JP2001194663A - 反射型液晶表示装置およびその製造方法 - Google Patents
反射型液晶表示装置およびその製造方法Info
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Abstract
るさを確保でき、階調表示も可能で、視野角による色変
化も少なく、しかも製造が簡単な反射型液晶表示装置お
よびその製造方法を提供する。 【解決手段】反射板として光の干渉を利用して特定の波
長領域のみを選択的に反射する好ましくはグレーティン
グ構造を有する光干渉反射板6−1(6−2、6−3)
を使用し、入射光を前記光干渉反射板で選択的に反射し
た、RGBそれぞれの波長域の光のみからなる反射光
を、RGB各色の画素部分7−1(7−2、7−3)に
各別に入射するよう構成する。本発明では、カラー・フ
ィルターの働きを光干渉反射板が果たすことで、カラー
・フィルターを用いずに、十分な明るさを確保でき、階
調表示も可能で、視野角による色変化も少ない反射型液
晶表示装置を得ることができる。
Description
能な反射型液晶表示装置に関し、特に、カラー・フィル
ターを使用せずにフルカラー表示が可能な反射型液晶表
示装置およびその製造方法に関するものである。
型液晶表示装置は、種々の構成のものが知られている。
図10はフルカラー表示が可能な反射型液晶表示装置の
一例の構成を示す図である。図10に示す例において、
従来の反射型液晶表示装置51は、上側および下側の2
枚のガラス基板52−1、52−2の間に、図中上側か
ら、画素部分にRGBのいずれかの光のみを通すよう構
成されたカラー・フィルター53、ITO等からなる透
明電極54、液晶55、反射板となる金属電極56、を
順に配して構成されている。なお、実際には図10に示
す構成以外に偏光板、スペーサ等を備えているが、ここ
では本発明に直接関係しないため省略している。
合、光が入射時と出射時の2回カラー・フィルター53
を透過するため、入射光強度をIin、出射光強度をIou
t 、カラー・フィルター53の透過率をTC、反射板の
強度をRM、その他をまとめた定数をkとすると、 Iout=kTC 2RMIin …(1) と表される。ここで、カラー・フィルター53単体の光
透過率TCは低いことが知られているため、反射型液晶
表示装置の明るさがかなり低下してしまう。そのため、
上述した従来型の反射型液晶表示装置では、光量不足と
なりフルカラー表示を十分な明るさで実施することがで
きない問題があった。
るために、2色のカラー・フィルターを用いた反射型液
晶表示装置が提案されている。これは、カラー・フィル
ターとしてR、G、Bの3原色ではなく、赤紫(=赤
(R)+青(B))、緑(G)の2色を用いる。3原色
を用いるかわりに2色を用いているため、カラー・フィ
ルターの透過スペクトルの幅を広げて明るさを稼ぐこと
ができる。ただし、3原色ではなく2色を用いているた
め、フルカラー表示が出来ない問題があった。また、2
色とはいえカラー・フィルターを使用しているため、や
はり明るさが低下する問題も残っていた。
法として、ECB方式の反射型液晶表示装置が提案され
ている。これは、液晶層への印加電圧を変化させること
によって液晶分子の傾きを変え、その結果生じる液晶層
の複屈折性の変化を一対の偏光板で検出し、カラーを表
示する方式である。すなわち、反射光の波長を印加電圧
で制御するためカラー・フィルターが不要で明るくでき
る。ただし、この方式ではスペクトル光しか出せず、電
圧による制御範囲も狭いため白、黒、青、緑、赤の5色
しか表現できない問題があった。
は、コレステリック液晶により特定波長の特定方向で円
偏光した光のみ反射させる反射液晶層を備えた液晶表示
器が開示されている。これにより、カラー・フィルター
や偏光板を使用せずに、光の利用効率が高く、しかも鮮
やかな表示を行い得る液晶表示器を得ることができる。
しかし、階調表示ができないとともに視野角による色変
化が大きい問題があった。そのため、上述した液晶表示
器は、固定されたデバイスとしてしか利用できなかっ
た。
報では、誘電体多層膜からなる多層干渉膜を備える反射
型カラーフィルタおよびそれを利用した液晶表示装置が
開示されている。これにより、反射板またはカラー・フ
ィルターを使用せずに、実用上十分な明るさの表示が可
能な反射型カラー液晶表示装置を得ることができる。し
かし、誘電体多層膜からなる多層干渉膜の製造に非常に
手間がかかり、コスト面でカラー液晶表示装置として実
現することが難しい問題があった。
・フィルターを使用しないため十分な明るさを確保で
き、階調表示も可能で、視野角による色変化も少なく、
しかも製造が簡単な反射型液晶表示装置およびその製造
方法を提供しようとするものである。
示が可能な反射型液晶表示装置に関する。この反射型液
晶表示装置において、反射板として光の干渉を利用して
特定の波長領域のみを選択的に反射する好ましくはグレ
ーティング構造を有する光干渉反射板を使用し、入射光
を前記光干渉反射板で選択的に反射した、RGBそれぞ
れの波長域の光のみからなる反射光を、RGB各色の画
素部分に各別に入射するよう構成する。本発明では、カ
ラー・フィルターの働きを光干渉反射板が果たすこと
で、カラー・フィルターを用いずに、十分な明るさを確
保でき、階調表示も可能で、視野角による色変化も少な
い反射型液晶表示装置を得ることができる。
る光干渉反射板を用いた反射型液晶表示装置の製造方法
では、光干渉反射板のグレーティング構造を、金属基板
の表面に型を押し付けるパターニングにより形成する。
これにより、一枚の光干渉反射板を、型を一度金属基板
の表面に押し付けるパターニング工程のみで形成でき、
簡単に光干渉反射板すなわち反射型液晶表示装置を製造
することができる。
置の一例の構成を示す図である。図1に示す例におい
て、本発明の反射型液晶表示装置1は、上側および下側
の2枚のガラス基板2−1、2−2の間に、図中上側か
ら、画素部分を画成するマスク3、ITO等の材料から
なる透明電極4、液晶5、反射板となる金属電極6、を
順に配して構成されている。
て、従来の反射型液晶表示装置の特徴となる点は、すな
わち、本発明の反射型液晶表示装置の特徴となる点は、
カラー・フィルターを使用しない点、および、反射板と
なる金属電極6として、光の干渉を利用して特定の波長
領域のみを選択的に反射する光干渉反射板6−1、6−
2、6−3を使用した点である。例えば、図1に示す例
では、赤色(R)のみえを反射する光干渉反射板6−
1、緑色(G)のみを反射する光干渉反射板6−2、青
色(B)のみを反射する光干渉反射板6−3、を画素部
分に対応させて順に並べて反射板(金属電極6)を形成
している。なお、本例では、光干渉反射板に金属電極の
動作を兼ねさせているが、もちろん、光干渉反射板と金
属電極とを別個に設けることもできる。また、カラー・
フィルター以外の他の構成部材は従来と同じものを使用
できることは言うまでもない。さらに、実際には図1に
示す構成以外に偏光板、スペーサ等を備えているが、こ
こでは本発明に直接関係しないため省略している。
置1では、入射光は上型のガラス基板2−1、透明電極
4、液晶5を通過して光干渉反射板6−1、6−2、6
−3に入射し、光干渉反射板6−1、6−2、6−3で
反射した特定の色の反射光は、液晶5、透明電極4、ガ
ラス基板2−1を介して液晶表示装置1から出射され
る。すなわち、図1に示す例では、マスク3で画成され
る画素部分を7−1、7−2、7−3とすると、赤色の
みを反射する光干渉反射板6−1で反射した赤色の反射
光は画素部分7−1を介して赤色の光として出射され、
緑色のみを反射する光干渉反射板6−2で反射した緑色
の反射光は画素部分7−2を介して緑色の光として出射
され、青色のみを反射する光干渉反射板6−3で反射し
た緑色の反射光は画素部分7−3を介して青色の光とし
て出射される。これにより、本発明の反射型液晶表示装
置1において、フルカラー表示が可能となる。
装置1では、従来と変わらないフルカラー表示を可能と
するだけでなく、さらに、カラー・フィルターを使用し
ない分だけ入射光、反射光の減衰がなく、明るい表示を
可能とする。すなわち、従来の反射型液晶表示装置51
で求めた式(1)の出射光強度Iout は、以下の式
(2)として表すことができる。 Iout=kRMIin …(2) よって、 Iout(本発明)/Iout(従来)=1/TC 2 …(3) となり、本発明の反射型液晶表示装置1における出射光
強度は従来のものと比べて1/TC 2倍となる。従来か
ら知られているように、カラー・フィルターにおける光
の減衰が大きいことから、1/TC 2の値も大きい値と
なり、本発明の反射型液晶表示装置1の有効性がわか
る。
置1の光干渉反射板6−1(6−2、6−3)について
説明する。図2は本発明の反射型液晶表示装置1の光干
渉反射板6−1の一例を拡大して示す図である。図2に
示す例において、光干渉反射板6−1は、光干渉反射板
6−1のRGB各色の画素部分に対応する部分、ここで
は、光干渉反射板6−1の上側表面全体が、所定の凹部
11および凸部12からなるグレーティング構造を有し
ている。そして、金属製の光干渉反射板6−1の表面上
に凹部11と凸部12からなるグレーティング構造を有
している。そして、金属製の光干渉反射板6−1の表面
上に凹部11と凸部12からなるグレーティング構造を
形成し、凹部11および凸部12からなる段の高さを制
御することで、光の干渉効果を利用することにより、画
素毎にRGB各色の波長領域のみを選択的に反射するこ
とを可能としている。一例として、垂直に入射した入射
光を、赤色(620nm)を選択的に反射させるために
は段の高さを310nmとし、緑色(550nm)を選
択的に反射させるためには段の高さを275nmとし、
青色(450nm)を選択的に反射させるためには段の
高さを225nmとする。
いて、干渉による選択的な光の反射が発生する理由を説
明するための概念図である。図3に示す例では、赤色を
選択的に反射させるために段の高さを310nmとした
光干渉反射板6−1の例を示す。図3において、赤色の
光は図中○印で示すように、凹部11と凸部12とで形
成される段の上と下での反射光は同位相になり強め合
う。一方、緑色および青色の光は図中×印で示すよう
に、凹部11と凸部12とで形成される段の上と下での
反射光は位相がずれるため打ち消し合う。このようにし
て、グレーティング構造の光干渉反射板において、干渉
による選択的な光の反射が発生する。
渉による選択的な光の反射の概念をより詳細に説明す
る。まず、図4に示すように、2つの入射光が光干渉反
射板の表面に対し垂直な軸と角度θで入射し、一方が凸
部12の凸部表面で反射し、他方が凹部11の底面で反
射するものとする。なお、凹部11と凸部12で形成さ
れる段の高さをd、一方の入射光が入射する凸部12の
表面の入射位置と他方の入射光が入射する凹部11の底
面の入射位置との間の光干渉反射板の表面上の距離をw
とする。図4に示す例において、一方の入射光と他方の
入射光との光路差lはl=l1+l2となる。
の凹部11の底面と凸部12の表面で入射する入射位置
を結んだ線分(長さa)と光干渉反射板の表面とのなす
角度をφとすると、光路差l1は、 l1=asin(φ+θ) =(d2+w2)1/2sin(φ+θ) と表せる。同様に、図6に示すように、光路差l2は、 l2=asin(φ−θ) =(d2+w2)1/2sin(φ−θ) と表せる。以上のことから、光路差lは、 l=l1+l2 =a{sin(φ+θ)+sin(φ−θ)} =2asinφcosθ =2a(d/a)cosθ =2dcosθ と表せる。そのため、例えば、θ=0(垂直の場合)で
波長650nmの光のみ反射させたい場合は、 d=650/2 =325nm となる。
置1を利用するときの状態を考えると、図7に示すよう
に、光の干渉は、視点に入ってくる光l1、l2の光路
差が干渉条件を満たす時に起こる。従って、2つの光の
パスが違う事は関係しない。また、今回の例では、図7
に示す例においてh(上述した例ではw)が300nm
程度なのに対しl1、l2は30cm程度なので、l
1、l2は互いに併行であると仮定して干渉条件の計算
を行っても問題は無い。さらに、上述した光干渉反射板
の段の高さdは、入射光と光干渉反射板の表面とのなす
角度θによって異なる。そのため、実際に光干渉反射板
の段の高さdをRGB各色に対応して設計する際、どの
角度の場合を基準にすべきかはっきりしない。この点に
ついて、本発明では、一番多い使用方法は、反射型液晶
表示装置1の正面に視点があるとき、すなわち、上記角
度θ=0のときだと考え、θ=0の場合のdを求めて使
用する。このとき、視野角特性(角度がかわっても見え
る光の波長すなわち色が変わらない)が問題となるが、
本発明の反射型液晶表示装置1では、視野角が±30°
と変化しても視野角特性は悪化せずに利用できることを
確認している。
る光干渉反射板の他の例の構成を示す図である。図8に
示す例では、それぞれがグレーティング構造を有する凹
部11の底面と凸部12の凸部表面をそれぞれ外方に突
出する円弧状としている。本例では、それぞれがグレー
ティング構造を有する凹部11の底面と凸部12の凸部
表面がすべて平面の上述した実施例と比較して、視野角
特性が良くなる。
特性が得られる理由を説明するための図である。図9に
示すように、深さd、幅wのグレーティングの表面が曲
率半径Rの円弧である場合を考える。この時反射板に垂
直に入射した光と反射光のなす角度をθとすると、この
角度θはグレーティング表面上での反射位置によって変
化しその値は、 θ = 2ψ で表されます。ここでψはグレーティング表面のと反射
板に平行な面とのなす角で、 ψ = Asin( w / (2R) ) と表すことができる。ここで波長650nmの赤色光につい
て考えると、 d = w = 650 (nm) なので、例えば曲率半径Rが R = 620 (nm) の場合、 θ = 2ψ 〜 30 [deg] となり、反射板に垂直に入射する光に対し反射光は0〜
±30°の範囲に広がる。この結果から、グレーティング
の表面を円弧状にすることで視野角特性が良好になるこ
とがわかる。
方法について説明する。本発明の反射型液晶表示装置の
製造方法は、カラー・フィルターを組み込まない点およ
び反射板として上述した構成の光干渉反射板を使用する
点以外、基本的には従来の反射型液晶表示装置の製造方
法と同じであるため、ここではそれらの説明を省略す
る。本発明では、カラー・フィルターを組み込む必要は
ないが、上述した図1に示す例のように、ガラス基板2
−1と透明電極4との間に画素部分を画成するマスク3
を設ける必要がある。そのため、従来型の反射型液晶表
示装置で使用されているカラー・フィルター・レイヤー
から、RGBの色ストライプ層を除いたものを作製し、
ガラス基板2−1と透明基板4との間に設けることが好
ましい。また、光干渉反射板特にグレーティング構造を
有する光干渉反射板は、そのグレーティング構造を、金
属基板の表面にグレーティング構造を形成する型を押し
付けてパターニングすることで形成することができる。
型は段の高さの異なるRGB各色別に3種類準備する必
要があるが、一旦型を準備すれば、グレーティング構造
を有する光干渉反射板を簡単な工程で得ることができ、
反射型液晶表示装置を大量生産するための技術として好
適である。
によれば、カラー・フィルターの働きを光干渉反射板が
果たすため、カラー・フィルターを用いずに、十分な明
るさを確保でき、階調表示も可能で、視野角による色変
化も少ない反射型液晶表示装置を簡単な工程で得ること
ができる。
す図である。
一例を拡大して示す図である。
よる選択的な光の反射が発生する理由を説明するための
概念図である。
に説明するための図である。
概念をより詳細に説明するための図である。
概念をより詳細に説明するための図である。
状態を示す図である。
射板の他の例の構成を示す図である。
れる理由を説明するための図である。
す図である。
板、3 マスク、4 透明電極、5 液晶、6 金属基
板(反射板)、6−1、6−2、6−3 光干渉反射
板、7−1、7−2、7−3 画素部分、11 凹部、
12 凸部
Claims (6)
- 【請求項1】 反射型液晶表示装置において、反射板と
して光の干渉を利用して特定の波長領域のみを選択的に
反射する光干渉反射板を使用し、入射光を前記光干渉反
射板で選択的に反射した、RGBそれぞれの波長域の光
のみからなる反射光を、RGB各色の画素部分に各別に
入射するよう構成して、カラー表示を可能にしたことを
特徴とする反射型液晶表示装置。 - 【請求項2】 前記光干渉反射板のRGB各色の画素部
分に対応する部分が、各別に所定の凹部および凸部から
なるグレーティング構造を有する請求項1記載の反射型
液晶表示装置。 - 【請求項3】 前記グレーティング構造が、RGB各色
の画素部分に対応する部分が、凹部および凸部からなる
段の高さを制御することで、対応するRGB各色の画素
部分に応じたRGB各色の波長域の光のみを反射するよ
う構成されている請求項2記載の反射型液晶表示装置。 - 【請求項4】 前記グレーティング構造を構成する凹部
の底面および凸部の表面が円弧状に突出する曲率を有す
る請求項2記載の反射型液晶表示装置。 - 【請求項5】 前記光干渉反射板のRGB各色の画素部
分に対応する部分が各別の金属電極からなる請求項1記
載の反射型液晶表示装置。 - 【請求項6】 請求項2記載の反射型液晶表示装置の製
造方法において、反射型液晶表示装置で使用する光干渉
反射板のグレーティング構造を、金属基板の表面にグレ
ーティング構造を形成する型を押し付けてパターニング
することで形成することを特徴とする液晶表示装置の製
造方法。
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