CN1184496C

CN1184496C - 反射体及反射型液晶显示装置

Info

Publication number: CN1184496C
Application number: CNB021244103A
Authority: CN
Inventors: 吉井克昌; 森池达哉; 表研次; 鹿野满
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2005-01-12
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: EP1271187A3; CN1395116A; TWI266103B; KR100478574B1; US20030001995A1; KR20030003032A; US6947107B2; EP1271187A2

Abstract

一种反射体及反射型液晶显示装置，由具有光反射性的多个凹部形成，这些凹部中的每一个，分别具有通过凹部最深点的、如下的特定垂直剖面，所述特定垂直剖面被形成为，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为止的第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。

Description

反射体及反射型液晶显示装置

技术领域

本发明涉及一种反射体及反射型液晶显示装置，特别是涉及一种从一特定的视角观察反射光时，具有比从其它视角观察时显得更亮的反射特性的反射体，及应用该反射体的反射型液晶显示装置。

背景技术

液晶显示装置大致可分为透过型和反射型。其中，反射型液晶显示装置，是需要依靠外界光源的照明或用前置灯光进行辨认的。作为电子装置的显示部，它常用于便携式电脑、计算器、数字式手表、通信装置、游戏机、计量仪器、电子黑板等。

作为一例，如图8所示，所述反射型液晶显示装置，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中形成有反射层12。在这种反射型液晶显示装置中，由显示面入射的外界光，透过显示侧基板20及液晶层30由反射侧基板10的反射层12反射，该反射光再次透过液晶层30由显示面出射，从而使图像得以辨认。

在图8中，反射侧基板10，由从下层开始顺序叠层的玻璃基板11、反射层12、中介层13、颜色滤光层14、平坦化层15、由ITO(Indium TinOxide)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。

在图示的液晶显示装置中，反射侧基板10的颜色滤光层14，由形成条纹状的R(红)、G(绿)、B(兰)着色膜依次地平行配列而成，与各着色膜对应地平行配列有条纹状的透明电极16。另外，在显示侧基板20中，透明电极23平行配列为与所述反射侧基板的透明电极16构成正交的状态，该显示侧透明电极23与反射侧透明电极16相交的液晶层30部分，形成了对应各种颜色的像素。

另外，该液晶显示装置，还可以根据需要在显示侧基板20的更靠外侧的位置设置前置灯(图中没有表示)。在这种情况下，前置灯的光也与外界光一样，透过显示侧基板20及液晶层30，由反射侧基板10的反射层12反射，该反射光再透过液晶层30由显示面出射。

反射侧基板10的反射层12，大致可分为平滑反射型和扩散反射型。图9(a)所示的平滑反射型的反射层12(a)的反射面被精加工为平滑状，在显示面上隔着垂直法线的光的入射角(绝对值)与出射角(绝对值)是相等的。因此，在观察该显示面时，会引起因光源与观察点的位置关系而显现的显示面亮度差异，或因映照出光源或观察者的脸而使辨认性降低的问题。为了解决这一问题，在扩散反射型中，如图9(b)及图10所示，在反射层12(b)的反射面上不规则地形成有相互邻接的多个细小的凹凸(图10中凹部31……)。因此，在扩散反射型中，是使以一定角度入射的外界光在该反射层12(b)的表面形成不规则反射而使反射光扩散，这样，即使改变观察点其亮度也不大会变化，映照现象也少，可以得到所谓的宽视角反射型液晶显示装置。

关于扩散反射型的反射层12(b)的材料、凹凸形状或分布状态、以及凹凸的形成方法等，从反射特性或生产效率的角度出发，有各种各样的方案。

作为凹凸的形成方法，例如众所周知的有，使光通过图形罩对由感光性树脂层等形成的平板状树脂基底材料表面进行照射，经显影处理形成相互邻接的多个细小的球面状凹部31……，并在形成凹部的表面蒸镀或电镀铝或银进行镜面处理的方法，或者，用具有半球状前端的冲头(冲眼工具)冲压铝板或银板等平滑的基底材料表面，形成相互邻接的多个细小的球面状凹部31……的方法等。

所述凹部31……的形状，历来是深为0.1μm～3μm范围内分布的球面，其相互间距离设定为使邻接的凹部之间的间距(中心间的距离)不规则地处于5μm～50μm的范围内。

实际上，观察者在观察台式计算器或便携式电脑等电子装置(例如如图11(a)所示的台式计算器，或如图11(b)所示的便携式电脑)的液晶显示装置的显示面时，从斜下方观察显示面的情况较多。也就是说，观察者的观察点Ob，相对垂直于显示面的法线而言，仅向显示面的下方倾斜了角度θ。

另一方面，反射型液晶显示装置，依靠外界光照明的情况较多，该外界光在往返通过偏光板等光学调制层25、或两层透明电极16、23、液晶层30、颜色滤光层14、及其它的层时大幅度衰减，并且，在扩散反射型中，由于通过反射层12(b)将入射光扩散到较大范围，所以由观察点Ob所观察到的显示画面往往相当暗。因此，当外界光较弱时，辨认性大幅度降低。尤其是现有的反射型液晶显示装置，由于是尽可能消除随观察角而引起的亮度变化地设计了凹部的形状和位置，所以存在当从法线的斜下方这种特定的视角范围进行观察时，得不到足够的亮度的问题。另外，利用前置灯时，也与外界光一样，因存在衰减和扩散的问题，不仅白白增加照明用的电功耗，还难以确保特定视觉范围的足够亮度。

于是，需要开发出在宽视角范围内能够抑制映照现象，并在特定的视角范围内可以特别明亮地观察显示画面的反射型液晶显示装置。

发明内容

本发明就是为了解决上述课题而提出的，因此，其目的在于，提供一种在宽视角范围内具有抑制映照现象的光扩散性，并且在特定的视角范围内可以特别明亮地观察的反射体，以及使用该反射体的反射型液晶显示装置。

为了解决上述课题，根据第一方面，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、如下的特定垂直剖面，所述特定垂直剖面是，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为止的第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，且由观察者所看到的每个凹部的第1曲线处于第二曲线的上方位置。

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，在特定垂直剖面中，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1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。

在本发明中，根据本发明的第二方面，最好将所述多个凹部形成为，各个特定垂直剖面的方向相同，并且，各个第1曲线定向为同一方向。

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，根据本发明的第三方面，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。

根据本发明的第四方面，可以使所述第1曲线相对于基底材料表面的倾斜角绝对值的最大值，在2°～80°的范围内变化。根据本发明第五方面，最好使其处于4°～35°的范围内。

该最大值的选择，虽然希望随观察者观察液晶显示装置的显示面的角度的变化而变化，但其范围最好设定在2°～80°内。若超过了80°，其侧面的反射角变得过大，反射光的一部分越过反射性液晶显示装置的像素框，使视界变暗。最大倾斜角不足2°时，使偏转反射光量的视界分布的效果不够，有时在特定视角得不到所希望的亮度。当应用于一般的台式计算器和电脑等电子装置时，考虑到观察者相对于液晶显示装置的显示面的通常的视角，使所述最大值在4°～35°的范围内更理想。

根据本发明的第六方面，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。

根据本发明的第七方面，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，若凹部为有规则地排列时因会产生莫尔图形，所以最好使凹部为不规则的配置。

另外，本发明的第八方面是根据第一方面提供一种反射体，其特征在于，小于相对于基底材料表面的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，当观察者通常的视野角偏离正反射方向时，可以得到可重点地使光朝该通常的视野角方向反射的反射体。

另外，本发明提供一种反射型液晶显示装置，其特征在于，设有根据本发明第八方面的反射体，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，处于相对于基底材料表面的正反射角度的上方。

另外，本发明提供一种安装有上述第一方面中的反射体的反射型液晶显示装置。特别希望的是，所述反射体被形成为，使所述多个凹部的每一个特定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。

这样，如果将所有凹部的第1曲线设置为，由观察者观察时处于第2曲线的上方位置的话，可以使通常主要从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，由观察者观察时主要由上方入射的外界光等，因有效地入射到第2曲线周边的面，从而可全面地增加反射光量。

因此，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。

根据本发明，可以使通常主要从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。

附图说明

图1是表示实施例的反射体部分的立体图。

图2是表示实施例的一个凹部的立体图。

图3是所述凹部特定垂直剖面的剖面图。

图4是说明实施例的反射体的反射特性的图。

图5表示受光角与反射率之间关系的曲线图。

图6表示实施例的反射型液晶显示装置的层构造的剖面图。

图7是说明实施例的反射型液晶显示装置使用状态的图。

图8表示通常的反射型液晶显示装置一例的剖面图。

图9分别表示(a)平滑反射型、(b)扩散反射型液晶显示装置反射侧基板的剖面图。

图10表示现有的反射体局部的立体图。

图11表示分别观察(a)台式计算器、(b)便携式电脑时的视角的立体图。

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；X-特定垂直剖面。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明实施例具体地进行说明，但下述实施例并不是要对本发明做任何限制。

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。

这些凹部3，如图2的立体图和图3的剖面图所示，在凹部3的特定垂直剖面X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、从凹部的最深点D开始到另一周边部S2为止的第2曲线B组成。这两条曲线，在最深点D处相对于基底材料表面S的倾斜角均为零，且相互连接。

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1～89°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0.5～88°的范围内具有不规则的差异。

因为两曲线的倾斜角，都是平缓地进行变化，所以第1曲线A的最大倾斜角δmax(绝对值)，大于第2曲线B的最大倾斜角δb(绝对值)。另外，第1曲线A与第2曲线B连接的最深点D相对于基底材料表面的倾斜角为零，倾斜角为负值的第1曲线A与倾斜角为正值的第2曲线B，平滑地连接着。

在本实施例的反射体中，在凹部3a、3b、3c、……处的各个最大倾斜角δmax，在2～90°的范围内具有不规则的差异。但大多数凹部的最大倾斜角δmax在4～35°的范围内具有不规则的差异。

另外，该凹部3的凹面具有唯一的极小点(倾斜角为零的曲面上的点)D。并且，该极小点D与基底材料的基底材料表面S间的距离形成凹部3的深度d，对于凹部3a、3b、3c、……，该深度d分别在0.1μm～3μm的范围内具有不规则的差异。

在本实施例中，在凹部3a、3b、3c、……处的各特定垂直剖面X，都处于相同方向。另外，各个第1曲线A被形成为朝着同一方向。也就是说，无论哪个凹部，都被形成为朝着图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，由于各个第1曲线A被形成为朝着同一方向，所以其反射特性，如图4所示，由相对于基底材料表面S的正反射方向偏离。

也就是说，如图4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，更偏向向相对于基底材料表面S的方向H偏移的方向。

其结果，作为在特定垂直剖面X的综合反射特性，由第2曲线B周边的面所反射的方向的反射率就增加了。因此，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5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5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5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，小于相对于基底材料表面S的正反射的角度即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，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，没有什么特殊的限定，例如可以用下列方法进行制造。

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6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的层构成的剖面图。

图6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7表示相关液晶显示装置100使用状态的说明图。另外，在图7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件。

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7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6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，可以用例如像半反射镜这样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时，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，由具有光反射性的多个凹部形成，这些凹部中的每一个，分别具有通过凹部最深点的、如下的特定垂直剖面，所述特定垂直剖面被形成为，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为止的第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，因此，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，可以增大在观察者通常的视角范围内的反射光量。

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改善为具有特别明亮的辨认性的反射型液晶显示装置。

Claims

1.一种反射体，其特征在于，在基底材料的表面形成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、如下的特定垂直剖面，

所述特定垂直剖面是，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为止的第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，且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。

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，各个特定垂直剖面的方向相同，并且，将各个第1曲线定向为同一方向。

3.根据权利要求1或2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或2所述的反射体，其特征在于，使所述第1曲线相对于基底材料表面的倾斜角绝对值的最大值，处于2°～90°的范围内。

5.根据权利要求1或2所述的反射体，其特征在于，使所述第1曲线相对于基底材料表面的倾斜角绝对值的最大值，处于4°～35°的范围内。

6.根据权利要求1或2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。

7.根据权利要求1或2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。

8.根据权利要求1所述的反射体，其特征在于，小于相对于基底材料表面的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一样。

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，处于相对于基底材料表面的正反射角度的上方。

10.一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。

11.根据权利要求10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一个特定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。