えて屈折率ｎ２のプリズムアレイシート１４を配置し、図１３（ａ）または（ｂ）のプリズムアレイシート１４に代えて屈折率ｎ１の平坦化部材６１を配置しても、本実施形態３と同様の構成が得られる。このような表示装置は、例えば、屈折率ｎ２のプリズムアレイシート１４の主面を反射電極９に対向させて配置し、屈折率ｎ１の透明樹脂によってプリズムアレイシート１４を表示装置に接着させて作製され得る。なお、ぎらつき防止膜は、表示装置の空気と接する観察者側表面に設けることが好ましい。
【０１１９】
（実施形態４）
図１４を参照しながら本発明の第４の実施形態における反射型表示装置を説明する。図１４は、本実施形態における反射型表示装置１の概略構成を示す断面図である。図１４に示すように、本実施形態では、透明基材６１によって平坦化されたプリズムアレイシート１４は、観察者側基板３の観察者側ではなく、観察者側の基板３と液晶層２との間に設けられている。反射型表示装置に入射した光線は、偏光板１３、位相差板１２、観察者側基板３を通過して透明基材６１と観察者側基板３との界面に達し、ここで方向を曲げられてプリズムアレイシート１４に入射し、さらに方向を曲げられて液晶層２に入射する。反射電極９によって反射された光線は、再び液晶層２を通過し、プリズムアレイシート１４に達する。ここで光線は観察者方向、すなわち表示装置の法線方向に進行方向を曲げられて、表示装置の観察者側に出射される。このとき、偏光板および位相差板は入射光がこれらを通過した後に円偏光となるように配置した。このような構成にすることによって、位相差板、ガラス基板、プリズムおよび液晶層界面で起こる各界面反射が再度観察者側に出射するのを防ぐことができ、表示の視認性が向上した。
【０１２０】
なお、本実施形態では、プリズムアレイシート１４の基材としてPEN（ｎ１＝１．６６）を、平坦化基材６１としてサイトップ（ｎ２＝１．３４）を用い、プレズム面の傾斜角αを２５度、ピッチを約５０μｍとした。このような反射型表示装置により表示を行うと、表示の視差が改善され、明度が高く、かつ視差の無い良好な表示が得られた。
【０１２１】
実施形態３および４においては、プリズムアレイシート１４の凹凸表面を平坦化するという方法でプリズムアレイシート１４の表面の保護を図ったが、その他の方法によっても上記目的を達成することができる。例えばプリズムアレイシート１４の表面に保護シートを貼付する方法が最も簡便である。このとき、プリズムアレイシート１４が空気と接し、プリズムアレイシート１４と空気との間で界面を形成する場合には、保護シートとプリズムアレイシートの間に介在する空気の層を潰さないように貼付しなければならない。具体的には、プリズムアレイシート１４の傾斜面１２０と、この傾斜面１２０に隣接する他の面１２１との間に形成された稜線１２４に、保護シートが接触するように、接着剤を介して保護シートをプリズムアレイシート１４に貼付する。プリズムアレイシート１４と保護シートとの接着面積は小さい方が好ましい。理由を以下に説明する。
【０１２２】
プリズムアレイシート１４と保護シートとの接着面積を大きくすると、保護シートのプリズムアレイシート１４に対する接着力は向上するが、プリズムアレイシートと空気層とが形成する界面の面積が減少してしまう。通常、接着剤の屈折率とプリズムアレイシート１４の屈折率とはほぼ等しいので、プリズムアレイシート１４と接着剤との接着面積が大きく、プリズムアレイシート１４と空気層とが形成する界面の面積が小さい場合には、プリズムアレイシート１４の屈折率と空気層の屈折率との差を用いて、正面輝度（表示面の略法線方向の輝度）を向上させるという本実施形態の効果を十分に得ることができなくなる恐れがある。従ってプリズムアレイシート１４と保護シートとの接着面積は小さい方が好ましい。また、プリズムアレイシート１４と保護シートとを接触させないようにするために、保護シートを液晶表示装置の筐体に支持させて、プリズムアレイシート１４に保護シートを接着しない構成をとってもよい。さらに、上記保護シートは、その観察者側表面（プリズムアレイシート１４に接着されていない面）がＡＲ処理されていることがさらに好ましい。これにより、表示面からの反射が抑えられ、より見易い表示が実現できるからである。
【０１２３】
プリズムアレイシート１４表面を保護するには、プリズムアレイシート１４の表面に保護シートを設ける方法以外に、プリズムアレイシート１４の表面に、ハードコートを施すという方法を用いてもよいし、あるいは、プリズムアレイシート１４の表面に、タッチパネルを配置するという方法を用いてもよい。
【０１２４】
さらに、図１８に示すように、プリズムアレイシート１４の表面に位相差板１２と偏光板１３とを設けて、これらをプリズムアレイシートの保護層として使用してもよい。図１８に示す反射型液晶表示装置は、位相差板１２と偏光板１３とをプリズムアレイシート１４の観察者側に設けていることにおいて、図１（ｂ）に示す液晶表示装置１と異なる。図１８に示す液晶表示装置では、複数の傾斜面１２０を有するプリズムアレイシート１４の観察者側表面に、位相差板１２が配置されている。この位相差板１２は、プリズムアレイシート１４の傾斜面１２０と隣接する他の面１２１との間に形成された稜線１２４に、接触するように設けられており、プリズムアレイシート１４の傾斜面１２０と位相差板１２との間には空気層１０５が形成されている。この位相差板１２の観察者側表面には、さらに、偏光板１３が設けられている。上述したような構成を有する液晶表示装置では、プリズムアレイシート１４は、光学的に等方性の材料、すなわち、複屈折性を有さない材料から形成されていることが好ましい。プリズムアレイシート１４は例えば、上述した帝人社製 PEN（n1＝１．６６）を用いて形成しても良いし、あるいは、ＴＡＣ（トリアセチルセルロースフィルム）から形成してもよい。また、位相差板１２および偏光板１３のいずれか一方、より好ましくは、位相差板１２および偏光板１３の両方の観察者側表面には、ＡＲ処理が施されていることがより好ましい。これにより、表示面からの反射が抑えられ、より見易い表示を実現できるからである。なお、上述の説明では、位相差板１２と偏光板１３との両方をプリズムアレイシート１４の表面に設けたが、位相差板１２は必要に応じて設ければよい。
【０１２５】
以上のように、位相差板１２と偏光板１３とを、プリズムアレイシート１４の保護層としても機能させれば、保護シートなどを別途設けた表示装置に比べて、部品点数を減少させることができるので、製品の低コスト化、薄型化、および軽量化を実現することができる。
【０１２６】
本実施形態４の反射型表示装置では、プリズムシート１４の主面（複数の傾斜面が形成された面）が観察者側を向くように、プリズムシート１４を配置したが、これとは逆に、主面が反射電極９側を向くようにプリズムシート１４を配置してもよい。この場合、プリズムシート１４の裏面（主面に対向し、かつ、傾斜面を有さない平坦な面）に保護シートを接着するか、または、観察者側基板３などを接着すればよい。これにより、プリズムシート１４自体の機械的強度を向上させることができる。
【０１２７】
（実施形態５）
直視型の反射型表示装置では、表示装置のいずれかの個所に散乱手段を具備している。上記実施形態１から４では、散乱手段を凹凸形状を有する反射電極によって実現する例を説明しているが、散乱手段はこれに限定されるわけではない。例えば、透過−散乱を変調する高分子分散型液晶層で散乱手段を実現してもよく、あるいは屈折率の異なる２種類以上の材質から構成される散乱フィルムで実現してもよい。
【０１２８】
本実施形態においては、散乱手段を液晶・高分子分散型液晶層によって実現している。図１５を参照しながら、本実施形態を説明する。
【０１２９】
本実施形態における反射型表示装置は、プリズムアレイシート１４の面のうち、表示面に対してほぼ直角を成す面に吸収層３１を設けている点、液晶層２の代わりに液晶・高分子分散型液晶層８１を用いている点、および樹脂層８が凹凸形状を有してない点を除いては、図１に示す反射型表示装置とほぼ同様に構成されている。
【０１３０】
本実施形態では、液晶・高分子複合散乱変調層８１を以下のようにして作製した。まず、誘電異方性が正の液晶と重合開始剤２％を含む光重合性材料を８０：２０の割合で混合し、相溶させた。光重合性材料は室温で等方相を示すものを使用した。液晶と光重合性材料の混合物も室温で等方状態を示した。
【０１３１】
次に、混合物を２枚の基板３、４の間に注入し、室温でＵＶ等の光照射を行って光重合性材料を重合し、液晶相と高分子相とを相分離させた。ＵＶ照射は約10mW/cm²(365nm)のＵＶを表示エリア内で照度分布が５％以内となるように調整して１分間行った。素子は相分離と同時に散乱状態となった。
【０１３２】
液晶・高分子複合散乱変調層８１としては、高分子分散型液晶、ネマティック-コレステリック相転移型液晶、液晶ゲル等のいずれを用いてもよい。さらに、液晶層が透過状態と、少なくとも散乱作用が含まれる状態との間で変調されるモード、具体的には、例えば、液晶分子のドメインサイズを制御して拡散性を付与した透過-反射状態でスイッチングするコレステリック液晶、拡散光による露光により拡散性を付与した透過−反射状態でスイッチングするホログラフィック機能を有する高分子分散型液晶のいずれを用いてもよい。該高分子分散型液晶は、低分子液晶組成物と未重合プレポリマーの混合物を相溶させて基板間に配置し、プレポリマーを重合することにより得られるものである。プレポリマーを重合することにより得られるものであれば、これは、その種類は特に限定されるものではない。例えば、液晶性を示す紫外線硬化性プレポリマーと液晶組成物との混合物を紫外線等の活性光線の照射により光硬化させることにより得られる硬化物（紫外線硬化液晶）を用いても良い。
【０１３３】
こうして作製した散乱−透過切り換え型の高分子分散型液晶を液晶層として用い、この液晶層の背面に鏡面状の反射電極９を配置した。そして、このような表示装置の観察者側基板３の上に直角面に吸収層３１を形成したプリズムアレイシートを配置して表示を行った。その他のプリズムアレイシートの設定は実施形態１と同様とした。すなわち、基材としてアクリル樹脂（n1＝１．４９２）を用い、表示面に対して所定角α＝２５度傾いた面と、表示面に対して直角であるように形成したもう一方の面とが交互に繰り返された鋸刃形状とした。プリズムは空気（n＝１．０）と界面を接する傾斜面を有している。プリズムのピッチは５０μｍとした。その結果、明度の高い表示を行うことが出来た。
【０１３４】
（実施形態６）
図１６に本発明の第６の実施形態における反射型表示装置の概略構成を示す。本実施形態における反射型表示装置は、反射電極９および樹脂層８を実質的に平面状とし、その代わりに観察者側基板３の観察者側表面、すなわち液晶層２とは反対側に散乱フィルム７１を配置している点と反射電極がフラットに形成されている点とを除いて、実施形態１と同様の構成を有する。散乱フィルムとしては、屈折率の異なる２種類の材質、例えばスピノーダル分解構造を有するように構造制御されたポリメタクリル酸メチルとスチレン−アクリロニトリル共重合体のブレンド物や、ポリメタクリル酸メチルのマトリクス中にポリスチレンの球状粒子を分散させたフィルムを用いることができる。
【０１３５】
この反射型表示装置についても、実施形態１と同様に表示を行った結果、良好な表示を得ることができた。
【０１３６】
（実施形態７）
本実施形態の反射型表示装置は、プリズムアレイシート１４として、屈折率が可変である材料から形成したプリズムアレイシートを用いている点を除いては、実施形態１と同様である。したがって、構成の詳細な説明は省略する。
【０１３７】
具体的には、プリズムアレイシート１４の中を電気的に屈折率が変調できる物質（例えば液晶）で満たし、電気的に屈折率を変調できるようなプリズムアレイシートを作製した。このような屈折率可変のプリズムアレイシート１４を用いると、屈折率が電気的に変調されると共に、入射した光線の出射角度を変調することができる。つまり、このプリズムアレイシート１４を反射型表示装置の上面に配置することによって、場合に応じて表示装置が照明を見込む角度も変調することが可能となるので、表示装置の明度を照明環境に合わせて調整することができる。
【０１３８】
（実施形態８）
本実施形態８の反射型表示装置は、特に、観察者側の光源の輝度が極めて大きい場合に好適に使用される。以下、図１９を参照しながら本実施形態８の反射型表示装置を説明する。
【０１３９】
図１９に示されるように、極めて輝度の大きい光源２５から発せられた光１０１は、プリズムアレイシート１４で屈折して、液晶表示装置内部に進行する。液晶表示装置内部に進行した光１０１は、液晶表示装置内のすべての層の界面で反射される。図１９では簡単のために、偏光板１３とプリズムアレイシート１４との界面での反射光を１０２で示し、偏光板１３と液晶層２との間にある全ての界面、すなわち、偏光板１３と位相差板１２との界面、位相差板１２と基板３との界面、基板３と透明電極６との界面、透明電極６と配向膜７との界面、および配向膜７と液晶層２との界面での反射光を全て合わせて１０３で示す。さらに、液晶層２の観察者側の反対側にある反射電極９で反射される光を１０４で示す。この反射光１０４は、液晶層２の配向状態に依存して、偏光板１３で吸収されるか、または、偏光板１３を透過して観察者側方向に出射されて、表示光として使用される。
【０１４０】
反射光１０３は、偏光板１３と位相差板１２とが４分の１波長条件を満たすように配置されている場合、偏光板１３によって吸収される。一方、偏光板１３と位相差板１２とが４分の１波長条件を満たさないで配置されている場合は、反射光１０３は、４分の１波長条件からずれている分だけ偏光板１３を透過し、観察者側方向に出射する。反射光１０２は、その全てが観察者側方向に出射する。これは、反射光１０２の光路内に、偏光板１３のような吸収素子が配置されていないからである。
【０１４１】
上述したような反射光１０２および１０３が、観察者側方向に出射されると、光源２５の像が保存されたまま写りこむ。これにより、特に黒表示の視認性が大きく損なわれ、コントラスト比の低下原因となる。
【０１４２】
本実施形態の液晶表示装置では、プリズムアレイシート１４の材料に、偏光板１３の材料であるＴＡＣ（屈折率１.５）と同様の屈折率を有するＵＶ硬化性樹脂を用いた。また、比較のために、プリズムアレイシート１４の材料に、ＰＥＮ（屈折率１．６６）を用いた液晶表示装置を作製した。本実施形態の液晶表示装置と、比較例の液晶表示装置との表示を比較したところ、本実施形態の液晶表示装置の方が、表面反射および光源２５の写り込みが少なく、黒表示の視認性に優れ、コントラスト比の低下を防止できたことがわかった。これは、プリズムアレイシート１４と、プリズムアレイシート１４に接する偏光板１３とを、同程度の大きさの屈折率を有する材料で形成することにより、プリズムアレイシート１４と偏光板１３との界面における、光源２５からの光の反射率を低減させて、光源２５の写り込みを少なくすることができたためである。
【０１４３】
上記実施形態１〜８の説明では、主としてプリズムシート１４の主面（複数の傾斜面が形成された面）が観察者側を向くようにプリズムシート１４を配置した反射型液晶表示装置について説明した。しかしながら本発明の反射型表示装置におけるプリズムシートの配置はこれに限定されず、実施形態１〜８の全てにおいて、プリズムシート１４をその主面が反射電極９側を向くように配置してもよい。下記の実施形態９および１０では、プリズムシート１４をその主面が反射電極９側を向くように配置した反射型表示装置の具体例を説明する。なお、実施形態９および１０の反射型表示装置においても、プリズムシート１４をその主面が観察者側を向くように配置してもよい。
【０１４４】
（実施形態９）
本実施形態９の反射型表示装置は、プリズムアレイシート１４と、このプリズムアレイシート１４と接する空気層との屈折率差を利用して正面輝度が向上され、かつ、プリズムアレイシート１４の耐擦傷性が向上された反射型表示装置である。以下、図２０、図２１（ａ）、図２１（ｂ）、図２１（ｃ）および図２２を参照して、本実施形態９の反射型表示装置を説明する。
【０１４５】
図２０は、本実施形態９の比較例の反射型表示装置を示す。図２０の反射型表示装置は、プリズムアレイシート１４の耐擦傷性を向上させるために、プリズムアレイシート１４の表面（複数の傾斜面１２０を有する面）が液晶層２側を向くように配置されていることにおいて、図１に示した反射型表示装置１と異なる。
【０１４６】
図２０の反射型表示装置のプリズムアレイシート１４は、上述したように、表面が液晶層２側を向くように配置されている。また、プリズムアレイシート１４の傾斜面１２０の法線方向１２０Ｎは、表示面の法線１３０に対して表示面の下側に傾いており、傾斜面１２０は、最も好ましくは、光源２５からの入射光の進行方向が傾斜面１２０の法線方向と一致するように、配置される。また、プリズムアレイシート１４と偏光板１３との間には空気層１０５が形成されている。反射電極９で反射された入射光１０１は、空気層１０５とプリズムアレイシート１４との屈折率差を利用して、ほぼ表示面の法線方向に表示光１０４として取り出される。しかしながら、図２０の反射型表示装置では、空気層１０５と偏光板１３との界面における反射光１０２の強度が大きいために、表示の視認性が大きく損なわれてしまう。偏光板１３の観察者側表面にＡＲ処理を施しても、表示の視認性は十分に改善されなかった。
【０１４７】
そこで、表示の視認性を向上させるために、本実施形態の反射型液晶表示装置では、図２１（ａ）〜（ｃ）に示すように、さらなるプリズムアレイシート１０６が設けられている。図２１（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、本実施形態の液晶表示装置の上下方向における断面図、および、左右方向における断面図である。また、図２１（ｃ）はプリズムアレイシート１０６の部分的な斜視図である。以下、これらの図を参照して本実施形態の反射型液晶表示装置を説明する。
【０１４８】
本実施形態の反射型液晶表示装置は、プリズムアレイシート１４に加えて、プリズムアレイシート１４と偏光板１３との間に、図２１（ｃ）に示されるプリズムアレイシート１０６をさらに有することにおいて、上述した図２０の比較例の反射型液晶表示装置と異なる。
【０１４９】
以下、図２１（ｃ）を参照してプリズムアレイシート１０６を説明する。プリズムアレイシート１０６は、図２１（ｃ）に示されるように、互いに平行な複数の稜線１３０を有する。プリズムアレイシート１０６において、隣り合う稜線１３１の間隔はいずれも同じであり、Ｃ−Ｃ‘における断面形状は、形状および大きさの等しい二等辺三角形の連続体である。なお、プリズムアレイシート１０６は、上述したプリズムアレイシート１４と同様の材料から形成される。
【０１５０】
プリズムアレイシート１０６は、プリズムアレイシート１４に対して、プリズムアレイシート１０６の稜線１３１とプリズムアレイシート１４の稜線１２４とが直交するように配置されている。なお、プリズムアレイシート１４に対するプリズムアレイシート１０６の配置場所は、モアレ縞の影響を考慮して適宜調整することが好ましい。
【０１５１】
図２１（ｃ）に示したプリズムアレイシート１０６の形状がより好ましいが、プリズムアレイシート１０６の形状はこれに限定されず、例えば、隣り合う稜線１３１の間隔がそれぞれ異なり、Ｃ−Ｃ‘における断面形状が、形状および大きさの異なる二等辺三角形または、不等辺三角形の連続体であってもよい。あるいは、プリズムアレイシートに含まれる複数のプリズムがデルタ配列されたようなものであってもよい。また、複数のマイクロレンズまたはレンチキュラーレンズが配列されたようなプリズムアレイシートを用いてもよい。
【０１５２】
次に、図２１（ａ）、（ｂ）を参照して、反射型液晶表示装置に入射した光の光路について説明する。反射型液晶表示装置の観察者側に配置された、例えば光源２５から発せられた光１０１は、図２０の比較例の反射型液晶表示装置と同様に、反射電極９で反射されて、空気層１０５とプリズムアレイシート１４との屈折率差を利用して、ほぼ表示面の法線方向に表示光１０４として取り出される。
【０１５３】
一方、光源２５からの入射光１０１が、空気層１０５とプリズムアレイシート１０６との界面で反射されて得られる反射光１０２は、図２１（ｂ）に示すように、上記表示光１０４ｂの進行方向とは異なる方向に進行し、表示光１０４から分離される。なお、図２１（ａ）では、反射光１０２と表示光１０４との進行方向が同じで、分離されていないように見えるが、空間的（３次元的）には、図２１（ａ）に示すように、反射光１０２と表示光１０４とは分離されている。従って、表示光１０４から反射光１０２が分離されて、正面方向に良好な表示が得られる。
【０１５４】
次に、図２１（ａ）および（ｂ）に示した反射型液晶表示装置の改変例を、図２２を参照しながら説明する。図２２の反射型液晶表示装置は、主として、液晶層２と基板４との間に傾斜部材１０７を有することにおいて、図２０の比較例の反射型液晶表示装置と異なる。以下、図２２を参照しながら、本実施形態の改変例の反射型液晶表示装置を説明する。
【０１５５】
図２２の反射型液晶表示装置では、液晶層２と基板４との間に、傾斜部材１０７が設けられている。この傾斜部材１０７は、表示面に対して傾いた複数の傾斜面１４０と、表示面とほぼ９０°の角度をなす面１４１とが、交互に繰り返された形状を有している。このような傾斜部材１０７において、傾斜面１４０の法線１０７Ｎは、表示面の法線１３０方向に対して表示面の上（光源２５）側に傾いている。さらに、傾斜部材１０７の複数の傾斜面１４０の表面には、実施形態１の反射方表示装置１と同様に、樹脂からなる凸部材が設けられており、この上にＡｌからなる画素反射電極９が形成されている。なお、画素反射電極９は、平坦ミラーの表面に散乱フィルムを形成して作製しても良い。
【０１５６】
図２２の反射型液晶表示装置では、光源２５から発せられた光１０１は、画素反射電極９で反射されて、空気層１０５とプリズムアレイシート１４との屈折率差を利用して、表示面の法線方向１３０と同様の方向に表示光１０４として取り出される。
【０１５７】
一方、光源２５からの入射光１０１が、空気層１０５と偏光板１３との界面で反射されて得られる反射光１０２は、図２２に示すように、上記表示光１０４ｂの進行方向とは異なる方向に進行し、表示光１０４から分離される。このように表示光１０４から反射光１０２が分離されて、正面方向に良好な表示が得られる。
【０１５８】
（実施形態１０）
本実施形態１０の反射型表示装置は、プリズムアレイシート１４の裏面に保護板１０８を有することと、プリズムアレイシート１４と偏光板１３との間に十分な厚みの空気層１０５を有することにおいて、実施形態９の比較例の反射型表示装置（図２０）と異なる。本実施形態１０のような保護板１０８を有する反射型表示装置は、携帯電話や携帯ゲーム機に好適に使用される。以下、図２３を参照しながら、実施形態１０の反射型表示装置を説明する。
【０１５９】
上述したように、図２３の反射型表示装置には、プリズムアレイシート１４の裏面１２２、すなわち、複数の傾斜面１２０を有する面と対向する面に保護板１０８が接着されている。これにより、プリズムアレイシート１４の耐擦性を向上させることができる。保護板１０８は例えば、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリカーボネート、またはアートンなどの光透過性の高い材料から形成されることが好ましい。また、保護板１０８は、その観察者側表面が反射防止処理されていることがより好ましい。表面反射をより低く抑えれば、表示装置に入射する光量の低下を防止できるからである。また、保護板１０８の屈折率と、プリズムアレイシート１４の屈折率とが整合していることがさらに好ましい。これにより、保護板１０８とプリズムアレイシート１４との界面における反射を抑制することができるからである。
【０１６０】
図２３の反射型表示装置には、プリズムアレイシート１４の表面（複数の傾斜面１２０を有する面）と偏光板１３との間に、十分な厚みの空気層１０５が設けられている。空気層１０５の厚みは約５００μｍ以上であることが好ましい。モアレ縞は、プリズムアレイシート１４の周期構造と表示装置の画素パターンとの干渉によって発生するので、空気層１０５の厚みをプリズムアレイシート１４のピッチおよび反射型表示装置の画素ピッチよりも十分大きくすれば、モアレ縞の形成を防止でき、視認性を向上させることができるからである。
【０１６１】
以上説明したように、本実施形態１０の反射型表示装置によると、プリズムアレイシート１４の耐擦性を向上させるとともに、視認性を向上させることができる。
【０１６２】
【発明の効果】
本発明の反射型表示装置によれば、プリズムアレイシートを反射型表示装置の観察者側に配置して、表示装置に入射した光を通常観察者が位置する表示装置の法線方向に出射させる。これにより、室内外を問わず、実際の使用環境下において視認性が高く、かつ高明度な直視型の反射型表示装置を得ることが出来る。また、視認性が高く、明るい反射型表示装置を生産性が高い簡易な方法で製造することができる。さらに、表示装置の画素ピッチ等を考慮してプリズムのピッチを適切に設定することにより、モアレの無い視認性の高い表示を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態における反射型液晶表示装置１の模式的な斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の１Ｂ―１Ｂ‘における断面図であり、（ｃ）は、適用可能な他のプリズムアレイシート１４Ａの断面図である。
【図２】本発明の実施形態の表示装置に用いられるプリズムアレイシートの傾斜面について、(ａ)適当な条件と、(ｂ)不適当な条件とを示す図である。
【図３】プリズムアレイシート１４の傾斜面の法線方向に光源が位置する場合における、入射主光線および正反射光線の位置関係を示す図である。
【図４】本発明の反射型表示装置を、(ａ)ノートパソコン用モニターとして用いる場合と、（ｂ）情報携帯端末の表示パネルとして用いる場合を模式的に表した図である。
【図５】本発明の第１の実施形態において、表示装置の外部に配置した照明からの光を用いて表示を行った様子を表す図である。
【図６】本発明の反射型表示装置において、表示面内でプリズムアレイシートの傾斜角度を変化させた場合を表す図である。
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、プリズムアレイシートの傾斜面の形状例を示す図である。
【図８】（ａ）は、プリズムアレイシートの斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のプリズムアレイシートの部分的な平面図と、Ｘ側方向からの側面図と、Ｙ側方向からの側面図とを合わせて示す図である。
【図９】他の例のプリズムアレイシートを示し、（ａ）はプリズムａ、ｂおよびｃの拡大斜視図であり、（ｂ）は平面図および側面図である。
【図１０】プリズムアレイシートの傾斜角αを有する傾斜面とは異なる面に（ａ）処理をしない場合、（ｂ）吸収層を設けた場合、および（ｃ）反射層を設けた場合の主光線の光路を示す図である。
【図１１】（ａ）は表示装置１に設けられたカラーフィルターの配列を示す平面図であり、（ｂ）はプリズムアレイシートの平面図であり、（ｃ）はカラーフィルターとプリズムアレイシートとの配置関係を示す図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態における反射型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態において、プリズムアレイシートの表面を平坦化した場合の作用を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態における反射型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態における反射型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態における反射型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図１７】従来技術による反射型表示装置の構成を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態における改変例の反射型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の第８の実施形態における反射型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図２０】比較例の反射型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図２１】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、実施形態９の反射型表示装置の左右方向における断面図、および、上下方向における断面図であり、（ｃ）はプリズムアレイシート１０６の部分的な斜視図である。
【図２２】実施形態９の改変例の反射型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【図２３】実施形態１０の反射型表示装置の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 反射型表示装置
２ 液晶層
３、４ 基板
６ 透明電極
７、１０ 配向膜
８ 樹脂層
９ 反射電極
１１ アクティブ素子
１２ 位相差板
１３ 偏光板
１４ プリズムアレイシート
２０ 携帯情報端末
２１ 情報端末表示部
２２ 情報端末入力部
２３ 外部照明
２５、５２ 光源
３２ 吸収層
４１ 反射層
５１ 反射体
６１ 透明基材
７１ 散乱フィルム
８１ 液晶・高分子散乱変調層
１０６ プリズムアレイシート
１０７ 傾斜面の法線
１２０ 傾斜面
１２０Ｎ 傾斜面の法線
１２１ 他の面
１２２ 底面
１２４ 稜線
１３０ 表示面の法線
１３１ 稜線
１３２Ｒ 列方向の画素の配列方向
１３２Ｃ 行方向の画素の配列方向
１３４ プリズムの配列方向
１４０ 傾斜面
１４１ 他の面
Ｐ１ プリズムのピッチ
Ｐ２ 画素のピッチ

Claims (38)

1. 表示層と、
   前記表示層の観察者側に配置された光学手段と、
   前記表示層の前記観察者側とは反対側に配置された反射手段と、
   を備えている反射型表示装置であって、
   前記光学手段は、表示面に対して傾いた複数の傾斜面を含む主面を有し、
   前記光学手段を介して前記表示層に入射し、前記反射手段によって反射された光を実質的に前記表示面の法線方向に出射させ、
   前記光学手段は、前記表示面に対してほぼ９０°の角度をなす複数の他の面を有し、前記複数の傾斜面と前記複数の他の面とは交互に配置されており、
   前記光学手段の前記複数の傾斜面は空気と接しており、前記複数の傾斜面の前記表示面に対する角度αおよび前記光学手段の屈折率ｎ１は、
   2 α− arcsin(sin α /n1) ＜ arcsin(1/n1)
   を満足することを特徴とする、反射型表示装置。
2. 表示層と、
   前記表示層の観察者側に配置された光学手段と、
   前記表示層の前記観察者側とは反対側に配置された反射手段と、
   を備えている反射型表示装置であって、
   前記光学手段は、表示面に対して傾いた複数の傾斜面を含む主面を有し、
   前記光学手段を介して前記表示層に入射し、前記反射手段によって反射された光を実質的に前記表示面の法線方向に出射させ、
   前記光学手段は、前記表示面に対してほぼ９０°の角度をなす複数の他の面を有し、前記複数の傾斜面と前記複数の他の面とは交互に配置されており、
   前記表示面の法線方向から光が入射する場合の出射角θ out が、θ out ＝ arcsin[n1 ・ sin{2 α− arcsin(sin α /n1)}] −α
   を満足するときに、前記複数の傾斜面の前記表示面に対する角度αおよび前記光学手段の屈折率ｎ１は、
   ０°＜ arcsin[n1 ・ sin{ ２α− arcsin(sin α /n1)}] −α＜（ 90 −α）°
   を満足することを特徴とする、反射型表示装置。
3. 表示層と、
   前記表示層の観察者側に配置された光学手段と、
   前記表示層の前記観察者側とは反対側に配置された反射手段と、
   を備えている反射型表示装置であって、
   前記光学手段は、表示面に対して傾いた複数の傾斜面を含む主面を有し、
   前記光学手段を介して前記表示層に入射し、前記反射手段によって反射された光を実質的に前記表示面の法線方向に出射させ、
   前記光学手段は、前記表示面に対してほぼ９０°の角度をなす複数の他の面を有し、前記複数の傾斜面と前記複数の他の面とは交互に配置されており、
   前記光学手段の前記複数の傾斜面は、透明基材によって平坦化されており、前記光学手段の屈折率ｎ１、前記透明基材の屈折率ｎ２および前記透明基材と接する空気の屈折率（ 1.0 ）について、 n1 ＞ n2 ＞ 1 の関係にあるときに、前記光学手段の前記複数の傾斜面の傾斜角αが、
   2 α− arcsin(sin α・ n2/n1) ＜ arcsin(n2/n1)
   arcsin[(n1/n2) ・ sin{2 α− arcsin((n2/n1) ・ sin α )}] −α ＜ arcsin(1/n2)
   の両方を満足することを特徴とする、反射型表示装置。
4. 表示層と、
   前記表示層の観察者側に配置された光学手段と、
   前記表示層の前記観察者側とは反対側に配置された反射手段と、
   を備えている反射型表示装置であって、
   前記光学手段は、表示面に対して傾いた複数の傾斜面を含む主面を有し、
   前記光学手段を介して前記表示層に入射し、前記反射手段によって反射された光を実質的に前記表示面の法線方向に出射させ、
   前記光学手段は、前記表示面に対してほぼ９０°の角度をなす複数の他の面を有し、前記複数の傾斜面と前記複数の他の面とは交互に配置されており、
   前記光学手段の屈折率が前記複数の傾斜面の直上における媒体の屈折率よりも小さく、かつ、前記光学手段の前記複数の傾斜面の法線方向が前記表示面の法線方向に対して前記表示面の上側に傾斜しており、
   前記光学手段の前記複数の傾斜面は、透明基材によって平坦化されており、前記光学手段の屈折率ｎ１、前記透明基材の屈折率ｎ２および前記透明基材と接する空気の屈折率（ 1.0 ）について、 1 ≦ n1 ＜ n2 の関係にあるときに、前記光学手段の前記複数の傾斜面の傾斜角αが、
   α＜ arcsin(n1 ／ n2)
   α− arcsin[(n1/n2) ・ sin{2 α− arcsin((n2/n1) ・ sin α )}] ＜ arcsin(1/n2)
   の両方を満足することを特徴とする、反射型表示装置。
5. 前記光学手段の前記主面は、前記観察者側を向いた請求項１から４のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
6. 前記反射型表示装置は、前記反射手段によって反射された光を散乱させる散乱手段をさらに備えており、
   前記光学手段、前記反射手段および前記散乱手段の組み合わせにより、前記光学手段を介して前記表示層に入射し、前記反射手段によって反射された光を前記表示面のほぼ法線方向に出射させることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
7. 前記表示面の法線方向に対して前記表示面の上側に傾いた方向から入射した光線が前記表示面の法線方向に出射することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
8. 前記光線は、前記光学手段の前記観察者側で、かつ、前記表示面の法線方向に対して表示面の上側に傾いた方向に配置された第１の光源から出射されたことを特徴とする、請求項７に記載の反射型表示装置。
9. 前記表示面に対する前記複数の傾斜面の角度は、前記表示面の法線方向に対して約１０度から約４５度傾いた範囲から入射した光のいずれかが前記表示面の法線方向に出射するように設定されていることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
10. 前記複数の傾斜面は前記表示面に対して所定角度傾いており、前記所定角度は７度以上であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
11. 前記光学手段の前記複数の他の面に反射層が形成されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
12. 前記光学手段の前記複数の他の面に吸収層が形成されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
13. 前記光学手段の前記複数の他の面が粗面であることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
14. 前記複数の傾斜面の前記表示面に対する角度は、前記表示面内で異なっていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
15. 前記複数の傾斜面は曲面であることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
16. 前記複数の傾斜面のうちの１つの法線ベクトルの向きが、前記複数の他の面のうちの１つの法線ベクトルの向きとは異なっていることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
17. 前記光学手段は、複数のプリズムが配列されたプリズムアレイシートであり、プリズムのピッチが２００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
18. 前記光学手段は、複数のプリズムが配列されたプリズムアレイシートであり、プリズムのピッチは５μｍ以上、かつ、前記反射型表示装置の画素ピッチの１／２以下であることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
19. 前記プリズムのピッチが前記表示面内でランダムであることを特徴とする、請求項１７または１８に記載の反射型表示装置。
20. 前記反射型表示装置の画素は少なくとも第１の方向に配列されており、前記光学手段は、複数のプリズムが少なくとも第２の方向に配列されたプリズムアレイシートであり、前記第１の方向と前記第２の方向とは、約５度〜約８５度の角度をなすことを特徴とする、請求項１から１９のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
21. 前記光学手段の前記観察者側の面には、反射防止膜が形成されていることを特徴とする、請求項１から２０のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
22. 前記反射型表示装置は、前記光学手段の側方に設けられた第２の光源を有しており、前記光学手段は導光体として機能することを特徴とする、請求項１から２１のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
23. 前記光学手段は、可変の屈折率ｎ１を有する材料から形成されていることを特徴とする、請求項１から２２のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
24. 前記光学手段の前記複数の傾斜面上には、保護シートが形成されていることを特徴とする、請求項１から２３のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
25. 前記光学手段の前記反射板側に、前記光学手段に接して設けられた基材を有し、該基材と前記光学手段とは、ほぼ同じ屈折率を有することを特徴とする請求項１から２４のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
26. 前記表示層と前記光学手段との間に、さらなる光学手段を有し、表示光と界面反射光とを分離することを特徴とする、請求項１から２５のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
27. 前記さらなる光学手段は、前記表示面に対して傾いた複数の傾斜面を観察者側に有することを特徴とする、請求項２６に記載の反射型表示装置。
28. 前記光学手段の屈折率が前記複数の傾斜面の直上における媒体の屈折率よりも大きく、かつ、前記光学手段の前記複数の傾斜面の法線方向が前記表示面の法線方向に対して前記表示面の下側に傾斜したことを特徴とする、請求項１から２７のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
29. 前記反射型表示装置は、前記表示層を挟持する一対の基板をさらに備えており、
    前記光学手段は、前記一対の基板の一方と前記表示層との間に設けられていることを特徴とする、請求項１から２８のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
30. 前記光学手段の前記複数の傾斜面は、透明基材によって平坦化されていることを特徴とする、請求項１から２９のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
31. 前記光学手段は、前記主面に対向し、かつ、前記表示面に平行な裏面を有し、前記裏面に保護板が設けられたことを特徴とする請求項１から２８のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
32. 前記光学手段の前記複数の傾斜面が、ぎらつき防止処理されていることを特徴とする請求項１から３１のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
33. 前記光学手段の前記観察者側面に、空気層を介して、偏光板が配置されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の反射型表示装置。
34. 前記光学手段の前記観察者側面に、空気層を介して、位相差板と、該位相差板の観察者側の面に偏光板が配置されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の反射型表示装置。
35. 前記光学手段は、光学的に等方性の材料から形成されていることを特徴とする請求項３３または３４に記載の反射型表示装置。
36. 前記光学手段の前記観察者側面に、偏光板と位相差板とが配置され、前記偏光板と前記位相差板とが１/４λ条件をほぼ満たすように配置されたことを特徴とする、請求項１から３２のいずれか１つに記載の反射型表示装置。
37. 前記光学手段の前記主面は、前記反射手段側を向いた請求項３または４に記載の反射型表示装置。
38. 前記複数の他の面の側から入射した光線を前記表示面の法線方向に出射させる、請求項１から３７のいずれか１つに記載の反射型表示装置。

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