面光源装置及显示装置的制作方法

专利名称：面光源装置及显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种面光源装置和显示装置。尤其是涉及一种在导光板的观察侧的面或光射出面上具有防止反射用的细微凹凸的面光源装置。
背景技术：
专利文献1特开2002-250917号公报专利文献2WO02/29454专利文献3特开2002-357825专利文献4特开2004-133392在具有液晶显示装置等显示器的便携设备中，要求电池的长寿命化。由于反射型液晶显示装置可用自然光和光源进行画面照明，功耗少，所以受到关注。
这里，对将面光源装置用作前照灯(front light)的现有例进行说明。图1是由前照灯2与反射型液晶显示面板3构成的反射型液晶显示装置1的概略截面图。在该前照灯2中，从光源4射出的光在导光板5内重复进行全反射而传导，之后，由表面的偏转图案6反射后基本垂直地入射到光射出面7(背面)的光，从光射出面7射出。从前照灯2的光射出面7射出的光如图1中实线箭头所示，通过液晶显示面板3的玻璃基板和液晶层，被反射面8反射后，再次通过液晶层等，回到原来的方向。这样，在液晶显示面板3内部反射的光在被液晶显示面板3调制后，通过前照灯2，作为图像光9射出到观察者侧。
另一方面，在导光板5内被偏转图案6反射后射向光射出面7的光的一部分，如图1中的虚线箭头所示，在光射出面7上进行菲涅耳反射，作为干扰光10直接射出到观察者侧。
通常，入射到光射出面7的光的约4％进行菲涅耳反射后变为干扰光10，若产生该干扰光10，则如图1所示，因为图像光9与干扰光10向相同方向射出，所以白色光重叠在由液晶显示面板3生成的图像上，画面的对比度降低，视认性变差。
图2中示出的是防止上述的视认性降低的反射型液晶显示装置11的概略截面图。在该反射型液晶显示装置11中，在导光板5的光射出面7上，设置有由按照小于等于光的波长的周期p排列的细微凹凸12构成的防止反射用图案13。图3是表示设置在导光板5的光射出面7上的防止反射用图案13的局部轮廓的放大斜视图，以一定周期(间距)p排列着角锥状的细微凹凸12。具有这种防止反射用图案或细微凹凸的前照灯记载于专利文献1、专利文献2中。
图4是防止反射用图案13的作用说明图。图4(a)表示折射率为n1(＞空气的折射率n0)的导光板5的截面，防止反射用图案13的各细微凹凸12越靠近下端部，宽度越逐渐变窄。在形成了防止反射用图案13的区域中，折射率为n1的介质(导光板材料)与折射率为n0的介质(空气)的体积比率在导光板5的厚度方向上逐渐变化，所以如图4(b)所示，介质的有效折射率从上向下从导光板5的折射率n1逐渐变化到空气的折射率n0。
这里，设细微凹凸12的周期为p、从光源4射出的光中波长最短的可视光波长为λmin时，为了降低反射光(干扰光)，优选的是满足条件p＜λmin若设λmin为真空中的波长，则考虑到在导光板中波长缩短为λmin/n1，进一步优选的是将细微凹凸12的周期p的条件设为p＜λmin/n1。
但是，根据这种反射型液晶显示装置11，因为细微凹凸12是以小于等于光的波长的周期p形成的，在厚度方向上介质的(有效)折射率连续变化，所以如图3中的实线箭头所示，在光从上方垂直入射到防止反射用图案13上的情况下、或光以比全反射的临界角小的入射角入射到防止反射用图案13上的情况下，在宽的波长区域中，光射出面7中的菲涅耳反射减少，图像的对比度提高。图2中表示此时的反射型液晶显示装置11中的光的动作。
通过如此在光射出面7上设置防止反射用图案13来抑制菲涅耳反射而使图像的对比度提高的方法是公知的。
但是，本发明的发明人为寻求液晶显示装置的更好图像而进行了研究，发现由防止反射用图案13产生的衍射光是使画面的对比度降低的一个主要原因。即，在导光板5的光射出面7上设置防止反射用图案13的情况下，虽可抑制菲涅耳反射，但因为把细微凹凸12按一定周期排列的防止反射用图案13作为衍射光栅(grating)而作用，所以当导光板5内的光从光射出面7射出时，产生衍射光。这样从导光板5的光射出面7射出的衍射光直接或漫反射后射向观察者侧，该衍射光与画面的图像光9重叠，使图像的对比度降低，另外，导光板会稍稍带有颜色，使液晶显示装置11的视认性变差。
并且，根据本发明的发明人的研究，可知在防止反射用图案13上产生衍射光，如下所示，是由面光源装置特有的功能而产生的。即，在一般用途的防止反射用图案(细微凹凸)中，如图3中实线箭头所示，只要考虑来自基本垂直方向的入射光即足够了。相反，对于设置于导光板5背面的防止反射用图案13，如图3中虚线箭头所示，还必须考虑以大入射角入射到光射出面7的光。如图5所示，面光源装置2具有如下功能使从光源24射出的光在导光板5的的表面与背面上进行全反射而传播、从整个面均匀射出。因此，大强度的光相对防止反射用图案13以大于等于全反射的临界角的大入射角度入射。另一方面，若从垂直于光射出面7的方向看防止反射用图案13，则各细微凹凸12在厚度大的部分有效折射率变大，所以在各细微凹凸12的中心有效折射率最大，在细微凹凸12的周边部，有效折射率变小，表现出图6(a)所示的有效折射率的分布。因此，若从垂直方向看防止反射用图案13，则防止反射用图案13可视为图6(b)所示的2维衍射光栅。因此，这里若入射与防止反射用图案13基本平行的光，则被周期性地2维排列的细微凹凸12衍射，如图5所示，从光射出面7射出衍射光14。该衍射光14直接或漫反射后射向观察者侧，所以该衍射光与画面的图像光重叠，另外，导光板会稍稍带有颜色，使图像的对比度降低，使液晶显示装置11的视认性变差。
另外，作为防止导光板的光射出面的光进行菲涅耳反射的方法，还考虑了在光射出面上成膜电介质多层膜的方法，但在该方法中，存在如下问题，即成膜工序变复杂，成本上升，环境耐性差。

发明内容
本发明是鉴于上述见解而提出的，其目的在于，在导光板的光射出面上具有防止反射用的细微凹凸的面光源装置中，提供一种抑制该凹凸引起的衍射光的产生的单元或设计方法。
本发明的第1面光源装置，具有光源和导光板，该导光板传导来自所述光源的光，把光从位于与观察侧的面相反的一侧的光射出面射出，其中，在所述观察侧的面或所述光射出面中的至少一个面上，周期性地配置多个细微凹部或凸部，使所述凹部或凸部的排列方向排列在相对传导的光的行进方向最难以产生衍射的方向上。
根据本发明的第1面光源装置，通过将细微凹部或凸部的方向最佳化，可将细微凹部或凸部的周期保持得尽量大，同时可抑制细微凹部或凸部引起的衍射。由此，可使衍射的抑制与凹部或凸部的成形性都变好。
本发明的第2面光源装置，具有光源和导光板，该导光板传导来自所述光源的光，把光从位于与观察侧的面相反的一侧的光射出面射出，其中，在所述观察侧的面或所述光射出面中的至少一个面上，周期性地配置多个细微凹部或凸部，所述凹部或凸部被配置成由相互所成角度为α(≥90°)、长度为di、dj的两个光栅矢量定义的光栅状，所述凹部或凸部是按满足下式的方向定向的，djdi=sin(α-φ)sinφ]]>其中，φ与所述光射出面基本平行地传导的光的行进方向、与长度di的光栅矢量所成的角度。
根据本发明的第2面光源装置，通过使形成于导光板上的细微凹部或凸部的排列方向满足上式，使衍射引起的衍射光难以产生。由此，通过抑制衍射光的产生，衍射光与图像光不重叠，可得到视认性好的画面。并且，根据本发明的第2方面的光源装置，通过将细微凹部或凸部的方向最佳化，可将细微凹部或凸部的周期保持得尽量大，同时可抑制细微凹部或凸部引起的衍射。因此，使衍射的抑制与凹部或凸部的成形性都变好。
本发明的第3面光源装置，具有光源和导光板，该导光板传导来自所述光源的光，把光从位于与观察侧的面相反的一侧的光射出面射出，其中，在所述观察侧的面或所述光射出面中的至少一个面上，周期性地配置多个细微凹部或凸部，所述凹部或凸部被配置成由相互成90°角度、长度为di、dj的两个光栅矢量定义的光栅状，并且，由两个所述光栅矢量的差表示的矢量的方向被配置在与所述光射出面基本平行地传导的光的行进方向垂直的方向上，所述光栅矢量的长度di、dj满足di·djdi2+dj2<λmin2·n1]]>其中，λmin从所述光源射出的波长最短的可视光在真空中的波长n1所述导光板的折射率。
根据本发明的第3的面光源装置，将细微凹部或凸部排列成正交格子、特别是正方格子状，可使细微凹部或凸部的排列最简单。并且，通过如上式所示控制细微凹部或凸部的排列方向与周期，可得到不产生衍射光的面光源装置。
本发明的第4面光源装置，具有光源和导光板，该导光板传导来自所述光源的光，把光从位于与观察侧的面相反的一侧的光射出面射出，其中，在所述观察侧的面或所述光射出面中的至少一个面上，周期性地配置多个细微凹部或凸部，所述凹部或凸部被配置成由相互成120°角度、长度相等的两个光栅矢量定义的光栅状，并且，由两个所述光栅矢量中的任意一个或两个光栅矢量的和表示的光栅矢量的方向被配置在与所述光射出面基本平行地传导的光的行进方向平行的方向上，所述两个光栅矢量的长度di、dj满足
di=dj<2·λmin3·n1]]>其中，λmin从所述光源射出的波长最短的可视光在真空中的波长n1所述导光板的折射率。
根据本发明的第4面光源装置，因为可将细微凹部或凸部排列成六方格子状，所以在细微凹部或凸部的底面形状为圆形时，可最密集地排列细微的凹部或凸部。并且，通过如上式所示控制细微凹部或凸部的排列方向与周期，可得到不产生衍射光的面光源装置。
本发明的第1到4的面光源装置在某个实施方式中，设所述凹部的深度或所述凸部的高度为H时，其相对该凹部或凸部的宽度W之比H/W满足H/W＞1.2通过将凹部或凸部的纵横比设为H/W＞1.2，可充分降低第12到第14的面光源装置中凹部或凸部的反射率。
本发明的第1到4的面光源装置在另一实施方式中，从所述光源射出的波长最短的可视光在真空中的波长λmin为380nm。
因为波长最短的可视光在真空中的波长为380nm，所以为了求出凹部或凸部的周期，通过使用380nm作为λmin的值，可抑制可视光的衍射，可消除画面的视认性变差的现象。但是，在LED等中，因为波长最短的可视光在真空中的波长为420nm，所以在用LED作为光源的情况下，也可使用420nm作为λmin的值。
本发明的第1到4的面光源装置在再一实施方式中，将所述凹部或凸部转印在所述导光板的观察侧的面和光射出面中的至少一个面上。因为通常通过注射成型等来制作导光板，所以难以同时成形细微凹部或凸部。另外，也可将具有细微凹部或凸部的薄膜粘贴到导光板上，但根据将细微凹部或凸部转印到导光板上的方法，与将薄膜粘贴到导光板上的方法相比，因为其不会脱落，所以持久性变高。另外，转印的方法由于工序少，所以制作容易。
另外，本发明的面光源装置不限于与反射型显示装置的组合，也可与双面型显示装置等组合，但在任一情况下，所谓本发明的面光源装置的观察侧的面都是指观察被显示装置反射后的图像光的方向的面。
本发明的第1显示装置由第1到4面光源装置中的任意一个、和使从所述面光源装置射出的光反射并生成图像的显示面板构成。根据该显示装置，因为可在抑制菲涅耳反射的同时抑制衍射光的产生，所以可使画面的对比度提高，使视认性变好。
本发明的第2显示装置由第1到4的面光源装置中的任意一个、和使从所述面光源装置射出的光透射并生成图像、同时使从所述面光源装置射出的光反射并生成图像的显示面板构成。在本显示装置中，因为也可在抑制菲涅耳反射的同时抑制衍射光的产生，所以可使反射侧的画面的对比度提高，使视认性变好。
另外，本发明的以上说明的结构要素可在可能的范围内任意组合。
根据本发明的面光源装置，不仅可防止菲涅耳反射，还可抑制衍射光的产生。


图1是表示由前照灯与反射型液晶显示面板构成的现有的反射型液晶显示装置的概略截面图。
图2是表示具有防止反射用图案的另一现有的反射型液晶显示装置的概略截面图。
图3是表示设置在导光板的光射出面上的防止反射用图案的轮廓的放大斜视图。
图4是上述防止反射用图案的作用说明图。
图5是表示前照灯中的光的动作的图。
图6(a)是表示防止反射用图案中的有效折射率的分布的平面图，(b)是表示将防止反射用图案的有效折射率的分布置换成光栅配置的状态图。
图7是本发明的反射型液晶显示装置的概略斜视图。
图8是本发明的反射型液晶显示装置的概略截面图。
图9是表示反射型液晶显示面板的反射面结构的放大截面图。
图10是表示使用点光源状光源的前照灯的一例的概略平面图。
图11是说明本发明第1实施方式的细微凹凸的放大截面图。
图12是表示从导光板的光射出面垂直射出照明光的反射型液晶显示装置的截面图。
图13是用于说明本发明第2实施方式的反射型液晶显示装置的侧面图。
图14是本发明的第2实施方式的作用说明图。
图15是说明本发明的第3实施方式的细微凹凸的放大截面图。
图16是说明本发明的第4实施方式中的布拉格衍射的图。
图17是表示本发明的第5实施方式中的衍射光栅中的大量光栅面的图。
图18是表示考虑布拉格衍射时成为问题的主光栅面S1、S2、S3、S4的图。
图19是说明基本矢量<d1>、<d2>、<d3>和入射角φ等的图。
图20是表示光栅面S1中的布拉格衍射的图。
图21是表示光栅面S2中的布拉格衍射的图。
图22是表示光栅面S3中的布拉格衍射的图。
图23是表示光栅面S4中的布拉格衍射的图。
图24是表示(8)-(11)式的曲线。
图25是表示本发明的第6实施方式中、正交格子中的最佳入射光方向的图。
图26是表示本发明的第7实施方式中、六方格子中的最佳入射光方向的图。
图27是说明光源为点光源的情况下的防止反射用图案的方向确定方法的图。
图28(a)是表示以随机间隔配置随机形状和尺寸的细微凹凸的防止反射用图案的概略图，(b)是表示以随机间隔配置形状相同的细微凹凸的防止反射用图案的概略图。
图29(a)是表示随机的细微凹凸的一例的图，(b)是表示该细微凹凸中凸部(凹部)彼此的距离k的分布的图。
图30(a)是表示具有随机的形状与配置的细微凹凸的图案的概略图，(b)是表示对细微凹凸的图案进行傅立叶分解后的各周期成分的图，(c)是表示各成分的周期与强度的关系的图。
图31是说明第9实施方式中的更好的实例的图。
图32(a)是表示将形状、尺寸基本相同的凸状细微凹凸进行了随机排列的状态的概略图，图32(b)是表示将形状、尺寸基本相同的凹状细微凹凸进行了随机排列的状态的概略图。
图33(a)是表示本发明的第15实施方式中、设置在导光板下面的凸状细微凹凸的图，(b)是表示设置在导光板下面的凹状细微凹凸的图。
图34(a)-(f)是说明防止反射用图案的成形方法的概略图。
图35(a)-(d)是表示各种细微凹凸的形状的图。
图36是本发明第16实施方式的双面型液晶显示装置的概略截面图。
图37是表示上述双面型液晶显示装置的1个像素部分的结构的放大截面图。
图38是说明第16实施方式的双面型液晶显示装置的作用效果的图。
图39是便携电话的斜视图。
图40是便携信息终端的斜视图。
具体实施例方式图7是将本发明的面光源装置用作前照灯的反射型液晶显示装置21的概略斜视图，图8是其概略截面图。该反射型液晶显示装置21由前照灯22与反射型液晶显示面板23构成，前照灯22配置在反射型液晶显示面板23的前面侧(观察侧)。
前照灯22由以下部分构成线状光源等光源24、覆盖光源24后方的反射体25、由聚碳酸脂或丙烯树脂、合成树脂等透明树脂通过注射成型等方法所成形的导光板26。在线状光源中，除冷阴极管等一个方向长的光源外，还包含使多个LED排列成一列来模拟地形成线状光源的光源。光源24在导光板26的外部或者导光板26内部的有效射出区域外，与导光板26的光入射面27相对地配置。
在导光板26的表面上，形成多个用于使从光源24射出后在导光板26内部传播的光向基本垂直于导光板背面的方向全反射的偏转图案28。偏转图案28沿与光源24的长度方向正交的方向排列，截面为锯齿状，各偏转图案28与光源24的长度方向平行地延伸。另外，为了使从导光板26的光射出面29(导光板背面)射出的光的强度分布在整个有效射出区域中均匀，偏转图案28在光源24附近的图案面密度变小，随着远离光源24，图案面密度逐渐变大。
另外，也可代替在导光板26的表面上形成这种偏转图案28，而将导光板26形成为厚度随着远离光源24而变薄的楔状。
在导光板26的光射出面29上设置有防止反射用图案31。防止反射用图案31由成形在导光板26的整个背面上的多个细微凹部或凸部(以下称为细微凹凸。)30构成，细微凹凸30以比从光源24射出的光中波长最短的可视光的波长λmin小的周期p排列成2维状。
图7中所示的反射型液晶显示面板23是在形成有TFT电极的背面基板32与形成有透明电极的玻璃基板33之间密封液晶材料34而成的，在背面基板32上形成有反射面35。如图9所示，在背面基板32上形成有绝缘材料层36，在绝缘材料层36上排列有形状相同的多个倾斜图案36a，通过在绝缘材料层36的表面上成膜铝等金属蒸镀膜，形成有反射面35。另外，虽未图示，但在玻璃基板33之上，设置有偏光板等。
但是，如图8所示，若使该前照灯22的光源24点亮，则从光源24射出、入射到导光板26内的光(用箭头表示。下面一样)被密闭到导光板26内，边在导光板26的偏转图案28(表面)与光射出面29(背面)之间重复进行全反射，边向远离光源24的方向传播，同时，扩散到整个导光板26中。该光L若被偏转图案28全反射，则向导光板26的光射出面29行进，从光射出面29向液晶显示面板23倾斜射出，对液晶显示面板23进行照明。
另外，在不点亮光源24而由太阳光等外部光照明液晶显示面板23的情况下，从导光板26的表面倾斜入射的外部光透过导光板26，从光射出面29倾斜射出，对液晶显示面板23进行照明。
若来自光源24的光或外部光从导光板26的光射出面29倾斜射出，则射出的光L透过液晶显示面板23的玻璃基板33和液晶材料34，被反射面35反射。反射面35以在从光射出面29射出的光L的入射方向上下降的状态倾斜，所以从前照灯22倾斜入射的光L被反射面35向基本垂直的方向反射。被反射面35反射的图像光基本垂直地透过液晶材料34、玻璃基板33、导光板26等，射出到反射型液晶显示装置21的画面正面侧，可提高画面正面方向上的亮度。
这里，因为在导光板26的光射出面29上形成有防止反射用图案31，所以可抑制导光板26背面的菲涅耳反射，可防止在导光板26的背面上进行了菲涅耳反射后的干扰光导致图像对比度降低。
另外，在现有的反射型液晶显示装置中，由于在导光板背面设置防止反射用图案而产生衍射光，使图像的对比度降低，但在本发明的反射型液晶显示装置21中，通过将防止反射用图案31(细微凹凸30)的周期或配置最佳化，设计成使其不产生衍射光，或即使产生衍射光，也不会向观察者侧射出。
另外，在上述实施方式中，说明了使用冷阴极管等线状光源作为光源24的情况，但也可使用LED等一个发光元件或由一些区域的多个发光元件构成的点状光源来作为光源24。图10是表示使用点光源状的光源24的前照灯22的一例的概略平面图。在该前照灯22中，将点光源状的光源24配置在导光板26的某个边的中央部或角部，导光板26表面的偏转图案28也离散地设置成以光源24为中心的同心圆形。
另外，构成上述防止反射用图案31的细微凹凸30也可不设置在光射出面29上，而是设置在设置偏转图案28的导光板26的表面上。或者，也可以将细微凹凸30设置在导光板26的表面和背面两面上。若在导光板26的表面(观察侧的面)上以小于等于可视光的最短波长的周期设置细微凹凸30，则可抑制外部光在导光板26的观察侧的面上进行反射，抑制周围景色映入或由反射导致的对比度的降低。
下面，以上述反射型液晶显示装置21为例，对每个实施方式说明本发明的衍射光的抑制方法。第1-3实施方式说明与防止反射用图案31的排列方向无关地抑制衍射光产生的方法，第4-7实施方式说明通过将防止反射用图案31的排列方向最佳化来抑制衍射的方法。另外，下面，将平行于防止反射用图案31的面称为xy平面，将垂直于光源的方向称为x轴方向，将平行于光源长度方向的方向称为y轴方向，将垂直于光射出面29的方向称为z轴方向。
第1实施方式中，与防止反射用图案31的排列方向无关，使不产生衍射光。即，可以认为二维排列的细微凹凸30是将排列成一列的细微凹凸列进行周期性地重复排列而成的。使与垂直于该细微凹凸列和光射出面29的平面平行的光入射到防止反射用图案31时，不进行衍射。图11是说明第1实施方式的图，对以垂直于细微凹凸列和光射出面29的平面剖切防止反射用图案31时的截面进行放大表示。用图11来说明第1实施方式。
如图11所示，设入射到细微凹凸30的光L的入射角(从垂直于导光板26的方向测得的角度)为θ1，设衍射光14的衍射角(从垂直于导光板26的方向测得的衍射光的射出角度)为θ2，设导光板材料的折射率为n1，设空气的折射率为n0，设细微凹凸30的周期为p。其中，入射光的入射角θ1在从光源侧入射时取正值，衍射光14的衍射角θ2在向光源侧射出时取正值。
现在，如图11所示，在相邻的细微凹凸30中，若求从光源侧入射到细微凹凸30后向光源侧射出的衍射光14的光程差，则由于光程差＝n1·psinθ1+n0·psinθ2所以真空中的波长为λ的光衍射后相互增强的条件如下式(1)所示。
p·(n1·sinθ1+n0·sinθ2)＝mλ ...(1)(其中，m＝±1、±2、...)为了使在导光板26内传导的所有入射角为θ1的光不衍射，只要使上述式(1)左边的绝对值的最大值不超过右边绝对值的最小值即可。若设从光源24射出的光中波长最短的可视光的波长为λmin，则式(1)右边的绝对值的最小值为λmin。另一方面，作为θ1＝θ2＝90°，左边的绝对值的最大值为p·(n1+n0)。从而，可知为了使在导光板26内传导所有方向的光不衍射，只要使其满足下式(2)即可。
p＜λmin/(n0+n1)...(2)因为人的视觉不能视认波长小于等于380nm的光，所以设λmin＝380nm，设导光板26的折射率n1＝1.5、空气的折射率n0＝1时，上述式(2)变为p＜152nm。
因此，在第1实施方式中，使构成防止反射用图案31的细微凹凸30的周期(间距)p比由上述式(2)右边确定的值小，结果，因为不从导光板26的光射出面29射出衍射光，所以衍射光不会射出到观察者侧，可提高画面的对比度，使反射型液晶显示装置21的视认性提高。
另外，在第1实施方式中，对与垂直于细微凹凸列和光射出面29的平面平行的光入射到防止反射用图案31时进行了计算，但与光的入射方向无关，只要细微凹凸30的周期p满足上述关系式，则不会射出衍射光。另外，虽然有时间距因细微凹凸列的选择方法不同而不同，但无论哪种选择方法，只要使间距满足上述式(2)即可。其中，在从垂直于光射出面29的方向看，光的入射方向基本恒定的情况下，就基本垂直于该入射方向的细微凹凸列而言，只要细微凹凸30的周期p满足上述式(2)，则基本上不射出衍射光。
另外，该第1实施方式或上述式(2)如图12所示，也可应用于从前照灯22的光射出面29垂直射出照明光37的情况。
第2实施方式中，使在规定方向上不产生衍射光，即使在该方向以外的方向上由防止反射用图案31产生衍射光，也使其不向与图像光相同的方向射出。图13是说明第2实施方式的图，是反射型液晶显示装置21的侧面图。用图13来说明第2实施方式。
使画面的对比度降低的干扰光不仅由于前照灯22的光射出面29上的菲涅耳反射、而且还由于反射型液晶显示面板23的玻璃基板33表面或偏光板上的菲涅耳反射而产生。因此，在上述反射型液晶显示装置21中，使光L倾斜地从前照灯22的光射出面29射出，使该光L在反射型液晶显示面板23的倾斜反射面35上垂直反射，使图像光9射出到观察者侧。如图14所示，若从前照灯22的光射出面29向反射型液晶显示面板23倾斜地射出光L，则即使该光L被反射型液晶显示面板23的玻璃基板33表面或偏光板反射，反射后的干扰光10也向倾斜方向反射，所以不向与图像光9相同的方向射出干扰光10，不会使画面的对比度降低。
此时，即使从防止反射用图案31射出衍射光14，如图13中虚线所示，若衍射光14的射出方向与照明光37构成大于等于90°的角度，则即使衍射光14入射到反射型液晶显示面板23内，也会通过在反射面35上反射，而以大入射角入射到反射型液晶显示面板23的玻璃基板33表面上进行全反射，使衍射光14难以从反射型液晶显示面板23射出。
因此，当设从前照灯22的光射出面29射出的照明光37的光度最大的方向与光射出面29的法线所成角度为θout时，只要在与照明光37成小于等于90°的角度的方向上不产生衍射光14即可。即，当设衍射光14的衍射角为θ2时，在条件θ2+θout＜90°下，只要满足上述式(1)即可。此时，因为sinθ2＜sin(90°-θout)＝cosθout所以若与第1实施方式同样考虑，则在与照明光37成小于等于90°的角度的方向上不产生衍射光14的条件用下式(3)表示。
p＜λmin/(n1+n0·cosθout) ...(3)这里，p为细微凹凸30的周期，n1为导光板材料的折射率，n0为空气的折射率，λmin为从光源24射出的可视光中波长最短的可视光的波长。
例如，当设λmin＝380nm、θout＝30°、导光板的折射率n1＝1.5、空气的折射率n0＝1时，上述式(3)变为p＜160nm。
因此，在第2实施方式中，使构成防止反射用图案31的细微凹凸30的周期(间距)p比由上述式(3)右边确定的值小，结果，在与照明光37成小于等于90°的角度的方向上不产生衍射光14，另外，即使在与照明光37成比90°大的角度的方向上射出衍射光14，也因为该衍射光14不射出到观察者侧，所以可提高画面的对比度，使反射型液晶显示装置21的视认性提高。
另外，若上述式(3)中设θout＝0°(从光射出面29垂直射出的情况)，则上述式(3)与上述式(2)一致。
另外，光的入射方向不必与细微凹凸列和光射出面29垂直，与光的入射方向无关，只要使细微凹凸30的周期p满足上述关系式，则在规定方向上不射出衍射光14。另外，虽然有时间距因细微凹凸列的选择方法不同而不同，但无论哪种选择方法，只要间距满足上述式(3)即可。其中，在从垂直于光射出面29的方向看，光的入射方向基本恒定的情况下，就基本垂直于该入射方向的细微凹凸列而言，只要细微凹凸30的周期p满足上述式(3)，则在规定方向上基本上不产生衍射光。
第3实施方式使得在导光板26的内部也不产生防止反射用图案31引起的衍射光。图15是说明第3实施方式的图，其对防止反射用图案31的部分截面(相邻的两个细微凹凸30的xz截面)进行放大表示。用图15来说明第3实施方式。
如图15所示，在相邻的细微凹凸30中，若求导光板26内从光源侧入射到细微凹凸30后在导光板26内向光源侧射出的衍射光14的光程差，则有光程差＝n1·psinθ1+n1·psin(180°-θ2)＝n1·psinθ1+n1·psinθ2其中，θ1为在导光板26内从垂直于光射出面29的法线测得的入射角，θ2为在导光板26外从垂直于光射出面29的法线测得的衍射角(与第1实施方式一样)。因此，真空中的波长为λ的光衍射后相互增强的条件如下式(4)所示。
p·n1(sinθ1+sinθ2)＝mλ...(4)(其中，m＝±1、±2、...)为了在导光板26内不产生衍射光14，只要使上述式(4)左边的绝对值的最大值不超过右边绝对值的最小值即可。若设从光源24射出的光中波长最短的可视光的波长为λmin，则式(4)右边的绝对值的最小值为λmin。另一方面，设θ1＝θ2＝90°，则左边的绝对值的最大值为2p·n1。由此可知为了在导光板26内不产生衍射光14，只要满足下式(5)即可。
p＜λmin/(2·n1)...(5)这里，p为细微凹凸30的周期，n1为导光板材料的折射率。
例如，设λmin＝380nm、导光板26的折射率n1＝1.5，则式(5)变为p＜127nm。
因此，在第3实施方式中，使构成防止反射用图案31的细微凹凸30的周期(间距)p比由上述式(5)右边确定的值小，结果，因为即使在导光板26内也不射出衍射光14，所以衍射光14不会射出到观察者侧，可提高画面的对比度，可提高反射型液晶显示装置21的视认性。
并且，因为n1＞n0，所以有p＜λmin/(2·n1)＜λmin/(n0+n1)因为若满足上述式(5)，则也满足第1实施方式的式(2)，所以可知即使在导光板26的外侧也不产生衍射光。
另外，第3实施方式或上述式(5)与第1实施方式一样，也可应用于从前照灯22的光射出面29垂直射出照明光37的情况。
另外，光的入射方向不必与细微凹凸列和光射出面29垂直，与光的入射方向无关，只要使细微凹凸30的周期p满足上述关系式，则不产生衍射光。另外，虽然有时间距因细微凹凸列的选择方法不同而不同，但无论哪种选择方法，只要使间距满足上述式(3)即可。其中，在从垂直于光射出面29的方向看，光的入射方向基本恒定的情况下，就基本垂直于该入射方向的细微凹凸列而言，只要细微凹凸30的周期p满足上述式(3)，则基本上不产生衍射光。

在第4实施方式中，通过将防止反射用图案31的排列方向最佳化，使得即使在大周期的细微凹凸30上也不产生衍射。这里，在基本平行于光射出面传导的光在防止反射用图案31上衍射后基本平行于光射出面29向导光板26内部射出的条件下进行了计算。此时，因为衍射光的光程差最大，所以只要求出该条件下不产生衍射的细微凹凸的排列方向和细微凹凸的周期即可。在垂直于光射出面29的xz平面中，因为光栅的厚度(细微凹凸30的高度)小，所以如上所述，可作为一维的衍射光栅进行处理，但在平行于光射出面29的xy平面中，因为光栅的厚度(光射出面29的长度与宽度)大，所以必须作为布拉格衍射来处理。
在布拉格衍射中，通常假设入射到衍射光栅的光L的入射角与反射光的射出角相等。此时，如图16所示，入射到光栅面之间的间隔为d的衍射光栅后被相邻的光栅面反射的光的光程差变为2dsinφ。其中，设此时的入射角φ是从光栅面测得的。从而，在布拉格衍射中，当设光的波长为λ时，在满足条件2·n1·dsinφ＝qλ(q＝±1、±2、...)...(6)时，反射光相互增强(布拉格衍射条件)。这里，因为光L在导光板26内被衍射，所以考虑了导光板26的折射率n1。
为了抑制xy平面中的衍射光，只要使对于任意的入射角φ上述式(6)都不成立即可。因为式(6)右边的最小值为λmin(在导光板26中传播的光中波长最短的可视光的波长)，式(6)左边的最大值为2·n1·p(p为细微凹凸30的周期，p≥d)，所以使式(6)不成立的条件变为p＜λmin/(2·n1)...(7)因此，在第4实施方式中，使构成防止反射用图案31的细微凹凸30的周期(间距)p比由上述式(7)右边确定的值小，结果，因为在导光板26的光射出面29上不引起布拉格衍射，所以衍射光不会射出到观察者侧，可提高画面的对比度，使反射型液晶显示装置21的视认性提高。
在导光板26的与光射出面29平行的面内，若减小细微凹凸30的周期以满足上述式(7)，则可以不使布拉格衍射引起的衍射光产生。但是，因为细微凹凸30的周期越小，越难形成防止反射用图案31，所以在第5实施方式中，通过将防止反射用图案31的方向最佳化，以尽量大的周期的细微凹凸30来抑制衍射光的产生。
图17是把防止反射用图案31的各细微凹凸30看作光栅点的图(以下，用该图来代替防止反射用图案31)。另外，细微凹凸30不必排列成正方格子状，也可是斜方格子状或六方格子状，所以为了进行更一般的说明，将光栅点描述成斜方格子状。若考虑这种衍射光栅，则如图17所示，考虑无数方向的光栅面。为了不使布拉格衍射引起的衍射光产生，只要使全部的光栅面不满足布拉格的衍射条件即可。但是，实际上，只要使光栅面之间的间隔最大的图18所示的4个主光栅面S1、S2、S3、S4不满足布拉格衍射的条件，则不产生布拉格衍射引起的衍射光。因此，下面，求出在4个主光栅面上不产生布拉格衍射的条件。
首先，用图19来说明这里所用的记号的定义。设在与防止反射用图案31平行的平面内，光的入射方向用以与光栅面S1平行的方向为基准的角度φ表示。另外，设朝向与光栅面S1、S2平行的方向且相互所成的角度α1大于等于90°的基本光栅矢量为<d1>、<d2>。并且，设与光栅面S3平行的方向的光栅矢量为<d3>＝<d1>+<d2>，设光栅矢量<d1>与<d3>所成的角度为α2，设光栅矢量<d2>与<d3>所成的角度为α3＝α1-α2，设光栅矢量<d1>与(<d2>-<d1>)所成的角度为α4。另外，设矢量<d1>、<d2>、<d3>的大小(光栅常数)分别为d1、d2、d3。
如图20所示，若考虑光栅面S1上的布拉格衍射的条件，则因为光栅间间隔为d2·sinα1，所以有2·n1·(d2·sinα1)·sinφ＝qλ(q＝±1、±2、...)从而，为了在光栅面S1上不引起衍射，只要2·n1·(d2·sinα1)·|sinφ|＜λmin...(8)即可。
同样，若考虑如图21所示的光栅面S2上的布拉格衍射，则因为光栅间间隔为d1·sinα1，所以2·n1·(d1·sinα1)·sin(α1-φ)＝qλ(q＝±1、±2、...)
从而，在光栅面S2中不引起衍射的条件为2·n1·(d1·sinα1)·|sin(α1-φ)|＜λmin...(9)另外，若考虑如图22所示的光栅面S3上的布拉格衍射，则因为光栅间间隔为d2·sinα3，所以2·n1·(d2·sinα3)·sin(α2-φ)＝qλ(q＝±1、±2、...)从而，在光栅面S3上不引起衍射的条件为2·n1·(d2·sinα3)·|sin(α2-φ)|＜λmin...(10)另外，若考虑如图23所示的光栅面S4上的布拉格衍射，则因为光栅间间隔为d1·sinα4，所以2·n1·(d1·sinα4)·sin(α4-φ)＝qλ(q＝±1、±2、...)从而，在光栅面S4上不引起衍射的条件为2·n1·(d1·sinα4)·|sin(α4-φ)|＜λmin...(11)如上所述，为了使防止反射用图案31不产生布拉格衍射，只要求出同时满足下式(8)-(11)的入射角φ即可。
2·n1·(d2·sinα1)·|sinφ|＜λmin...(8)2·n1·(d1·sinα1)·|sin(α1-φ)|＜λmin...(9)2·n1·(d2·sinα3)·|sin(α2-φ)|＜λmin...(10)2·n1·(d1·sinα4)·|sin(α4-φ)|＜λmin...(11)若使任意的入射角φ都满足上述式(8)-(11)，则任意入射角的光都不产生布拉格衍射。但是，在反射型液晶显示装置21的情况下，可以认为光源24的位置固定，光以恒定的入射角φ入射到防止反射用图案31。因此，若能确定式(8)-(11)左边中最大的值取极小值的入射角φ，则可对规定的可视光最短波长λmin确定大的光栅常数d1、d2。即，通过确定防止反射用图案31相对入射光的方向的最佳配置，可对规定的可视光最短波长λmin确定尽量大的光栅常数(周期)d1、d2。或者，对于规定的光栅常数d1、d2，可使最小的可视光最短波长λmin的光不产生布拉格衍射。
图24用曲线表示上述式(8)-(11)。图24中，横轴取入射角φ[度]，纵轴取各式子的光程差。另外，各光程差是设导光板介质的折射率n1＝1.5、光栅常数d1＝150nm、d2＝120nm、角度α1＝110°而计算的。
在α1＞90°的情况下，从图24可知，若同时满足上述式(8)和式(9)，则式(11)也成立，这可通过数学式子来证明。在式(8)与式(9)两者成立的条件下光程差最小的时候是式(8)的左边与式(9)的左边相等的时候。此时，φ＝arctan[d1sinα1/(d2+d1cosα1)]成立，式(8)和式(9)的左边如下式(12)所示。
2·n1·d1·d2·sin2α1d12+2d1·d2·cosα1+d22...(12)]]>比较式(12)的光程差与式(11)左边的最大值(2·n1·d1·sinα4)，则变为下式(13)，在α1＞90°的情况下，式(12)的光程差＞式(11)左边的最大值。
=2·d1·d2·sin2α1(2·d1·sinα4)d12+2d1·d2·cosα1+d22...(13)]]>=d12+d22-2d1·d2·cosα1d12+d22+2d1·d2·cosα1>1]]>由于式(8)和式(9)的左边在交点间为向上凸出的曲线，所以若满足式(8)和式(9)，则在任意入射角φ下式(11)都成立。
因此，就不产生布拉格衍射的条件而言，仅考虑式(8)-(10)即可。
如上所述，在最大的光栅常数(周期)d1、d2下不产生布拉格衍射的条件是式(8)-(10)的左边的最大值取极小值(或最小值)的点，所以从图24可知，相当于式(8)-(10)的左边的交点。
从下式可得到式(8)与式(9)的交点。
d2/d1＝|sin(α1-φ)/sinφ| ...(14)另外，从下式可得到式(9)与式(10)的交点。
d3/d2＝|sin(α3-φ′)/sinφ′| ...(15)其中，φ′＝α1-φ从下式可得到式(8)与式(10)的交点。
d1/d3＝|sin(α2-φ″)/sinφ″| ...(16)其中，φ″＝α2-φ这里，使用了d1/sinα3＝d2/sinα2＝d3/sinα1。
光栅矢量<d1>与<d2>所成的角度为α1，光栅矢量<d2>与<d3>所成的角度为α3，光栅矢量<d3>与<d1>所成的角度为α2，若设相对与<d1>平行的光栅面的入射角为φ，则因为相对与<d2>平行的光栅面的入射角为φ′＝α1-φ，相对与<d3>平行的光栅面的入射角为φ″＝α2-φ，所以，若研究上述式(14)-(16)，则式(14)-(16)可一般地表示为dj/di＝|sin(α-φ)|/sinφ...(17)这里，di、dj是任意方向的光栅矢量<di>、<dj>的大小(光栅常数)，α是光栅矢量<di>与<dj>所成的角度，φ为光相对与光栅矢量<di>平行的光栅面的入射角，α-φ为光相对与光栅矢量<dj>平行的光栅面的入射角。
因此，选择任意两个(基本)光栅矢量，若配置防止反射用图案31使得光相对光栅矢量<di>的方向以根据式(17)求出的角度φ入射，则可用尽量大的光栅常数di、dj的防止反射用图案31来防止布拉格衍射，使防止反射用图案31的成形变得容易。
例如，在具有相互所成的角度为α(其中，α≥90°)、长度为di、dj的光栅矢量<di>、<dj>的细微结构中，若设式(17)的解为φ0，则如图24所示，以使光栅矢量<di>的方向与光源24的方向成φ0的角度，在导光板26的下面配置防止反射用图案31，并且，若对可视光最短波长λmin设计成在满足式(8)-(10)的范围内使di、dj的值为尽量大的值，则可用周期大的图案的防止反射用图案31来防止布拉格衍射。
图25表示矩形的光栅。此时，因为α＝90°，所以上述式(7)变为dj/di＝1/tanφ...(18)这表示在α＝90°的矩形格子的情况下，若光的入射方向与光栅矢量<di>-<dj>的方向垂直，则可选择大的值来作为光栅常数di、dj。
另外，当α＝90°时，上述式(8)变为2·n1·di·cosφ＜λmin上述式(9)变为2·n1·dj·sinφ＜λmin所以从两个式子可得到下式(19)。
di·djdi2+dj2<λmini2·n1...(19)]]>尤其是，若设di＝dj＝p，则光L的传导方向变为与光栅矢量<di>、<dj>成45°的方向，式(19)变为p＜λmin/[(√2)·n1]...(20)此时，例如设λmin＝380nm、n1＝1.5，则式(20)变为P＜179nm。
从而，在矩形格子(α＝90°)的情况下，通过配置防止反射用图案31使光的入射方向与光栅的对角线方向垂直，并确定满足式(19)的光栅常数di、dj，则基本上不产生布拉格衍射，可使画面的视认性变好。并且，在满足式(19)的范围内，通过设定尽量大的di、dj的值，可使防止反射用图案31的成形也变得容易。另外，因为形成矩形格子或正方形格子状，所以细微凹凸30的排列也非常简化。
图26表示di＝dj＝p、α＝120°的六方格子。此时，上述式(14)变为sinφ＝sin(120°-φ)得到φ＝60°。这表示考虑到六方格子的对称性，若光的入射方向为φ＝0°、60°、120°、180°的方向，则难以产生衍射，表示若平行于六方格子的3个基本光栅矢量中的任意一个来入射光，则可选择大的值来作为光栅面间的间隔di、dj。
另外，当di＝dj＝p、α＝120°时，上述式(8)与式(9)变为p＜(2·λmin)/(3·n1)...(21)例如，若设λmin＝380nm、n1＝1.5，则上述式(21)变为p＜169nm由此，在该情况下，通过配置防止反射用图案31使光的入射方向与六方格子的3个基本光栅矢量的任意一个平行，则若设定满足式(21)的光栅长度p，则基本上不产生布拉格衍射，可使画面的视认性变好。并且，在满足式(21)的范围内，通过设定尽量大的p值，可使防止反射用图案31的成形也变得容易。这种六方格子可使底面为圆形的细微凹凸30紧密排列。
第8实施方式说明如图10所示的前照灯那样使用点光源的情况。在使用点光源作为光源24的情况下，在导光板26内传导的光的行进方向在面内不恒定。因此，若想沿难以产生衍射的方向排列细微凹凸30，则细微凹凸30被排列成同心圆形。这样，要这样在导光板26中将细微凹凸30排列成同心圆形，导光板26的制作变得困难。
因此，在使用点光源的情况下，优选使用六方格子状等旋转对称性高的光栅结构。另外，也可使用第5实施方式中使用的式(8)-(11)来如下求出难以产生衍射的射出角φ。
作为实例，考虑光栅矢量<di>、<dj>相互所成角度α为110°、各自的光栅常数为di＝150nm、dj＝120nm的衍射光栅，其具有接近六方格子的结构。这里，如图10所示，若在前照灯22的角部设置光源24(点光源)，则因为在导光板26内传导的光的行进方向的宽度具有90°的角度，所以在光的入射角φ为90°的范围内，只要确定使式(8)-(11)左边表示的光程差的最大值变为最小的排列方向即可。如图27所示，对于表示式(8)-(11)的曲线，若将光的入射角φ的宽度(90°)设定在φ＝57°-163°的范围内，则光程差的最大值变为最小。从而，只要长度为150nm的光栅矢量di与导光板26的一个边所成的角度为57°-73°(163°-90°＝73°)之间的角度即可。
在前面的实施方式中，说明了周期性地配置细微凹凸的情况，但在以下的实施方式中，对随机地配置小于等于光的波长的尺寸的细微凹凸的情况进行说明。从随机形成细微凹凸的意义开始说明。
在导光板的内部，光在光射出面和其相反侧的面上边重复进行全反射边向远离光源的方向传播。因此，如背景技术中所述，光以大的角度入射到设置在导光板的光射出面或其相反侧的面上的细微凹凸上，并产生衍射光。尤其是在周期性地配置细微凹凸的情况下，由于各区域中的细微凹凸，波长相同的光向相同方向衍射，所以波长相同的衍射光相互干涉而相互增强，向特定方向射出强的衍射光。结果，导光板稍稍带有颜色，从前照灯射出的光看上去带色，所以使反射型液晶显示装置的画面的视认性变差。
相反，若随机地排列细微凹凸，则因为从各区域中的细微凹凸向相同方向衍射的光的波长各异，所以各种波长的光混合后，变为白色光。从而，通过随机排列细微凹凸，可抑制导光板稍稍带有颜色而从前照灯射出的光看上去带色的现象，可改善反射型液晶显示装置的画面的视认性。因此，在以下的实施方式中，对细微凹凸进行随机排列。
细微凹凸的随机配置可分为两种。图28(a)(b)都是示意性地表示将细微凹凸30随机配置的防止反射用图案31的截面图。图28(a)中所示的防止反射用图案31以随机的间隔来配置形状和尺寸随机的细微凹凸30。图28(b)中所示的防止反射用图案31以随机间隔来配置相同形状的细微凹凸30。另外，在图28(a)(b)中，表示出仅在一个方向上的随机配置，但细微凹凸30是被随机地配置在两个方向上的。
在如此使细微凹凸随机排列的情况下，通过与第1-第3实施方式一样使细微凹凸的间隔小于光的波长，可抑制衍射光的产生，或仅在特定方向上产生衍射光。但是，在随机进行细微排列的情况下，因为不能直接应用第1-第3实施方式中说明的条件，所以在下面进行具体说明。
首先，在第9、10、11的实施方式中说明如图28(a)所示的细微凹凸30的形状、尺寸与配置全都随机的情况。在第9实施方式中，设入射到细微凹凸30的光L的入射角为θ1，设衍射光14的衍射角为θ2，设导光板材料的折射率为n1，设空气的折射率为n0，设从光源24射出的可视光中、波长最短的可视光的波长为λmin(参照图11)，另外，当获取了细微凹凸30的相邻凹部彼此或凸部彼此的距离分布时，若设其出现频度最大的距离为K，则只要满足下式(22)即可。
K＜λmin/(n0+n1)...(22)这对应于第1实施方式中导出的式(2)。
图29(a)(b)是说明上述式(22)的应用方式的图，图29(a)表示随机的细微凹凸的一例，图29(b)是表示该细微凹凸中凸部(凹部)彼此的距离k的分布的图。设细微凹凸30的形状是图29(a)中表示的图案，则根据该图案来测量相邻的凸部彼此(也可以是凹部彼此)的距离k，累计该距离k，得到各距离k的频度。图29(b)表示各距离k的频度分布，横轴表示相邻的凸部彼此的距离k，纵轴表示各距离的出现频度。图29中，设频度最大时的距离k为K。因此，在设计了图29(a)的图案的情况下，只要以频度最大时的距离K满足上述式(22)的缩小比例来在导光板26上制作防止反射用图案31即可。
若光源24是LED，从光源24射出的光中、波长最短的可视光为420nm，则λmin＝420nm，设导光板26的折射率n1＝1.5，空气的折射率n0＝1，则上述式(22)变为K＜168nm优选的是将其设为小于等于100nm。
根据该实施方式，因为细微凹凸30是随机的，所以前照灯22难以带色，另外，衍射光难以从导光板26的光射出面29射出，所以衍射光不会射出到观察者侧，结果，可提高画面的对比度，使反射型液晶显示装置21的视认性提高。
另外，在该实施方式中，更优选的是，距离k等于产生衍射光的最小值λmin/(n0+n1)时的频度Pmin小于等于最大频度Pmax的1/5。虽然在细微凹凸的距离k比λmin/(n0+n1)大的部分容易产生衍射光，但若满足该条件，则可进一步减少衍射光的产生。
对第9实施方式的原理进行说明。随机地配置有细微凹凸30的防止反射用图案31可由周期不同的多个正弦波形的和来表现。通过图30(a)(b)(c)对其进行说明。图30(a)是表示具有随机形状与配置的细微凹凸的图案的概略图，图30(b)是表示对细微凹凸30的图案进行了傅立叶分解时的各周期成分的图，图30(c)是表示各成分的周期与强度的关系的图。为了简化说明，考虑二维防止反射用图案31。当设防止反射用图案31的高度为z，形成有防止反射用图案31的区域长度为a，到形成有防止反射用图案31的区域端部的距离为x时，图30(a)的细微凹凸30的图案可表示为z＝f(x) (0≤x≤a)
因为它可扩展为周期a的周期函数，所以若进行傅立叶展开，则周期(不是时间周期，而是相当于波长的空间周期)可分解成Tn＝a/n(n＝1，2，3，...)的正弦波成分。图30(b)表示这样分成各成分后的正弦波的一部分。另外，图30(c)中，横轴取各成分的周期Tn，纵轴表示各成分的强度。
从前面的说明可知，在图案周期与可视光的波长为相同程度的情况下，在可视光区域中产生衍射光，若图案周期比可视光的波长带中最短波长λmin小得多，则不产生衍射光。若将其应用于对细微凹凸30的图案进行分解后的成分，则周期长的成分产生衍射光，但周期短的成分不产生衍射光。从而，若设产生衍射光的周期范围为图30(c)所示的范围，则如果使对细微凹凸30的图案进行了分解时的周期成分的大部分位于比产生该衍射光的周期范围小的区域中，则可抑制衍射光的产生，可得到良好的视认性。上述式(22)表现出该情况。另外，第10、11实施方式也基于相同的理由。
在第10实施方式中，也与第9实施方式一样，考虑细微凹凸30的凹部或凸部彼此的距离的出现频度最大的距离K。即，根据图29(a)的细微凹凸30的图案，求出相邻的凸部彼此的距离k，累计该距离k，如图29(b)所示，求出出现频度最大时的距离K。另外，在第10实施方式中，当设从光源24射出的可视光中、波长最短的可视光的波长为λmin时，出现频度最大时的距离K满足上式(23)。其中，n1是导光板材料的折射率，n0是空气的折射率，θout是从前照灯22的光射出面29射出的照明光37的光度为最大的方向与光射出面29的法线所成的角度(参照图13)。
K＜λmin/(n1+n0·cosθout)...(23)该式(23)对应于第2实施方式的式(3)。
例如，当设λmin＝420nm(光源为LED的情况)、θout＝30°、导光板的折射率n1＝1.5、空气的折射率n0＝1时，上述式(23)变为K＜178nm优选的是将其设为小于等于100nm。
因此，在实施方式10中，构成防止反射用图案31的细微凹凸30以满足上述式(23)的细微度来随机配置。结果，在可抑制从前照灯22射出的光带色的同时，在与照明光37成比90°大的角度的方向上，即使射出衍射光14，该衍射光14也不会射出到观察者侧，可提高画面的对比度，使反射型液晶显示装置21的视认性提高。
在第11实施方式中，也与第9实施方式一样，考虑细微凹凸30的凹部或凸部彼此的距离的出现频度最大的距离K。即，根据图29(a)的细微凹凸30的图案，求出相邻的凸部彼此的距离k，累计该距离k，如图29(b)所示，求出出现频度最大时的距离K。另外，在第11实施方式中，当设从光源24射出的可视光中、波长最短的可视光的波长为λmin，设导光板材料的折射率为n1时，出现频度最大时的距离K满足下式(24)。
K＜λmin/(2·n1)...(24)该式(24)对应于第3实施方式的式(5)。
例如，当设λmin＝420nm、导光板26的折射率n1＝1.5时，式(24)变为K＜140nm优选的是将其设为小于等于100nm。
因此，在实施方式11中，以使对应于最大出现频度的细微凹凸彼此的距离K比由上述式(24)右边确定的值小的状态，以随机的配置而形成细微凹凸。结果，可抑制从前照灯22射出的光的带色，另外，即使在导光板26内也不射出衍射光14，衍射光14难以射出到观察者侧，所以可提高画面的对比度，使反射型液晶显示装置21的视认性提高。
另外，在本实施方式中，也优选的是，使距离k等于产生衍射光的最小值λmin/(2·n1)时的频度Pmin小于等于最大频度Pmax的1/5。
下面，在第12、13、14实施方式中说明如图28(b)所示将相同形状的细微凹凸30随机地配置在导光板26下面(光射出面29)的情况。这里，如图32(a)所示，将作为形状、尺寸基本相同的凸状细微凹凸30的凸部随机地排列在导光板26的光射出面29或其相反侧的面上。或者如图32(b)所示，也可随机地排列作为形状、尺寸基本相同的凹状细微凹凸30的凹部。设这些形状、尺寸基本相同的细微凹凸30的凸部或凹部的基端部的宽度(直径)为W。
这样，在随机地配置了宽度为W的细微凹凸30(凸部或凹部)的情况下，在该细微凹凸30的图案中包含很多周期为W的成分。因此，在这种实施方式中，只要将细微凹凸30的宽度W设为不产生衍射的尺寸即可。另外，为了去除无用的周期成分，优选的是，使细微凹凸30的高度或深度基本恒定。
在第12实施方式中，若设入射到细微凹凸30的光L的入射角为θ1，设衍射光14的衍射角为θ2，设导光板材料的折射率为n1，设空气的折射率为n0，设从光源24射出的可视光中、波长最短的可视光的波长为λmin(参照图11)，则只要将细微凹凸30的宽度W设为满足下式(25)的尺寸即可。
W＜λmin/(n0+n1)...(25)其对应于第1实施方式中导出的式(2)。
若光源24是LED，从光源24射出的光中、波长最短的可视光为420nm，则λmin＝420nm，设导光板26的折射率n1＝1.5，空气的折射率n0＝1，则上述式(25)变为W＜168nm优选的是将其设为小于等于100nm。
根据该实施方式，因为细微凹凸30被随机配置，所以前照灯22难以带色，另外，衍射光难以从导光板26的光射出面29射出，所以衍射光不会射出到观察者侧，结果，可提高画面的对比度，使反射型液晶显示装置21的视认性提高。
在第13实施方式中，当设从光源24射出的可视光中、波长最短的可视光的波长为λmin时，细微凹凸30的宽度W满足下式(26)。其中，n1为导光板材料的折射率，n0为空气的折射率，θout为从前照灯22的光射出面29射出的照明光37的光度为最大的方向与光射出面29的法线所成的角度(参照图13)。
W＜λmin/(n1+n0·cosθout) ...(26)该式(26)对应于第2实施方式的式(3)。
例如，当设λmin＝420nm(光源为LED的情况)、θout＝30°、导光板的折射率n1＝1.5、空气的折射率n0＝1时，上述式(26)变为W＜178nm优选的是将其设为小于等于100nm。
因此，在实施方式13中，构成防止反射用图案31的细微凹凸30以满足上述式(26)的细微宽度W来随机配置。结果，在可抑制从前照灯22射出的光带色的同时，即使在与照明光37成比90°大的角度的方向上射出衍射光14，该衍射光14也不会射出到观察者侧，可提高画面的对比度，使反射型液晶显示装置21的视认性提高。
在第14实施方式中，当设从光源24射出的可视光中、波长最短的可视光的波长为λmin，设导光板材料的折射率为n1时，细微凹凸30的宽度W满足下式(27)。
W＜λmin/(2·n1)...(27)该式(27)对应于第3实施方式的式(5)。
例如，当设λmin＝420nm、导光板26的折射率n1＝1.5时，式(24)变为W＜140nm优选的是将其设为小于等于100nm。
因此，在实施方式14中，使细微凹凸30的宽度W比由上述式(27)右边确定的值小，以随机的配置来形成细微凹凸。结果，可抑制从前照灯22射出的光带色，另外，即使在导光板26内也不射出衍射光14，衍射光14难以射出到观察者侧，所以可提高画面的对比度，使反射型液晶显示装置21的视认性提高。
图33(a)(b)是对第15实施方式中的一个细微凹凸进行放大表示的斜视图，图33(a)表示设置在导光板26的下面(光射出面29)的凸部，图33(b)表示设置在导光板26下面的凹部。在第15实施方式中的细微凹凸30中，当设凸部的高度或凹部的深度为H、其宽度为W时，其纵横比H/W为H/W＞1.2这样，若设细微凹凸30的纵横比H/W大于等于1.2，则可充分减小防止反射用图案31的反射率，可减小导光板26下面上的菲涅耳反射。另外，为了减小反射率，优选的是，在可成形细微凹凸30的限度内，使高度或深度H尽量大，优选的是，具有大于等于150nm的高度或深度。
(防止反射用图案的形成方法)下面，说明在导光板26上形成上述防止反射用图案31的方法。首先，开始，制作图34(a)所示的防止反射用图案31的原板(原盤)41。在制作具有小于等于光的波长的细微凹凸的原板41的方法中，有2光束干涉曝光法或电子束曝光法等。通过这种方法得到原板41后，如图34(b)所示，通过电铸法使Ni等压模(スタンパ)材料堆积在原板41上，制作压模42。一旦如图34(c)所示将该压模42从原板41上剥离而将与原板41分离，则在压模42的下面，得到把原板41的细微凹凸的图案反转后的图案。之后，如图34(d)所示，边加热该压模42，边将其按压在导光板26的背面或表面上，如图34(e)所示，将细微凹凸30转印到导光板26上。之后，将压模42从导光板26剥离，则在导光板26的背面或表面上成形了细微凹凸30。
另外，除将细微凹凸30直接转印在导光板26上外，也可在将细微凹凸30转印在薄膜(未图示)上后，将该薄膜粘贴到导光板26上。但是，将细微凹凸30直接转印到导光板26上没有脱落等问题，所以持久性高，工序也少。这里，设置在前照灯22中的细微凹凸30可以是设置有大量棱锥形状的凸状图案的形状，也可以是设置大量将其反转后的凹状图案的形状。但是，为了使衍射光不容易产生，优选是凸状的图案。
作为如此成形的细微凹凸30，除棱锥形状或圆锥形状外，也可以是细微凹凸30的侧面倾斜缓慢变化的形状(尤其是朝向末端倾斜逐渐变大的凸形状)。例如，可以是图35(a)、(b)、(c)、(d)所示的各种形状的细微凹凸30。另外，所谓细微凹凸30的周期是指相邻的细微凹凸30的凸部末端与凸部末端之间的距离。另外，若细微凹凸30的形状小于等于光的波长，则即使细微凹凸30的周期或排列有差异，也基本上不对反射率造成影响。此时，所谓细微凹凸30的周期是指相邻的细微凹凸30的凸部与凸部之间的平均距离。
为了得到良好的防止反射效果，优选的是，细微凹凸30的纵横比大于等于1。另外，细微凹凸30的高度(深度)越高，在宽的入射角度和宽的波长区域内越可降低反射，但若考虑成形性，优选为150nm左右。
下面，说明将具有上述各实施方式中说明的细微凹凸的面光源装置用于可双面显示的双面型液晶显示装置中的情况。这里所说的双面型液晶显示装置是可通过一组液晶显示面板和面光源装置从双面视认图像的液晶显示装置。
图36是表示双面型液晶显示装置的结构的概略截面图。该双面型液晶显示装置43使本发明的面光源装置44与半透射型液晶显示面板45相对。该面光源装置44是具有与上述任一实施方式中说明的前照灯22一样结构的面光源装置，或将上述任一实施方式中说明的细微凹凸30设置在导光板的观察侧的面或与观察侧相反的一侧的面(即光射出面29)上的面光源装置。这里，在双面型液晶显示装置43的情况下，所谓观察侧的面是指对被液晶显示面板45反射的图像光进行观察的方向的面。图36中所示的面光源装置44与图7和图8中所示的前照灯22除设置在导光板26上的偏转图案28的形状不同、偏转图案28彼此不连续设置之外，具有与前照灯22一样的结构。细微凹凸30在图示实例中，仅设置在光射出面29上，但也可设置在与光射出面29相反的一侧的面上。
图37是仅取出1个像素部分的半透射型液晶显示面板45来表示其结构的放大截面图。该液晶显示面板45在第1基板46与第2基板47之间密封有液晶材料48。在第2基板47与液晶材料48相对的内面上，隔着规定间隔，将多个透明电极50排列成矩阵状，以分别电连接于各透明电极50上的状态，设置有与各透明电极50相邻配置的由金属膜构成的反射电极51。各透明电极50占据1个像素部分的区域的约1/2的面积，反射电极51也占据1个像素部分的区域的约1/2的面积，反射电极51以比透明电极50突出的状态设置。即，由一个透明电极50和一个反射电极51构成一个像素。
另外，在第1基板46的与液晶材料48相对的内面上，在显示区域的整个面上设置有透明电极49。将面光源装置44朝向该第1基板46的外面侧配置。另外，图37中，仅示出点矩阵显示的液晶显示面板中的一个像素要素，省略了定向膜、光学薄膜、TFT等电路等。
然后，在该双面型液晶显示装置43中，若从导光板26的光射出面29射出光L，则从导光板26射出的光L对液晶显示面板45进行照明。在从导光板26射出的光L中，入射到设置有变为导通状态的像素的透明电极50的区域的光L，透过透明电极49和50，在与观察侧的面相反的一侧可识别图像。另外，入射到设置有变为导通状态的像素的反射电极51的区域的光L，在透过透明电极49并由反射电极51反射后，再次透过透明电极49，并透过导光板26，在观察侧可识别图像。由此，通过由一块液晶显示面板45和一块面光源装置44构成的双面型液晶显示装置43，可从双面来识别图像，可削减构成部件的部件个数。
另外，可减少功耗。
即使是具有这种结构的双面型液晶显示装置43，在没有面光源装置44的导光板26上设置细微凹凸30的情况下，如图38所示，若在导光板26内传播的光在光射出面29上进行菲涅耳反射，则从观察侧的面射出。从该观察侧的面射出的光变为干扰光10，向与图像光相同的方向射出，所以与反射型液晶显示装置的情况一样，白色光重叠在图像上，画面的对比度降低，观察侧的视认性变差。
另外，即使在为了防止上述菲涅耳反射而在导光板26上设置细微凹凸30的情况下，若由细微凹凸30引起衍射，则衍射光14直接或漫反射后射出。该衍射光14射出到观察者侧(对从液晶显示面板45反射后的光进行观察的一侧)、和与观察侧相反的一侧(对透过液晶显示面板45的光进行观察的一侧)，所以该衍射光与画面的图像光重叠，在任一面上导光板都稍稍带有颜色，使图像的对比度降低，使视认性变差。
相反，在第16实施方式的双面型液晶显示装置43中，因为在导光板26上设置有由本发明的细微凹凸30构成的防止反射用图案31，所以可抑制上述干扰光10或由衍射光14引起的图像的质量降低，可改善双面型液晶显示装置43的图像的视认性。
图39表示组装有本发明的反射型液晶显示装置21的便携电话61。该便携电话61在具有数字键等的拨号部62上组装有反射型液晶显示装置21，在上面设置有天线63。
图40表示组装有本发明的反射型液晶显示装置21的PDA等便携信息终端64。该便携信息终端64在反射型液晶显示装置的旁边设置有笔输入等输入部65，在上端部上枢接着盖66。
通过如此在便携电话或便携信息终端等中使用本发明的反射型液晶显示装置，可具有对比度高、视认性好的显示部。
本发明的前照灯可用于反射型液晶装置等反射型显示装置中。另外，该反射型显示装置可用作各种设备的显示部，尤其适用于便携电话或便携手机等便携设备中。
权利要求
1.一种面光源装置，所述面光源装置具有光源和导光板，该导光板传导来自所述光源的光，把光从位于与观察侧的面相反的一侧的光射出面射出，其中，在所述观察侧的面或所述光射出面中的至少一个面上，周期性地配置多个细微凹部或凸部，使所述凹部或凸部的排列方向排列在相对传导的光的行进方向最难以产生衍射的方向上。
2.一种面光源装置，所述面光源装置具有光源和导光板，该导光板传导来自所述光源的光，把光从位于与观察侧的面相反的一侧的光射出面射出，其中，在所述观察侧的面或所述光射出面中的至少一个面上，周期性地配置多个细微凹部或凸部，所述凹部或凸部被配置成由相互所成角度为α(≥90°)、长度为di、dj的两个光栅矢量定义的光栅状，所述凹部或凸部是按满足下式的方向定向的，djdi=sin(α-φ)sinφ]]>其中，φ与所述光射出面基本平行地传导的光的行进方向、与长度为di的光栅矢量所成的角度。
3.一种面光源装置，所述面光源装置具有光源和导光板，该导光板传导来自所述光源的光，把光从位于与观察侧的面相反的一侧的光射出面射出，其中，在所述观察侧的面或所述光射出面中的至少一个面上，周期性地配置多个细微凹部或凸部，所述凹部或凸部被配置成由相互成90°角度、长度为di、dj的两个光栅矢量定义的光栅状，并且，由两个所述光栅矢量的差表示的矢量的方向被配置在与所述光射出面基本平行地传导的光的行进方向垂直的方向上，所述光栅矢量的长度di、dj满足di·djdi2+dj2<λmin2·n1]]>其中，λmin从所述光源射出的波长最短的可视光在真空中的波长n1所述导光板的折射率。
4.一种面光源装置，所述面光源装置具有光源和导光板，该导光板传导来自所述光源的光，把光从位于与观察侧的面相反的一侧的光射出面射出，其中，在所述观察侧的面或所述光射出面中的至少一个面上，周期性地配置多个细微凹部或凸部，所述凹部或凸部被配置成由相互成120°角度、长度相等的两个光栅矢量定义的光栅状，并且，由两个所述光栅矢量中的任意一个或两个光栅矢量的和表示的光栅矢量的方向被配置在与所述光射出面基本平行地传导的光的行进方向平行的方向上，所述两个光栅矢量的长度di、dj满足di=dj<2·λmin3·n1]]>其中，λmin从所述光源射出的波长最短的可视光在真空中的波长n1所述导光板的折射率。
5.根据权利要求1到4中任意一项所述的面光源装置，其特征在于设所述凹部的深度或所述凸部的高度为H时，其相对该凹部或凸部的宽度W之比H/W满足H/W＞1.2。
6.根据权利要求1到4中任意一项所述的面光源装置，其特征在于从所述光源射出的波长最短的可视光在真空中的波长λmin为380nm。
7.根据权利要求1到4中任意一项所述的面光源装置，其特征在于将所述凹部或凸部转印在所述导光板的观察侧的面或光射出面至少之一上。
8.一种显示装置，由权利要求1到4中任意一项所述的面光源装置和显示面板构成，该显示面板使从所述面光源装置射出的光反射并生成图像。
9.一种显示装置，所述显示装置由权利要求1到4中任意一项所述的面光源装置和显示面板构成，该显示面板使从所述面光源装置射出的光透射并生成图像，同时使从所述面光源装置射出的光反射并生成图像。
10.一种电子设备，所述电子设备具有权利要求8或9所述的显示装置作为显示器。
全文摘要
本发明提供一种面光源装置及显示装置，所述面光源装置具有光源和导光板，该导光板传导来自所述光源的光，把光从位于与观察侧的面相反的一侧的光射出面射出，其中，在所述观察侧的面或所述光射出面中的至少一个面上，周期性地配置多个细微凹部或凸部，使所述凹部或凸部的排列方向排列在相对传导的光的行进方向最难以产生衍射的方向上。
文档编号G02B6/00GK1979233SQ20071000190
公开日2007年6月13日 申请日期2004年10月8日 优先权日2003年10月6日
发明者松井优贵, 船本昭宏, 青山茂 申请人:欧姆龙株式会社