反射体及反射型液晶显示装置的制作方法

专利名称：反射体及反射型液晶显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能良好地应用于以外界光、前置灯、及后置灯为光源的液晶显示装置的反射体，以及使用它的液晶显示装置。更具体地说，是涉及一种在宽范围的角度具有良好的反射率，并且，在所希望的范围的反射方向上可以提高反射率的反射体，以及通过使用该反射体，在具有宽的视野角的同时，具有适当的指向性，从而在主要视野范围可以确保足够的亮度的液晶显示装置。
这些液晶显示装置，把由显示面侧(观察者一侧)入射的外界光、或前置灯的光，通过内部的反射体反射到显示面侧，使对应液晶层分子排列状态而显示的图形或文字等，可以被使用者看到。
另外，为了辅助外界光，具有后置灯的液晶显示装置也受到广泛应用。在这种情况下，作为用于反射外界光的反射体，为了使后置灯的光能够透过，采用半透过反射型的反射体。
本申请发明人对这些反射体的表面形状(显示面侧的形状)与反射特性之间的关系进行了长期的研究。
例如，当使用表面为平板镜面状反射体时，虽然在对应入射角度的特定的反射角度上显示出非常高的反射率，但反射率高的反射角度范围极窄，也就是说，得到明亮的显示范围窄的高指向性反射特性。另外，存在光源或观察者的脸等被映照出来，使辨认性下降的倾向。
另一方面，通过在反射体表面大量形成构成球面局部的凹部或槽，或设置不规则的凹凸，进行了在宽范围的方向获得良好的反射率的尝试。在这种情况下，得到明亮的显示范围宽的反射特性。
其中，有如图9所示的、在反射体表面设置构成球面局部的多个凹部的反射体的方案。该图所示形状的反射体51是，在例如由设置在由玻璃等形成的基板52上的感光性树脂层等形成的平板状树脂基底材料53(反射体用基底材料)的表面，相互连续重叠地形成其内面构成球面局部的多个凹部54，并在其上面通过蒸镀或印刷，形成例如由铝或银等薄膜形成的反射膜55。
所述凹部54，深度形成为在0.1μm～3μm范围内的不规则状态，并且，邻接的凹部54的间距也设置为在5μm～50μm范围内的不规则状态。另外，凹部54的内面，分别为构成同一球面局部的曲面，其倾斜角设定在-18°～+18°的范围内。
另外，在本说明书中，所谓“凹部的深度”，指的是从反射体的基板表面到凹部的底部为止的距离，所谓“邻接的凹部的间距”，指的是在俯视状态下圆形凹部中心间的距离。
另外，所谓“倾斜角”，指的是在特定的垂直剖面上，在凹部54内面的任意位置的切线相对于基板表面的角度。
该反射体51，具有将在后面叙述的比较例(图6)所示的反射特性。图6表示在入射角度为30°的，以反射率(反射强度)为纵轴，以反射角度为横轴的反射特性曲线图。
另外，所谓“入射角度”，如

图10所示，指的是立在反射体51(基底材料表面)的法线H与入射光J的夹角ω0。另外，所谓“反射角度”，指的是在包括所述法线H与入射光J的平面上，所述法线H与反射光K的夹角ω。另外，所谓“相对于基底材料表面的正反射的角度”，指的是入射角度ω0与反射角度ω相等的角度。
如图6所示，反射体51的反射特性，以正反射角度的反射角度30°为中心，在15°≤ω≤45°的范围内，具有大致良好的反射率。
如上所述的现有的反射体51，因凹部的存在，在比较宽的范围的角度得到了大致良好的反射率。但是，如图6所示，其反射特性，在反射角度为15°及45°处形成左右峰值，而在正反射的角度即反射角度为30°的附近反射率较低。因此，虽然具有能得到大致良好的反射率的范围，但在正反射方向损失了亮度。
然而，安装于笔记本电脑、台式计算器、及手表等特定装置的显示装置，往往被使用在光源的方向(入射角度)，与接受反射光的使用者的视线的角度(反射角度)，在某一特定的范围内的情况。因此，从使用者的实用上考虑，不仅应在宽的范围得到明亮的显示，而且希望增加某一特定方向的反射强度。
另外，对于具有后置灯的液晶显示装置的情况，当使用上述明亮的显示范围较宽的反射体时，也存在来自后置灯的光在反射体表面变得太散，使从利用率最高的反射角度方向出射的光变少的问题。
为了解决所述课题，本发明提供一种反射体，其特征在于，在基底材料的表面形成有具有光反射性的多个凹部，这些凹部中的每一个，分别具有通过凹部最深点的、如下的第1垂直剖面和第2垂直剖面。
(a)内面的形状，由从凹部的一个周边部开始到最深点为止的第1曲线，和与该第1曲线连续的、从凹部最深点开始到另一周边部的第2曲线组成，并使第1曲线相对于基底材料表面的倾斜角的绝对值的平均值，大于第2曲线相对于基底材料表面的倾斜角的绝对值的平均值的第1垂直剖面，(b)与第1垂直剖面正交，内面形状，由浅型曲线、和位于浅型曲线的两侧比浅型曲线的曲率半径小的深型曲线组成的第2垂直剖面。
在本说明书中，并不特别限定哪个方向的垂直剖面为第1垂直剖面，但最好将观察着看时的上下、或前后方向的垂直剖面定为第1垂直剖面。
该反射体，在基底材料的表面形成具有光反射性的多个凹部，因这些凹部由曲面(凹面)形成，所以不仅可以较宽地确保明亮的显示范围，还具有能抑制映照现象的光扩散性。
另外，这些凹部的内面形状，在第1垂直剖面中，由以最深点为分界的第1曲线和第2曲线组成，并且形成为第1曲线相对于基底材料表面的倾斜角绝对值的平均值，大于第2曲线相对于基底材料表面的倾斜角绝对值的平均值这样的曲线。也就是说，第2曲线的倾斜相对较陡，而第2曲线的倾斜相对较缓，第2曲线比第1曲线长。
因此，由第2曲线周边的面所反射的光，比由第1曲线周边所反射的光多。也就是说，通过反射使相对于第2曲线周边的面的正反射方向的光通亮密度增大。因此，如果把每个凹部的第1曲线的方向统一到特定的方向(同一或多个特定方向)，就可以增加作为反射体整体的特定方向的反射强度。
再有，这些凹部的内面形状，在与第1垂直剖面正交的第2垂直剖面上，因形成有浅型曲线，和位于浅型曲线的两侧曲率半径小的深型曲线，所以可以提高近似正反射方向的反射率。另外，深型曲线最好均等地处于浅型曲线的两侧。
其结果，作为在第1垂直剖面的综合反射特性，在正反射的角度上具有反射率的峰值，并且由第2曲线周围的面所反射的方向的反射率增加。也就是说，不仅可以足够地保证正反射方向的反射光，还可以得到在特定方向使反射光适当集中的反射特性。
在本发明中，最好将所述多个凹部形成为，每个第1垂直剖面及第2垂直剖面的方向相同，并且，每个第1曲线定向为同一方向。也就是说，最好将每个凹部的第1曲线定向为同一方向，并且，将每个凹部的第2曲线也定向为同一方向。
由此，作为反射体全体，由第2曲线周边的面所反射的方向的反射率将增大。也就是说，可以形成使朝特定方向的反射光适当集中的反射特性。
在本发明中，最好使所述第1曲线和第2曲线，在相互连接的位置相对于基底材料表面的倾斜角为零。另外更理想的是，若设第1曲线的倾斜角为负、第2曲线的倾斜角为正时，第1曲线的倾斜角从负值一侧开始渐渐趋于零，第2曲线的倾斜角从正值一侧开始渐渐趋于零，在双方连接的位置，第1曲线和第2曲线双方的倾斜角都为零。
由此，因可以平缓地形成凹部内面全体，所以可以避免正反射方向的反射量的减少。
最好使所述多个凹部的深度，不规则地形成在0.1μm～3μm范围内。
当凹部的深度不足0.1μm时，光的散射效果不够。超过3μm时，使为了实现这一深度的基底材料的厚度变得太大，对制造和产品两个方面都不利。不规则地形成多个凹部的深度，可以防止因规则地形成凹部深度时容易引起的光干涉而产生的莫尔图形的产生，并缓解了特定视角的反射光量的过度集中，使视界内的反射光量变化变得柔和。
最好将所述多个凹部，配置为相互不规则的邻接状态。
若凹部的间隔是分开的，则因凹部与凹部之间成为平面而使平面反射增加，使在有限的像素区域内得不到足够的不规则反射效果，因而最好使凹部相互邻接地形成。另外，若凹部为有规则地配列时因会产生莫尔图形，所以最好使凹部为不规则的配置。
本发明还提供一种设置有上述任意一种反射体的反射型液晶显示装置。最好是使所述反射体形成为，使所述多个凹部的每个第1垂直剖面及第2垂直剖面的方向相同，每个第1曲线定向在同一方向，并且，该反射体被设置为，由观察者所看到的每个凹部的第1曲线，处于比第2曲线的更上方位置。
这样，如果将所有凹部的第1曲线，设置为在观察者观察时处于比第2曲线的更上方时，通常，就可以使主要由上方入射的外界光等，比观察者的脚下方向，更向相对于基底材料表面的法线方向偏移。
另外，由于在观察者观察时主要由上方入射的外界光等有效地入射到第2曲线周围的面，所以可全面地增加反射光量。
再有，通过第2垂直剖面的浅型曲线的反射，也可以足够地确保正反射方向的光量。
因此，增加了反射到观察者视线方向的光量，并且从实用的角度来看，实现了明亮画面的反射型液晶显示装置。
本发明还提供一种反射体，其特征在于，在相对于基底材料表面的正反射角度上具有反射率的峰值，并且，小于正反射角度的反射角度范围的反射率的积分值，与大于正反射角度的反射角度范围的反射率的积分值不同。
根据本发明，可以提供一种当观察者通常的视野角偏离正反射方向时，不仅确保正反射方向的反射光，还可以重点地使光反射到该通常的视野角方向的反射体。
本发明还提供一种反射型液晶显示装置，其特征在于，设置有在相对于基底材料表面的正反射角度上具有反射率的峰值，并且，小于正反射角度的反射角度范围的反射率的积分值，与大于正反射角度的反射角度范围的反射率的积分值不同的反射体，并且，将该反射体的、所述反射率的积分值变大的反射角度范围设置为，由观察者观察时，处于比相对于基底材料表面的正反射角度的更上方。
根据本发明，通常，就可以使主要由上方入射的外界光等，比观察者的脚下方向，更向相对于基底材料表面的法线方向偏移。因此，例如，作为携带电话或笔记本电脑的显示装置使用时，增加了朝观察者视线方向的反射的光量，从实用的角度来看，实现了明亮画面的反射型液晶显示装置。
图2是表示实施例的一个凹部的立体图。
图3是所述凹部第1垂直剖面的剖面图。
图4是所述凹部第2垂直剖面的剖面图。
图5是说明实施例的反射体的反射特性的图。
图6表示受光角与反射率之间关系的曲线图。
图7表示实施例的反射型液晶显示装置的层结构的剖面图。
图8是说明实施例的反射型液晶显示装置使用状态的图。
图9表示现有的反射体的立体图。
图10是入射角及反射角的说明图。
图中符号1-反射体；2-基底材料；3a、3b、3c-凹部；10-反射侧基板；A-第1曲线；B-第2曲线；E-浅型曲线；F、G-深型曲线。
图1是表示实施例的反射体部分的立体图。如图1所示，本实施例的反射体1，由在例如由铝形成的平板状基底材料2的表面S(基准面)相互不规则地邻接的具有多个光反射性的凹部3a、3b、3c、……(一般地称为凹部3)形成。
在图2～图4中示出了这些凹部3的内面形状。图2是凹部3的立体图，图3是在垂直剖面X上的凹部3的剖面图，图4是在与垂直剖面X垂直的垂直剖面Y上的剖面图。
如图3所示，凹部3在垂直剖面X上的内面形状，由从凹部的一个周边部S1开始到最深点D为止的第1曲线A，和与该第1曲线A连续的、从凹部最深点D开始到另一周边部S2的第2曲线B组成。在图3中，朝右边下降的第1曲线A和朝右边上升的第2曲线B，在最深点D处与基底材料表面S的倾斜角均为零，并相互连接。
第1曲线A相对于基底材料表面S的倾斜角，比第2曲线的倾斜角陡，最深点D处于由凹部3的中心O偏向x方向的位置。也就是说，第1曲线A相对于基底材料表面S的倾斜角绝对值的平均值，大于第2曲线B相对于基底材料表面S的倾斜角绝对值的平均值。在凹部3a、3b、3c、……处的第1曲线A相对于基底材料表面S的倾斜角绝对值的平均值在2～90°的范围内具有不规则的差异。另外，在凹部3a、3b、3c、……处的第2曲线B相对于基底材料表面S的倾斜角绝对值的平均值在1～89°的范围内具有不规则的差异。
另一方面，如图4所示，在凹部3的垂直剖面Y上的内面形状是，相对凹部3的中心O大致左右均等，最深点D周围的曲率半径大，也就是说，成为近似直线的浅型曲线E。另外，浅型曲线E的左右为曲率半径大的深型曲线F、G。在凹部3a、3b、3c、……处的浅型曲线E相对于基底材料表面S的倾斜角的绝对值，大致在10°以下。另外，在凹部3a、3b、3c、……处的深型曲线F、G相对于基底材料表面S的倾斜角的绝对值，也具有不规则的差异，例如在2～90°的范围内。
另外，最深点D与基底材料表面S之间的距离形成凹部3的深度d，该深度d，对于凹部3a、3b、3c、……，分别在0.1μm～3μm范围内具有不规则的差异。
在本实施例中，在凹部3a、3b、3c、……处的各个剖面X，均为相同的方向。另外，同样地，在凹部3a、3b、3c、……处的各个剖面Y，也均为相同的方向。再有，每个第1曲线A被形成为同一方向。也就是说，无论哪个凹部，均被形成为图2、图3所示的x方向的同一方向。
在本实施例的反射体1中，由于每个第1曲线A被形成为同一方向，所以其反射特性，如图5所示，有相对于基底材料表面S的正反射方向偏离。
也就是说，如图5所示，相对于由x方向的斜上方来的入射光J的反射光K，其明亮的显示范围，由正反射的方向K0，偏向向相对于基底材料表面S的方向H偏移的方向。
再有，在于第1垂直剖面X正交的第2垂直剖面Y上，因分别形成有曲率半径大的浅型曲线E，和位于浅型曲线E的两侧的曲率半径小的深型曲线F、G，所以可以提高相对于基底材料表面S的正反射方向的反射率。
其结果，如图6所示，作为在第1垂直剖面X的综合反射特性，在正反射的角度上具有反射率的峰值，并且由第2曲线B周围的面所反射的方向的反射率增加。也就是说，不仅可以足够地保证正反射方向的反射光，还可以得到在特定方向使反射光适当集中的反射特性。
也就是说，图6是表示在本实施例的反射装置1的显示面上，照射入射角为30°的外界光，以相对于显示面(基底材料表面)的正反射方向即30°为中心，使受光角从垂直位置(0°)到60°摆动时的受光角(θ°)与亮度(反射率)之间的关系。在图6中，作为比较例，也表示了使用具有以往所采用的球面状凹部的反射体的反射型液晶显示装置的受光角与反射率之间的关系。
从图6中可以看出，比较例在受光角从大约15°到大约45°的范围内呈现出几乎相同的反射率，而在本实施例的反射装置1中，在相对于基底材料表面S的正反射的角度即30°的位置上具有反射率的峰值，并且，小于正反射角度30°的反射角度范围的反射率的积分值，比大于正反射角角度的反射角度范围的反射率的积分值大。也就是说，不仅保证了正反射方向的亮度，而且在角度20°左右的视野内，可以获得足够的亮度。
关于反射体1的制造方法，没有特殊的限定，例如可以用下列方法制造。
首先，制作具有将所述凹部的形状变换为凸面的前端形状的冲头(冲眼工具)，然后使该冲头的前端与铝基底材料对向，使冲头相对铝基底材料的配置方向保持一定的状态下，不规则地改变冲打行程，并且，不规则地改变冲打间隔，对铝基底材料的所定区域全体进行冲打。冲打行程调节为使凹部的深度处于所定的范围。冲打间隔调节为不致于产生莫尔图形。
图7表示安装了本实施例的反射装置1的反射性液晶显示装置100的层结构的剖面图。
图7中的该反射性液晶显示装置100，由隔有液晶层30而对向设置的，具有光透过性的显示侧基板20与具有光反射性的反射侧基板10形成。显示侧基板20的外侧面为显示面，反射侧基板10中安装有反射体1。
反射侧基板10，由从下层开始顺序叠层的玻璃基板11、反射体1、透明中介层13、颜色滤光层14、透明平坦化层15、由ITO(Indium Tin Oxide)膜或奈塞膜等形成的透明电极16、以及定向层17而形成，另外，隔有液晶层30与显示面侧对向设置的显示侧基板20，由从液晶层30一侧开始顺序叠层的定向层21、绝缘层22、由ITO膜或奈塞膜等形成的透明电极23、玻璃基板24、以及光学调制层(偏光板、相位差板等)25而形成。
另外，隔着液晶层30的透明电极16和透明电极23，形成相互正交的条纹状，其交点区域构成成为像素的简单矩阵型液晶装置。
在该反射型液晶显示装置100中，把反射体1安装成使各凹部3a、3b、3c、……的第1曲线A，比倾斜较缓和的第2曲线B更靠近x方向一侧。并且，以该x方向为上侧，显示文字等。
图8表示相关液晶显示装置100使用状态的说明图。另外，在图8中，为了便于说明，仅表示了反射型液晶显示装置100的第1曲线A和第2曲线B，而省略了其他构成部分。
这种反射型液晶显示装置100，将x方向作为上方被安装于携带电话和笔记本电脑等中。这时，反射型液晶显示装置100，通常，如图8所示，以x方向为斜上方，相对于水平面被设置或保持为倾斜状态。也就是说，在使用时，将在各个凹部的第1曲线A设置为，由观察者观察时，处于第2曲线B的上方。并且，观察者通常不是从水平而是从斜上方向下看该反射型液晶显示装置100。
在这种情况下，由于主要从上方入射的外界光(入射光J)的反射光K，主要由第2曲线B周边的面所反射，所以，如图5中所说明的，就不容易向观察者的脚下方向反射，而是向比正反射的方向K0高的方向重点反射。
因此，使观察者通常的观察范围与明亮的显示范围一致，在实际使用中，可以实现明亮的显示装置。
图7所示的实施例的反射型液晶显示装置，是将反射体1作为与透明电极16不同的层形成的，但如果用反射体1形成透明电极16本身，并且，将透明电极16形成在图6的反射体1的位置时，可以使透明电极兼反射体，从而可以简化反射型液晶显示装置的层结构。
另外，可以用例如半反射镜类的半透过半反射性基底材料形成所述反射体，若在液晶板的背面设置照明板，可以得到当外界光明亮时为反射型、而当外界光变暗时只要点亮所述照明板就可以作为透过型使用的半透过半反射型液晶显示装置。本发明也包括这种半透过半反射型液晶显示装置。
另外，若在所述显示侧基板20的显示面一侧设置前置灯，可以得到当外界光明亮时只利用外界光，而当外界光变暗时使所述前置灯点亮的前置灯型液晶显示装置。本发明也包括这种前置灯型液晶显示装置。
本发明的液晶驱动方式并没有特殊限定，除了所述简单矩阵型之外，采用薄膜晶体管或薄膜二极管的有源矩阵型、或扇形型等也同样可以适用。本发明也包括这些液晶显示装置。
本发明的反射体，在基底材料的表面形成有具有光反射性的多个凹部，这些凹部中的每一个，在相互正交的第1垂直剖面与第2垂直剖面上形成如下的内面形状，在第1垂直剖面中，由从凹部的一个周边部开始到最深点为止的第1曲线，和与该第1曲线连续的、从凹部最深点开始到另一周边部的第2曲线组成，并使第1曲线相对于基底材料表面的倾斜角的绝对值的平均值，大于第2曲线相对于基底材料表面的倾斜角的绝对值的平均值，而在第2垂直剖面中，由浅型曲线、和位于浅型曲线的两侧比浅型曲线的曲率半径小的深型曲线组成，因而，使入射光产生不规则反射，在宽的视角范围具有抑制映照现象的光扩散性，并且可以提高在观察者通常的视角范围的反射光量。
安装了本发明反射体的本发明的反射型液晶显示装置，构成了在宽的视角范围具有抑制映照现象，并且，从特定的视角观察显示面时具有特别明亮的辨认性的、改进的反射型液晶显示装置。
权利要求
1.一种反射体，其特征在于，在基底材料的表面形成有具有光反射性的多个凹部，这些凹部中的每一个，分别具有通过凹部最深点的、如下的第1垂直剖面和第2垂直剖面，所述第1垂直剖面是，其内面的形状，由从凹部的一个周边部开始到最深点为止的第1曲线，和与该第1曲线连续的、从凹部最深点开始到另一周边部的第2曲线组成，并使第1曲线相对于基底材料表面的倾斜角的绝对值的平均值，大于第2曲线相对于基底材料表面的倾斜角的绝对值的平均值，而所述第2垂直剖面是，与第1垂直剖面正交，其内面形状，由浅型曲线、和位于浅型曲线的两侧比浅型曲线的曲率半径小的深型曲线组成。
2.根据权利要求1所述的反射体，其特征在于，将所述多个凹部形成为，每个第1垂直剖面及第2垂直剖面的方向相同，并且，每个第1曲线定向为同一方向。
3.根据权利要求1所述的反射体，其特征在于，使所述第1曲线和第2曲线，在相互连接的位置相对于基底材料表面的倾斜角为零。
4.根据权利要求1所述的反射体，其特征在于，使所述多个凹部的深度，不规则地形成在0.1μm～3μm范围内。
5.根据权利要求1所述的反射体，其特征在于，将所述多个凹部，配置为相互不规则的邻接状态。
6.一种反射型液晶显示装置，其特征在于，安装有权利要求1所述的反射体。
7.根据权利要求6所述的反射型液晶显示装置，其特征在于，所述反射体被形成为，使所述多个凹部的每个第1垂直剖面及第2垂直剖面的方向相同，每个第1曲线定向在同一方向，并且，该反射体被设置为，由观察者所看到的每个凹部的第1曲线，处于第2曲线的上方位置。
8.一种反射体，其特征在于，在相对于基底材料表面的正反射角度上具有反射率的峰值，并且，小于正反射角度的反射角度范围的反射率的积分值，与大于正反射角度的反射角度范围的反射率的积分值不同。
9.一种反射型液晶显示装置，其特征在于，设置有权利要求8所述的反射体，并且，将该反射体的、所述反射率的积分值变大的反射角度范围设置为，由观察者观察时，处于比相对于基底材料表面的正反射角度的更上方。
全文摘要
一种反射体及反射型液晶显示装置，在基底材料的表面形成有具有光反射性的多个凹部，这些凹部3中的每一个，在相互正交的第1垂直剖面X与第2垂直剖面Y上形成如下的内面形状，在第1垂直剖面X中，由从凹部的一个周边部S1开始到最深点D为止的第1曲线A，和与该第1曲线A连续的、从凹部最深点D开始到另一周边部S2的第2曲线B组成，并使第1曲线A相对于基底材料表面S的倾斜角的绝对值的平均值，大于第2曲线B相对于基底材料表面S的倾斜角的绝对值的平均值，而在第2垂直剖面中，由浅型曲线E、和位于浅型曲线E的两侧比浅型曲线E的曲率半径小的深型曲线F、G组成。
文档编号G02B5/02GK1395117SQ0212441
公开日2003年2月5日 申请日期2002年6月27日 优先权日2001年6月28日
发明者吉井克昌, 表研次, 鹿野满 申请人:阿尔卑斯电气株式会社