(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示セルに併用される光学装置を製造する方法において、
製造しようとする反射面と同じ微細な凹凸を表面に有する原板を形成する工程と、前記原板の凹凸面に金属膜を形成し、この金属膜を剥がして金属レプリカを形成する工程と、前記金属レプリカをローラ表面に添着し、前記金属レプリカをベース表面に転動させてベース表面に凹凸を転写し、前記原板の表面と同じ凹凸を前記ベース表面に形成する工程と、前記ベースの凹凸面に反射金属膜を形成して前記反射面とする工程と、を有し、
前記原板の凹凸面および前記反射面の断面形状は、多数の微細な凹曲線を有し、連続する所定数の前記凹曲線を１組としたときに、前記１組内に前記凹曲線のピッチが相違するものを含み、前記１組の凹曲線を１単位としてこれが繰り返して形成されることを特徴とする反射装置の製造方法。
【請求項２】
前記ベースは樹脂フィルムであり、前記樹脂フィルムを加熱し軟化して、前記凹凸を転写する請求項１記載の反射装置の製造方法。
【請求項３】
前記金属膜がニッケル膜である請求項１または２記載の反射装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示装置に使用される反射装置の製造方法に係り、特に簡単な工程で、高精度な反射光学面を形成することが可能な反射装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置などの表示装置では、表示セルの裏面側に反射面が設けられた反射型、表示セルの裏面に半透過型の反射面が設けられさらに裏面側にバックライトが設けられた半反射型、さらには表示セルの背部にバックライトが設けられたバックライト型とがある。前記バックライトは、導光体およびこの導光体の裏面に形成された反射面およびこの導光体内に光を与える光源とから構成されている。
従来は、前記反射面として、アルミニウムなどの金属蒸着膜などから成る平面状の鏡面、または粗面に前記金属蒸着膜などが形成されたものなどが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記の反射面が平面状の鏡面である場合には、この反射面において光を散乱することができず、表示セルに適正な表示輝度を与えることが困難である。
また、粗面に金属蒸着膜などが形成された反射面の場合には、光を散乱する効果はあるが、液晶セルなどの表示セルの有効視野角が一定角度に限られるのに対し、前記粗面での光の散乱方向がランダムであるため、前記有効視野角の範囲内での反射光の輝度を効果的に向上させることができない。
上記の反射光の輝度が向上する角度範囲に指向性を持たせるためには、反射面を光学的に設計して形成することが必要であり、この光学的な反射面では、光学的に設計した凹凸形状を微細な寸法で形成することが必要である。しかし、従来は、微細な凹凸の光学面を高精度に形成し、しかも量産に適するように製造することは困難であった。
【０００４】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、反射面の表面形状を微細な形状の凹凸状となるように光学的に設定でき、しかもこの凹凸形状を簡単な工程で高精度に形成できるようにした反射装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の反射装置の製造方法は、表示セルに併用される光学装置を製造する方法において、
製造しようとする反射面と同じ微細な凹凸を表面に有する原板を形成する工程と、前記原板の凹凸面に金属膜を形成し、この金属膜を剥がして金属レプリカを形成する工程と、前記金属レプリカをローラ表面に添着し、前記金属レプリカをベース表面に転動させてベース表面に凹凸を転写し、前記原板の表面と同じ凹凸を前記ベース表面に形成する工程と、前記ベースの凹凸面に反射金属膜を形成して前記反射面とする工程と、を有し、
前記原板の凹凸面および前記反射面の断面形状は、多数の微細な凹曲線を有し、連続する所定数の前記凹曲線を１組としたときに、前記１組内に前記凹曲線のピッチが相違するものを含み、前記１組の凹曲線を１単位としてこれが繰り返して形成されることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の反射装置の製造方法では、原板に凹凸形状の光学面を形成し、これをレプリカを介してベースに転写しているため、ベース表面の反射面を所定の反射指向性を有するように高精度に形成することが可能である。
【００１０】
また、微細な凹曲線の形状を光学的に設計することにより、反射面の垂線を中心として所定の角度範囲にて反射光の輝度を高めることができる。
【００１２】
また、凹曲線のピッチを規則的にまたはランダムに変え、連続する所定数の凹曲線を１組として、これを繰り返すことにより、反射光の干渉による縞模様あるいは虹模様を呈する光の干渉縞現象を防止できる。
【００１３】
また前記凹凸面を形成する溝が同心円状に形成されていると、溝に直交する断面に沿う方向（図６のＸ方向）において、反射光の輝度の指向性を光学的に設定できるのみならず、前記断面に直交する方向（Ｙ方向）においても、反射方向への輝度の分布を、反射面の垂線を中心とした所定角度範囲内に設定でき、反射光の輝度の高い範囲を広くできる。
【００１４】
さらに、本発明の製造方法により製造された表示装置は、表示セルの表示面側と逆側の外面において、反射面がセル側に向けられた状態で設置され、あるいは、前記反射装置が、表示体セルの内部において、反射面が表示面側に向けられた状態で設置される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図５（Ａ）（Ｂ）は、本発明の製造方法により製造された反射装置を有する表示装置を部分的に拡大して示した断面図である。
図５（Ａ）に示す表示装置は、液晶表示セル１の内部に本発明の反射装置が設けられたもの、図５（Ｂ）は液晶表示セル１の背面側に本発明の反射装置が設けられたものである。
図５（Ａ）に示す液晶表示セル１は、透明なガラス基板２と３の間のギャップ４内に液晶材料が封入されており、前記ギャップ４内において下側のガラス基板３上にシート状の反射装置１０が接着されて固定されている。また、上側のガラス基板２の下面（内面）にはＩＴＯなどの透明材料により上部電極が形成されており、下側のガラス基板３では、反射装置１０の表面にＳｉ膜などの透明な中間膜が形成され、その表面に前記ＩＴＯなどにより下部電極が形成されている。
【００１６】
図５（Ｂ）では、液晶表示セル１を構成する下側のガラス基板３の裏面側にシート状の反射装置１０が接着などの手段で取付けられている。なお、ギャップ４内には液晶材料が封入され、ＩＴＯなどの透明電極は、ガラス基板２と３の内面にマトリクス状に形成されている。
図５（Ａ）（Ｂ）に示すものでは、いずれも反射装置１０の反射面が、表示面側すなわち、上側のガラス基板２の方向に向けられている。
【００１７】
この反射型の表示装置では、図示上方からの自然光がガラス基板２またはガラス基板２および３を透過して反射装置１０により全反射され、液晶材料の透過、不透過に応じたコントラスト表示が、前記反射光を通じて目視できる。
なお、前記反射装置１０を半透過型とし、液晶表示セル１の背面にさらにバックライト装置を設けてもよい。この場合、バックライト装置を点灯しないときには、反射装置１０からの反射光により表示内容の輝度を確保し、夜間などはバックライト装置からの光により表示輝度が得られる。
また本発明では、液晶表示セル１の背面に設けられたバックライトの反射面として本発明により製造された反射装置が使用されてもよい。
【００１８】
図６（Ａ）（Ｂ）は、反射装置１０の平面図である。
この反射装置１０は、厚さが１０μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上で１００μｍ以下のベースフィルムの表面にアルミニウムなどの反射金属膜が蒸着されて反射面が形成されたものである。全反射型の反射装置１０では、ベースフィルムが、硬質塩化ビニールなどである。半透過型の反射装置１０を構成する場合は、ベースフィルムがＳｉ（シリコン）などであり、反射金属膜の膜厚が５００オングストローム程度である。
前記ベースフィルムの表面の反射面には、微細な溝Ｇが隣接して形成されている。図６（Ａ）では、前記溝ＧがＹ方向へ平行に延びている。また、図６（Ｂ）では、前記溝Ｇが同心円状に湾曲して形成されている。
【００１９】
図３は、前記反射装置１０を溝Ｇに直交する方向に延びる断面（図６のＩＩＩ−ＩＩＩ断面）にて拡大して示したものであり、図１は図３の一部を拡大して示した同じく断面図である。
図１および図３の拡大断面図に示されるように、この反射装置１０の構造は、ベースフィルム１１の表面が反射面１２となっているが、この反射面１２には隣接する溝Ｇが形成されている。そして断面で見たときに、溝Ｇの部分での反射面１２は凹曲線状、さらに詳しくは所定半径ｒ（例えばｒ＝２５μｍ）の円弧形状となっている。
【００２０】
図１に示すように、ひとつの溝Ｇの凹曲面（図１では凹曲線）を、表示面の方向（Ｘ方向；水平線の方向）に長さ８００オングストロームの単位で、１，２，３，…，ｊ，…ｎに区分し、前記円弧形状の曲率中心Ｏから前記区間の境界点に延びる半径（法線）に直交する接線をＳ１，Ｓ２，…，Ｓｊ，…Ｓｎとする。また各接線Ｓ１，Ｓ２，…が水平線Ｈと成す角度（傾斜角）の絶対値をθ１，θ２，θ３，…，θｊ，…θｎとする。またこれらの角度の正負の符号として、水平線Ｈに対して接線Ｓが時計方向の向きであるときを「負」、水平線Ｈに対して接線Ｓが反時計方向の向きであるときを「正」とする。
【００２１】
図２は、横軸に前記接線の傾斜角度θを示している。この傾斜角度は、８００オングストローム毎に区分された部分での接線Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｊ，…Ｓｎが水平線Ｈと成す角度を示し、縦軸は、前記接線Ｓ１，Ｓ２，…，Ｓｊ，…Ｓｎが水平線Ｈとの成す傾斜角θの数値の頻度を示している。図１に示すように、溝Ｇの断面形状が円弧曲線である場合、水平方向（Ｘ方向）へ等間隔で区分したときの、各点での接線の傾斜角θの数値の頻度は溝１こにつき全て「１」である。そして、傾斜角の範囲はθ１からθｎの範囲であり、負側の境界がθ１、正側の境界がθｎである。したがって、断面が円弧状の凹曲線となる溝Ｇが隣接して形成された反射面１２では、傾斜角の範囲が前記のようにθ１〜θｎであり、各傾斜各の数値の頻度は、溝Ｇの数に比例し、図２の線図では頻度を現すグラフ（ｉ）が縦方向に柱状となる。
【００２２】
一方、反射面が、Ｘ方向に延びる平坦な鏡面の場合、反射面の接線が水平線Ｈに対して成す角度は全て０度であり、それ以外の角度は存在しない。図２では、鏡面での接線の成す角度の頻度をグラフ（ｉｉ）で示している。また、反射面がＸ方向に延びる平面のホワイトペーパ、または粗面の場合、その粗面の凹凸面の接線が水平線Ｈと成す傾斜角は、０度から±９０度までの範囲でほぼ均一な頻度で現れる。図２では、ホワイトペーパまたは粗面での、傾斜角の頻度を現すグラフを（ｉｉｉ）で示している。
【００２３】
反射面（水平線Ｈ）に対して垂直な方向から平行光が入射し、これが反射面で反射されることを想定し、図５（Ａ）に示すように、反射光の輝度が向上する角度範囲を反射装置１０の反射面の垂線Ｖに対して±αとしたときに、この角度αは、凹曲線の接線の傾斜角度の範囲のほぼ２倍になる。したがって、図２において（ｉｉ）で示す本発明の反射面１２の場合には、輝度が向上する角度範囲±αは、θ１〜θｎの範囲の２倍、すなわち±２×θ１または±２×θｎとなる。例えばθ１が−１５度、θｎが＋１５度とすると、反射光の輝度が向上する角度範囲±αは、ほぼ±３０度となる。
【００２４】
よって、θ１〜θｎを、液晶表示セル１の有効視野角に合わせて設計することにより、液晶表示セル１の有効視野角範囲での反射光の輝度を高くでき、表示コントラストを向上できる。すなわち、前記接線Ｓ１，Ｓ２，…の傾斜角の最大となる絶対値をθｎ、液晶表示セルの有効視野範囲の垂線Ｖに対する角度をθｔとしたとき、θｎをθｔのほぼ１／２とすることが好ましい。
【００２５】
一方、図２において（ｉｉ）で示すように、反射面を水平線の方向に延びる平坦な鏡面とした場合には、反射面に像が形成されて、表示セルの反射装置として好ましくない。また、反射面がホワイトペーパまたは粗面としたときには、図にて（ｉｉｉ）で示すように、反射面の傾斜角の頻度の範囲が広く且つそれぞれの角度の頻度が低くなるため、表示セルの有効視野角の範囲での反射光の輝度の向上を実現できない。
【００２６】
なお、図１では、幾何学的に凹曲線を描いているために、隣接する溝Ｇの境界点（イ）が鋭角のエッジ状となっている。しかし、この境界点（イ）をエッジ状ではなく、小さな曲率の曲線状などにすることも可能である。境界点（イ）を図示上方に向けて凸状の曲線にすると、反射面の接線の傾斜角の頻度が、図２（ｉ）よりも少し変化し、傾斜角度が０度およびその近傍の値となる頻度が高くなる。しかし、反射面全体として見たときの輝度の向上特性は、図１に示すものとほぼ同等である。
【００２７】
またはエッジ（イ）の部分を大きな曲率の曲線状とし、図１に示す断面での反射面の形状を波曲線（ｓｉｎ曲線）形状にすることも可能である。この場合も、傾斜角の境界となる角度θ１およびθｎを液晶表示セルの有効視野角との関係で一定の範囲に設定すれば、液晶表示セルの有効視野角の範囲で、反射光の輝度を向上することが可能である。
【００２８】
ここで、図１に示す凹曲線のピッチは２０μｍ以下が好ましく、例えば１０μｍ〜１４μｍ程度がさらに好ましい。ピッチがあまりにも大きくなると、反射面が凹面鏡と同等に機能し、表示画像に歪みが生じる。
また、例えば２０μｍ以下の等ピッチで凹曲線が隣接して続くと、個々の溝（個々の凹曲線）からの反射光の干渉により縞模様または虹模様が現れる。
【００２９】
このような光の干渉縞現象の発生を防止するためには、一定の範囲内で凹曲線のピッチが等ピッチにならないように工夫することが好ましい。図３は、この対策を施した反射面１２を示している。図３では、隣接する凹曲線間のピッチが１０μｍ，１１μｍ，１２μｍ，１３μｍ，１４μｍ，のようにランダムに変化し、または順に規則的に変化するようになっている。そして、違うピッチが含まれている複数の凹曲線を１組としたときに、この１組を１単位として、これが連続して続くものとなっている。違うピッチを含む１組の凹曲線群の幅寸法（あるいは１組の凹曲線群の両端に位置する凹曲線の曲率中心Ｏ間の距離）は１２０μｍ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１４０μｍ以上である。この場合、１２０μｍ以上の凹曲線の組が規則的に繰り返されることになるが、この繰り返される凹曲線群の１単位の幅を前記のように１２０μｍ以上とすることにより、前記光の干渉縞現象を防止できる。
【００３０】
なお、１２０μｍ以上の幅を単位とする１組の中では、凹曲線のピッチが全て異なることが好ましいが、前記のように例えば１０μｍ，１１μｍ，１２μｍ，１３μｍ，１４μｍの５通りのピッチをランダムに並べることにより干渉縞防止効果を十分に発揮できる。また光の干渉縞現象の発生を防止するためには、前記１組内で少なくとも２以上のピッチを含むことが必要である。
【００３１】
また、この反射装置１０では、凹曲線が隣接して形成されているため、表面が凹凸形状となり、この凹凸の高さ寸法は、凹曲線の底部から、凹曲線の境界点（イ）までの高さｈである。図５（Ａ）に示すように、反射装置１０が液晶表示セル１のギャップ４内に設けられる場合、前記凹凸の高さ寸法ｈが大きすぎると、実質的に液晶表示セル１のギャップむらが発生する。このギャップむらによる映像表示品質の低下を防止するためには、前記高さｈがギャップ寸法δの１／５以下であることが好ましい。通常の液晶表示セルでは、前記ギャップ寸法δが５μｍ〜７μｍの範囲であるため、前記高さ寸法ｈは、１μｍ以下であることが好ましい。
【００３２】
図４は、前記凹凸の高さ寸法ｈと、凹曲線の接線の傾斜角の最大値θｎとの関係を示したものである。
図４に示す図から、高さ寸法はｈ＝ｒ（１−ｃｏｓθｎ）である。ここでｈ≦１μｍとする条件を求めると、ｒ＝２５μｍのとき、θｎは１６．３度以下である。また凹曲線のピッチＰはＰ＝２×ｒ・ｓｉｎθｎである。ｒ＝２５μｍ、θｎ＝１６．３度とすると、ピッチＰの最大値は１４μｍである。よって、ｒ＝２５μｍで、凹凸の高さ寸法ｈを１μｍ以下とする条件は、ピッチＰを１４μｍ以下にすればよい。
【００３３】
以上のように、反射面１２を溝Ｇと直交する断面で見たときに、凹曲線の接線Ｓ１，Ｓ２，…の傾斜角θ１，θ２，…の角度範囲が限られるため、反射光の輝度が向上する角度範囲を所定の視野角範囲内に設定することが可能である。図６（Ａ）に示すように、溝ＧがＹ方向へ平行に延びている構造の場合には、Ｘ方向に関しては、前記反射光の輝度の向上する範囲に指向性を持たせることができるが、Ｙ方向では、この効果を発揮することができない。
【００３４】
一方、図６（Ｂ）に示すものでは、溝Ｇが同心円上に配列しているため、Ｙ方向についても、反射光の輝度の指向性を持たせることができる。したがって、溝Ｇを形成する場合には、図６（Ｂ）の構造が好ましい。また、図６に示す平面形状として見たときに、溝ＧがＹ方向へ波状に連続するような構造であってもよい。さらには、断面が図１または図３となるような凹曲線を有する三次元的な凹部、例えば球面状の凹部を形成することにより、Ｘ方向とＹ方向の双方に対して、反射光の輝度が向上する範囲に指向性を持たせることが可能になる。
【００３５】
次に、前記反射装置１０の製造方法、特に図６（Ｂ）に示す反射装置の製造方法を図７の工程図を用いて説明する。
図７の原板作成工程（ａ）では、符号２０で示すような金属円板の表面に精密旋盤加工を施して、同心円の溝Ｇａを形成する。この溝Ｇａは、図３に示すように、ピッチの相違する所定数の凹曲線の１組を１単位として、これが連続するように加工する。この加工は、例えば原板２０を精密加工旋盤の加工軸に固定して回転させ、先端が単結晶材料などで形成されたバイトを用いて、同心円の溝Ｇａをスパイラル状の切削加工する。このときバイトの送り速度を調整して、図３に示すように溝Ｇａのピッチをランダムに変化させ、またピッチが変化する所定数の溝群を１組として、これが繰り返されるように加工する。この溝Ｇａが加工された原板２０の表面のうちの所定の矩形状の領域２０ａが、反射装置１０を製造するために使用される。
【００３６】
レプリカ作成工程（ｂ）では、前記領域２０ａの部分の雌型が形成される。
この工程では、原板２０の表面全域または矩形状の領域２０ａに硬質金属膜、例えば硬質ニッケル膜を電鋳加工により形成し、この膜を剥がしてレプリカを形成する。
工程（ｃ）では、加圧加工用のローラ表面に、前記レプリカを添着し固定する。
【００３７】
エンボス加工工程（ｄ）では、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）などの表面に、ベースフィルムとして硬質塩化ビニールシートを設置し、前記ローラに挟んで送る。このとき、ローラを加熱し前記レプリカを所定温度（硬質塩化ビニールのガラス転移点Ｔｇ近傍の温度）に設定することにより、シート表面に図３に示すような凹曲面を転写することが可能になる。
【００３８】
反射膜蒸着工程（ｅ）では、凹凸が転写されたベースフィルムの表面にアルミニウムなどの反射金属膜を蒸着して、反射面１２を形成する。
そして必要な面積以外の部分を除去して、反射シート（反射装置１０）を完成する。
この製造方法では、原板２０に溝Ｇａを高精度に加工することにより、図１や図３に示すように所定の光学特性を有する反射面を高精度に量産が可能になる。また、図６（Ａ）に示す反射装置を製造する方法は、前記原板作成工程（ａ）において、矩形状の原板を用い、これに溝Ｇａを平行に加工する。そして以降は（ｂ）以下の工程を順に経て反射装置を製造する。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、反射光の輝度が向上する範囲に指向性を持たすことができ光学装置を簡単な工程で高精度に製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の製造方法で製造される反射装置の反射面の断面形状を示す拡大断面図、
【図２】図１に示す反射面での接線の傾斜角の頻度と、平坦な鏡面およびホワイトペーパでの接線の角度の頻度との関係を示す線図、
【図３】凹曲線のピッチを相違させた状態を示す反射面の拡大断面図、
【図４】凹曲線の曲率半径と、凹曲線の接線の角度と、凹凸の高さ寸法との関係を示す説明図、
【図５】（Ａ）（Ｂ）は、表示セルと反射装置との実装関係を示す拡大断面図、
【図６】（Ａ）（Ｂ）は、反射装置の平面図、
【図７】反射装置の製造工程を示す工程説明図、
【符号の説明】
１  液晶表示セル
２，３  ガラス基板
４  セルギャップ
１０  反射装置
１１  シート（ベースフィルム）
１２  反射面
２０  原板
Ｇ  溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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