(57)【要約】【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】  半透過反射膜の凹部３１は、開口３２の開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２の間に２つ以上並べて形成することが可能な程度の直径に設定される。こうした凹部３１の直径Ｄ（幅）は例えば１７〜１μｍ、好ましくは１５〜５μｍに設定されれば良い。凹部３１の直径Ｄを、開口３２の開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２の間に２つ以上並べて形成することが可能な程度にまで微細化することによって、開口３２の開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとで挟まれた領域も、反射率を最大限高めることが可能になる。半透過反射膜１２の反射率を最大限高めることができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶表示パネルの液晶層と、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、
前記凹部又は凸部を前記開口の周縁と前記各画素のエッジとの間に少なくとも２つ以上形成可能な直径に形成したことを特徴とする半透過反射膜。
【請求項２】
前記凹部又は凸部の直径は、１〜１７μｍ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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【特許文献１】特開２００３−１４９１２号公報
【０００３】
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。本発明者らが開発している半透過反射体は、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としたものである。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。
【０００４】
図９に示す本発明者らが開発した半透過反射膜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３個づつの９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本発明者らが設計している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述したような従来の半透過反射膜１０１は、例えば縦横３個づつなど複数個の凹部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個分程度、あるいはそれ以下の凹部１０２は、反射に寄与する割合が少なく、反射効率が悪いという問題があった。開口１０３の周囲に形成された１個分程度、あるいはそれ以下の凹部１０２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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、液晶表示パネルの液晶層と、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、前記凹部又は凸部を前記開口の周縁と前記各画素のエッジとの間に少なくとも２つ以上形成可能な直径に形成したことを特徴とする半透過反射膜が提供される。
【０００８】
前記凹部又は凸部の直径は、１〜１７μｍ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が提供される。
【発明の効果】
【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、本発明によれば、半透過反射膜に形成された凹部又は凸部１つ分の幅を開口辺と画素のエッジとの間隔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又は凸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】
前記直径は、１〜１７μｍ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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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】
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。
【００２０】
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平面図であり、図４はその部分拡大図である。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２５〜８０％程度が好ましく、例えば３５％程度に設定されればよい。凹部３１は、開口３２の開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２の間に２つ以上並べて形成することが可能な程度の直径に設定される。こうした場合、ｔ２は３〜４０μｍ程度が好ましく、凹部３１の直径Ｄ（幅）はｔ２に２個並べることが可能となる大きさ、例えば１〜１７μｍ、好ましくは５〜１５μｍに設定されれば良い。
【００２１】
図４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２個以上など一定個数を１単位として目的の反射性能が得られるため、凹部３１の直径Ｄを、開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２に１個またはそれ以下しか形成できないような大きさに設定しても、この部分の凹部３１は反射に寄与する割合が少なくなり、反射率の低下をもたらしてしまう。
【００２２】
したがって、凹部３１の直径Ｄを、開口３２の開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２の間に２つ以上並べて形成することが可能な程度にまで微細化することによって、開口３２の開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとで挟まれた領域も、反射率を最大限高めることが可能になる。半透過反射膜１２の反射率を最大限高めることができる。
【００２３】
凹部３１は、例えば、内面形状が球面状であるものが採用される。この場合、例えば深さを０．１μｍ〜３μｍの範囲でランダムに形成し、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。
【００２４】
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。
【００２５】
また、凹部３１は、内面形状が非対称な球面状であるものが採用されても良い。例えば、図５および６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。
【００２６】
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。
【００２７】
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５，６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。
【００２８】
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５，６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。
【００２９】
複数の凹部３１の第１曲線Ａは、単一の方向またはほぼ同じ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７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。
【００３０】
図７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１０°〜４０°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。
【００３１】
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。
【実施例】
【００３２】
本出願人は、本発明の半透過反射膜の効果を検証した。検証にあたって、図１０に示すように、遮光壁（ブラックマトリクス）３５で区画された、１つが２４０×８０μｍの画素領域３６に相当する部分に、画素領域３６の表面積に対する開口率が３３．９％の矩形の開口３２を形成した半透過反射膜１２を用いた。なお、開口３２の開口辺３２ａと画素領域３６のエッジ３６ａとの間隔ｔ２は、１１μｍになった。
【００３３】
検証に用いた半透過反射膜は、表１に示すように、凹部３１の曲率半径を４０μｍ，２７．５μｍ，２４μｍにそれぞれ設定した３種類の測定サンプル（半透過反射膜）α，β，γが準備された。測定サンプルα，β，γには、それぞれ図１０に示すＡ〜Ｄの４種類の直径を有する凹部３１が形成された。すなわち、凹部３１を形成する各曲率半径を有する圧子先端の押し込み深さを４段階に変えて、Ａ〜Ｄの４種類の直径を有する凹部３１をそれぞれ形成した。ここで、Ａ〜Ｄの４種類の直径は、曲率半径を小さくするに伴って小さく設定した。すなわち、曲率半径４０μｍの測定サンプルαではＡ〜Ｄの４種類の直径を１６〜２５μｍの範囲内にし、曲率半径２７．５μｍの測定サンプルβではＡ〜Ｄの４種類の直径を８〜１７μｍの範囲内にし、曲率半径２４μｍの測定サンプルγではＡ〜Ｄの４種類の直径を５〜１５μｍの範囲内にした。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
このような測定サンプルα，β，γを用いて、受光角を連続的に変化させながら、それぞれの反射強度を測定したグラフを図１１に示す。また、図１１には、理論上の反射強度も併せて示す。図１１に示す測定結果によれば、半透過反射膜の凹部３１の曲率半径を小さくし、それに伴い凹部３１の直径を小さくするほど、全体的に反射強度が大きくなることが確認された。こうした結果から、ｔ２が１１μｍのとき、曲率半径を小さくするのが好ましく、また、凹部又は凸部の直径は、５〜２５μｍの範囲に設定するのが好ましく、更に好ましくは５〜１７μｍ、最も好ましくは５〜１５μｍの範囲に設定するのがよいことが判明した。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【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画素分の平面図である。
【図４】図４は、図３に示す半透過反射膜の部分拡大平面図である。
【図５】図５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６】図６は、図５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７】図７は、半透過反射膜の反射特性例を示すグラフである。
【図８】図８は、半透過反射膜の他の実施形態を示す拡大斜視図である。
【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。
【図１０】図１０は、本発明の検証に用いた半透過反射膜の例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の半透過反射膜の検証結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３７】
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
３６ａ  エッジ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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