JP2001109403A - 反射型表示素子及び反射型表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輝度及びコントラストが高く、良好な表示品
質の画像を表示できる反射型表示素子及びその反射型表
示素子を用いた反射型表示装置を提供する。 【解決手段】 ガラス基板１０，２０を対向配置し、両
者の間に液晶１５を封入する。基板１０側にはＡｌから
なる光反射膜１１、黒色樹脂からなる光吸収体１２及び
配向膜１３を形成する。基板２０側には、ＩＴＯからな
る透明電極２１、断面が凹レンズ形の樹脂層２２及び配
向膜２３を形成する。樹脂層２２は、例えば屈折率が液
晶１５の常光屈折率とほぼ同じものを使用する。反射膜
１１と電極２１との間に電圧を印加しない状態では光が
光吸収体１２に集光して黒表示となり、電圧を印加する
と大部分の光が反射膜１１で反射されて白表示となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光の反射率を制御
することにより明表示及び暗表示を実現する反射型表示
素子及びその反射型表示素子を用いて画像などの表示を
行う反射型表示装置に関し、特に高コントラスト且つ高
輝度の表示を可能とする反射型表示素子及び反射型表示
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、薄くて軽量であるとと
もに、低電力で駆動できて消費電力を低減できるという
長所があり、ＯＡ（office automation ）機器やその他
の電子機器に広く使用されている。一般的に、液晶表示
装置は、２枚の透明基板の間に液晶を挟んだ構造を有し
ている。それらの透明基板の相互に対向する２つの面
（対向面）のうち、一方の面には共通電極及び配向膜等
が形成され、また他方の面側には薄膜トランジスタ（以
下、ＴＦＴという）、画素電極及び配向膜等が形成され
ている。更に、各透明基板の対向面と反対側の面には、
それぞれ偏光板が貼り付けられている。一般的な液晶表
示装置では、裏面側にバックライトを配置し、画素毎に
透過光量を制御することにより、所望の画像を表示する
ようになっている。

【０００３】近年、携帯用電子機器の表示装置として反
射型液晶表示装置が注目されている。反射型液晶表示装
置ではバックライトが不要なため、より一層の低消費電
力化及び軽量化が期待できる。しかし、反射型液晶表示
装置では、バックライトがないために表示が暗くなり、
コントラストも低いという欠点がある。表示画面を明る
くするためには偏光板を使用しないことが好ましく、従
来から偏光板を使用しない表示装置も種々提案されてい
る。

【０００４】例えば、特開平６−３２４３１０号には、
一対の基板の一方に鋸歯状（ジグザグ状）の突起物を設
け、基板間に液晶滴が高分子中に分散している液晶を充
填した表示装置が記載されている。この表示装置におい
ては、電圧を印加した状態では液晶層が透明であり、一
方の基板側から入射した光は直進して他方の基板側へ透
過する。液晶層に電圧を印加しない状態では、液晶層で
散乱された光が突起物に入射し、突起物の傾斜面により
更に光の進行方向が変化する。これにより、コントラス
トを向上させることができる。

【０００５】しかし、この表示装置では、液晶滴が高分
子中に分散している液晶を使用する。従って、液晶の体
積に対する液晶と高分子との界面の表面積の比が必然的
に大きくなる。このように、液晶と高分子との界面の表
面積の比が大きくなると、界面特有の現象として電圧上
昇時と電圧下降時において発生する透過率のヒステリシ
スが無視できないほど大きくなり、表示品質の低下を招
く。

【０００６】特開平６−２５８６７２号には、一対の基
板の間に、断面が三角形の屈折体と液晶層とを設け、屈
折体の傾斜面に対し所定の角度で光が入射するようにし
た光学素子（光学シャッター）が開示されている。この
光学素子では、液晶層に電圧を印加しない状態では光が
液晶層と屈折体との界面を通過して明表示となり、液晶
層に所定の電圧を印加すると液晶層と屈折体との界面で
光が全反射されて暗表示となる。

【０００７】しかし、この光学素子では、液晶層と屈折
体との界面で全反射した光が他の屈折体と液晶との界面
に到達したときに、その入射角が臨界角よりも小さくな
って界面を透過し、コントラストの低下の原因となるこ
とが考えられる。特開平９−１５２５７９号には、一対
の基板の間に、断面が鋸歯状の屈折体と液晶層とを設
け、液晶層に印加する電圧を変化させることにより屈折
率分布を変化させ、出射光の方向を変化させる屈折型液
晶素子が開示されている。

【０００８】しかし、この液晶素子では、ある画素領域
で屈折された入射光が反射面で反射して他の画素領域か
ら出射して、コントラストの低下を招くことが考えられ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
から種々の表示素子が提案されているが、いずれもコン
トラストの低下や表示品質の低下を招く可能性があり、
満足できる表示品質を得るまでに至っていない。以上か
ら本発明の目的は、輝度及びコントラストが高く、良好
な表示品質の画像を表示できる反射型表示素子及びその
反射型表示素子を用いた反射型表示装置を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型表示素子
は、請求項１に記載し、図１に例示するように、光が透
過可能な第１の基板２０と、前記第１の基板２０に対向
して配置された第２の基板１０と、前記第１の基板２０
と前記第２の基板１０との間に配置された第１の光透過
部材２２と、屈折率を制御可能な部材からなり、前記第
１の基板２０及び前記第２の基板１０の間に配置され、
前記第１の光透過部材２２との屈折率の差により光の進
行方向を決定する第２の光透過部材１５と、前記第２の
基板１０側に設けられた光反射体１１及び光吸収体１２
とを有することを特徴とする。

【００１１】本発明においては、第２の基板側に光反射
体及び光吸収体を設けておく。また、本発明において
は、第２の光透過部材の屈折率を変化させて、光の進行
方向を制御する。これにより、光を光吸収体に集光させ
たときは反射光がほとんどなく、暗表示となる。また、
光を光反射体に集光させたときは、大部分の光が反射さ
れ、明表示となる。このように、本発明では、光吸収体
で光を吸収したり光反射体で光を反射するので、輝度及
びコントラストが高く、良好の表示品質の画像を表示す
ることができる。

【００１２】第２の光透過部材としては、例えば液晶を
使用することができる。液晶は印加電圧に応じて平均屈
折率が異常光屈折率と常光屈折率との間で変化するの
で、中間階調の表示も可能となる。第１の光透過部材
は、屈折率が液晶の異常光屈折率及び常光屈折率のいず
れか一方と実質的に等しく、他方との差が大きいもので
あることが好ましい。第１の光透過部材の屈折率が液晶
の異常光屈折率と等しい場合は、第１の光透過部材と第
２の光透過部材との界面を光が直進する。

【００１３】第１の基板と第２の基板との間にカラーフ
ィルタを配置すると、カラー表示が可能になる。カラー
フィルタは、例えば着色感光性樹脂を使用して形成する
ことができる。第１の基板と第２の基板との間の間隔を
一定に維持するために、障壁を設けることが好ましい。
この場合、画素間に光を吸収する部材により障壁を設け
ると、画素間の光漏れを防止し、コントラストを向上さ
せることができる。また、光を反射する部材により障壁
を形成した場合も、同様の効果を得ることができる。

【００１４】本発明の反射型表示装置は、請求項６に記
載し、図１及び図２４に例示するように、光の反射率を
制御する複数の反射型表示素子を有する表示パネル１０
０Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂを備えた反射型表示装置にお
いて、前記反射型表示素子が、第１の光透過部材２２
と、屈折率を制御可能な部材からなり、前記第１の光透
過部材２２との屈折率の差により光の進行方向を決定す
る第２の光透過部材１５と、前記第１の光透過部材２２
及び前記第２の光透過部材１５の屈折率により決まる光
照射領域内に配置された光反射体１２及び光吸収体１１
とにより構成されることを特徴とする。

【００１５】本発明の反射型表示装置は、上記した構造
の複数の反射型表示素子を有する１又は複数の表示パネ
ルにより構成される。各表示素子でそれぞれ光の反射率
を制御することにより、所望の画像を表示することがで
きる。なお、複数の反射型表示素子により１つの画素が
構成されていてもよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して説明する。 （第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施の形態
の反射型表示素子を示す斜視図、図２は同じくその反射
型表示素子の断面図である。なお、図１では、図２に示
した透明電極２１及び配向膜１３，２３の図示を省略し
ている。

【００１７】この反射型表示素子は、対向して配置され
た一対のガラス基板１０，２０と、それらの間に封入さ
れた液晶１５とにより構成されている。ガラス基板１０
の一方の面（図では上面）にはＡｌ（アルミニウム）か
らなる光反射膜１１が形成されている。この反射膜１１
の中央部分の上には、黒色樹脂からなる矩形の光吸収体
１２が設けられている。また、ガラス基板１０の上には
水平配向膜１３が形成されており、この水平配向膜１３
により反射膜１１及び光吸収体１２の表面が覆われてい
る。

【００１８】一方、ガラス基板２０の下面にはＩＴＯ
（indium-tin oxide：インジウム酸化スズ）からなる透
明電極２１が形成されており、透明電極２１の下には断
面が凹レンズ形の樹脂層２２が形成されている。この樹
脂層２２の表面（凹面）は、水平配向膜２４により覆わ
れている。この樹脂層２２により、ガラス基板１０とガ
ラス基板２０との間にはほぼドーム形の空間が形成さ
れ、その空間内に液晶１５が充填されている。

【００１９】樹脂層２２は、屈折率が液晶１５の異常光
屈折率ｎe 又は常光屈折率ｎo のいずれか一方と等し
く、液晶１５の異常光屈折率ｎe 又は常光屈折率ｎo の
いずれか他方との差が大きいことが好ましい。この例で
は、樹脂層２２の屈折率が１．５、液晶１５の異常光屈
折率ｎe が１．７５、液晶１５の常光屈折率ｎo が１．
５であるとする。

【００２０】なお、基板２０は光を透過する必要があ
り、透明のガラス又はプラスチック等からなることが必
要であるが、基板１０は必ずしも透明である必要はな
い。このように構成された反射型表示素子において、図
示しない制御回路から反射膜１１と透明基板２１との間
に電圧が印加されるようになっている。図３，図４は上
述のように構成された反射型表示素子の動作を説明する
説明図である。図３は電圧無印加時の状態を示し、図４
は電圧印加時の状態を示している。また、図３（ａ），
図４（ａ）は上側から見たときの図、図３（ｂ），図４
（ｂ）は横から見たときの光の経路を示している。

【００２１】反射膜１１と透明電極２１と間に電圧を印
加していない状態では、液晶１５の平均屈折率が異常光
屈折率ｎe と等しく、樹脂層２２の屈折率に比べて大き
いので、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板２０側か
ら入射した光が樹脂層２２と液晶１５との界面で屈折さ
れ、黒色樹脂からなる光吸収体１２に集光する。従っ
て、この状態では図３（ａ）に示すように黒表示（暗表
示）となる。

【００２２】一方、反射膜１１と透明電極２１との間に
十分に高い電圧を印加した状態では、液晶１５の平均屈
折率が常光屈折率ｎo と等しくなり、樹脂層２２の屈折
率と同じになるので、図４（ｂ）に示すように、ガラス
基板２０側から入射した光が直進し、大部分の光が反射
膜１１で反射される。従って、この状態では図４（ａ）
に示すように、光が吸収される面積が小さく、白表示
（明表示）になる。

【００２３】反射膜１１と透明電極２１との間に印加す
る電圧に応じて液晶の平均屈折率ｎavは常光屈折率ｎo
と異常光屈折率ｎe との間で変化する。液晶の平均屈折
率ｎavは、下記数式１により求めることができる。

【００２４】

【数１】

【００２５】但し、θは水平配向しているネマティック
液晶のチルト角である。図５は横軸に液晶の平均屈折率
ｎavをとり、縦軸に反射型表示素子の反射率をとって、
両者の関係を示す図である。この図５からわかるように
本実施の形態の反射型表示素子は、印加電圧を変化させ
て反射率を調整することができるので、中間階調の表示
も可能である。

【００２６】図６，図７は本実施の形態の反射型表示素
子の製造方法を示す断面図である。なお、この例では４
個の反射型表示素子により１つの画素が構成され、多数
の画素により画像表示装置が構成される場合について説
明するが、１個の反射型表示素子で１つの画素が構成さ
れていてもよく、２個若しくは３個の反射型表示素子又
は５個以上の反射型表示素子で１つの画素が構成されて
いてもよい。

【００２７】まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基
板２０の上にＩＴＯを約０．１μｍの厚さに堆積させ
て、透明電極２１を形成する。その後、透明電極２１の
上に透明アクリル樹脂を塗布して、樹脂層２２を形成す
る。アクリル樹脂としては、例えばＪＡＬＳ社製ＰＣ−
３３５を使用することができる。次に、図６（ｂ）に示
すように、下面に波形の凹凸が設けられたスタンパー
（金型）２８を使用し、このスタンパー２８をアクリル
樹脂が軟化する温度に加熱しつつ、樹脂層２２に押し当
てる。これにより、図６（ｃ）に示すように、樹脂層２
２の表面がスタンパー２８の表面に倣った形状に成形さ
れる。その後、樹脂層２２の表面上に水平配向膜２４
（図２参照）を５００〜１０００Åの厚さに形成する。
水平配向膜２４としては、例えばＪＳＲ社製ＡＬ３５０
６Ｌを使用することができる。

【００２８】一方、図７（ａ）に示すようにガラス基板
１０の上に、蒸着法等の方法によりＡｌを堆積させてＡ
ｌ膜を形成し、ホトリソグラフィ法によりＡｌ膜をパタ
ーニングして反射膜１１を形成する。また、各反射膜１
１の間を通るバスライン１６と、バスライン１６に接続
されて各反射膜１１に選択的に電圧を供給する薄膜トラ
ンジスタ（以下、ＴＦＴという）とを形成する。なお、
反射膜１１は、Ａｇ等の金属や誘電体多層膜により形成
してもよい。但し、誘電体多層膜により形成する場合
は、別に電極を形成することが必要である。

【００２９】図８はこの工程をより詳細に示す平面図、
図９は図８のＴＦＴ３０の形成部における断面図であ
る。なお、図８中の破線は、１つの画素を構成する４つ
の反射型表示素子の境界線を示している。走査バスライ
ン１６ａ及びＴＦＴ３０のゲート電極３１は上記したＡ
ｌ膜により反射膜１１と同時に形成する。その後、基板
１０上の全面に例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜３
２を形成し、絶縁膜３２上のＴＦＴ形成領域にアモルフ
ァスシリコン膜３３を選択的に形成する。次に、アモル
ファスシリコン膜３３の両端部に、それぞれコンタクト
用のｎ⁺ アモルファスシリコン膜３４を形成する。その
後、反射膜１１が露出するコンタクト孔（図示せず）を
形成した後、基板１０の上側全面に金属膜を形成する。
その金属膜をパターニングし、データバスライン１６ｂ
と、前記のコンタクト孔を介して反射膜１１に電気的に
接続したソース電極３５と、データバスライン１６ｂに
接続したドレイン電極３６とを形成する。

【００３０】このようにして反射膜１１、バスライン１
６（走査バスライン１６ａ及びデータバスライン１６
ｂ）及びＴＦＴ３０を形成した後、図７（ｂ）に示すよ
うに、反射膜１１の上に、黒色樹脂からなる矩形の光吸
収体１２を数〜数十μｍの厚さで形成する。本実施の形
態では、４個の反射型表示素子により１つの画素を構成
するので、１つの反射膜１１の上に４つの光吸収体１２
を形成する。なお、光吸収体１２は黒色樹脂以外の材料
により形成してもよい。例えば、光吸収体１２を酸化ク
ロム膜−クロム膜−酸化クロム膜の３層構造の薄膜によ
り形成しても、光吸収性のよい膜を得ることができる。

【００３１】次に、図７（ｃ）に示すように、ガラス基
板１０の上に、各素子領域を分割する障壁１４を形成す
る。この障壁１４は黒色樹脂からなり、光吸収体１２と
同じかそれよりも厚く形成する。障壁１４は、図１０
（ａ）に示すように、素子列と素子列との間にのみ（縦
方向のみ）形成してもよく、図１０（ｂ）に示すよう
に、縦方向及び横方向に形成して各反射型表示素子領域
をそれぞれ分割するようにしてもよい。その後、ガラス
基板１０の上側全面に水平配向膜１３（図２参照）を形
成する。

【００３２】次いで、図２に示すように、ガラス基板１
０とガラス基板２０とをそれぞれ光吸収体１２及び樹脂
層２２を形成した面を向かい合わせ、且つ樹脂層２２の
先端部分を障壁１４に接触させて配置する。そして、こ
れらのガラス基板１０，２０の間に液晶１５を封入す
る。これにより、本実施の形態の反射型表示素子を有す
る画像表示装置が完成する。

【００３３】本実施の形態の反射型表示素子は、偏光板
を使用することなく暗表示（黒表示）、明表示（白表
示）及び中間階調表示が可能であり、明るくコントラス
トが高い画像を表示することができる。また、本実施の
形態においては、各素子の境界部分に黒色樹脂からなる
障壁１４を設けているので、図１１に示すように斜め方
向から入射した光が反射膜１１で反射した後に障壁１４
に吸収される。これにより、斜め方向から入射した光が
他の画素に進入することを防止できて、良好な表示品質
が得られる。

【００３４】なお、障壁１４を反射体により形成しても
よい。例えば、図１２は障壁１４を樹脂とＡｌ蒸着膜と
により形成した例を示している。この例では、樹脂層の
屈折率と液晶の屈折率とが等しい場合を示している。こ
の場合、斜め方向から入射した光は反射膜１１及び障壁
１４で反射されて、入射した方向に戻る。このため、他
の画素への進入が回避され、良好な表示品質を得ること
ができる。

【００３５】ところで、樹脂層２３の下側曲面は、楕円
体の曲面の一部として近似することができる。この場
合、曲率を変化させることにより集光位置が変化する。
明るくコントラストが高い画像を表示するためには、光
吸収体１２を集光位置に配置することが効果的である。
図１３は、樹脂層の屈折率を１．５とし、液晶の屈折率
（ｎ）を１．７５として、樹脂層の凹面（楕円体の面）
の垂直方向（縦方向）の半径ＲV を一定とし、水平方向
（横方向）の半径ＲH を１．５から５．５まで変化さ
せ、それぞれの焦点位置を求めたシミュレーション結果
を示す図である。この図１３から、水平方向の半径を大
きくすると焦点位置が凹面から遠くなることがわかる。

【００３６】図１４は、樹脂層の屈折率を１．５、液晶
層の屈折率を１．７、１．７５、１．８、凹面の垂直方
向（縦方向）の半径ＲV を５としたときの水平方向（横
方向）の半径ＲH と開口率との関係をシミュレーション
した結果を示す図である。但し、集光位置の一番浅い面
に反射膜を配置したときに点状に光吸収膜を配置しなけ
ればならない面積を考慮して開口率を求めている。この
図から、凹面を近似する楕円体の垂直方向の半径ＲV を
５とした場合に、開口率を高くするためには、水平方向
の半径ＲH が２以上であること、すなわち水平方向半径
ＲH と垂直方向半径ＲV との比ＲH ／ＲV を０．４以上
とすることが必要であることがわかる。但し、図１３か
らわかるように、水平方向半径ＲH と垂直方向半径ＲV
との比ＲH ／ＲV が０．８を超えると集光位置が深くな
り、液晶層を厚くする必要がある。しかし、液晶層を厚
くすると電極間が離れてしまうため、画素毎の透過率の
制御が難しくなるという問題が発生する。このため、水
平方向半径ＲH と垂直方向半径ＲV との比ＲH ／ＲV は
０．４〜０．８であることが好ましい。

【００３７】（第２の実施の形態）図１５は本発明の第
２の実施の形態の反射型表示素子を示す斜視図である。
なお、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、
樹脂層及び光吸収体の形状が異なる点にあり、その他の
構成は基本的に第１の実施の形態と同様である。このた
め、図１５において、図１と同一物には同一符号を付し
てその詳しい説明は省略する。

【００３８】本実施の形態においては、ガラス基板２０
側に形成された樹脂層２２ａが半円筒形（semicylindri
cal ）の曲面を有しており、ガラス基板１０とガラス基
板２０との間に半円筒形の空間を形成している。液晶１
４は、この半円筒形の空間内に充填されている。一方、
ガラス基板１０側に形成された光吸収体１２ａは、液晶
１４が充填されている半円筒形の空間の軸方向に沿って
直線状に形成されている。

【００３９】本実施の形態においては、第１の実施の形
態に比べて光吸収体１２ａの面積が大きくなりコントラ
ストが若干低下するものの、樹脂層２２ａの形状が単純
であるので、製造が容易であるという利点がある。 （第３の実施の形態）図１６は本発明の第３の実施の形
態の反射型表示素子を示す斜視図である。なお、図１６
において、図１，図２と同一物には同一符号を付してそ
の詳しい説明は省略する。

【００４０】本実施の形態においては、ガラス基板２０
側に形成された樹脂層２２ｂの断面が凸レンズ形をして
いる。この樹脂層２２ｂは、屈折率が液晶１５の異常光
屈折率ｎe とほぼ等しい樹脂により形成されている。本
実施の形態では、電圧無印加時には樹脂層２２ｂの屈折
率と液晶１５の平均屈折率が等しいので、基板２０側か
ら入射した光は樹脂層２２ｂ及び液晶１５の界面を直進
し、大部分の光が反射膜１１で反射される。従って、電
圧無印加の状態では白表示（明表示）となる。一方、反
射膜１１と透明電極２１との間に十分な電圧を印加した
状態では、液晶１５の平均屈折率が樹脂層２２ｂの屈折
率よりも小さくなるので、基板２０側から入射した光は
樹脂層２２ｂと液晶１５との界面で屈折され、光吸収体
１２の位置に集光する。従って、このときは黒表示（暗
表示）となる。

【００４１】図１７は本実施の形態の反射型表示素子の
製造方法を工程順に示す断面図である。まず、図１７
（ａ）に示すように、ガラス基板２０上の全面にＩＴＯ
からなる透明電極２１を形成する。次に、透明電極２１
の上に感光性アクリル樹脂２２ｃを塗布する。このと
き、感光性アクリル樹脂２２ｃの塗布厚さは形成する樹
脂層２２ｂの厚さに応じて決定する。

【００４２】次に、図１７（ｂ）に示すように、所定の
パターンが設けられたフォトマスク２７を使用して感光
性アクリル樹脂２２ｃをＵＶ（紫外線）露光する。その
後、感光性アクリル樹脂２２ｂに対し現像処理を施す。
これにより、図１７（ｃ）に示すように、感光したアク
リル樹脂が除去されて、アクリル樹脂２２ｃが所望のパ
ターン形状に残る。

【００４３】次いで、アクリル樹脂２２ｃの軟化温度よ
りも高い温度（例えば１３５℃程度）に加熱することに
よりアクリル樹脂２２ｃを若干リフローさせて、断面が
凸レンズ形の樹脂層２２ｂを形成する。その後、樹脂層
２２ｂの上に水平配向膜２３を形成する（図１６参
照）。一方、ガラス基板１０の上に反射膜１１、光吸収
体１２及び障壁等を形成し、それらの上に配向膜１３を
形成する。

【００４４】次いで、ガラス基板１０とガラス基板２０
と対向させて配置し、その間に液晶５７を充填する。こ
れにより、本実施の形態の反射型表示素子が完成する。 （第４の実施の形態）図１８は本発明の第４の実施の形
態の反射型表示素子を示す断面図である。この反射型表
示素子は、対向して配置された一対のガラス基板４０，
５０と、それらの間に封入された液晶５７とにより構成
されている。ガラス基板４０の一方の面（図では上面）
にはＡｌからなる反射膜４１が形成されている。この反
射膜４１の中央部分の上には、黒色樹脂からなる矩形の
光吸収体４２が設けられている。また、反射膜４１の上
には断面が凹レンズ形の樹脂層４３が形成されており、
光吸収体４２は樹脂層４３に覆われている。この樹脂層
４３の曲面上には水平配向膜４４が形成されている。

【００４５】一方、ガラス基板５０の下にはＩＴＯから
なる透明電極５１が形成されており、透明電極１１の下
には水平配向膜５２が形成されている。ガラス基板４０
とガラス基板５０との間には素子領域間を分離するとと
もに基板間隔を一定に維持するための障壁（図示せず）
が設けられており、樹脂層４３により形成される基板５
０との間の断面が凸レンズ形の空間内に液晶５７が充填
されている。本実施の形態においても、樹脂層５７の屈
折率が１．５、液晶５７の異常光屈折率ｎe が１．７
５、常光屈折率ｎo が１．５であるとする。

【００４６】このように構成された反射型表示素子にお
いて、図示しない制御回路から反射膜４１と透明電極５
１との間に電圧が印加されるようになっている。図１
９，図２０は上述のように構成された反射型液晶表示素
子の動作を説明する説明図である。図１９は電圧無印加
時の状態を示し、図２０は電圧印加時の状態を示してい
る。また、図１９（ａ），図２０（ａ）は上から見たと
きの図、図１９（ｂ），図２０（ｂ）は光の経路を示し
ている。

【００４７】反射膜４１と透明電極５１との間に電圧を
印加しない状態では、液晶５７の平均屈折率が樹脂層４
２の屈折率よりも大きいので、図１９（ｂ）に示すよう
に、ガラス基板５０側から入射した光が樹脂層４３と液
晶５７との界面で屈折され、黒色樹脂からなる光吸収体
４２に集光する。従って、この状態では図１９（ａ）に
示すように黒表示となる。

【００４８】一方、反射膜４１と透明電極５１との間に
十分に高い電圧を印加すると、液晶５７の平均屈折率が
樹脂層４３の屈折率と同じになるので、図２０（ｂ）に
示すように、ガラス基板５０側から入射した光が直進
し、大部分の光が反射膜４１で反射される。従って、こ
の状態では図２０（ａ）に示すように、光が吸収される
面積が小さく、白表示になる。また、反射膜４１と透明
電極５１との間に印加する電圧に応じて、第１の実施の
形態と同様に、中間階調の表示も可能である。

【００４９】図２１は、樹脂層４４の屈折率が１．５、
液晶４７の屈折率が１．８、樹脂層４４の曲面を近似す
る楕円体の垂直方向（縦方向）の半径ＲV を５として、
楕円体の水平方向（横方向）の半径ＲH と開口率との関
係をシミュレーションした結果を示す図である。但し、
集光位置の一番浅い面に反射膜４１を配置したときの開
口率を計算している。この図２１からわかるように、楕
円体の垂直方向半径ＲV を５とした場合、水平方向の半
径ＲH が７．５以上、すなわちＲH ／ＲV を１．２５以
上とすることが好ましい。この場合、液晶層の厚みは電
気的制御が容易な任意の厚さに設定できる。なお、入射
光が高屈折率側から低屈折率側に進行する場合、高屈折
率側の曲面を近似する楕円体の水平方向の半径ＲH と垂
直方向の半径ＲV との比のより好ましい値は２以上であ
る。

【００５０】（第５の実施の形態）図２２は本発明の第
５の実施の形態の反射型表示素子の構成を示す断面図で
ある。なお、図２２において、図２と同一物には同一符
号を付している。この反射型表示素子は、対向して配置
された一対のガラス基板６０、２０と、それらの間に封
入された液晶１５とにより構成されている。ガラス基板
６０の一方の面には導電性の黒色樹脂膜６１が形成され
ており、黒色樹脂膜６１の中央部分の上にはＡｌからな
る矩形の光反射体６３が形成されている。黒色樹脂膜６
１及び光反射体６３の上には水平配向膜６２が形成され
ている。

【００５１】一方、ガラス基板２０の下面側には、第１
の実施の形態と同様に、ＩＴＯからなる透明電極２１
と、断面が凹レンズ形の樹脂層２２とが形成されてお
り、樹脂層２２の凹面上には水平配向膜２３が形成され
ている。本実施の形態においても、樹脂層２２の屈折率
が１．５、液晶１５の異常光屈折率ｎe が１．７５、液
晶１５の常光屈折率ｎo が１．５であるとする。

【００５２】本実施の形態において、黒色樹脂膜６１と
透明電極２１との間に電圧を印加しない状態では、図２
３に示すように、ガラス基板２０側から入射した光は樹
脂層２２と液晶層１５との界面で屈折し、光反射体６３
に集光する。そして、光反射体６３で反射された光は、
液晶層１５から樹脂層２２を通って、入射した方向に戻
る。このため、本実施の形態においては、黒色樹脂膜６
１と透明電極２１との間に電圧を印加していない状態で
は白表示となる。

【００５３】一方、黒色樹脂膜６１と透明電極２１との
間に十分高い電圧を印加すると、樹脂層２２の屈折率と
液晶層１５の平均屈折率とがほぼ同じになり、ガラス基
板２０側から入射した光が直進してその大部分が黒色樹
脂膜６１で吸収される。このため、黒表示となる。本実
施の形態では、第１の実施の形態と異なり電圧を印加し
ない状態では白表示となるが、黒色樹脂膜６１と透明電
極２１との間に印加する電圧を制御することにより、第
１の実施の形態と同様に黒表示、白表示及び中間階調表
示が可能となる。

【００５４】なお、上記の実施の形態では、ガラス基板
２０側に断面が凹レンズ形の樹脂層２２を形成した場合
について説明したが、第３の実施の形態のようにガラス
基板６０側に断面が凸レンズ形の樹脂層を設けてもよ
い。 （第６の実施の形態）図２４は本発明の第６の実施の形
態の３板式投写型表示装置を示す図である。反射型液晶
パネル１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、いずれも上述
した第１〜第５の実施の形態のいずれか１つに示す構造
の反射型表示素子を縦方向及び横方向に多数配列して構
成されている。

【００５５】光源（図示せず）から放出した光はレンズ
１０１，１０２を介してプリズム１０３に入り、このプ
リズム１０３とプリズム１０４との界面で反射されてプ
リズム１０５に入る。そして、このプリズム１０５とプ
リズム１０６との界面で青色成分の光（以下、青色光と
いう）のみが反射され、赤色成分（以下、赤色光とい
う）及び緑色成分（以下、緑色光という）の光がプリズ
ム１０６に進入する。プリズム１０５とプリズム１０６
との界面で反射された青色光はプリズム８５の他の面で
反射された後、青色画像生成用反射型液晶パネル１００
Ｂに入る。そして、この反射型液晶パネル１００Ｂによ
り青色画像が生成される。この青色画像はプリズム１０
５の他の面で反射され、更にプリズム１０５とプリズム
１０６との界面で反射された後、プリズム１０３，１０
４を透過してプロジェクタレンズ１０８に到達する。

【００５６】また。プリズム１０５，１０６の界面を透
過した光は、プリズム１０６，１０７の界面で反射され
る赤色光と、プリズム１０６，１０７の界面を透過する
緑色光とに分離される。プリズム１０６，１０７の界面
で反射された赤色光は、プリズム１０５，１０６の界面
で反射されて赤色画像生成用反射型液晶パネル１００Ｒ
に入る。そして、この反射型液晶パネル１００Ｒにより
赤色画像が生成される。この赤色画像は、プリズム１０
５，１０６の界面で反射され、更にプリズム１０６，１
０７の界面で反射された後、プリズム１０５，１０３，
１０４を透過してプロジェクタレンズ１０８に到達す
る。

【００５７】更に、プリズム１０６，１０７の界面を透
過した緑色光は、緑色画像生成用反射型液晶パネル１０
０Ｇに入る。そして、この反射型液晶パネル１００Ｇに
より緑色画像が生成される。この緑色画像は、プリズム
１０７，１０６，１０５，１０３，１０４を透過してプ
ロジェクタレンズ１０８に到達する。プロジェクタレン
ズ１０８は、これらの赤色画像、緑色画像及び青色画像
を合成してスクリーン（図示せず）に投写する。これに
より、フルカラーの画像を得ることができる。

【００５８】（第７の実施の形態）図２５（ａ）〜
（ｄ），図２６はいずれも本発明の第７の実施の形態の
反射型表示素子を示す断面図である。本実施の形態で
は、本発明をカラー表示装置に適用した例を示す。な
お、これらの図２５，図２６において、図１，図２と同
一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

【００５９】図２５（ａ）に示す反射型表示素子では、
ガラス基板２０と透明電極２１との間にカラーフィルタ
７１を設けている。図２５（ｂ）に示す反射型表示素子
では、反射膜１１の上にカラーフィルタ７２を設けてい
る。これらのカラーフィルタ７１，７２は、赤色、緑色
又は青色の樹脂又は誘電体多層膜からなる。図２５
（ｃ）に示す反射型表示素子では、樹脂層７３を赤色、
緑色又は青色の樹脂により形成し、カラーフィルタとし
ている。但し、この場合も、樹脂層７３は、屈折率が液
晶１５の異常光屈折率又は常光屈折率のいずれか一方と
ほぼ等しく、他方との差が大きい樹脂により形成されて
いることが必要である。カラーフィルタを樹脂により形
成する場合は、顔料を分散した感光性レジストを使用す
ると容易に形成することができる。

【００６０】図２５（ｄ）に示す反射型表示素子では、
液晶７４としてゲストホスト液晶を使用している。ゲス
トホスト液晶としては、染料を混合した液晶を用いるこ
とができる。赤色用液晶としては例えば三菱化学製のＬ
ＨＲ−０３１Ｃ（液晶：ＺＬＩ１５６５）、青色用液晶
としては三菱化学製のＬＨＲ−０３８Ｂ−２（液晶：Ｚ
ＬＩ１８４０）、緑色用液晶としては三菱化学製のＬＨ
Ｒ−０１０Ｂ（液晶：ＺＬＩ１８４０）を使用すること
ができる。

【００６１】図２６に示す反射型表示素子では、ガラス
基板１０の上に導電性黒色樹脂７５が形成されており、
その中央部の上にはＡｌからなる光反射体７６が形成さ
れている。また、光反射体７６の表面は、赤色、緑色又
は青色の樹脂からなるカラーフィルタ７７に覆われてい
る。 （第８の実施の形態）図２７は本発明の第８の実施の形
態の反射型表示素子を示す断面図である。この図２７に
おいて、図１と同一物には同一符号を付してその詳しい
説明は省略する。

【００６２】この反射型表示素子は、対向して配置され
た一対のガラス基板８０，２０と、それらの間に封入さ
れた液晶１５とにより構成されている。ガラス基板８０
の上にはＡｌ又はその他の導電体からなる電極８１が形
成されている。また、電極８１の上には誘電体多層反射
膜８２が形成されており、誘電体多層膜８２の上の中央
部分には黒色樹脂からなる光吸収体８３が形成されてい
る。また、誘電体多層膜８２及び光吸収体８３の上には
水平配向膜８４が形成されている。

【００６３】図２８は誘電体多層膜８２の構造を示す模
式図である。誘電体多層膜８２は、ＳｉＯ₂ 膜（屈折率
ｎs ＝１．５）とＴｉＯ₂ 膜（屈折率ｎt ＝２．２）と
を交互に蒸着して形成されており、厚みｄに応じた所定
の波長の光を反射する。すなわち、光学的厚みｎ×ｄが
反射光（赤色光、緑色光又は青色光）の中心波長の１／
４になるように誘電体多層膜８２の厚みｄが決定されて
いる。

【００６４】誘電体多層反射膜で反射される光の中心波
長の反射率Ｒは、下記数式２で示すことができる。

【００６５】

【数２】

【００６６】但し、ｐは下記数式３で表わされる。

【００６７】

【数３】

【００６８】但し、Ｎは全層数、ｎg はガラス基板の屈
折率である。例えば、緑色光の場合、中心波長が５５０
ｎｍとすると、ＳｉＯ₂ 膜の厚みｄをｄ＝５５０／１．
５（ｎｍ）、ＴｉＯ₂ 膜の厚みｄをｄ＝５５０／２．２
（ｎｍ）とする。そして、これらのＳｉＯ₂ 膜とＴｉＯ
₂ 膜とを交互に５層重ねることにより、反射率が９８％
の反射膜を形成することができる。青色又は赤色の場合
も同様に、厚みｄを計算してそれぞれ多層膜を形成する
ことができる。

【００６９】図２９は本実施の形態の反射型表示素子を
用いたカラー表示装置を示す平面図である。画素９０Ｒ
は、赤色光を選択的に反射するように誘電体多層反射膜
８２の膜厚及び層数が決定されている。同様に、画素９
０Ｇは緑色光を選択的に反射するように誘電体多層反射
膜８２の膜厚及び層数が決定されており、画素９０Ｂは
青色光を選択的に反射するように誘電体多層反射膜８２
の膜厚及び層数が決定されている。そして、これらの画
素９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂを１組とし、フルカラーの表
示を可能としている。

【００７０】（付記） （１）請求項１において、前記第２の光透過部材は液晶
からなることが好ましい。 （２）請求項３において、前記第１の光透過部材及び前
記第２の光透過部材のうち屈折率が高いほうの光透過部
材を前記第２の基板側に配置し、屈折率が低いほうを前
記第１の基板側に配置した場合に、前記屈折率が高いほ
うの光透過部材の曲面を楕円形で近似すると該楕円形の
前記第２の基板の面に平行な方向の半径ＲH と前記第２
の基板の面に垂直な方向の半径ＲV との比ＲH ／ＲV が
０．４乃至０．８であることが好ましい。

【００７１】（３）請求項３において、前記第１の光透
過部材及び前記第２の光透過部材のうち屈折率が高いほ
うの光透過部材を前記第１の基板側に配置し、屈折率が
低いほうを前記第２の基板側に配置した場合に、前記屈
折率が高いほうの光透過部材の曲面を楕円形で近似する
と、該楕円形の前記第１の基板の面に平行な方向の半径
ＲH と前記第１の基板の面に垂直な方向の半径ＲV との
比ＲH ／ＲV が２以上であることが好ましい。

【００７２】（４）請求項１において、前記光反射体が
導電性を有することが好ましい。 （５）請求項１において、前記光吸収体が導電性を有す
ることが好ましい。 （６）請求項１において、前記光反射体が誘電体多層膜
からなることが好ましい。 （７）請求項１において、前記第１の基板と前記第２の
基板との間にカラーフィルタを有することが好ましい。

【００７３】（８）請求項１において、前記第２の光透
過部材がゲストホスト型液晶からなることが好ましい。 （９）請求項１において、前記第１の基板と前記第２の
基板との間の間隔を一定に維持する障壁を有することが
好ましい。 （１０）（９）において、前記障壁が光を吸収する部材
からなることが好ましい。

【００７４】（１１）（９）において、前記障壁が光を
反射する部材からなることが好ましい。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第２の光透過部材の屈折率を制御することにより光の進
行方向を決定し、光吸収体により吸収される光の割合又
は光反射体により反射される光の割合を制御するので、
明るくコントラストが高い画像を表示することができ
る。また、バックライト等が不要であり、小型、軽量且
つ低消費電力の表示装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の第１の実施の形態の反射型表示
素子を示す斜視図である。

【図２】図２は第１の実施の形態の反射型表示素子の断
面図である。

【図３】図３は第１の実施の形態の反射型表示素子の電
圧無印加時の光の経路を示す図である。

【図４】図４は第１の実施の形態の反射型表示素子の電
圧印加時の光の経路を示す図である。

【図５】図５は液晶の平均屈折率と反射率との関係を示
す図である。

【図６】図６は第１の実施の形態の反射型表示素子の製
造方法を示す断面図（その１）である。

【図７】図７は第１の実施の形態の反射型表示素子の製
造方法を示す断面図（その２）である。

【図８】図８はＴＦＴ形成時の１画素領域における平面
図である。

【図９】図９はＴＦＴ形成部における断面図である。

【図１０】図１０は障壁の形状を示す平面図である。

【図１１】図１１は障壁による光の吸収を示す模式図で
ある。

【図１２】図１２は障壁による光の反射を示す模式図で
ある。

【図１３】図１３は樹脂層の曲面を近似する楕円体の横
方向の半径と焦点位置との関係を示す図である。

【図１４】図１４は楕円体の横方向の半径と開口率との
関係を示す図である。

【図１５】図１５は本発明の第２の実施の形態の反射型
表示素子を示す斜視図である。

【図１６】図１６は本発明の第３の実施の形態の反射型
表示素子を示す断面図である。

【図１７】図１７は第３の実施の形態の反射型表示素子
の製造方法を示す断面図である。

【図１８】図１８は本発明の第４の実施の形態の反射型
表示素子を示す断面図である。

【図１９】図１９は第４の実施の形態の反射型表示素子
の電圧無印加時の光の経路を示す図である。

【図２０】図２０は第４の実施の形態の反射型表示素子
の電圧印加時の光の経路を示す図である。

【図２１】図２１は樹脂層の曲面を近似する楕円体の横
方向の半径と開口率との関係を示す図である。

【図２２】図２２は本発明の第５の実施の形態の反射型
表示素子の構成を示す断面図である。

【図２３】図２３は第５の実施の形態の反射型表示素子
の電圧無印加時の光の経路を示すずである。

【図２４】図２４は本発明の第６の実施の形態の投写型
表示装置を示す図である。

【図２５】図２５（ａ）〜（ｄ）はいずれも本発明の第
７の実施の形態の反射型表示素子を示す断面図（その
１）である。

【図２６】図２６は本発明の第７の実施の形態の反射型
表示装置を示す断面図（その２）である。

【図２７】図２７は本発明の第８の実施の形態の反射型
表示素子を示す断面図である。

【図２８】図２８は第８の実施の形態の反射型表示素子
の誘電体多層膜の構造を示す模式図である。

【図２９】図２９は第８の実施の形態の反射型表示素子
を用いたカラー表示装置を示す平面図である。

【符号の説明】

１０，２０，４０，５０，６０，８０ ガラス基板、 １１，４１ 光反射膜、 １２，１２ａ，４２，８３ 光吸収体、 １３，２３，４４，５２，６２ 配向膜、 １４ 障壁、 １５，５７ 液晶、 １６ バスライン、 ２１，５１ 透明電極、 ２２，２２ａ，２２ｂ，４３ 樹脂層、 ３０ ＴＦＴ、 ６１，７５ 導電性黒色樹脂膜、 ６３，７６ 光反射体、 ７１，７２，７７ カラーフィルタ、 ７３ カラー樹脂層、 ７４ ゲストホスト液晶、 ８１ 電極、 ８２ 誘電体多層膜、 ８６ ＳｉＯ₂ 膜、 ８７ ＴｉＯ₂ 膜、 １００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ 液晶パネル、 １０３〜１０７ プリズム、 １０８ 投射レンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田沼 清治 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 間山 剛宗 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 Ｆターム(参考） 2H091 FA14Y FA26Y FA29Y FA34Y FB02 FB08 FC14 FC19 FD01 FD06 GA03 GA13 KA01 LA17 5C094 AA06 AA10 BA03 BA16 BA43 CA19 EB02 ED01 ED11 HA10 5G435 AA02 AA03 BB12 BB16 BB17 DD11 FF03

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光が透過可能な第１の基板と、 前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、 前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された第
   １の光透過部材と、 屈折率を制御可能な部材からなり、前記第１の基板と前
   記第２の基板との間に配置され、前記第１の光透過部材
   との屈折率の差により光の進行方向を決定する第２の光
   透過部材と、 前記第２の基板側に設けられた光反射体及び光吸収体と
   を有することを特徴とする反射型表示素子。
2. 【請求項２】 前記第２の光透過部材が液晶からなり、
   前記第１の光透過部材の屈折率が、前記液晶の異常光屈
   折率及び常光屈折率のいずれか一方と実質的に等しいこ
   とを特徴とする請求項１に記載の反射型表示素子。
3. 【請求項３】 前記第１の光透過部材及び前記第２の光
   透過部材のうち屈折率が高いほうを前記第１の基板及び
   前記２の基板のいずれか一方の基板側に配置し、屈折率
   が低いほうを他方の基板側に配置し、且つ屈折率が高い
   ほうの光透過部材の断面が凸レンズ形、屈折率が低いほ
   うの光透過部材の断面が凹レンズ形であることを特徴と
   する請求項１に記載の反射型表示素子。
4. 【請求項４】 前記光吸収体は、前記第１の光透過部材
   と前記第２の光透過部材との屈折率の差により光が集光
   する位置に配置され、前記光反射体はその周囲に配置さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の反射型表示
   素子。
5. 【請求項５】 前記光反射体は、前記第１の光透過部材
   と前記第２の光透過部材とにより光が集光する位置に配
   置され、前記光吸収体はその周囲に配置されていること
   を特徴とする請求項１に記載の反射型表示素子。
6. 【請求項６】 光の反射率を制御する複数の反射型表示
   素子を有する表示パネルを備えた反射型表示装置におい
   て、 前記反射型表示素子が、第１の光透過部材と、屈折率を
   制御可能な部材からなり、前記第１の光透過部材との屈
   折率の差により光の進行方向を決定する第２の光透過部
   材と、前記第１の光透過部材及び前記第２の光透過部材
   の屈折率により決まる光照射領域内に配置された光反射
   体及び光吸収体とにより構成されることを特徴とする反
   射型表示装置。
7. 【請求項７】 １つの画素領域内に複数の前記反射型表
   示素子を有することを特徴とする請求項６に記載の反射
   型表示装置。