JP2002040235A

JP2002040235A - 反射型カラー液晶表示素子およびカラー反射板

Info

Publication number: JP2002040235A
Application number: JP2000302132A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Okamoto; 正之岡本; Michio Yaginuma; 道雄柳沼; Yuji Mizuno; 裕二水野; Terutaka Tokumaru; 照高徳丸
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-10-02
Publication date: 2002-02-06

Abstract

(57)【要約】【課題】視認性に優れ、十分な明るさと、十分に広い視
野角とを両立させることができ、また所望の角度範囲内
だけに光を拡散反射し、かつ、その角度範囲内で均一な
輝度を示す反射型液晶表示素子及びそれに利用可能なカ
ラー反射板を提供すること。【解決手段】体積ホログラム反射層１２等を有する反射
板を備え、少なくとも一方が透明な２枚の基板間に変調
層としての液晶層１０５が挟持され、該液晶層がＯＮ状
態とＯＦＦ状態との間でスイッチし、標準光源から発す
る光を照射したときに、ＸＹＺ表色系におけるＲＧＢ単
色の各座標が囲む三角形の面積をＳ、視感反射率をＲ％
とするとき、式(１)で示されるＵの値が１．２以上であ
る反射型カラー液晶表示素子及びそれに利用可能なカラ
ー反射板。Ｕ＝Ｓ×Ｒ (１)

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、視認性に優れ、明
るく、色純度が高い反射型カラー液晶表示素子およびカ
ラー反射板に関する。

【０００２】

【従来の技術】カラー表示素子においては、明るく色鮮
やかな表示特性が望ましい。特に、反射型カラー液晶表
示素子の場合、面内にＲＧＢを配置するので、入射光の
うちで表示に利用され表示素子から出射する割合は１／
３程度であり、この際、用いる液晶の表示モードとの関
係で偏光板を用いると反射光の輝度はさらに半減して視
認性が低下する。一方、印刷物等の紙の白色部分におい
ては、入射光のうちで表示に利用され紙面から出射され
る割合は、入射光の２／３程度となる。従って、単純に
考えれば反射型カラー液晶表示素子では紙面並の明るさ
は得られず暗い表示になってしまう。また、カラー表示
素子のうち、ＣＲＴにおいては、Ｐ２２等の蛍光体から
の発光スペクトルがＲＧＢに対応する各３波長に鋭いピ
ークを持つような発光スペクトルとなる。透過型カラー
液晶表示素子の場合、照明光源であるバックライト等か
らの発光がＲＧＢに対応する３波長に鋭いピークを持つ
ような発光スペクトルであり、この光源スペクトルと、
波長ごとに異なる透過率を示す吸収型カラーフィルタの
吸収特性との相乗効果により高い色純度が再現できる。
これに対し、反射型カラー液晶表示素子の場合には、照
明光源光が、太陽光、白熱灯や高演色型の蛍光灯等であ
り、可視域ではほとんど平坦なスペクトルであるため
に、色純度に関してはカラーフィルタの吸収特性だけが
反映されることになり、ＣＲＴや透過型カラー液晶表示
素子のように広い色域が表現できない。

【０００３】そこで、明るくムラがない等の視認性に優
れた反射型液晶表示素子を得るために、用いる反射板を
改良する試みがなされている。このような反射型液晶表
示素子に用いる反射板には、その特性として、反射光強
度の角度特性の平坦化やオフアクシス化が図られてい
る。このような反射板においては、反射面が単純な鏡面
や粗面ではなく、様々な工夫が施されている。例えば、
金属を粗面化した反射板の場合には、通常、反射光強度
の角度特性が正規分布型になることが知られているた
め、明るさを向上させる方法として、金属凹凸面の傾斜
角分布を制御して反射光強度の角度特性の平坦化を行っ
た例が報告されている(N.Sugiura他、Digest of Techni
cal Papers、AM−LCD94、p92、及びN.Sugiura他、Diges
t of Technical Papers、AM−LCD95、p153)。この方法
では、繰返し周期をランダム化し干渉による着色が防止
される対策が施されている。また、ガラス表面等からの
反射によるグレアを回避するための方法として、ブレー
ズ状の金属面によるオフアクシス化を行った例も報告さ
れている(別の従来例として、檜山他、信学技報、EID97
−2、p7)。これら従来の反射板は、可視光の波長帯全域
にわたって高反射率を示すため、反射型液晶表示素子の
カラー化においては、顔料等を樹脂中に分散させたカラ
ーフィルタ層を設けてカラー化が図られている。しか
し、これらの反射板では、凹凸構造の面内において周期
性が存在する場合、干渉による反射色が生じて視認性が
悪化したり、凹凸構造の周期が大きいと液晶層の層厚の
分布が大きくなり表示が劣化したり、あるいは平坦化層
が必要になる等の問題がある。更に、これらの反射板を
用いてカラー表示を行うためには、カラーフィルタが必
要であるが、この際用いられるカラーフィルタは、通常
は透過型液晶表示装置に用いられるものと同様の波長ご
とに透過率が異なる吸収形カラーフィルターであり、顔
料分散型である。この場合、この顔料による吸収の波長
分散が比較的緩慢であることから、透過帯域の透過率
と、吸収帯域の吸収率とはトレードオフになり、高透過
率かつ高色純度のカラーフィルタ特性の実現が困難であ
る。

【０００４】反射型液晶表示素子に用いる反射板とし
て、上記金属表面による反射の原理とは異なり、干渉に
よる選択反射の原理により特定波長の入射光を反射す
る、体積ホログラムを用いた反射板が報告されている。
例えば、反射型液晶表示素子において、液晶セルを形成
する二枚のガラス基板の外側にホログラム反射板を配置
し、反射光強度の角度特性の均一性を高めると同時に反
射光のオフアクシス化を行なうことが提案されている
(特開平８−１２３３００号公報)。この例では、反射型
液晶表示素子を構成する場合、液晶セルを形成する二枚
のガラス基板の外側にホログラム反射板を配置してい
る。また、反射波長の広帯域化により、ＲＧＢの反射型
ホログラムを形成した、カラーフィルタの機能を兼ねた
反射板を備える反射型カラー液晶表示素子も報告されて
いる(A.G.Chen他、SID 98 DIGEST、p487)。しかし、こ
のような反射板においては、反射波長に相当する周期で
屈折率が形成されるとともに、様々な光束間の干渉によ
ってホログラムが形成されるために、屈折率の分布形状
が基本的な周期構造だけではなく、多種の周期構造が入
り組んだ複雑な形状になる。このようなホログラムを再
生した場合には、必要な再生光の他に不要な再生光も生
じ、反射効率が低下したり、反射光の角度特性や波長特
性の急峻性が低下してしまう等の問題がある。また、液
晶層とホログラム反射板が基板の厚さだけ離れているた
めに、表示が二重に見えるという課題がある。

【０００５】また、ホログラム形成時の干渉露光におい
てマイクロレンズアレイを用い、反射光強度の角度特性
の均一性を高め、更に、ホログラムのピッチをチャープ
化することにより反射光輝度を向上させ、色純度が高
く、かつ反射輝度を高くしたカラー反射板も提案されて
いる(徳丸他、信学技報、EID9712、p7)。このようなカ
ラー反射板を作製する際に用いるマイクロレンズアレイ
としては、プロジェクション用ＬＣＤ等で実効的な開口
率を向上させる目的の集光用の光学素子が用いられてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記吸収型
のカラーフィルタにおいては、顔料濃度やカラーフィル
タの層厚を変えることにより光学濃度を変化させること
ができる。従って、光学濃度を高めれば各ＲＧＢのカラ
ーフィルタの色純度を高めることができる。しかし、光
学濃度を高めれば光透過率も低下するので暗くなる。一
方、室内照明光や太陽光等のように可視光全域でほとん
ど平坦なスペクトルを持つ光源を照明光源として用いる
反射型カラー液晶表示素子においては、明るく、かつ、
高色純度な表示を行う場合、従来のカラーフィルタ特性
では不十分であり、カラーフィルタに特別な工夫が必要
である。

【０００７】色再現域で見た場合、ＮＴＳＣ規格におい
てはＲＧＢの色度座標はＲ(０．６７、０．３３)、Ｇ
(０．２１、０．７１)、Ｂ(０．１４、０．０８)なので
再現可能な色範囲の広さをＣＩＥ上の面積Ｓで表わす
と、この値は０．１５８である。また、ＨＤＴＶ規格に
おいてはＲＧＢの色度座標はＲ(０．６４、０．３３)、
Ｇ(０．３０、０．６０)、Ｂ(０．１５、０．０６)なの
で上記Ｓの値は０．１１２である。これに対してＤ６５
照明光を用いたときの吸収型カラーフィルタにおける透
過スペクトル例では、図１９に示すようになり、この色
度座標は図２０に示すように、Ｒ(０．４３、０．３
１)、Ｇ(０．３１、０．４７)、Ｂ(０．１６、０．２
４)であり、上記Ｓの値は０．０２８となりＴＶの規格
に対して著しく低くなる。

【０００８】前述のように吸収型カラーフィルタの光学
濃度を高めればＳの値は大きくできるが、明るさも低下
することになる。要するに、図１９に示す吸収型カラー
フィルタの光学濃度を高めていった場合、Ｓの値は図２
１に示すように増加する。しかし、図２２に示すよう
に、明るさを示す視感透過率が同時に低下する。また、
図１９に示す透過率及び図２２に示す視感透過率は、カ
ラーフィルタ層の吸収だけを反映しており、実際に反射
型カラー液晶表示素子に用いる場合には、反射層等が必
要であり、反射にロスがあればその分低下することにな
る。図１９に示す透過スペクトルを有する吸収型カラー
フィルタの光学濃度を変えた場合、Ｕの計算値は図２３
に示すようになる。図２３からわかるように、この種の
カラーフィルタにおけるＵ値の最大値は約２．６であ
り、この値は、明るさと色の表現能を示す。

【０００９】従って、本発明の目的は、視認性に優れ、
十分な明るさと、十分に広い視野角とを両立させること
ができる反射型液晶表示素子を提供することにある。本
発明の別の目的は、所望の角度範囲内だけに光を拡散反
射し、かつ、その角度範囲内で均一な輝度を示す反射型
液晶表示素子に利用可能なカラー反射板を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するために鋭意検討した結果、反射型液晶表示素
子において、標準光源から発する光を照射したときに、
ＸＹＺ表色系におけるＲＧＢ単色の各座標が囲む三角形
の面積をＳ、視感反射率をＲ％とするとき、後述する式
(１)で示されるＵの値が明るさと色の表現能を示す指標
となることを見出し、加えて、このＵの値を特定値以上
とすることにより上記課題が解決しうることを見出し本
発明を完成した。

【００１１】すなわち、本発明によれば、光を反射して
表示する機能を有する反射板を備え、少なくとも一方が
透明な２枚の基板間に変調層としての液晶層が挟持さ
れ、該液晶層がＯＮ状態とＯＦＦ状態との間でスイッチ
する反射型カラー液晶表示素子であって、標準光源から
発する光を照射したときに、ＸＹＺ表色系におけるＲＧ
Ｂ単色の各座標が囲む三角形の面積をＳ、視感反射率を
Ｒ％とするとき、式(１)で示されるＵの値が１．２以上
であることを特徴とする反射型カラー液晶表示素子が提
供される。Ｕ＝Ｓ×Ｒ (１) また、このような液晶表示装置をカラー反射板で実現す
るために、液晶変調層での光の吸収を考慮すると、カラ
ー反射板のＵ値を２．７以上に設定することが必要であ
る。上記反射板は、カラーフィルター機能を備える体積
ホログラム構造を有し、反射波長に対する屈折率の分布
形状が、球面あるいは放物面からなる曲面であり、この
曲面が、表面が平面である層内にアレイ状に配列し、体
積ホログラム構造の層間隔が厚さ方向でチャープされて
いることが好ましい。また、上記反射板が、カラーフィ
ルター機能を備える体積ホログラム構造を有し、その屈
折率多層構造形状が微小平面形状の多層構造であり、体
積ホログラム構造の層間隔が厚さ方向でチャープされて
いることが好ましい。また、上記反射板は、液晶層を挟
持する基板間に設置されていることが好ましい。

【００１２】ある層間隔で相対的に屈折率の低い層と、
屈折率の高い層が交互に積層されている体積ホログラム
に、ある方向からの光が入射した場合、各層の界面の平
面であれば、その面に対して鏡面反射する方向にブラッ
グ条件に整合する波長の回折光が出射する。このとき、
体積ホログラムが形成されている基板面に対して、各層
の界面が傾いた角度で形成されていれば、基板面に対し
てではなく各層の界面に対して鏡面反射する方向に回折
光が出射する。また、拡散光の角度特性に関しては、体
積ホログラムにおける各層の界面が、基板面の法線を回
転対称軸とする放物面であれば、この体積ホログラムヘ
の入射光の反射方向は放物面鏡と同様になる。従って、
反射波長に対する屈折率の分布形状が、球面あるいは放
物面からなる曲面であり、この曲面が、表面が平面であ
る層内にアレイ状に配列させた体積ホログラムを備える
本発明のホログラム反射板に、法線方向から光が入射し
た場合、反射光は放物面の最大傾斜角の２倍の角度範囲
内に拡がり、その範囲内での輝度は一定になる。このと
き、回転対称軸が基板面の法線から傾いていれば、その
回転対称軸に垂直な面に対して鏡面反射する方向を中心
として回折光が出射する。

【００１３】一般に、体積ホログラムにおいては、ある
特定の波長の反射率が高く、それ以外の波長に対しては
反射しない。即ち、反射光の波長特性の急峻性が高いの
が特徴である。このために、顔料を分散したポリマーか
らなるカラーフィルタに対して、色純度を大幅に向上で
きる。しかし、制御されない拡散光である、例えば、す
りガラス等からの直接の拡散光と平面波との干渉露光に
より作製した体積ホログラムにおいては、屈折率分布の
形状が多種の周期構造が入り組んだ複雑な形状になり、
多種の回折光を出射するために不要な回折光が生じる。
その結果、反射光の角度特性の急峻性の悪化が生じる。
このため、色純度が低下してしまう。これに対して、前
述の放物面等の曲面を形成した体積ホログラムや、実質
的にこれに近似される反射特性を示す拡散性ホログラム
においては、このような反射光の角度特性の急峻性が悪
くなることはないので色純度の低下は生じない。放物面
ではないが実質的にこれに近似される反射特性を示す拡
散性ホログラムとは、拡散特性が特定の角度範囲に制限
されることによって、不要な回折光が発生したり、反射
角度特性の急峻性の悪化が起こらないように制御された
拡散を記録したホログラム反射板である。

【００１４】反射型カラー液晶表示素子において、上記
体積ホログラム構造を有するカラー反射板を用いること
により、明るく、色純度の高い表示を得ることができ
る。この際、変調層である液晶層にＯＮ時とＯＦＦ時の
光量比の大きさ、即ち、コントラスト比が大きいことが
重要である。コントラスト比が小さいと、例えば色純度
の高いグリーンを表示しようとしても、本来ＯＦＦで光
が漏れてこないはずのブルーやレッドからの光量が生じ
るので、色純度の高い表示ができ難い。従って、色純度
の表示能力を高くするために、変調層のコントラスト比
を大きくすることが好ましい。

【００１５】液晶層の表示モードとして、ゲストホスト
モードが知られている。しかし、現状の材料技術におい
ては二色比が十分でなく、明るさと十分なコントラスト
を両立できない。一方、ＴＮ−ＥＣＢモードにおいては
偏光板を使用するために、反射型カラー液晶表示素子に
入射する照明光は１／２以下になってしまうが、ツイス
ト角やリタデーション等の設計パラメータを最適化する
ことにより、高いコントラスト比を得ることが可能であ
る。従って、液晶相としては、ＥＣＢモードのＴＮが好
ましく挙げられる。

【００１６】

【実施の形態１】以下に図面を参照して本発明の実施の
形態を説明するが、本発明はこれらに限定されるもので
はない。実施例１実施例１として、カラー反射板であって、マイクロレン
ズアレイによる拡散光を記録したホログラムカラー反射
板１０及びその作製方法に関して説明する。図１は、体
積ホログラムを有するカラー反射板１０の構成を示す概
略断面図であって、該カラー反射板１０は、ガラス基板
１１と、該ガラス基板１１の一方の面に貼着された体積
ホログラム反射層１２と、ハードコート１３と、ガラス
基板１１の他方の面に貼着された光吸収層１４とにより
構成されている。体積ホログラム反射層１２における屈
折率の分布形状は、図示するように放物面に類似した曲
面を有しており、所望の反射波長に対応する層において
相対的に屈折率の高い高屈折率層１２ａと、屈折率の低
い低屈折率層１２ｂとが交互に積層されている。そし
て、体積ホログラムを構成する層構造の周期は、反射す
る波長帯がＲＧＢとなるようにＲ反射部１５、Ｇ反射部
１６及びＢ反射部１７を周期的に配列している。この曲
面からなる層は、表面が平面である反射層内に図示する
ようにアレイ状に配列している。ここで、図１における
高屈折率層１２ａ及び低屈折率層１２ｂは、数層示され
るのみであるが、実際には数十〜数百層形成される。

【００１７】このような体積ホログラム反射層１２は、
ホログラム記録媒体を２光束干渉露光し、上記屈折率の
分布形状を形成することにより作製する。その方法等
を、図２及び図３を参照して以下に説明する。図３に示
す試料３０は、図１に示す体積ホログラム反射層１２を
作製するためのホログラム記録媒体３２を備え、図２に
示す２光束干渉光学系２０に装着して使用する。この試
料３０は、ガラス基板３１の一方の面上に、カバーシー
トを剥がしたホログラム記録媒体３２(米国デュボン社
製)が貼着されている。このホログラム記録媒体３２
は、フォトポリマー層からなるホログラム記録フィルム
３２ａ及びベースフィルム３２ｂを備える。ホログラム
記録媒体３２側には、屈折率整合をとるためのオイル３
５を介して、個々のレンズの表面形状が球面のマイクロ
レンズがアレイ状に形成された露光マスク３４が設けら
れる。この露光マスク３４には、図示するように遮光層
３４ａを備える。一方、ガラス基板３１のもう一方の面
には、遮光層３６ａを備える露光マスク３６が設けられ
ている。これらのマスクにおける遮光層(３４ａ，３６
ａ)は、ホログラム記録媒体３２に形成するＲＧＢのう
ちの１つが露光されるように、即ち、全面の１／３の領
域のみがライン状に露光されるように遮光領域が配置さ
れている。

【００１８】このような遮光層を有する試料３０の図２
に示す２光束干渉光学系における露光は、上記２枚のマ
スクの開口部を整合させて、まず、Ｒに対応する光源を
用いて露光、その後に１ライン分上記両側のマスクを移
動させてＧに対応する光源を用いて露光、その後に１ラ
イン分上記両側のマスクを移動させてＢに対応する光源
を用いて露光、というようにＲＧＢを順次露光する。こ
のような露光により、図１に示すようなＲ反射部１５、
Ｇ反射部１６及びＢ反射部１７が所定の配列で形成され
る。

【００１９】上記試料３０を、図２に示す２光束干渉光
学系２０により露光するには、以下の方法により行なう
ことができる。まず、レーザ光源２１から波長４８８ｎ
ｍの単一周波数のＡｒレーザー光を３秒間照射する(レ
ーザー光強度は約１０ｍＷ／ｃｍ²)。出射されたレーザ
光は、ミラー２２と１／２波長板２３とを介して偏光ビ
ームスプリッタ２４に入射され、直進する光束と進行方
向が直角に曲げられた光束との２光束に分離される。こ
の直進した光束は、１／２波長板２３を通過し、ミラー
２２を介して空間フィルタ２５及びレンズ２６を通して
参照光２８として試料３０に照射される。この参照光２
８は、試料３０におけるガラス基板１１側から３０°の
角度で入射される。他方、偏光ビームスプリッタ２４に
よって進行方向が直角に曲げられた光束は、ミラー２２
を介して空間フィルタ２５及びレンズ２６を通して拡散
光の物体光２７として試料３０に対し、露光マスク３４
側から照射される。

【００２０】このようにしてＲＧＢそれぞれの部分を干
渉露光した後、高圧水銀ランプ光、強度約１０ｍＷ／ｃ
ｍ²を３０秒間照射する。続いて、露光マスク３４と露
光マスク３６を取り去り、オイル３５を拭き取り、フォ
トポリマー層をベースフィルムと共にガラス基板から剥
がし、図１に示すガラス基板１１に、剥がしたフォトポ
リマー層とベースフィルムとを、フォトポリマー層がガ
ラス基板側になるように接着層を介して貼着する。さら
にその上に、カバーシートを剥がしたカラーチューニン
グフィルムのフォトポリマー層を重ねあわせ、ホットプ
レート上において８０℃で６０秒間加熱処理をする。そ
の後、直ちに高圧水銀ランプ光を、強度約１０ｍＷ／ｃ
ｍ²で３０秒間照射する。次に、カラーチューニングフ
ィルムのフォトポリマー層をベースフィルムと共に剥が
した後、１２０℃で１２０分間加熱する。その後、ＵＶ
硬化型のオーバーコート材をスピナーで塗布し、高圧水
銀ランプ光、強度約１０ｍＷ／ｃｍ²を３００秒間照射
し硬化させる。更に、ガラス基板１１の他方の面に光吸
収層として黒色フィルムを、接着層を介して貼り付ける
ことにより、図１に示すカラー反射板が得られる。

【００２１】このように作製したカラー反射板１０に、
白色光を３０°の角度から入射し、拡散反射光の角度特
性を測定したところ図４に示す特性が得られ、視感反射
率Ｒの値は２６％であった。また、白色光を−３０°の
角度から入射し、０°方向の反射光の波長特性を測定し
たところ、ＲＧＢそれぞれの部分で図５に示す特性が得
られた。この反射板からの拡散反射光の角度特性はほば
矩型であり、また反射光の波長幅は約１００nｍであ
り、図６に示すようにＲＧＢの色度座標はそれぞれＲ
(０．６２、０．３８)、Ｇ(０．２７、０．６０)、Ｂ
(０．１４、０．０６)が得られた。ここで、波長幅と
は、分光反射率が最大となる波長(以後、ピーク波長と
する)に対して、ピーク波長での分光反射率の１／２の
分光反射率が得られる二つの波長の間隔のことである。
この座標の囲む面積Ｓの値は０．１１であり、またＵの
値は２．８であった。

【００２２】上記カラー反射板１０の作製工程におい
て、色純度と視感反射率との傾向を見るために、干渉露
光時の入射角度とチャープ量とを変えた試料を作製し
た。波長幅に対する、色度座標上のＲＧＢの囲む面積
Ｓ、視感反射率ＲおよびこのＳとＲとから計算したＵの
値を、それぞれ図７、図８および図９に示す。これらの
結果から、本実施の形態におけるカラー反射板に関して
は、Ｕの最大値は３以上であり、従来の吸収型カラーフ
ィルタに対して大きな値にすることが可能であり、明る
さと色の表現能が向上することがわかる。

【００２３】実施例２実施例２として、上記カラー反射板１０を使用した反射
型カラー液晶表示素子１００及びその作製方法に関して
説明する。カラー反射板１０のハードコート１３上に、
ＩＴＯ膜(透明電極１０１)、配向膜１０２をこの順で積
層する。続いて、配向膜１０２の表面をラビングした
後、周辺部にシール材を印刷し、スペーサ散布後に、Ｔ
ＦＴを形成したアクティブ基板、即ち、画素電極(１０
３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ)及び配向膜１０２を備える
ガラス基板１０４を重ねて張合わせ、液晶を充填して液
晶層１０５を形成する。このように作製した液晶セルの
表面に、位相差板１０６と偏光板１０７とを順次積層
し、反射型カラー液晶表示素子１００を作製する。

【００２４】この反射型カラー液晶表示素子１００に、
白色光を３０°の角度から入射し、白色表示時に拡散反
射光の角度特性を測定したところ、図４に示す特性と同
様の特性が得られた。また、白色光を−３０°の角度か
ら入射し、０°方向の反射光の波長特性をＲＧＢ表示時
にそれぞれ測定したところ、図５に示す特性と同様の特
性が得られた。ＲＧＢの色度座標に関しても図６と同様
であり、この座標の囲む面積Ｓの値は０．１０であり、
Ｕの値は１．２であった。

【００２５】

【実施の形態２】実施例３次に、実施の形態１に記載のマイクロレンズアレイを利
用せずに、制御された拡散性反射が実現するカラー反射
板１１０、これを用いた反射型カラー液晶表示素子及び
これらの作製方法に関して説明する。本実施例は、拡散
性制御の一つの例として、小さな拡散性のホログラムを
多重回数露光して所望の拡散性を得る例である。

【００２６】図１１は、体積ホログラムを有するカラー
反射板１１０の構成を示す概略断面図であって、該カラ
ー反射板１１０は、体積ホログラム反射層１１１の構造
が、図１に示す放物面に類似した曲面を有する体積ホロ
グラム反射層１２ではなく、部分的にはほぼ平面の層上
構造を有するホログラム構造であって、各画素が異なる
傾きを有する複数の微小平面の組合せ構造である点が異
なる以外は図１に示すカラー反射板と同様である。従っ
て、同様な機能を有するものには図１と同一番号を付し
てその説明を省略する。

【００２７】このような体積ホログラム反射層１１１
は、図３に示す試料３０の代わりに図１２に示す構造の
試料１２０を用いて実施例１と同様の方法に準じて作製
した。実施例１と異なる点は、干渉露光時に、マイクロ
レンズアレイを有する露光マスク３４の代わりに、図１
２に示す、拡散性の小さな拡散透過膜１２１を有する露
光マスク１２２及び露光マスク１２３を使用し、且つ露
光マスク(３４，３６)の遮光層(３４ａ，３６ａ)とは、
その開口部の割合が異なり、１／９のストライプ領域に
なるような遮光層(１２２ａ，１２３ａ)を設けたものを
使した点である。これ以外の条件は実施例１と同様で、
２光束干渉光学系も図２に示すものを使用した。従っ
て、同様な機能を有するものには図３と同一番号を付し
てその説明を省略する。露光は、図１２に示すように、
拡散性の小さな拡散透過膜１２０でＲ画素の一部分であ
るＲ１部分を露光し、マスクをずらして、Ｒ２部分を露
光し、最後にＲ３部分を露光してＲ画素の露光を行なっ
た。同様に、Ｇ，Ｂ画素に対しても、部分的な干渉露光
工程によって干渉露光を実施した。この後、高圧水銀灯
による照射、オイル拭き取り、別のガラス基板への転
写、チャープ処理、オーバーコート塗布及び硬化、光吸
収層配置を、それぞれ実施例１と同様に実施した。

【００２８】このようにして作製されたカラー反射板１
１０のＲ画素では、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３部分でそれぞれ
拡散性の小さな拡散ホログラムが作製されているため
に、通常のすりガラスの場合のような不要な拡散光の露
光が行われず、良好な反射特性を示す。この結果、反射
特性は、図１３に示すように、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３部分
のそれぞれで異なった方向を中心に拡散反射する特性が
実現した。このため、Ｒ画素全体では、図１４に示すよ
うに、２０度の角度範囲にわたってほぼ一様な反射輝度
が実現した。このカラー反射板の視感反射率Ｒの値は、
２５％であり、色度は図６に示す実施例１のカラー反射
板と同様であった。これから、色域の面積Ｓは０．１
１、Ｕの値は２．８であった。

【００２９】次に、このようにして作製されたカラー反
射板１１０を使用して、実施例２と同様に液晶表示素子
を作製した。その結果、Ｓの値は０．１０であり、Ｕの
値は１．３であった。本実施例において使用した露光マ
スク(１２２，１２３)はストライプ領域の遮光領域を有
するものを使用したが、独立した開口穴を有するものや
他のパターンを有するものであっても良い。以上、本実
施例によって、拡散性が小さい露光を多重露光すること
によって、拡散性が制御されたホログラムが作製され、
この場合も、マイクロレンズアレイを用いた場合と同様
の良好な色度と明度の両立が可能であるカラー反射板及
び反射型カラー液晶表示素子が得られることが判った。

【００３０】実施例４次に、拡散性を制御した露光方法の別の態様である、光
学系の工夫にて制御された拡散性を利用したカラー反射
板１５０、これを用いた反射型カラー液晶表示素子及び
これらの作製方法に関して説明する。

【００３１】図１５は、体積ホログラムを有するカラー
反射板１５０の構成を示す概略断面図であって、該カラ
ー反射板１５０は、体積ホログラム反射層１５１の構造
が、図１に示す放物面に類似した曲面を有する体積ホロ
グラム反射層１２ではなく、部分的にはほぼ平面の層上
構造を有するホログラム構造であって、各画素が異なる
傾きを有する複数の微小平面の組合せ構造である点が異
なる以外は図１に示すカラー反射板と同様である。従っ
て、同様な機能を有するものには図１と同一番号を付し
てその説明を省略する。

【００３２】このような体積ホログラム反射層１５１
は、図２に示す２光束干渉光学系２０の代わりに、図１
６に示す２光束干渉光学系１６０を用い、図３に示す試
料３０において、マイクロレンズアレイを有していない
露光マスク３４を備える、図１７に示す試料１７０を用
いて行った以外は実施例１と同様の方法に準じて作製し
た。なお、図１６及び１７において、図２及び図３と同
様な機能を有するものについては同一番号を付してその
説明を省略する。図２に示す２光束干渉光学系２０と、
図１６に示す２光束干渉光学系１６０との異なる点は、
干渉露光時に、拡散性の大きな拡散透過膜１６１を、拡
散角の制御が可能な空間周波数面を有する光学系(１６
３，１６４)を通してホログラム面に投影して、この投
影像と、参照光でホログラム面を露光する点である。こ
の場合、２光束干渉光学系１６０は、図１６に示すよう
に、拡散透過膜１６１を透過した光が、光学系１６３を
通して空間周波数面を通過し、さらに、光学系１６４を
通してホログラム面に焦点が結ばれるように配置されて
いる。空間周波数面には、任意の開口形状の開口制限マ
スク１６２が設置され、このマスクの開口部の形状によ
って、さまざまな拡散光プロファイルを作製し、ホログ
ラム上に投影可能となる。ここで、空間周波数面は、拡
散透過膜１６１上での拡散角と、光軸からの距離が対応
した面である。即ち、拡散透過膜１６１で曲がらずに通
過する光は、空間周波数面で光軸上に集光し、拡散反射
膜１６１で拡散する光は拡散角に応じて光軸から離れた
位置に集光する。このような空間周波数面を通過した光
は、再びホログラム面に焦点を結ぶ。この時、空間周波
数面に置いた開口制限マスク１６２による制御によっ
て、元々の拡散透過膜１６１が有している拡散角より少
ない拡散角の光だけをホログラム上に投影することが可
能となるため、ホログラムカラー反射板の拡散性が、空
間周波数面に挿入したマスク形状で制御される。本実施
例では、開口制限マスク１６１として、円形開口を有す
るものを使用した。

【００３３】本実施例では、図１７に示す試料１７０
を、図１６に示す２光束干渉光学系１６０の光路に配置
し、干渉露光を行なった。ここで、開口制限マスク１６
１による物体光の光量の損失を考慮し、偏光ビームスプ
リッタ２４の直前の１／２波長板２３の調整によって参
照光と物体光の配分を変更し露光を実施した。これ以外
の処理は、実施例１と同様に実施し、図１８に示す拡散
反射する特性が実現した。このようにして作製されたカ
ラー反射板１５０の視感反射率Ｒの値は、２５％であ
り、色度は図６に示す実施例１のカラー反射板と同様で
あった。これから、色域の面積Ｓは０．１１、Ｕの値は
２．８であった。このようにして作製されたカラー反射
板１５０を使用して、実施例２と同様に反射型カラー液
晶表示素子を作製したところ、Ｓの値は０．１０であ
り、Ｕの値は１．３であった。

【００３４】本実施例では、ＮＡの大きなレンズによる
光学系１６３と光学系１６４とを組合わせた場合に、倍
率１：１の結像光学系となるものを用いたが、倍率が異
なるものを用いても良く、この場合、拡散透過膜１６１
の拡散角と試料１７０上でのそれが必然的に異なったも
のとなる。また、レンズによらず、反射鏡等によって構
成されるものであっても良い。これらの光学系を使用し
た場合には、図１７の試料１７０は、図１６に示される
箇所に配置されずに、拡散板１６１に接するように配置
されていても良い。また、開口制限マスク１６２の形状
は、円形の開口部だけでなく、楕円、多角形、任意の曲
線又はこれらの組合わせ等の形状であっても良い。更
に、開口部の数も、単独である必要はなく、複数でもよ
い。これらは、反射特性を適宜制御するために選択可能
である。

【００３５】以上、本実施例によって、拡散性が大きな
透過拡散板による拡散光を、光学系で制御することによ
って拡散性を制限し、これによって作製されたホログラ
ムの場合も、マイクロレンズアレイを用いた場合と同様
の良好な色度と明度の両立が可能であるカラー反射板及
び反射型カラー液晶表示素子が得られることが判った。

【００３６】

【発明の効果】本発明の反射型カラー液晶表示素子は、
上記式(１)で示されるＵの値が１．２以上あるので、視
認性に優れ、十分な明るさと、十分に広い視野角とが得
られ、しかも、色純度の高いカラー表示が可能になる。
また、本発明のカラー反射板は、上記式(１)で示される
Ｕの値が２．７以上あるので、上記効果が得られるカラ
ー液晶表示素子に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１において作製したカラー反射板の
構成示す概略断面図である。

【図２】実施の形態１において使用した２光束干渉光学
系の一例を示す概略構成図である。

【図３】実施の形態１においてカラー反射板を作製する
ためのホログラム記録媒体を備える試料の一例を示す概
略構成図である。

【図４】実施の形態１において作製したカラー反射板の
角度特性を示すグラフである。

【図５】実施の形態１において作製したカラー反射板の
反射スペクトルを示すグラフである。

【図６】実施の形態１において作製したカラー反射板の
色度座標を示すグラフである。

【図７】実施の形態１において作製したカラー反射板
の、色度座標上のＲＧＢの囲む面積Ｓを示すグラフであ
る。

【図８】実施の形態１において作製したカラー反射板
の、視感反射率Ｒを示すグラフである。

【図９】実施の形態１において作製したカラー反射板の
Ｕ値を示すグラフである。

【図１０】実施の形態１において作製した反射型カラー
液晶表示素子の構成を示す概略断面図である。

【図１１】実施の形態２において作製したカラー反射板
(実施例３)の構成を示す概略断面図である。

【図１２】実施の形態２において、カラー反射板(実施
例３)を作製するためのホログラム記録媒体を備える試
料の一例を示す概略構成図である。

【図１３】実施の形態２において作製したカラー反射板
の実施例３における角度特性を示すグラフである。

【図１４】実施の形態２において作製した、カラー反射
板の実施例３における反射スペクトルを示すグラフであ
る。

【図１５】実施の形態２において作製したカラー反射板
(実施例４)の構成を示す概略断面図である。

【図１６】実施の形態２において、カラー反射板(実施
例４)の作製に使用した２光束干渉光学系の一例を示す
概略構成図である。

【図１７】実施の形態２において、カラー反射板(実施
例４)を作製するためのホログラム記録媒体を備える試
料の一例を示す概略構成図である。

【図１８】実施の形態２において作製したカラー反射板
(実施例４)の角度特性を示すグラフである。

【図１９】従来の吸収型カラーフィルターの反射スペク
トルを示すグラフである。

【図２０】従来の吸収型カラーフィルターの色度座標を
示すグラフである。

【図２１】従来の吸収型カラーフィルターの、色度座標
上のＲＧＢの囲む面積Ｓを示すグラフである。

【図２２】従来の吸収型カラーフィルターの視感反射率
Ｒを示すグラフである。

【図２３】従来の吸収型カラーフィルターのＵ値を示す
グラフである。

【符号の説明】

１０、１１０、１５０カラー反射板１１、３１、１０４ガラス基板１２、１１１、１５１体積ホログラム反射層１３ハードコート１４光吸収層１５Ｒ反射部１６Ｇ反射部１７Ｂ反射部２０、１６０２光束干渉光学系２７物体光２８参照光３０、１２０、１７０試料３２ホログラム記録媒体３４、３６、１２１，１２３露光マスク３４ａ、３６ｂ、１２３ａ、１２３ｂ遮光マスク１００反射型カラー液晶表示素子１０２配向膜１０５液晶層１２１拡散角の小さい拡散透過膜１６１拡散透過膜１６２開口制限マスク(遮光マスク) １６３、１６４光学系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水野裕二大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者徳丸照高大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 2H048 BA04 BA64 BB01 BB02 BB10 BB14 BB44 FA04 FA07 FA09 FA15 FA22 2H049 CA05 CA08 CA09 CA11 CA28 CA30 2H091 FA01Y FA16Y FA34Z FA50Y FB02 FC10 FD04 FD06 GA01 GA06 GA07 HA07 LA15 LA18 LA19 5C094 AA06 AA07 AA10 AA12 AA55 BA43 BA44 CA19 CA24 DA13 ED03 ED11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】標準光源から発する光を照射したとき
に、ＸＹＺ表色系におけるＲＧＢ単色の各座標が囲む三
角形の面積をＳ、視感反射率をＲ％とするとき、式(１)
で示されるＵの値が２．７以上であることを特徴とする
カラー反射板。Ｕ＝Ｓ×Ｒ (１)
【請求項２】反射板が、カラーフィルター機能を備え
る体積ホログラム構造を有し、反射波長に対する屈折率
の分布形状が、球面あるいは放物面からなる曲面であ
り、この曲面が、表面が平面である層内にアレイ状に配
列し、体積ホログラム構造の層間隔が厚さ方向でチャー
プされていることを特徴とする請求項１に記載のカラー
反射板。
【請求項３】反射板が、カラーフィルター機能を備え
る体積ホログラム構造を有し、その屈折率多層構造形状
が微小平面形状の多層構造であり、体積ホログラム構造
の層間隔が厚さ方向でチャープされていることを特徴と
する請求項１に記載のカラー反射板。
【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のカ
ラー反射板を備え、少なくとも一方が透明な２枚の基板
間に変調層としての液晶層が挟持され、該液晶層がＯＮ
状態とＯＦＦ状態との間でスイッチする反射型カラー液
晶表示素子であって、標準光源から発する光を照射したときに、ＸＹＺ表色系
におけるＲＧＢ単色の各座標が囲む三角形の面積をＳ、
視感反射率をＲ％とするとき、式(１)で示されるＵの値
が１．２以上であることを特徴とする反射型カラー液晶
表示素子。
【請求項５】カラー反射板が、液晶層を挟持する基板
間に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の
反射型カラー液晶表示素子。
【請求項６】液晶層がＥＣＢモードのＴＮであること
を特徴とする請求項４又は５に記載の反射型カラー液晶
表示素子。