(57)【要約】【課題】  入射した光をムラ無く効率的に反射することが可能な反射膜およびこれを備えた液晶表示装置を提供する。【解決手段】  有機膜１１の表面には反射膜１２が積層されている。有機膜１１の表面に形成された凹部によって、反射膜１２には凹部３１が形成される。凹部３１は、例えば開口面３１ａが円形に形成されており、厚み方向に窪んでいる。凹部３１は、隣接する凹部３１との間に間隔ｔ１を開けて形成されている。互いに隣接する凹部３１同士の間に形成された隙間は、表面に微細な凹凸が形成された粗面３２を形成している。こうした凹部３１の開口面３１ａ同士の間を埋める粗面３２は、凹部３１の深さ（ギャップ）や幅よりも極めて小さな凹凸によって構成されている。このような粗面３２は、この粗面３２に入射した光を乱反射させる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射性材料の表面に微細な凹部又は凸部が多数形成された反射膜であって、
前記凹部又は凸部は、隣接する凹部又は凸部との間に一定の間隔を開けて形成されるとともに、互いに隣接する凹部又は凸部の間に粗面を形成したことを特徴とする反射膜。
【請求項２】
前記粗面は、前記凹部又は凸部の隙間よりも小さい凹凸が形成された微小凹凸面であることを特徴とする請求項１に記載の反射膜。
【請求項３】
前記凹部又は凸部の隙間を、前記凹部又は凸部の平均最長直径の０〜３分の１の範囲に設定したことを特徴とする請求項１または２に記載の反射膜。
【請求項４】
前記粗面の最大傾斜角を、前記凹部又は凸部の最大傾斜角と同じになるように設定したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の反射膜。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の反射膜と、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、表面に微細な凹部又は凸部が多数形成された反射膜およびこれを備えた液晶表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば反射型液晶表示装置は、入射した外光を液晶表示パネルに向けて反射させる反射膜を備えている。こうした反射膜は、例えばＡｌ薄膜など高反射性の材料で形成され、更に、入射した外光をムラ無く拡散反射させるために、表面に微細な凹部や凸部を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１４９１２号公報
【０００３】
図８に表面に微細な凹部を形成した反射膜を示す。反射膜１０１は、全体が例えばＡｌ薄膜など高反射性の材料で形成され、表面に微細な凹部１０２が多数形成されている。凹部１０２は、開口面１０２ａが例えば六角形を成しており、互いに隣接する凹部１０２同士は、隙間なく密に形成されている。こうした微細な凹部１０２を備えることによって、反射膜１０１に入射した光をムラ無く拡散反射することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したような従来の反射膜１０１は、図９に示すように、互いに隣接する凹部１０２同士が隙間無く密に形成されていたため、隣接する凹部１０２同士の頂上部１０２ｂが極めて狭くなり、凹部１０２の形成時にこの頂上部１０２ｂが崩れてしまい易かった。このため、図９中の点線Ｒで示す設計上の凹部の断面と比較して、実際に形成される凹部１０２の形状が崩れてしまい、目的の反射特性を得ることが困難であった。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、入射した光をムラ無く効率的に反射することが可能な反射膜およびこれを備え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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、光反射性材料の表面に微細な凹部又は凸部が多数形成された反射膜であって、前記凹部又は凸部は、隣接する凹部又は凸部との間に一定の間隔を開けて形成されるとともに、互いに隣接する凹部又は凸部の間に粗面を形成したことを特徴とする反射膜が提供される。
【０００７】
前記粗面は、前記凹部又は凸部のギャップよりも小さい凹凸が形成された微小凹凸面であればよい。前記凹部又は凸部の隙間を、前記凹部又は凸部の平均最長直径の０〜３分の１の範囲に設定するのが好ましい。前記粗面の最大傾斜角を、前記凹部又は凸部の最大傾斜角と同じになるように設定してもよい。そして、こうした反射膜、および液晶表示パネルとを備えた液晶表示装置によれば、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。
【発明の効果】
【０００８】
このような反射膜によれば、反射膜に形成される凹部同士を一定の間隔を開けることによって、反射膜に凹部を形成する際に、隣接する凹部同士が繋がって頂上部分が崩れてしまうことが防止される。従って、凹部を設計どおりの精度で形成することができ、目的の反射特性を得ることできる。
【０００９】
また、互いに隣接する凹部同士の間に形成された隙間に粗面を形成することにより、隣接する凹部３１同士の隙間部分が鏡面になって、ここに入射した光が一方向に強く反射して液晶表示装置の視認性を低下させることを防止する。隣接する凹部同士の隙間に形成された粗面は、入射した光を乱反射させて、液晶表示装置の輝度を均一に保つ。
【００１０】
更にまた、隣接する凹部同士の隙間に形成される小さな凹凸の粗面は、母型の形成時において、マスタブランクスの表面を予めこの粗面に相当する粗さで加工した後、所定の範囲の深さの微小凹部（凸部）を形成することにより、鏡面が残らずにマスタブランクスの表面を埋めていくことができるので、凹凸の作成時間を短くすることができる。
【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として、半透過反射型の液晶表示装置に本発明の反射膜を適用した例を説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。図１は本発明の反射膜を備えた半透過反射型液晶表示装置の端部を含む部分断面構造を模式的に示した図である。図１において、液晶表示装置１を構成する液晶表示パネル２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で接着一体化した構成である。
【００１２】
第１の基板１０の液晶層３０側には順に、反射膜１２に微細な凹部３１を与えるための有機膜１１と、液晶表示装置１に入射した光を反射させるための反射膜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】
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光源としてのバックライト５が配設されている。
【００１４】
有機膜１１は、その上に形成されている反射膜１２に凹部３１を形成し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に入射する光を効率よく反射することができるため、反射モードにおける明るい表示を実現することができる。
【００１５】
図２は、本発明の反射膜の詳細な構造を示す部分拡大斜視図であり、図３はその拡大断面図である。有機膜１１の表面には反射膜１２が積層されている。有機膜１１の表面に形成された凹部によって、反射膜１２には凹部３１が形成される。凹部３１は、例えば開口面３１ａが円形に形成されており、厚み方向に窪んでいる。こうした開口面３１ａは円形以外にも、例えば六角形や矩形などであってもよい。凹部３１は、隣接する凹部３１との間に間隔ｔ１を開けて形成されている。こうした凹部３１同士の間隔ｔ１は、例えば凹部３１の平均最長直径の０〜３分の１程度に設定されるのが好ましい。
【００１６】
互いに隣接する凹部３１同士の間に形成された隙間は、表面に微細な凹凸が形成された粗面３２を形成している。この粗面３２平均的な深さ（高さ）は、０．１〜１μｍであり、その全体に対する面積割合は０．４〜４９％に設定される。このような粗面３２は、この粗面３２に入射した光を乱反射させる。
【００１７】
このように、反射膜１２に形成される凹部３１同士を間隔ｔ１だけ開けることによって、反射膜１２に凹部３１を形成する際に、隣接する凹部３１同士が繋がって頂上部分が崩れてしまうことが防止される。しかし、ｔ１部に形成された粗面３２の凹凸深さは小さいので反射特性への影響度合いを小さくすることができる。従って、凹部３１を設計どおりの精度で形成することができ、目的の反射特性を得ることできる。
【００１８】
また、凹部３１同士を間隔ｔ１だけ開け、この隙間に粗面３２を形成することによって、隣接する凹部３１同士の隙間部分が鏡面になって、ここに入射した光が一方向に強く反射して液晶表示装置１の視認性を低下させることを防止する。隣接する凹部３１同士の隙間に形成された粗面３２は、入射した光を乱反射させて、液晶表示装置１の輝度を均一に保つ。
【００１９】
凹部３１は、例えば深さを０．１μｍ〜３μｍの範囲でランダムに形成し、隣接する凹部３１のピッチを５μｍ〜５０μｍの範囲でランダムに配置し、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。
【００２０】
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。
【００２１】
隣接する凹部３１のピッチが５μｍ未満の場合、有機膜１１を形成するために用いる転写型の製作上の制約があり、加工時間が極めて長くなる、所望の反射特性が得られるだけの形状が形成できない、干渉光が発生する等の問題が生じる。また、実用上、前記転写型の製作に使用しうる３０μｍ〜１００μｍ径のダイヤモンド圧子を用いる場合、隣接する凹部３１のピッチを５μｍ〜５０μｍとすることが望ましい。
【００２２】
図４は、良好な反射特性を示す凹凸形状の例である。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。
【００２３】
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。
【００２４】
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４，５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。
【００２５】
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４，５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。
【００２６】
複数の凹部３１の第１曲線Ａは、単一の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、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６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。
【００２７】
図６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２０°〜５０°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。すなわち、受光角２０°付近においてより大きな反射強度を得ることができる。
【００２８】
なお、上述した実施形態では、反射膜に凹部を形成しているが、これ以外にも、例えば図７に示すように、反射膜７１の表面に微細な凸部７２を一定の隙間ｔ２を開けて多数形成し、この凸部７２同士の隙間に粗面７３を形成しても良い。
【実施例】
【００２９】
本出願人は、本発明の反射膜の効果を検証した。検証にあたって、図１０の模式図に示すディンプルＫを多数形成した反射膜を用いた。ディンプルＫの曲率半径は２５μｍ、深さは１５μｍ、最大傾斜角度を１７．５°に設定した。そして、隣接するディンプルＫ同士の間隔ｄを０，５，１０μｍにそれぞれ設定した複数のサンプルを用いて、受光角と相対反射強度との関係を測定した。こうした検証結果を図１１に示す。
【００３０】
図１１に示す検証結果によれば、ディンプルＫ同士の間隔ｄを５μｍ以下に設定することで、受光角１０°〜５０°の範囲において、相対反射強度をほぼ９０％以上にできることが可能であることが確認された。
【００３１】
また、表１に、間隔ｄと相対反射強度との関係を示す。表１からも、間隔ｄを０〜５μｍの範囲に保てば、相対反射強度を１００〜９０％の範囲にできることが確認された。
【００３２】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本発明の反射膜を備えた液晶表示装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、図１に示す反射膜の部分拡大斜視図である。
【図３】図３は、図２に示す反射膜の部分拡大断面図である。
【図４】図４は、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５】図５は、図４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６】図６は、半透過反射膜の反射特性例を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の他の実施形態を示す部分拡大断面図である。
【図８】図８は、従来の反射膜を示す部分拡大斜視図である。
【図９】図９は、従来の反射膜を示す説明図である。
【図１０】図１０は、本発明の検証に用いた反射膜を示す模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の検証結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３４】
１  液晶表示装置
２  液晶表示パネル
１２  反射膜
３１  凹部
３２  粗面
７２  凸部
【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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