反射型画面照明装置的制作方法

专利名称：反射型画面照明装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及个人计算机等OA设备、便携式信息终端、便携式录象机等图像显示装置及各种监视器所使用的反射型液晶及其它反射型画面的照明装置。
近几年来，为了降低功耗，在个人计算机、便携式信息终端、便携式录象机等的图像显示装置中，使用反射型液晶的在不断增多。
反射型液晶通过反射阳光及室内光等外界光来获得画面的亮度。但是，在外界光少的地方，画面就不能获得充分的亮度。因此就要求有带有照明装置的反射型液晶，这种照明装置在外界光多时不会妨碍外界光的照明，而在外界光少时，能照明反射型液晶且不会妨碍观察者的观察，作为这样的照明装置，已有几种使用导光体的方案。
作为传统的反射型液晶照明装置，已知有例如

图10所示的装置。在图10中，参照编号21为光源，22为反射器，23为导光体，24为反射型液晶。导光体23在观察者侧的表面上形成有阶梯状槽25。此外，在导光体23与反射型液晶24之间，充填有折射率与导光体23相同的透明材料26。
从光源21射出的光在导光体23内部被引导，利用设于导光体23表面的阶梯状槽25加以反射，照明反射型液晶24。观察者可以透过导光体23看到反射型液晶24。
此外作为已知的其它传统例子，还有一种反射型画面照明装置，它是在导光体23背面设置防反射膜或进行漫射处理，在该导光体23与反射型液晶24之间充填有折射率与导光体23相同的透明材料26。
但是，传统的反射型液晶照明装置，因为在导光体23与反射型液晶24之间充填着折射率与导光体23相同的透明材料26，所以存在的问题是，由于在导光体23内部引导的光直接到达反射型液晶24并漫射，因此难于获得均匀的照明。
在导光体23背面形成有防反射膜的情况下，由于斜向的反射光，观看性较差。这是因为，防反射膜的特性对斜方向未能充分发挥作用的缘故。尤其是，防反射膜在未充填透明材料的状态折射率较低，但在用透明材料充填的情况下，折射率一般较高，所以观看性变差。在导光体23的背面经漫射面处理的情况下，由于背面的散射，观看性变差，不能获得清晰的画质。
导光体23的背面一般整个面是平面，难于均匀充填透明材料26，所以画面会产生不均匀。
进行透明材料26充填时，透明材料从导光体与反射型液晶相对的间隙向外溢出，从而引起画面不均匀。
要作为产品出厂销售，必须有可靠性，即在高温高湿条件下不会变形、破损等。但是，在传统例子中，因为是将不同材料构成的导光体、薄膜、透明材料及反射型液晶层叠而成的结构，所以有可能因各自的热膨胀系数不同而引起变形，可靠性低。
导光体为树脂材料时，在制造过程中容易受损伤。因为反射型液晶比导光体价格更高，所以在制造过程中导光体受损伤时，通过更换导光体，再次使用反射型液晶，这样就能降低制造成本。但是，在传统例子中，因为有些种类的导光体材料粘接力太强，再次使用就有困难。尤其是，既要保证上述可靠性，又要方便于再次使用，经兼顾两方面就很困难。
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于，提供一种反射型画面照明装置，该装置能同时满足高图像质量和均匀照明两个要求，能消除透明材料的不均匀充填及溢出导致的不均匀，可靠性高且可以再次使用反射型液晶。
本发明的反射型画面照明装置具有光源、从侧面取入从光源射出的光并从背面射出照明光的平板状透明导光体、以及充填在导光体与配置于其背面侧的反射型画面之间的透明材料。因为在导光体与反射型画面之间充填有透明材料，所以，不存在来自反射型画面的表面即观察侧的反射光。因此，能清晰观察画面。因为导光体整体是平板状的，所以，在导光体中引导的光直接到达反射型画面的量减少，能均匀进行照明。
在导光体表面形成有槽，该槽具有靠近光源侧的第一斜面和远离光源侧的第二斜面。在这些槽与槽之间也可以形成平坦面。
这些具有第一和第二斜面的槽可以随着远离光源而增大其槽深度，也可以随着远离光源而减小槽的间隔。或者，也可以随着远离光源减小导光体表面与背面的间隔。这样，对离光源远或离光源近的方向都能均匀照明。
图1所示为本发明反射型画面照明装置第一实施形态构成的侧视图。
图2A-2C所示为上述实施形态中导光体表面各种槽形状的示意图。
图3A-3C所示为上述实施形态中导光体表面其它构成例子的各种槽形状的示意图。
图4所示为上述实施形态中反射型液晶的反射面构成例子的示意图。
图5所示为本发明反射型画面照明装置第二实施形态构成的侧视图。
图6A所示为第二实施形态中导光体的俯视图，图6B所示为第二实施形态中导光体的纵向剖视图。
图7所示为第二实施形态中的导光体背面薄膜的理想反射率的曲线图。
图8所示为第二实施形态中使用低折射率透明材料的导光体背面的反射率曲线图。
图9A-9G所示为第二实施形态中薄膜使用各种构成例子的导光体背面反射率的曲线图。
图10所示为传统例子中的反射型液晶照明装置构成的侧视图。
以下参照图1-图4，说明将本发明反射型画面照明装置应用于反射型液晶照明装置的第一实施形态。
在图1中，参照编号1为光源，例如可以采用热阴极管、冷阴极管等荧光灯、将发光二极管多个排列的光源、白炽灯、或者用有机发光材料形成的条状光源等，配置在平板状导光体3的侧面。
参照编号2为反射器，用它覆盖光源1，其内表面反射率高且漫射性低。例如，在树脂片上蒸镀银、铝等反射率高的材料，并将该树脂片粘接在薄金属板或树脂片上而构成。
光源1为荧光灯时，光源1与反射器2之间的间隙最好用透明材料进行充填。此外，最好导光体3在光源1一侧的侧面厚度与反射器2的高度相同。另外，光源1为发光二极管时，因为辐射分布有一定程度的方向性，所以也可以不使用反射器2。这种情况，适合使用小型的导光体3。
导光体3由石英、玻璃、或透明树脂例如丙烯系树脂、聚碳酸酯等为材料的透明板构成。导光体3的大小与被照明物的大小相等。导光体3的背面3b与来自光源1的光的入射面3c基本成90°夹角。导光体3整体是平板。导光体3的表面3a形成有多个槽，对波导光进行全反射而向导光体3的背面3b偏转。此外，导光体3的背面3b无防反射膜，也未经过漫射面处理。
参照编号4为反射型液晶，用于个人计算机等的OA设备、便携式信息终端及便携式录象机等图像显示装置、各种监视器等。
参照编号5为透明材料，充填在导光体3与反射型液晶4之间，且充填时不混入气泡及灰尘等异物。该透明材料5例如可以应用紫外线硬化型树脂、可见光硬化型树脂等粘结剂、及在PET等的透明基材上涂布有粘结剂的粘结带等。
下面，图2A-2C示出在导光体3的表面3a形成的槽形状的例子。图2A所示的一个例子中，槽由第一斜面11和第二斜面12形成。第一斜面11与导光体3的背面3b所成的角度θ1设定为30°至45°的范围。而第二斜面12与导光体3的背面3b所成的角度θ2设定为0°至10°的范围。θ1决定波导光由全反射而偏转的主方向。因此，由于反射型液晶4的反射特性的不同，获得最大亮度的θ1会变化。此外，由θ2可以决定槽的深度。要照明的反射型液晶越大，就越减小槽的深度，通过这样能进行均匀照明。此外，离光源越远，就越增大θ2并加大槽的深度，通过这样能使亮度均匀。另外，离光源越远，就越增大θ2并减小槽的间距，也能使亮度均匀。
在图2B所示的例子中，在槽与槽之间形成有平坦面13，而在图2C所示的例子中，在第一斜面11与第二斜面12之间形成有平坦面13。若采用这些构成，则不用改变θ2的大小，就能做到离光源越远，使槽的深度越大，就能使亮度均匀。另外，不改变θ2的大小，就能做到离光源越远，使槽的间距越小，就能使亮度均匀。尤其是图2C所示的形状，能方便加工成具有翻转形状的金属模，故比较理想。
此外如图3A-3C所示，也可以使导光体3的上表面3a倾斜，使其相对导光体3的下表面3b的间隔向着与光源相反的一侧渐渐增大。即，设导光体3的光源侧的侧面3c的厚度为t1，与光源相反侧侧面3d的厚度为t2，这时，t1≤t2。图中，参照编号10为与导光体3的下表面3b平行的假想线。
若采用以上构成，因为导光体3与反射型液晶4之间用透明材料5充填，所以，在导光体3内部引导的光未由导光体3的背面全反射，直接到达反射型液晶4。因此，同导光体3与反射型液晶4之间未充填透明材料5的构成相比，光传播的距离虽然变小了，但由于将整个导光体3做成平板状，并使t1≤t2，因而与传统例子的阶梯状时相比，可使引导的光直接到达反射型液晶4的量减少，能够均匀照明。基本上，t1=t2就行，但若使t1＜t2，则亮度更能保持均匀，更好。在此情况下，最好也使离光源越远，槽的深度越大，且槽的间距越小，以达到更均匀。
另外，相反在t1≥t2的情况下，通过提高离光源越远槽深度越深的比率，就能实现亮度均匀。此外，关于槽的间距也一样，通过提高离光源越远槽间距越小的比率，就能实现亮度均匀。
也可以使反射型液晶4的反射特性，对于大于视野角θb的角度减小漫射性。这样，就可以使从导光体3的侧面3c入射后直接到达反射型液晶4的光在导光体3内部传播，可以使亮度更均匀。
也可以使反射型液晶4的反射面的反射特性是，使相对反射型液晶4的法线方向以大于视野角θb的角度入射的光向近似垂直方向反射的特性。这样，即使从导光体3的侧面3c入射的光直接到达反射型液晶4，也能提高正面亮度，因此能使亮度均匀。这样的反射特性例如如图4所示，通过将反射型液晶4的反射面4a做成由平坦面14和角度θ3的斜面15构成的表面形状，就能实现。此外，如果平坦面14和斜面15分别为漫射面则更好。在图4中，由斜面15的倾斜角θ3决定出射光的主方向，并由d1或d3决定入射角比θb大的光的反射光量，由d2或d4决定入射角比θb小的光的反射光量。
理想的是，导光体3与反射型液晶4之间所充填的透明材料5的玻化温度比反射型液晶4的耐热温度低。这样，通过加热至透明材料5的玻化温度以上、反射型液晶4的耐热温度以下，就能将导光体3与反射型液晶4分离，再次使用就方便。
下面参照图5-图9A-G，对本发明反射型画面照明装置具体作为反射型液晶照明装置的第二实施形态进行说明。又，对与上述实施形态相同的构成要素，标上相同的参照编号并省略说明，仅说明不同点。
在图5、图6B中，在导光体3的背面，设有通过各种金属材料等的蒸镀而形成的薄膜6。在导光体3背面3b的与反射型液晶4的显示部对应部分外周位置，形成有槽8，在其内侧形成有薄膜6，在槽8的外周部分形成有3个以上的凸起部7。该导光体3的外周部分是指离导光体3外周边约1mm的范围。凸起部7高度为0.05-2mm左右，可以通过调节金属模的突出销位置而制成，此外，也可以直接刻入金属模而制成。
下面对上述薄膜应具备的特性进行说明。利用导光体3表面3a的微小槽(棱镜)的照明光被导光体3背面3b的薄膜6反射，使反射型液晶4的对比度下降。因此，如果设导光体3的折射率为n,θa=sin-1(1/n)，则入射角θa以下的光入射薄膜6时的反射率越小，就越不使反射型液晶4的对比度下降，就好。此外，相对θa以上的入射光的反射率越高，就越能使从导光体3侧面入射的光被导光体3的表面3a和背面3b的薄膜6反射，故能在导光体3内部传播，能提高照明效率，进行均匀照明。由于这些理由，薄膜6的特性如果如图7所示，角度θa以下入射的光的反射率为0％,θa以上入射的光的反射率为100％，则可以说是最好的。
这样，当设导光体3的材料折射率为n,θa=sin-1(1/n)时，使薄膜6具有这样的特性，即相对导光体3的背面3b的法线方向以角度θa以下入射的光基本全部透过，而对以角度θa以上90°以下入射的光进行反射，通过这样从导光体3侧面3c入射的光就在导光体3内部传播，能使亮度更均匀。通过使薄膜6为多层膜，可以扩大反射的角度范围，能使亮度更均匀。
要接近这样的特性，除了形成薄膜6的方法之外，还有一个方法就是选择低折射率材料作为透明材料5。在利用低折射率材料的方法中，设导光体3的折射率为n，透明材料5的折射率为n’，则导光体3背面3b的反射由全反射角θb=sin-1(n’/n)的值决定。因此，为了提高照明效率，必须尽量减小透明材料5的折射率n’。例如，作为导光体3的材料，使用日本塞翁(ゼオン)株式会社制造的聚烯烃系树脂即热那亚(ゼノア)(折射率n=1.53)，作为低折射率的透明材料5，使用NTT先进技术(NTT advance technology)株式会社制造的光学元件用粘结剂(折射率n’=1.45)。这时，全反射角θb=71.4度。因为导光体3与空气引起的全反射角θa=40.8度，所以，从40.8到71.4为止的光直接入射反射型液晶4，对照明效率的提高没有作用。图8所示为n=1.53、n’=1.46时的入射角度-反射率的曲线图。但是，这样低折射率的透明材料5的种类少，且价格高，故选择范围窄。
本实施形态的薄膜6由厚度λ/2的低折射材料(L)与厚度λ/2的高折射材料(H)交替组合而构成。通过将膜厚分别做成λ/2，可以使正面方向的反射率基本为0。此外，利用低折射材料与高折射材料的交替组合，可以提高入射角度大时的反射率。低折射材料与高折射材料的组合有如下几种。低折射材料(L)与高折射材料(H)分别具有λ/2的膜厚。
(A)L(B)L-H(C)L-H-L(D)L-H-L-H(E)H-L(F)H-L-H(G)H-L-H-L如果使用MgF2(n=1.38)作为低折射材料L，使用Al2O3(n=1.61)作为高折射材料H，则其入射角度与反射率的关系如图9A-9G中的曲线所示。从这些图中可知，薄膜6的层数越多，特性越好。上述的例子是不到5层薄膜的例子，做成更多层薄膜，特性就更提高。实际上，因为层数增加，成本就提高，故考虑成本和性能来决定即可。此外，低折射材料除了MgF2之外，使用SiO2(n=1.46)等也行。高折射材料也可以使用SiO(n=2.0)、ZrO2(n=2.01)、TiO2(n=2.30)。
但是，一般情况下，MgF2对树脂材料的紧密贴合性能差。因此，如果第一层的低折射材料使用SiO2，则薄膜6的紧密贴合性提高，这是比较理想的。此外，作为基材处理，可蒸镀厚度10-20nm左右的SiO2，这样薄膜的紧密贴合性也提高，也是比较理想的。
下面说明制造工序。本实施形态的反射型液晶照明装置分为反射型液晶制造工序、导光体制造工序、导光体3与反射型液晶4的贴合工序及组装光源1的工序。其中，对导光体3与反射型液晶4的贴合工序进行说明。
首先，除去反射型液晶4表面的异物。接着，向反射型液晶4的表面中央部分滴下适量的透明材料5。在由此形成的液珠中不混入气泡的情况下，使导光体3从上方接触。利用反射型液晶4表面及导光体3背面3b的表面张力使导光体3与反射型液晶4紧密贴合。由于紧密贴合时的加载不同，有可能没有对整个面都进行充填，或者也有可能透明材料5会溢出，所以必须设定加载和速度的条件。
载荷和速度的条件随导光体3和反射型液晶4与透明材料5的浸润性而变化。浸润性越高，可以使载荷越小，速度越快。相反，如果浸润性低，则必须增大载荷，降低速度，制造节拍就放慢。若对导光体3+薄膜6用等离子进行灰磨(ashing)处理，可以提高浸润性。
此外，导光体3与反射型液晶4贴合时如果使两者紧密贴合，透明材料5的厚度容易发生变化，但利用在导光体3背面3b形成的凸起部7，可以使厚度一定。凸起部7的高度随透明材料5的粘度而异。若粘度大，则增加凸起部7的高度，粘度小，则减小凸起部7的高度，这样就能加快制造节拍。在所进行研究的范围内，0.05mm-0.2mm左右较合适。凸起部7的形状为圆形、长方形、椭圆形等，可以根据制造的方便程度决定。此外，利用设于导光体3背面3b外周部的槽8，就容易控制透明材料5的溢出，能加快制造节拍。
下面对本实施形态的反射型液晶照明装置的可靠性和再次利用反射型液晶4的方法进行说明。因为反射型液晶照明装置是不同材料的层叠结构，所以，各材料的膨胀系数不相同，随着温度变化有可能发生剥离。但在本实施形态中，因为导光体3背面3b的外周部未形成薄膜6，仅在中央部分进行了蒸镀，所以，无薄膜6的外周部分可以根据与导光体3和反射型液晶4的相容性来选择透明材料5，能增强粘结力。此外，如果用刀具等切除导光体3的外周，则因为薄膜6部分的粘接力小，所以能方便地将导光体3剥离。此外，作为附带的效果，因为也可以使用粘接力弱的薄膜6，所以材料选择的范围变宽。由此，能实现耐高温、高湿条件且可以再次利用反射型液晶4的反射型液晶照明装置。
又，在以上实施形态中在导光体3的背面3b形成的薄膜6，若在反射型液晶4的表面形成，也可获得相同的效果。
权利要求
1．一种反射型画面照明装置，其特征在于，具有光源；从侧面取入从光源射出的光并从背面射出照明光的平板状导光体；充填在导光体与配置于其背面侧的反射型画面之间的透明材料。
2．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，导光体表面与背面基本平行。
3．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，导光体表面与背面的间隔随着远离光源而增大。
4．根据权利要求1所示的反射型画面照明装置，其特征在于，导光体表面形成有多条槽，该多条槽具有靠近光源侧的第一斜面和远离光源侧的第二斜面。
5．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，在导光体表面，在具有靠近光源侧的第一斜面与远离光源侧的第二斜面的多条槽与槽之间形成有平坦面。
6．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，在导光体表面形成具有靠近光源侧的第一斜面、远离光源侧的第二斜面及平坦面的多条槽。
7．根据权利要求4-6中的任一项所述的反射型画面照明装置，其特征在于，槽的深度随着远离光源而增大。
8．根据权利要求4-6中的任一项所述的反射型画面照明装置，其特征在于，槽的间隔随着远离光源而变小。
9．根据权利要求7或8所述的反射型画面照明装置，其特征在于，导光体的表面与背面的间隔随着远离光源而变小。
10．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，在导光体背面与反射型画面之间配置具有下述特性的物质，设构成导光体的物质的折射率为n、θa=sin-1(1/n)时，该物质将相对导光体背面的法线方向以θa以上的角度入射的光加以反射。
11．根据权利要求10所述的反射型画面照明装置，其特征在于，在导光体背面与反射型画面之间配置具有下述特性的薄膜，该薄膜将相对导光体背面的法线方向以θa以上角度入射的光加以反射。
12．根据权利要求11所述的反射型画面照明装置，其特征在于，设λ为可见光区域的波长，导光体的折射率为n时，设置由折射率比n小的nL的材料构成的、厚度为nL·λ/2的单层膜构成的薄膜。
13．根据权利要求11所述的反射型画面照明装置，其特征在于，设λ为可见光区域的波长，导光体的折射率为n时，设置多层膜构成的薄膜，该薄膜由折射率比n小的nL材料与折射率比n大的nH材料构成的膜交替层叠而构成，nL材料的膜厚为nL·λ/2,nH材料的膜厚为nH·λ/2。
14．根据权利要求11所述的反射型画面照明装置，其特征在于，在除了导光体背面外周部的部位，设置薄膜。
15．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，设反射型画面的视野角为θb时，反射型画面具有这样的特性相对反射型画面的法线方向以θb以下的角度入射的光的漫射性比以θb以上的角度入射的光的漫射性高。
16．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，设反射型画面的视野角为θb时，反射型画面具有使相对反射型画面的法线方向以θb以上的角度入射的光向近似垂直方向反射的反射特性。
17．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，在导光体的背面设有高度为0.05-0.2mm的凸起部。
18．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，在导光体背面的外周部设有槽。
19．根据权利要求1所述的反射型画面照明装置，其特征在于，充填在导光体与反射型液晶之间的透明材料的玻化温度在反射型液晶的耐热温度以下。
全文摘要
为了获得清晰的观看性和均匀的照明,本发明的反射型液晶照明装置,由光源、从侧面取入从光源射出的光并从背面出射照明光的平板状透明导光体、以及充填在导光体与配置在导光体背面侧的反射型液晶之间的透明材料构成。通过透明材料从导光体3的表面3a一侧观看反射型液晶4。
文档编号G02F1/13357GK1318767SQ0111669
公开日2001年10月24日 申请日期2001年4月18日 优先权日2000年4月18日
发明者中林耕基, 高本健治, 平本幸治, 素都成明, 松本英雄 申请人:松下电器产业株式会社