JP2006010831A - 反射防止構造と反射防止体並びに照明装置と液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、外光や照明光を利用して表示された表示部分の視認性を高めることが可能な反射防止構造とその構造を備えた反射防止膜、導光体、並びに液晶表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明は、第１面に沿って並列された複数の微細な凸部７または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部７の基部７ａ同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされてなることを特徴とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、液晶表示ユニットなどを照明する照明装置に用いられる反射防止構造とそれを備えた反射防止体と導光体、並びにそれらを備えた液晶表示装置に関する。

従来、反射防止膜を備えた導光板や、このような導光板をフロントライトに利用した液晶表示装置が知られている。先の反射防止膜を備えることで、外光や液晶表示ユニットの表面に設けられた照明装置の照明光が液晶表示ユニットに到達する前に反射されてしまうことを防止し、もって外光や照明光を液晶表示ユニットに向けて効率良く入射させるとともに、液晶表示装置の視認性を高めることができる。

従来のこの種の反射防止層は、通常スパッタリング法や蒸着法等により屈折率の異なるＳｉＯ_２膜とＴｉＯ_２膜を周期的に積層してなる構成か、屈折率の異なる層を数層積層したＡＲ（Anti-Reflective）フィルムの貼り付けによる防反射層を形成することがなされている。これらの構造は各層を所定の膜厚に形成して、いわゆる１／４λの光学条件を作り出すことで、この防反射層に入射する光を高い透過率で透過させようとするものである。
これらの反射防止構造によって外光や照明光が液晶表示ユニットに入射する前に反射されてしまうことを防止することができるようになっている。（例えば特許文献１参照）
特開平３−７０２０１号公報

従来の一般的な反射防止構造は、表面に微細な突起を形成したものが主体であったが、従来構造の反射防止効果は十分ではなく、これら従来構造とは異なるアプローチで優れた反射防止効果を狙った新たな反射防止構造が検討されている。また、用途に応じて適切な反射防止能力を備えた反射防止構造が望まれていた。

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであって、外光や照明光の反射を防止して外光や照明光を利用して表示された表示部分の視認性を高めることが可能な反射防止構造とその構造を備えた反射防止膜、導光体、並びに液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の反射防止構造は、第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされてなることを特徴とする。
隣接する凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされてなることにより、隣接する凸部の基部同士または凹部の開口部同士の間に存在する平坦部分あるいはそれに準じる部分からの反射をできるだけ小さくすることができ、これによって低反射率を実現できる。

本発明の反射防止構造は、前記凸部または凹部が前記第１面に沿って千鳥状に配列されてなることを特徴とする。
凸部または凹部を千鳥状に配列することで凸部または凹部をできるだけ密に配列することができ、凸部間または凹部間に存在する平坦部分あるいはそれに準じる部分の面積を小さくすることができ、これによって低反射率を確保し易くなる。

本発明の反射防止構造は、前記凸部の基部または前記凹部の開口部の平面視形状が６角形状にされ、それらが第１面に沿って最密充填配置され、前記凸部は先窄まり状に前記凹部は底窄まり状に形成されるとともに、最密充填配置された前記凸部の基部同士の間隔あるいは前記凹部の開口部同士の間隔が前記３〜５０ｎｍの範囲とされてなることを特徴とする。
凸部の基部または凹部の開口部を平面視６角形状にすることで、凸部または凹部を設ける第１面に沿ってこれらを最密充填構造とすることが可能となり、凸部間または凹部間に存在する平坦部分あるいはそれに準じる部分の面積を小さくすることができるとともに、隣接相互間隙を３〜５０ｎｍの範囲とすることにより確実に低い反射率とすることができる。

本発明の反射防止構造は、前記凸部の先端部側が円錐形状とされてなることを特徴とする。
凸部の先端部側に平面が存在するとその部分が反射率を向上させる原因となり得る。従って凸部の先端部側を円錐形状とすることにより反射率の上昇を抑制できる。
本発明の反射防止構造は、反射率が波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対して０.６％以下に設定されたことを特徴とする。
本発明の反射防止構造は、前記反射防止構造の反射率が波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対して０.３％以下に設定されたことを特徴とする。
隣接相互間隙を先の範囲とすることで、波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの広い範囲の光に対して低反射率を得ることができ、特に０.６％という低い反射率、あるいは、０.３％というより極めて低い反射率を実現することができる。

本発明の反射防止膜は、第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部同士の基部または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされてなる反射防止構造が表面または裏面の少なくとも一方の面に形成されてなることを特徴とする。
隣接する凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされてなることにより、隣接する凸部の基部同士または凹部の開口部同士の間に存在する平坦部分あるいはそれに準じる部分からの反射をできるだけ小さくすることができ、これによって低反射率を実現した反射防止膜を提供できる。

本発明の導光体は、第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされ、前記第１面を除く他の面に形成された光反射構造を備えたことを特徴とする。
これにより、低反射率を実現した導光体を提供できる。

本発明の照明装置は、第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされ、前記第１面を除く他の面に形成された光反射構造を備えた導光体と、この導光体に向けて光を照射する光源とを備えたことを特徴とする。
これにより、低反射率を実現した導光体を備え、より明るい照明を実現できる照明装置を提供できる。

本発明は、第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされ、前記第１面を除く他の面に形成された光反射構造を備えた導光体と、この導光体に向けて光を照射する光源とを備えた照明装置に対し、液晶表示ユニットが備えられたことを特徴とする。
これにより、低反射率を実現した導光体を備え、より明るい照明を実現でき、導光体を介した表示がクリアーで鮮明な液晶表示装置を提供できる。

本発明によれば、隣接する凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされてなることにより、隣接する凸部の基部同士または凹部の開口部同士の間に存在する平坦部分あるいはそれに準じる部分からの反射をできるだけ小さくすることができ、これによって低反射率の反射防止構造を実現できる。
また、本発明によれば低反射率の反射防止膜、低反射率の導光体、低反射率であって照明光率の良好な照明装置、低反射率であってクリアな表示が可能な液晶表示装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするために各構成要素の厚さや寸法等の比率などは適宜異ならせて示してある。
図１は、本発明の反射防止構造を適用した照明装置を備えた液晶表示装置の一実施形態を示す断面図である。この形態の液晶表示装置１０は、反射型の液晶表示ユニット１１と、その前面（上面）側に配設されたフロントライト（照明装置）１２とを備えて構成されている。なお、反射型の液晶表示ユニット１１に代えて反射半透過型の液晶表示ユニットを設ける場合は液晶表示ユニットの裏面側にバックライトを設ける構成とすればよい。

前記フロントライト１２は、本発明に係る照明装置の一形態であり、図１に示すように導光板（導光体）１３および光源１４を備えている。導光板（導光体）１３は、例えばアクリル系樹脂やポリカーボネート系樹脂からなる透明の略平板状の部材である。導光板１３は光源１４からの光を導入する入射面１３ａと、外部から液晶表示ユニット１１を観察するための観察面１３ｂとを備えている。この観察面１３ｂには、光源１４から導入された光の方向を変化させるくさび型の微細な三角波状の溝１５が複数形成されている。
また、導光板１３の下面（液晶表示装置１０と対向する面）は、照明光が出射される出射面１３ｃとされている。

前記観察面１３ｂに形成されたくさび型の溝１５は一対の斜面部からなる。溝１５の一方の斜面は緩斜面部１５ａとされ、他方は緩斜面部１５ａよりも急な傾斜角度で形成された反射面（急斜面部）１５ｂとされている。即ち、観察面１３ｂには緩斜面部１５ａと反射面１５ｂとが交互に周期的に形成され、反射面１５ｂが光反射構造を構成している。なお、これらの観察面１３ｂの形状は、上記の形状に限定されず、入射面１３ａから導入されて導光板１３の内部を伝搬する光を、出射面１３ｃ側へ均一に誘導できる形状であればいかなる形状でも良く、図１に示すくさび形の形状に限るものではない。

前記導光板１３の入射面１３ａに配設された光源１４は、導光板１３の入射面１３ａに沿って設けられた棒状の光源であり、具体的には棒状の導光体の両端部に白色ＬＥＤ(Light Emitting Diode)などからなる発光素子が配設されてなる。そして、これらの発光素子から出射された光を棒状の導光体を介して導光板１３に導入するようになっている。例えば導光板１３において入射面１３ａと反対側の面にプリズム構造やくさび形の溝からなる反射面などを形成し、この反射面によって発光素子からの光を入射面１３ａ側に導くことができる構造を採用すればよい。以上のように発光素子と導光板１３との間に棒状の導光体を設けることで、点光源である発光素子の光を、導光板１３の入射面１３ａに均一に照射することができる。

なお、光源１４は、導光板１３の入射面１３ａに光を導入し得るものであれば、如何なる構造のものでも問題なく用いることができ、例えば導光板１３の入射面１３ａに沿って発光素子を複数個並べた構成であっても良い。また、発光素子が１つのみ備えられた構成であっても良い。
光源１４は、観察者から見て導光板１２の上端部（観察者から離れた側）又は下端部（観察者から近い側）に配置することが好ましい。このようにすることによって、導光板１３内の光の伝播方向が観察者から見た上下方向（観察者にとって離れた前方側から観察者に近い手前側方向）と平行になるからである。

前記導光板１３の出射面１３ｃには本発明の反射防止構造１８が形成された反射防止膜１７が貼り付けられている。図２Ａはこの形態において用いられている反射防止膜１７の拡大斜視図であり、図２Ｂは該反射防止膜１７に形成された凸部７の拡大図である。
本実施形態に係わる反射防止膜１７は、サブミクロンオーダーの微細な複数の凸部７を基板部７Ａの一側の面に千鳥格子状に複数個、縦横に配列形成した構成であることが特徴の一つとされている。

この反射防止膜１７について、図２及び図３を参照して以下に説明する。
図２は、反射防止膜１７の表面形状を模式的に示す部分斜視図である。図３Ａと図３Ｂは、この反射防止膜１７を構成する微細な凸部７の配列の例を示す模式的平面図であり、図３Ａは前記凸部を正方格子状に配列させた場合の一例であり、図３Ｂは、千鳥格子状に最密充填配列させた場合の一例である。

図２に示すように、反射防止膜１７の基板部７Ａの表面（第１面）には、図３Ａまたは図３Ｂに示す如く平面視対向する２辺間の幅ａを０.１５〜０.４μｍ程度の大きさの複数の微細な平面視６角形状の基部７ａとするとともに先端部７ｂを丸めた円錐形状として、全体としての形状を６角型の鉛筆の一端部を丸く先窄まり状に削った形状に類似させた凸部７が、千鳥格子状に縦横に密接配列されて形成されており、幅広い波長域の光（例えば４００ｎｍ〜７００ｎｍ程度の範囲）を高い透過率で透過させ、低い反射率とすることができるようになっている。
この反射防止膜１７に入射しようとする光は、波長の例えば約半分以下のピッチを有する凹凸形状に対して凸部７の外周面と、基板部７Ａの凸部７、７間に存在する若干の平面部分またはそれに近い形状の部分と空気とで形成する屈折率空間分布が連続的であるほど反射光を抑えることができる。したがって、光の反射の原因となる基板部７Ａの凸部７、７間の平面部分の面積の占める割合を抑えて、凸部７の割合を高めることで反射防止膜１７の防反射機能を最大限に高めることができる。

前記凸部７の先端部側は連続した曲面からなる二次曲面に形成されるのが好ましい。凸部７の先端部に平面部があると、構造材と空気界面の屈折率の不連続のため防反射機能が低下する。凸部７の先端部を二次曲面に形成することで構造材と空気で形成される屈折率空間分布は連続的に変化するので、反射率を小さく抑制することができる。また、６角形に形成した凸部７の基部７ａの最大径（６角型の基部７ａの外接円）は、できるだけ小さいほうが好ましい。基部７ａの最大径が大きいと反射回折光が発生し、着色された反射光が発生する。基部７ａの最大径を狭めることで反射回折光の発生が防止され防反射機能が高められる。基部７ａの径が大きいと反射防止膜１７の形成時の形状再現性が悪化する恐れがあり、基部７ａの径が小さいと防反射性が悪化する懸念がある。

前記凸部７の形成ピッチＰはできるだけ小さくして、基板部７Ａの平面部分あるいはそれに準じる部分の面積を少なくすることが好ましい。光の反射の原因となる平面部分あるいはそれに準じる部分の面積を少なくして凸部７を密に形成することで反射防止膜１７の防反射機能は最大限に高められる。また、凸部７の形成ピッチＰが０．５μｍを越えると、回折光の分光作用で出射光の色調が色づいて見えてしまう。例えば、出射光が青みがかって見えてしまう。このため凸部７の形成ピッチＰは０.５μｍ以下であることが好ましく、例えば０.１０〜０.２５μｍの範囲に設定され、特に０.１０〜０.２０μｍの範囲に設定するのが好ましい。凸部７の高さは例えば１５０〜４００ｎｍに設定される。凸部７の高さは高いほど好ましいが、あまり高いと反射防止膜１７の形成時に凸部７の形状の再現性が悪くなる。例えば成型法にて反射防止膜１７を製造する場合、型から反射防止膜１７を離型する際に型に凸部１７が密着してしまい、無理に離型するとサブミクロンオーダーの大きさの凸部７が変形するか、形が崩れてしまう。

また、凸部７の高さが０.１５μｍ未満であると、反射防止効果が不十分であり、反射率が高くなる傾向となる。上記凸部７のピッチは、小さくするほど反射防止膜１７の透過率を高めることができるが、０.１μｍ以下の極微細な凸部７を、均一な寸法で配列形成するのは困難であり、製造コストの増加の原因となるため、実用的には凸部７のピッチの下限値は、０.１μｍ程度である。

以上の構成の反射防止膜１７の反射率は４００〜７００ｎｍの広い波長範囲の光に対して、例えば１％以下、更には凸部７、７間の間隔設定の条件次第で０.６％以下、更に条件を加味すれば０.３％以下に抑えることができる。
先の構成の反射防止膜１７は内面に凸部７を象った凹部を形成した金型を用いて射出成型によって形成すれば、生産効率上好ましい。反射防止膜１７の形成素材としては、例えば光透過性の良好で離型の容易なシリコン系樹脂を用いることができる。

なお、この実施形態では凸部７を導光板１３の出射面１３ｃから外側に突出するように形成したが、逆に凹部を反射防止膜１７の表面から裏面側（第２面側）に穿ち、同様な凹凸を形成して防反射層とすることもできる。この凹部を形成する構造については後に説明する第２の実施形態において詳細に説明する。
以上のようなサブミクロンオーダーの微細な凸部の形状を設けることにより光の反射を防止できる技術の基本概念については、独Faunhofer Gesellshaft社の記述情報に開示されているように、個々の凸部が可視領域の波長以下の高さ及び繰り返しピッチ（即ち、ナノミクロンオーダーの高さと繰り返しピッチ）で配列形成されているために、入射した光の反射が生じないことによる。

次に、反射防止膜１７を構成する凸部７の配列の他の例について図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る反射防止膜１７において凸部７は、図３Ａに示す正方格子状よりも、図３Ｂに示す千鳥格子状に最密充填配列されている必要がある。図３Ｂに示す千鳥格子状の配列において、その実効ピッチＰｅが最小となる方向と、フロントライト１０の導光板１３内の光の伝播方向とが平行になるようにして反射防止膜１７を配置することが好ましい。
導光板１３内の光の伝播方向は、例えば図３Ａ、Ｂにおいて矢印ｂで示され、本実施形態のフロントライト１０のように導光板１３の入射面１３ａに棒状の光源１４が配設されている場合には、導光板１３の光出射面１３ｃからそれに対向する導光板１３の側端面に向かう方向が好ましい。また、観察者から見て上端部側又は下端部側に光源１３を配置すると、光の伝播方向は観察者から見た上下方向と平行になる。

図３Ａにおいて、凸部７の実効ピッチＰｅは、図示左右方向において、隣接する凸部７のピッチＰと等しく、図３Ｂの左右方向では、図示上下方向に隣接する凸部７、７の中心間の図示上下方向の距離が実効ピッチＰｅとされ、実際のピッチＰの１／２に等しくなるので、狭ピッチで配列できる。
このように、図３Ａに示す正方格子状の配列よりも図３Ｂの千鳥格子状の配列の方が、凸部７の実効ピッチＰｅを小さくすることができ、この実効ピッチＰｅが最小となる方向と、導光板１２内の光の伝播方向を平行にすることで、防反射層３７における光の反射をより生じ難くすることができ、防反射層３７に光が入射した際、短波長の青色の光の−１次反射を抑制し、透過した光が青色に色づいて液晶表示装置の色再現性が低下するのを防止することができる。

ここで透過光が色づく現象について説明する。
サブミクロンオーダーの凹凸構造を設けた反射防止膜を備えた照明装置を具備した液晶表示装置を本発明者らが作製して研究開発しているうちに、これら液晶表示装置を斜め方向から観察した場合に青色の著しく強い反射光が観察されることがあり、液晶表示パネルの表示色を青味がかった色に変えてしまうという問題が生じることを知見している。
この青い反射光は、サブミクロンオーダーの大きさの凹凸構造に対し、短波長側の光が−１次反射光として発生するために生じるものと本発明者らは考えており、サブミクロンオーダーの大きさの凹凸格子を調整すると、抑制できるものと考えている。ここで、−１次反射光とは、光の進行方向に対して反対（逆）方向に反射する光のことである。

しかし、ＡＲ格子に用いるサブミクロンオーダーの微細な凹凸構造を単に、これまで以上の微細な精度で形成するためには、きわめて大掛かりな製造設備を必要とし、製造コストが大幅に向上する恐れがある上に、実際に先の青色の−１次反射光を抑制できるものか否か不明な問題があった。
この点において先に説明したとおり、図３Ａに示す正方格子状の配列よりも図３Ｂの千鳥格子状の配列の方が、凸部７の実効ピッチＰｅを小さくすることができ、この実効ピッチＰｅが最小となる方向と、導光板１２内の光の伝播方向を平行にすることで、見かけのピッチを微細化したことと等価になり、その結果として透過光が色づくことを防止することができる。なお、この色づき防止効果については、後述する実施例による試験結果から確実に得られる効果であることを明らかにすることができた。

次に、図４Ａと図４Ｂに示す構成は、図３Ｂに示した凸部７の配列状態よりも若干粗に凸部７を配列した場合の例を示すものである。
図３Ｂに示すように凸部７の基部７ａをそれらの間にほとんど間隙をあけないように形成できるならば、反射防止膜１７として理想的な形状を提供可能であるが、反射防止膜１７を成型法により製造する場合の成形精度の限界や型から樹脂を離型する場合の離型性の状況から、そして、反射防止膜１７として得られる反射特性の関係から、凸部７を千鳥状に配置する場合に、凸部７の基部７ａどうしの間の間隙、即ち隣接相互間隙を３〜５０ｎｍの範囲とすることが望ましい。
この間隙を３〜５０ｎｍの範囲とする理由は、下限の３ｎｍを下回ると反射率は良好であるものの型からの離型時にサブミクロンオーダーの凸部が型の凹部から抜けにくくなり、それを無理に離型すると凸部７の形が変形する不良を生じやすくなるためである。また、上限の５０ｎｍを超える間隙とすると、反射率が上昇してしまう。

一方、液晶表示装置１０を構成する液晶表示ユニット１１は、対向して配置された上基板２１と下基板２２との間に液晶層２３が挟持されてなる。そして液晶層２３が基板２１，２２の内面周縁部に沿って額縁状に設けられたシール材２４で封止されている。上基板２１の内面側（下基板２２側）には、液晶制御層２６が形成されている。下基板２２の内面側（上基板２１側）には、フロントライト１２の照明光や外光を反射させる金属薄膜を含む反射層２５が形成されている。反射層２５の表面には液晶制御層２７が形成されている。
前記液晶制御層２６、２７は、液晶層２３を駆動制御する電極や、配向膜等を含んで構成されており、上記電極をスイッチングするための半導体素子等も含むものである。また、必要に応じてカラーフィルタを備えていてもよい。

図１に示す液晶表示ユニット１１は反射型とされており、フロントライト１２から入射した照明光又は外部から入射した外光を反射層２５により反射させて表示を行うようになっている。

以上のような構成の本発明の作用について、反射防止膜を中心に図１を参照しつつ説明する。
液晶表示ユニット１１を照明するために光源１４を点灯させると、光源１４から照射された光は導光板１３の入射面１３ａから導光板１３内に導入される。導光板１３内を伝搬する光が反射面１５ｂに当たると、導光板１３内を伝搬する光は光路を変えられ、出射面１３ｃ側へ均一に誘導される。出射面１３ｃから出射された光は出射面１３ｃに接する反射防止膜１７に入射する。反射防止膜１７は前述したように基板部７Ａに多数の凸部７が形成され、基板部７Ａの平面部またはそれに準じる平坦な部分の面積が極端に少なくされているため、反射防止膜１７に入射した光の殆どはそれらの平面部またはそれに準じる平坦な部分で反射されることはない。反射防止膜１７に入射した光は滑らかな二次曲面を持つ凸部７があるため、一定方向に強く反射されることは無い。こうして反射防止膜１７に入射した光はその表面部分で反射されることなく効率良く液晶表示ユニット１１に入射する。液晶表示ユニット１１に入射した光は反射層２５で反射されて、液晶表示ユニット１１に表示された文字や画像の反射光として液晶表示ユニット１１から出射されて表示がなされる。

液晶表示ユニット１１から出射された光は再度反射防止膜１７に入射する。反射防止膜１７に入射した光は効率よく導光板１３に導入される（図１矢印Ｌ１参照）。ここで反射防止膜１７の表面で再び反射して液晶表示ユニット１１に戻ってしまう光を極めて少なくすることが可能になる。この場合も反射防止膜１７に形成されているサブミクロンオーダーの凸部７…が反射防止作用を奏する。この場合の反射防止膜１７の反射率は例えば１％以下に抑えられる。
以上の作用により観察者は導光板１３を介して液晶表示ユニット１１に表示された文字や画像の鮮明で明るい表示を観察することができる。

このように、反射防止膜１７は多数の凸部７を基板部７Ａに形成して、基板部７Ａの表面に形成されている複数の凸部７間の平面部あるいはそれに準じる平坦な部分を極端に少なくしたため、液晶表示ユニット１１からの光を表面でほとんど反射させずに透過させることが可能となり、液晶表示ユニット１１の視認性を大幅に高めることができる。
また、光源１４の光量を多少絞っても液晶表示ユニット１１を効率良く照らし出すことができるので、バッテリーの節約にも寄与する。

即ち反射防止膜１７は、その裏面側からの入射光とその表面側からの入射光のいずれについても入射光の反射防止効果を備える。即ち、凸部は二次曲面を成し平面が殆どないので、この凸部７の表側あるいは裏側から入射するいずれの光に対しても一方向に反射されてしまうことを防止できる。従って、導光板１３から反射防止膜１７に入射した光に限らず、その反対側からの光も反射防止膜１７の基板部７Ａの平面または平坦な部分で反射されること無く、効率的に反射防止膜１７から出射されるので、液晶表示ユニット１１を明るく照らすことが可能になる。

次に、図５と図６は、本発明に係る反射防止構造と反射防止膜の第２の形態の構造を示す。
この形態の反射防止膜６０は、第１面である基準面６０ａから反射防止膜６０の厚み方向に掘られた多数の微細な穴（凹部）６２からなる反射防止構造６１を備えている。
前記穴６２は基準面６０ａで露出する開口６２ａと、開口６２ａに続く周壁６２ｃと、第２面である貼付面６０ｂ側に形成された底面６２ｂとを備えている。反射防止膜６０は貼付面６０Ｂ側を上にして導光板１３の出射面１３ｃに貼り付けられている。

この実施形態では反射防止構造６１を構成する穴６２の開口６２ａを六角形に形成することで本発明構成を実現できる。こうして開口６２ａを六角形に形成すれば、基準面６０ａに最大限高密度に穴６２の開口６２ａを配列することが可能になり、基準面６０ａの接続面を殆ど無くすことができる。これによって基準面６０ａに占める開口６２ａの割合を最大にすることができ、反射防止能力を極限まで高めることができる。
基準面６０ａの全体に占める開口６２ａの割合は、開口６２ａの六角形の内接円の面積に近似させて、例えば７５％〜８５％に設定することができる。また、開口６２ａどうしの間の接続面は、例えば１５％〜２５％に設定できるが、さらに小さくすることも可能である。

図６は反射防止膜６０の拡大断面図である。穴６２の底面６２ｂは連続した曲面からなる二次曲面に形成されるのが好ましい。穴６２の底面６２ｂに平面部があると、構造材と空気界面の屈折率の不連続のため防反射機能が低下する。底面６２ｂを二次曲面に形成することで構造材と空気で形成される屈折率空間分布は連続的に変化するので、反射率を小さくすることができる。
また、６角形に形成された穴６２の開口６２ａの最大径は、できるだけ小さいほうが好ましい。開口６２ａの最大径が大きいと反射回折光が発生し、着色された反射光が発生する。開口６２ａの最大径を狭めることで反射回折光の発生が防止され防反射機能が高められる。開口６２ａの径が大きいと反射防止膜６０の形成時の形状再現性が悪化する恐れがあり、開口６２ａの径が小さいと防反射性が悪化する懸念がある。

このような構成の反射防止膜６０の反射率は例えば１％以下に抑えられる。また、穴６２のピッチと深さを適宜好ましい範囲とするならば、即ち先に第１実施形態の凸部７を形成した場合に規定した基部７ａの径をこの例では開口６２ａの内径と見立て、穴６２の深さを先の実施形態の凸部７の高さと見立て、穴６２の開口のピッチを凸部７のピッチと見立てることで先の凸部７の場合と同等の条件を選択することで、０.６％の反射率を得ることができ、選択する条件によっては０.３％の低い反射率を得ることができる。
この形態の構造の反射防止膜６０は、内面に穴を象った突起を形成した金型を用いて射出成型によって形成されればよい。
反射防止膜６０の形成素材としては、先の実施形態の場合と同様に例えば光透過性の良いシリコン系樹脂を用いればよい。

本出願人は本発明の反射防止構造の特性を確認するための試験を行った。
まず、目的とする反射防止膜の凸部の外形と逆凹凸のキャビティ部が形成された金型を用意し、この金型の反射防止膜底面に対応する壁面に電子ビーム描画装置を用いてパターニングし、その後エッチング処理を行うことで、前記フロントカバー底面に対応する壁面に多数の凹部を配列形成した。この金型に形成された凹部は、千鳥格子状に配列し、ピッチは、０.２０μｍとし、凹部の深さは、０.２０μｍとした。
次に、この金型にアクリル樹脂材料を注入して射出成形を行い、(Ｗ)４０ｍｍ×(Ｌ)５０ｍｍ×(ｔ)０.８ｍｍの、底面に反射防止構造を備えた反射防止膜を作製した。作製された反射防止膜底面の形状をＦＩＢ（Focused Ion Beam）により測定したところ、高さ０.１８μｍ〜０.１９μｍの微細な凸部が、０.２０μｍピッチで千鳥格子状に均一に配列形成されていることを確認できた。

また、同様な手段により、反射防止膜の隣接する凸部間に存在する隙間の値を３段階に変えた３種類の反射防止構造を備えた反射防止膜を製造した。即ち、反射防止膜の隣接する凸部の間隔を４０ｎｍ、ピッチを０.２０μｍ、凸部の間隔を２０ｎｍ、ピッチを０.２０μｍ、凸部の間隔を１０ｎｍ、ピッチを０.２０μｍにそれぞれ形成した３種類の反射防止膜を得た。
反射防止膜の材料はシリコン系樹脂を用い、穴の配列は千鳥状配列に形成し、各凸部の６角形型の基部の１辺を０.１２μｍ、高さを０.１９μｍに設定して作製された３種類の反射防止膜の表面形状をＦＩＢにより測定したところ、基準面上に千鳥格子状に均一に凸部が配列形成されていることを図７に示すように確認できた。

以上説明の各試料について、４００〜７００ｎｍの波長の光に対する反射率変化を測定した結果を図８、図９、図１０に示す。本発明範囲の試料の測定結果を示す図９に結果を示す試料では４００〜７００ｎｍの広い波長範囲の光に対して０.６％以下の反射率を得ることができ、図１０に結果を示す試料では４００〜７００ｎｍの広い波長範囲の光に対して極めて低い０.３％以下の反射率の反射防止膜を得られることが判明した。

次に、フロントカバーの防反射層を構成する凸部のピッチによる防反射効果の違いを検証するために、上記実施例と同様の作製方法により凸部のピッチのみが異なる３種類のフロントカバーを作製した。具体的には、前記キャビティ部に形成する凹部のピッチを０．２５μｍ、０.３μｍ、０.４μｍとした３種類の金型を用意し、これらの金型を用いて射出成形を行うことで３種類のフロントカバーを作製した。
得られたフロントカバー底面の形状をＦＩＢにより確認したところ、それぞれ凸部のピッチは０.２５μｍ、０.３μｍ、０.４μｍに形成されており、凸部の高さはいずれのフロントカバーも０.２５〜０.２７μｍであった。
そして、上記にて得られた各フロントカバーの防反射層側に、導光板の短辺側の側端面に、両端に白色ＬＥＤを備えた棒状の光源を有するフロントライトを配置した。

次いで、上記各フロントライトを点灯させた状態で、反射防止膜の上面（フロントライトと反対側の面）への漏れ光の色度測定を行った。この色度測定は、導光板の法線方向を０°とし、導光板面内の導光方向に沿って、光源の配設された側端面側への傾き角度をマイナス側、それと反対側への傾き角度をプラス側として、−３０°〜３０°の範囲で漏れ光を検出するための検出器を移動させて測定を行った。

その結果を図１１のグラフに示す。図１１は、ｘｙ色度図であり、グラフ中に×印で示す点がＣ光源（白色）である。
図１１に示すように、凸部のピッチが０.２５μｍとされた反射防止膜と、０.３μｍとされた反射防止膜は、色度の角度依存性が小さく、また、Ｃ光源の近傍に集中していることが分かる。

つまり、液晶パネルの前面にフロントライト及び反射防止膜を配置して液晶表示装置を構成した場合に、斜め方向から観察しても表示の色つきが無く、液晶パネルの表示色再現性が高いことが示唆される。また、凸部のピッチが０.２５μｍとされた反射防止膜の方が色度の分布が小さく、より色づきが小さいことから、より色再現性に優れた反射防止膜であるといえる。これに対して、凸部のピッチが０.４μｍとされた反射防止膜では、色度がＣ光源から大きく離れており、また色度の分布も大きいことから、漏れ光に色づきが生じ、またその色も角度により異なるため、上記ピッチを小さくした反射防止膜よりも色再現性に劣ると考えられる。

次に、反射防止膜における凸部の配列による効果を検証するために、凸部の配列のみが異なる２種類の反射防止膜を作製した。
まず、キャビティ部の壁面に正方格子状に凹部を配列形成した金型と、千鳥格子状に凹部を配列形成した金型を用意した。いずれの金型においても、凹部のピッチは０.３μｍとし、凹部の深さは０.３μｍとした。次いで、それぞれの金型を用いた射出成形により反射防止膜を作製した。得られた反射防止膜底面の形状をＦＩＢにより測定したところ、形成された凸部はそれぞれ正方格子状、千鳥格子状に配列されており、いずれの反射防止膜もピッチ０.３μｍで、高さ０.２７〜０.２９μｍの微細な凸部が配列形成されていることを確認できた。

次に、上記にて作製された各反射防止膜を備えた導光板に、その一側端面に棒状の光源を備えたフロントライトを配置し、これらのフロントライトを点灯させた状態で、上記の例と同様にして漏れ光の色度測定を行った。その結果を図１２に示す。図１２に示すように、千鳥格子状に凸部が配列形成された反射防止膜を備えた導光板は、正方格子状に凸部が配列された反射防止膜を備えた導光板よりも色度の分布が小さく、かつＣ光源の近傍に集中しており、色づきがより少ないことが確認された。正方格子状に凸部が配列された反射防止膜を備えた導光板は、測定角度が大きい場合に色度がＣ光源から離れる傾向があり、導光板の正面から見た場合には色づきが少ないものの、斜め方向から観察した際に色づきがやや大きくなり、表示色が若干変化することが示唆される。

図１は、本発明の反射防止構造を適用した照明装置を備えた液晶表示装置の断面図である。 図２は、同反射防止構造の凸部を示す斜視図である。 図３は、同凸部の配列状態の例を示すもので、図３Ａは正方格子状の配列状態を示す図、図３Ｂは千鳥格子状の配列状態を示す図である。 図４は、同凸部の配列状態の他の例を示すもので、図４Ａは凸部間の間隔を図３Ｂの状態よりも若干大きくした状態を示す図、図４Ａは凸部間の間隔を図４Ａよりも大きくした状態を示す図である。 図５は、本発明の反射防止構造の別の実施形態を示す斜視図である。 図６は、図５に示す反射防止構造の拡大断面図である。 図７は、実施例で製造された反射防止構造の一例のＡＦＭ像である。 図８は、実施例で製造された一の例の反射防止構造における反射率の波長依存性を示す図である。 図９は、実施例で製造された他の例の反射防止構造における反射率の波長依存性を示す図である。 図１０は、実施例で製造された別の例の反射防止構造における反射率の波長依存性を示す図である。 図１１は反射防止膜の漏れ光の色度測定結果を示すグラフである。 図１２は反射防止膜の漏れ光の色度測定結果を示すグラフである。

符号の説明

１０…液晶表示装置、１１…液晶表示ユニット、１２…フロントライト（照明装置）、７…凸部、７Ａ…基板部、７ａ…基部、１７…反射防止膜、１８…反射防止構造、Ｐ…ピッチ、Ｐｅ…実効ピッチ、ｄ…隣接相互間隙、６０…反射防止膜、６１…反射防止構造、６２…穴（凹部）、６２ａ…開口部。

Claims (10)

1. 第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされてなることを特徴とする反射防止構造。
2. 前記凸部または凹部が前記第１面に沿って千鳥状に配列されてなることを特徴とする請求項１に記載の反射防止構造。
3. 前記凸部の基部または前記凹部の開口部の平面視形状が６角形状にされ、それらが第１面に沿って最密充填配置され、前記凸部は先窄まり状に前記凹部は底窄まり状に形成されるとともに、最密充填配置された前記凸部の基部同士の間隔あるいは前記凹部の開口部同士の間隔が前記３〜５０ｎｍの範囲とされてなることを特徴とする請求項１に記載の反射防止構造。
4. 前記凸部の先端部側が円錐形状とされてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の反射防止構造。
5. 反射率が波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対して０.６％以下に設定されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の反射防止構造。
6. 反射率が波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの光に対して０.３％以下に設定されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の反射防止構造。
7. 第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされてなる反射防止構造が表面または裏面の少なくとも一方の面に形成されてなることを特徴とする反射防止膜。
8. 第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部の基部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされ、前記第１面を除く他の面に形成された光反射構造を備えたことを特徴とする導光体。
9. 第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が、３〜５０ｎｍの範囲とされ、前記第１面を除く他の面に形成された光反射構造を備えた導光体と、この導光体に向けて光を照射する光源とを備えたことを特徴とする照明装置。
10. 第１面に沿って並列された複数の微細な凸部または凹部を備え、前記第１面に沿って隣接された前記凸部同士または凹部の開口部同士の隣接相互間隙が３〜５０ｎｍの範囲とされ、前記第１面を除く他の面に形成された光反射構造を備えた導光体と、この導光体に向けて光を照射する光源とを備えた照明装置に対し、液晶表示ユニットが備えられたことを特徴とする液晶表示装置。

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