(57)【要約】【課題】反射型液晶表示装置の視認性を向上させることができる導光板、及びこのような導光板を容易に製造することができる導光板の製造方法を提供する。【解決手段】導光板２の表面に形成された長溝４は、長手方向に対して垂直な断面が三角形状に形成され、それぞれの長手方向が互いに略平行となるように配置されており、導光板２の表面と長溝４の少なくとも一方の傾斜面とがなす断面傾斜角度が３０〜４０゜である導光板２である。この導光板２は、シリコンの（１００）結晶面に対して斜め方向に研磨することにより（１００）結晶面に対して傾斜した表面を有するシリコン基板を形成し、この表面に異方性エッチングを施して転写金型を形成することにより、製造することができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の長溝が形成されており、側面から入射した光が前記長溝で反射して裏面から出射する導光板において、
前記長溝は、長手方向に対して垂直な断面が三角形状に形成され、それぞれの長手方向が互いに略平行となるように配置されており、
前記導光板の表面と前記長溝の少なくとも一方の傾斜面とがなす断面傾斜角度が３０〜４０゜である導光板。
【請求項２】
前記導光板は、液晶表示装置の表示面に配置されるフロントライト導光板である請求項１に記載の導光板。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の導光板を製造する方法であって、
シリコンの（１００）結晶面に対して斜め方向に研磨することにより、（１００）結晶面に対して傾斜した表面を有するシリコン基板を形成するステップと、
前記シリコン基板上に酸化膜を形成し、フォトレジスト膜を形成した後、所定のマスクを用いてフォトリソグラフィ工程を行うことにより、前記酸化膜に矩形状の開口を形成するステップと、
前記酸化膜をマスクとして前記シリコン基板の表面に異方性エッチングを施した後、前記酸化膜を除去することにより、断面三角形状の凹部が複数形成されたシリコン基板を得るステップと、
前記凹部を有するシリコン基板に基づいて、前記凹部に対応する表面形状を備えた転写金型を形成するステップと、
前記転写金型を用いて透明樹脂を成形することにより、前記長溝を有する導光板を得るステップとを備える導光板の製造方法。
【請求項４】
前記シリコン基板表面の（１００）結晶面に対する傾斜角度が１５〜２５゜である請求項３に記載の導光板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導光板およびその製造方法に関し、特に、液晶表示装置の表示面に照明用として配置するのに好適な導光板およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＡ（携帯情報端末）や携帯電話などに対しては、省電力化や軽量薄型化の要求が高まっている。このため、これらのモバイル機器に使用される液晶表示装置は、一般に、外光を利用した表示が可能な反射型のものが使用され、暗所での照明用としてフロントライトを備えている。
【０００３】
フロントライトを備えた液晶表示装置の概略構成を図７に示す。この液晶表示装置５０は、図示していないが電極基板の間に液晶層が狭持された構成となっており、液晶層に電圧を印加することにより液晶分子の旋光性を利用して光変調を行うことができる。
【０００４】
表示画面を有する液晶表示装置５０の表面側にはフロントライト６０が設けられる一方、液晶表示装置５０の裏面側には反射板５２が設けられている。フロントライト６０は、照明灯６１が反射ミラー６２により覆われてなる光源６４と、フロントライト導光板６６とを備えている。また、フロントライト導光板６６の表面には、プリズム状凹凸部６６ａが形成されている。尚、反射板５２は必ずしも最裏面に配置されるとは限らず、例えば、下側基板に積層される電極をアルミニウム等とすることにより、この下側基板を反射板とすることもできる。
【０００５】
この液晶表示装置５０によれば、光源６４からの光は、図７に一点鎖線で示すように、フロントライト導光板６６に一側面から入射した後、大部分がプリズム状凹凸部６６ａで反射して、フロントライト導光板６６の裏面から出射する。そして、液晶表示装置５０に入射した後、主に反射板５２で反射して液晶表示装置５０から出射し、再びフロントライト導光板６６を経てユーザの目に到達する。
【０００６】
このような反射型の液晶表示装置に使用されるフロントライトに対しては、省電力化のため、光源の輝度を上げることなく輝度向上を図ることが求められている。そこで、特開２０００−３１４８８２号公報には、液晶表示装置の表示面に配置されたフロントライト導光板の表面側に、所定の断面形状を有する多数のドット状小凹部が形成された構成が開示されている。図８に示すように、このフロントライト導光板７０は、ドット状小凹部７１の断面形状が三角形となっており、ドット状小凹部７１の傾斜面７２と水平面７３とがなす角度（断面傾斜角度）αが５０〜６０゜の範囲に設定されている。これにより、傾斜面７２で反射して液晶表示装置８０に向けて出射する光を増加させると共に、この出射光の鉛直方向の成分を増加させ、これによって、液晶表示装置８０の輝度向上を図っている。
【０００７】
上述したドット状小凹部７１を形成する方法として、上記公報には単結晶シリコンの異方性エッチングが示されている。異方性エッチングは、シリコン基板の結晶面によるエッチング速度の差を利用するものであり、シリコン結晶基板として表面に（１００）結晶面を有するものを用い、エッチング液として２０ｗｔ％のＫＯＨ水溶液を使用し、所定のエッチング速度でエッチングすることにより、上記断面傾斜角度αが約５５゜の２等辺三角形からなる断面形状を有するドット状小凹部７１を形成可能であることが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に開示されたフロントライト導光板によれば、光源６４から出てドット状小凹部７１で反射した光が、液晶表示装置８０の表示面に対して略垂直に入射するので、液晶表示装置８０からフロントライト導光板７０を経て出射する光が最大輝度となる方向（最大輝度方向）は、フロントライト導光板７０の表面に略垂直な方向となる。
【０００９】
ところが、液晶表示装置８０は、見る方向によってコントラスト比が変化する視角依存性を有しており、コントラスト比が最大となる方向（最大コントラスト方向）は、実際には液晶表示装置８０における表示面の法線方向に一致せず、例えば表示面の法線方向に対して１０〜２０゜程度ずれた方向となっていた。
【００１０】
このように、フロントライト導光板７０による最大輝度方向と液晶表示装置８０の最大コントラスト方向とが異なっていると、表示画面を最大コントラスト方向で見た場合に十分な輝度が得られず、視認性が低下するという問題が生じていた。
【００１１】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであって、反射型液晶表示装置の視認性を向上させることができる導光板の提供を目的とし、更に、このような導光板を容易に製造することができる導光板の製造方法の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記目的は、表面に複数の長溝が形成されており、側面から入射した光が前記長溝で反射して裏面から出射する導光板において、前記長溝は、長手方向に対して垂直な断面が三角形状に形成され、それぞれの長手方向が互いに略平行となるように配置されており、前記導光板の表面と前記長溝の少なくとも一方の傾斜面とがなす断面傾斜角度が３０〜４０゜である導光板により達成される。この導光板は、液晶表示装置の表示面に配置されるフロントライト導光板であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の前記目的は、上述した導光板を製造する方法であって、シリコンの（１００）結晶面に対して斜め方向に研磨することにより、（１００）結晶面に対して傾斜した表面を有するシリコン基板を形成するステップと、前記シリコン基板上に酸化膜を形成し、フォトレジスト膜を形成した後、所定のマスクを用いてフォトリソグラフィ工程を行うことにより、前記酸化膜に矩形状の開口を形成するステップと、前記酸化膜をマスクとして前記シリコン基板の表面に異方性エッチングを施した後、前記酸化膜を除去することにより、断面三角形状の凹部が複数形成されたシリコン基板を得るステップと、前記凹部を有するシリコン基板に基づいて、前記凹部に対応する表面形状を備えた転写金型を形成するステップと、前記転写金型を用いて透明樹脂を成形することにより、前記長溝を有する導光板を得るステップとを備える導光板の製造方法により達成される。
【００１４】
この導光板の製造方法において、前記シリコン基板表面の（１００）結晶面に対する傾斜角度は１５〜２５゜であることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実態形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフロントライト導光板を備えた液晶表示装置を示す概略断面図である。尚、図１において、フロントライト導光板以外の構成については図７に示す従来の構成と同様であるため、同一の構成要素に同一の符号を付して説明を省略する。
【００１６】
フロントライト導光板２は、平板状の部材であり、アクリル、ポリカーボネート、環状ポリオレフィン、ポリエーテルスルフォン、ポリサルフォンなどの透明で硬質な樹脂により形成することができる。このフロントライト導光板２は、一方面に複数の長溝４が形成されている。長溝４は、光源６４からの光を反射させて液晶表示装置５０に向けて出射させるように断面が三角形状に形成されており、長手方向が図面を貫通する方向にそれぞれ略平行に延びている。尚、図１においては、理解を容易にするため長溝４を誇張して記載している。
【００１７】
長溝４の平面形状を図２に示す。長溝４の幅ａは、１〜１００μｍであることが好ましく、５〜３０μｍであることがより好ましく、１０〜２０μｍであることが更に好ましい。長溝４の幅ａが小さすぎると出射光の輝度が低減するおそれがある一方、長溝４の幅ａが大きすぎると長溝４自体が目立つようになるため、いずれも視認性の低下をもたらして好ましくない。また、液晶表示装置５０に向けた出射光の輝度分布が面内で略均一となるように、光源６４に近い長溝４の幅ａを小さくする一方、光源６４から離れるにつれて長溝４の幅ａを徐々に大きくすることが好ましい。
【００１８】
長溝４の長さｂは、加工の精度やコストなどを考慮して、０．２〜１０ｍｍであることが好ましく、０．５〜５ｍｍであることがより好ましい。また、長手方向と垂直な方向に隣接する長溝４同士の間隔ｃは、０．１〜０．５ｍｍであることが好ましく、０．２〜０．４ｍｍであることがより好ましい。
【００１９】
このフロントライト導光板２によれば、図１に一点鎖線で示すように、光源６４から発せられてフロントライト導光板２の内部を進行する光の大部分が、長溝４の傾斜面で反射して、裏面から液晶表示装置５０に向けて出射する。そして、液晶表示装置５０の反射板５２で反射した光が、フロントライト導光板２を再び通過して、長溝４が形成された表面から出射する。
【００２０】
ところで、液晶表示装置５０は、視角によって光が通過する距離や屈折率、液晶分子の旋光性などが異なるために、コントラスト比が変化するという視角依存性を有している。図１に点線で示すように、最もコントラスト比が高くなる方向を最大コントラスト方向ＭＣとすると、この最大コントラスト方向ＭＣは、フロントライト導光板２の表面の法線方向Ｖに対して、通常は１０〜２０゜ずれた方向となる（図１の角度β）。一方、フロントライト導光板２の表面からの出射光は、ある角度範囲で光量分布を生じるが、この範囲で最大輝度を生じさせる方向を最大輝度方向ＭＬとすると、最大輝度方向ＭＬを最大コントラスト方向ＭＣに略一致させることで、この方向から表示画面を見たときに高コントラストで且つ高輝度となり、良好な視認性を得ることができる。
【００２１】
そこで、最大輝度方向ＭＬと最大コントラスト方向ＭＣとを一致させる方法について説明する。図３は、長溝４の断面形状を拡大して示す図である。最大輝度方向ＭＬは、光源からの光が長溝４の傾斜面４ａで反射した時の反射角度によって定まる。したがって、フロントライト導光板２の表面２ａと、光源光が反射する長溝４の傾斜面４ａとのなす角度を断面傾斜角度αとすると、この断面傾斜角度αと最大輝度方向ＭＬとの間には相関関係がある。本発明者らが実験を行ったところ、後述するように断面傾斜角度αが３０〜４０゜の範囲において、最大輝度方向ＭＬを最大コントラスト方向ＭＣに略一致させることが可能になり、視認性を向上させることができた。
【００２２】
次に、フロントライト導光板２に長溝４を形成する方法について説明する。この製造方法は、基本的には上記公報に開示された方法と同様である。即ち、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１０上にＳｉＯ２の酸化膜１２を形成し、フォトレジスト膜を形成した後、所定のマスクを用いてフォトリソグラフィ工程を行うことにより、図４（ｂ）に示すように、平面視矩形状の開口１６が酸化膜１２に形成される。そして、この酸化膜１２をマスクとして、水酸化カリウム等のアルカリ水溶液を用いてシリコン基板１０の表面に異方性エッチングを施した後、酸化膜１２を除去することにより、図４（ｃ）に示すように、断面が三角形状の凹部１８が複数形成されたシリコン基板１０が得られる。そして、このシリコン基板１０上に、Ｎｉ微粒子を含む導電性塗料のスプレー塗布やＮｉターゲットによるスパッタリング成膜などによって導電膜を形成し、この導電膜の上に数ｍｍ程度のＮｉ電鋳処理を施して電鋳膜を形成した後、この電鋳膜を剥離することで、図４（ｄ）に示すように、凹部１８に対応した凸部２２を有する転写金型２０を得る。そして、この転写金型２０を用いて射出成形やプレス成形を行うことにより、図１に示すように、複数の長溝４を有するフロントライト導光板２が得られる。
【００２３】
上述したように、シリコン基板１０における断面三角形状の凹部１８は、シリコン基板の（１００）結晶面と（１１１）結晶面とのエッチング速度差を利用した異方性エッチングにより形成することができるが、上記公報に示されているように、表面が（１００）結晶面であるシリコン基板を用いて異方性エッチングを行った場合、長溝４の断面傾斜角度αは結晶学的に定まる約５５゜となり、上述した好ましい角度範囲である３０〜４０゜から大きく外れたものとなってしまう。
【００２４】
そこで、本実施形態においては、シリコンの（１００）結晶面に対して斜め方向に研磨することにより、図５に示すように、（１００）結晶面ＣＳに対して１５〜２５゜傾斜した表面１０ａを有するシリコン基板１０を形成する（図５の角度γ）。そして、この研磨面に１００〜６００ｎｍの酸化膜を成膜した後、上述のようにしてフロントライト導光板２を製造する。この結果、図３に示すように、フロントライト導光板２の表面２ａと長溝４の一方の傾斜面４ａとがなす断面傾斜角度αは３０〜４０゜となり、所望の断面傾斜角度を得ることができる。
【００２５】
本実施形態においては、液晶表示装置の表面側に配置されるフロントライト導光板について説明したが、液晶表示装置の裏面側に配置されるバックライト導光板についても、本発明を適用することができる。この場合には、通常のバックライトに使用されるプリズムシートや拡散シートが不要になるため、照明効率の向上だけでなく、製造コストの低減を図ることができる。
【００２６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて、本発明を更に詳細に説明する。
【００２７】
（実施例１）
シリコン基板として、（１００）結晶面に対して１５°傾斜した研磨表面を有する基板を使用し、この基板に熱酸化膜を５００ｎｍ厚みで成膜した。そして、この酸化膜上にスピンコーターでフォトレジストを一様に成膜した後、所定の矩形パターン（幅５．５〜１３．８μｍ、長さ３ｍｍ）を有するマスクを介して紫外線露光し、矩形パターンである紫外線の未照射部分のレジストをアセトンで剥離した。その基板をバッファードフッ酸液に浸せきし、矩形パターン部分の酸化膜を剥離した後、水酸化カリウムの２０％水溶液に浸せきしてシリコン基板をエッチングし、各矩形パターンの位置に凹部を形成した。
【００２８】
このシリコン基板に、スパッタリングでＮｉ薄膜を３００ｎｍの厚みで成膜し、この上にＮｉ電鋳処理を施して電鋳膜を形成した後、この電鋳膜を剥離して厚み２ｍｍの転写金型を作製した。この転写金型を用いてアクリル板を１２０℃１０秒でプレス成形した後、端部を切削加工することにより、フロントライト導光板を得た。このフロントライト導光板に形成された長溝は、断面傾斜角度が４０゜の傾斜面を有していた。
【００２９】
そして、長溝の上記傾斜面で光源光が反射するように、直径２ｍｍの冷陰極管からフロントライト導光板の側面を介して入光させ、導光板の裏面（長溝が形成された面と反対の面）からの出射光の輝度視角依存性をトプコン製輝度計ＢＭ７で評価した。この測定結果を図６に示す。
【００３０】
同図において、横軸の視角は、フロントライト導光板の裏面における法線方向からのずれを示している。この結果から、フロントライト導光板の法線方向に対して＋１５゜程度ずれた方向において最大輝度が得られており、最大コントラスト方向と最大輝度方向とを略一致させることができた。この実験結果は、フロントライト導光板の裏面側において測定したものであるが、実際にこのフロントライト導光板を液晶表示装置の表示面に配置したところ、表示面の法線方向に対して１０〜２０゜手前の視角範囲において良好な輝度分布が得られ、液晶表示装置の視認性を向上させることができた。
【００３１】
（実施例２）
シリコンの（１００）結晶面に対して２５°傾斜した研磨表面を有するシリコン基板を使用する他は、実施例１と同様にして試験を行った。この結果を図６に示す。
【００３２】
同図に示すように、フロントライト導光板の法線方向に対して＋２５゜程度ずれた方向において最大輝度が得られており、最大コントラスト方向と最大輝度方向とを略一致させることができた。実際に、このフロントライト導光板を液晶表示装置の表示面に配置したところ、表示面の法線方向に対して１０〜２０゜手前の視角範囲において良好な輝度分布が得られ、液晶表示装置の視認性を向上させることができた。
【００３３】
（比較例１）
シリコンの（１００）結晶面からなる表面に沿って研磨することにより、表面が（１００）結晶面であるシリコン基板を使用する他は、実施例１と同様にして試験を行った。この結果を図６に示す。
【００３４】
同図に示すように、フロントライト導光板の法線方向において最大輝度が得られており、視角が＋１０〜＋２０゜の範囲においては、上述した実施例１及び２よりも輝度が低くなった。実際に、このフロントライト導光板を液晶表示装置の表示面に配置したところ、表示面の法線方向に対して１０〜２０゜手前の視角範囲において十分な輝度分布が得られず、液晶表示装置の良好な視認性を得ることはできなかった。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る導光板によれば、反射型液晶表示装置の視認性を向上させることができる。また、本発明に係る導光板の製造方法によれば、このような導光板を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る導光板を備えた液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図２】前記導光板の要部平面図である。
【図３】前記導光板の要部拡大断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る導光板の製造方法を説明するための図である。
【図５】前記製造方法の一工程を説明するための図である。
【図６】導光板の裏面側における視角と輝度との関係を示す図である。
【図７】従来の導光板を備えた液晶表示装置を示す概略断面図である。
【図８】従来の導光板の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
２　フロントライト導光板
４　長溝
４ａ　傾斜面
１０　シリコン基板
１２　酸化膜
１８　凹部
２０　転写金型
【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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【図８】
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