JP2006317599A - 反射板及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計及び製造が容易で優れた指向性を有する反射板を提供する。
【解決手段】反射板１０は、基材２と、その上に配され起伏が繰返し形成された樹脂膜１１からなる起伏層と、起伏層を被覆する金属膜１３からなる光反射層とで構成されている。起伏層は、凸部又は凹部を所定の方向に配列して起伏を形成し、個々の凸部又は凹部は、円弧状又は楕円弧状の弧状パターンＰを有し、各弧状パターンＰの開き角θを二等分する中心線が、所定の方向に向くように設定されている。
【選択図】図３

Description

本発明は液晶表示装置に用いる光拡散性の反射板に関する。また、この光拡散反射板を利用した反射型もしくは反射・透過兼用型の液晶表示装置に関する。より詳しくは、特定の方向から入射した外光を観察者に向けて反射する機能を有する、いわゆる指向性の反射板に関する。

反射型及び反射・透過兼用型の液晶表示装置は、液晶パネルのもつ薄型・軽量・低消費電力の特徴に加え、外光下での視認性の良さから多くの携帯端末用モニタに利用されている。この反射型及び反射・透過兼用型の液晶表示装置には、外光を観察者に向かって反射させる為の反射板が設けてある。この反射板の機能は、入射した外光を拡散的に反射させる事で、画面をより白く見せる効果と、あらゆる方向から入射した外光を観察者の方向に効率よく反射させる事で明るい画面を得る効果とがある。観察者が画面を「白い」と感じる為には、色度だけではなく、適度に光が拡散反射している必要があり、さらには反射光量が多いほど白く明るい画面が得られる。

図１３は、従来の拡散反射板の平面図（Ａ）と使用状態説明図（Ｂ）である。この拡散反射板の製造方法であるが、まずガラス等からなる基板２を用意する。次に、基板２の上に感光性を有する樹脂膜１１を形成する。樹脂膜１１としては例えばフォトレジストを用いる事ができる。次に、フォトリソグラフィーにより樹脂膜１１をパターニングして離散的に配された円柱の集合を設ける。続いて加熱処理を施し、個々の円柱をなだらかに変形する。このリフローは樹脂１１の軟化点もしくは融点以上に加熱し、円柱形状の樹脂膜１１を一旦融解し、これを表面張力の作用でなだらかに変形させる処理である。さらに、なだらかに変形した円柱の集合の上に別の樹脂１２を塗工し、離散的に配された各円柱の間の平坦な隙間を埋めて湾曲化する。基板２の表面に平坦な部分がなくなる為、鏡面反射が生じる恐れがなくなる。最後に、なだらかに変形した円柱の集合の上に金属膜１３を形成する。これにより、樹脂膜１１とその上に重ねられた金属膜１３とからなる拡散反射層１０が得られる。

（Ａ）に示すように、従来の拡散反射板は基本的にリフローで半球状になった凸部がランダムに配列した樹脂膜１１を基本構造としている。個々の凸部は円柱状にパターニングしたアクリルなどの樹脂膜１１をリフローする事により得られる。半球状の凸部は上下左右方向共にほぼ等しい傾斜面積比を有している。即ち、従来の拡散反射板では方位角と極角に対して反射面が均等に分布している。この様な球面に完全拡散光が入射した場合正面方向への反射光は強くなる。しかし、点光源下では拡散反射板に入射する光は全方向に均等に反射され、反射型液晶表示装置の明るさに寄与する直接観察光は非常に少なくなる。この様な拡散反射板は室内環境で使用する反射型表示装置には適していない。

（Ｂ）に示すように、拡散反射層１０により反射した拡散反射光は、光源１２０に対して正反射方向を中心に分布し、正反射方向からずれるほど光量が減少する。したがって、実際に表示装置を観察する観察者１１０に向かうパネル正面方向への反射光が弱く、この結果パネルが暗く見えるという欠点がある。

従来の拡散反射板の凹凸パターンは円形か多角形の凸部をランダムに配列したものが多い。この場合、散乱特性は方位角に対する依存性がほとんどなく、ほぼ等方散乱を示し、いずれの方向から入射される外光も適度に散乱される。しかしながら、通常生活している環境下では、光源が観察者の頭上付近にある事が多く、液晶表示装置から見るとパネルの法線方向を中心として１２時方向付近に光源が多く存在している。したがって、この光源からの入射光を有効に観察者に反射させる事ができれば、画面の輝度向上に有効である。しかしながら従来の等方散乱性の反射板は、いわゆる指向性がなく入射光の有効活用を図る事ができない。

限られた外光を効率よく集光して観察者に向かわせるという考えから、等方的な拡散反射板よりも、光源が存在している方位に対して指向性を持つ反射板が望ましい。なお指向性とは、特定の方位から入射する外光を反射して、パネルの法線方向に位置する観察者に集める機能を意味する。また、反射・透過兼用型の液晶表示装置の場合、画素を反射領域と透過領域に分割するのが主流である。この場合、限られた反射領域の面積で効率よく外光を反射する必要があり、この点においても反射板に指向性を持たせる事が有効である。これまでも様々な種類の指向性反射板が開発されており、例えば以下の特許文献１ないし６に記載がある。
特開２００３−１４９４１７公報 特開２００３−０４３２３１公報 特開２００３−３３７３２８公報 特開平０９−０８０４２６号公報 特開２００１−００５０１５公報 特開２００３−３０２６３２公報

従来の指向性反射板は、凹凸の形状パターンを工夫して、画面１２時方向の凹凸部の傾斜角と６時方向の傾斜角に変化をつけ、１２時方向から入射する光を効率よく取り込むものがあり、前述の特許文献１ないし３に記載がある。これらの技術によると、凹凸のパターン形状を円形や楕円形ではなく、異形の多角形状とする事で、パターニングされた凸部の熱リフロー形状に変化を持たせたものや、パターニングに用いるフォトマスクの透過量を局部的に制御して、階段状に近い形状で凸部に傾斜を持たせている。また、パターン形状ではなく凹凸を形成するプロセスを工夫して、同様に凹凸の傾斜角に異方性を持たせる方式も提案されており、前述の特許文献４及び５に記載がある。これらの文献によると、パターニングされた凸部を熱リフローする際に、基板を傾けるなどして凸部の傾斜に異方性を持たせたり、凸部をブラッシングなどの機械的な処理によって偏平させている。

この様に、凹凸の傾斜角を液晶表示装置の画面の１２時方向と６時方向とで変化をつけた反射板の場合、観察者の頭上前方に多く存在している光源光を効率よく観察者に反射できる反面、凹凸を形成するプロセス条件とパターン形状の適切な関係を見出す必要があり、凹凸のパターンやプロセス設計が難しく安定に指向性反射板を製造する事が困難であるという課題がある。

また、反射板の凸部もしくは凹部のパターン形状を工夫して反射特性に指向性を持たせる方式も開発されており、例えば特許文献６に記載がある。この方式は、偏平したドット状もしくは紐状のパターンの長軸方向が画面上において確率的に横方向（３時−９時方向）成分よりも縦方向（６時−１２時）成分が多く存在するように配置した構造をもつ。これは表示装置の利用者に対して、左右方向の光を効率よく取り込むことで明るい表示を得ようとしたものである。この方式では左右方向の光は効率よく観察者に向かって反射させる事ができるが、観察者に対して上方向からの光は効率的に反射させる事ができないという課題がある。

上述した従来の技術の課題に鑑み、本発明は設計及び製造が容易で優れた指向性を有する反射板及びこれを利用した液晶表示装置を提供する事を目的とする。かかる目的を達成するために以下の手段を講じた。即ち本発明にかかる反射板は、基材と、その上に配され起伏が繰返し形成された起伏層と、該起伏層を被覆する光反射層とからなり、前記起伏層は、凸部又は凹部を所定の方向に配列して該起伏を形成し、個々の凸部又は凹部は、円弧状又は楕円弧状の弧状パターンを有し、各弧状パターンの開き角を二等分する中心線が、該所定の方向に向くように設定されていることを特徴とする。

好ましくは前記起伏層は、該凸部又は凹部の弧状パターンの開き角が、６０度〜１５０度の範囲に設定されている。場合により前記起伏層は、該凸部又は凹部の弧状パターンが一部切り欠かれた形状を有し、且つ互いに隣り合って配列した弧状パターンの間で該切り欠かれた部分が互いにずれている。一態様では、前記起伏層の表面は三原色に分かれた画素に対応して区画化されており、各色光間の干渉で色つきが生じない様に、各色の画素に対応した区画間で、弧状パターンの配列間隔が調整されている。具体的には緑色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔を１とした場合に、青色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔は０．８１８−０．０９１〜０．８１８＋０．０９１の範囲に調整され、赤色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔は１．１８０−０．０８９〜１．１８０＋０．０９３の範囲に調整されている。場合により前記起伏層は、該凸部又は凹部の傾斜度が弧状パターンの外側と内側で異なっている。

又本発明は、対向電極が形成された一方の基板と、該対向電極に対面して画素を構成する画素電極がマトリクス状に形成された他方の基板と、所定の間隙を介して互いに接合した両基板の間に保持された液晶とからなり、マトリクス状の画素で画面が構成され、各画素に入射した外光の少なくとも一部を反射して、該画面に画像を表示する液晶表示装置であって、前記基板の片方は、起伏が繰返し形成された起伏層と、該起伏層を被覆する様に形成され外光を反射する光反射層とを有し、前記起伏層は、凸部又は凹部を画面の上下方向に沿って配列して該起伏を形成し、個々の凸部又は凹部は、円弧状又は楕円弧状の弧状パターンを有し、各弧状パターンの開き角を二等分する中心線が、該画面の上方向に向くように設定されていることを特徴とする。

好ましくは、前記起伏層は、該凸部又は凹部の弧状パターンの開き角が、６０度〜１５０度の範囲に設定されている。場合により前記起伏層は、該凸部又は凹部の弧状パターンが一部切り欠かれた形状を有し、且つ互いに隣り合って配列した弧状パターンの間で該切り欠かれた部分が互いにずれている。一態様では、前記起伏層の表面は三原色に分かれた画素に対応して区画化されており、各色光間の干渉で色つきが生じない様に、各色の画素に対応した区画間で弧状パターンの配列間隔が調整されている。具体的には緑色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔を１とした場合に、青色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔は０．８１８−０．０９１〜０．８１８＋０．０９１の範囲に調整され、赤色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔は１．１８０−０．０８９〜１．１８０＋０．０９３の範囲に調整されている。場合により前記起伏層は、該凸部又は凹部の傾斜度が画面の上方向に向く外側と画面の下方向に向く内側とで異なっている。

反射板の指向性は、反射板の凹凸パターン表面の法線ベクトルの存在確率によって決定される。この法線ベクトルの存在確率を設計要素に盛り込む事で所望の指向性を得る事ができる。この法線ベクトルの存在確率は、反射板の凹凸パターンの設計で制御する事ができる。その際、円形もしくは多角形の凸部をランダムに配置したパターンに基づいて設計する場合、最適条件を求める事が非常に複雑になる。そこでより簡単な設計を可能とする為、本発明では円弧状もしくは楕円弧状のパターンを採用し、これを所望の方位角に沿って並べる事で優れた指向性を得ている。円弧状もしくは楕円弧状のパターンの場合、その指向性は円弧の開き角が指向性の方位角と一致するので、用途に応じて指向性の設計並びに調整が容易になる。

この様に本発明では、反射板に所望の指向性を与えることで、明るい画面表示が可能になる。円弧状のパターンを採用する事により、実環境に適した反射板の指向性を得る事ができ、より効率的に周囲の環境光を表示に利用する事が可能になる。また円弧状のパターンを採用する事により、方位角方向の反射の指向性の設計が容易になる。加えて、円弧状のパターン配置の配列間隔（ピッチ）を三原色の画素間で変化させる事により、光の干渉による色付きを抑制する事が可能である。

以下図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本明細書で用いる用語「方位角」の定義を示す模式図である。図は、反射板を内蔵した液晶表示装置を観察者が観察している状態を表している。通常観察者は表示装置の法線方向に位置する。この場合、方位角は表示装置の法線を中心とした３６０°の方位を表している。特に、表示装置の画面１２時方向を方位角０°とし、これを基準として時計方向を正の角度で表し、反時計方向を負の角度で表している。

図２は、方位角と入射光強度との関係を示すグラフである。換言すると、光源から入射する光の強度分布を調べたものであり、（Ａ）は屋内での測定結果、（Ｂ）は屋外での測定結果を表している。屋内、屋外いずれも７０箇所の測定結果の平均である。（Ａ）に示すように屋内では、光源が方位角０°を中心として±１５０°の範囲に分布している事が分かる。また屋外でも方位角０°を中心としておよそ±９０°の範囲に光源光が偏在している事が分かる。

屋内環境及び屋外環境のいずれの場合も、表示装置に対して１２時方向に光源が最も多数存在し、方位角が大きくなるにしたがって光源光が減少する。特に屋外では、１２時方向を中心にして方位角±６０°の範囲に光源光が偏在している事が分かる。これらの測定結果から、実際の環境下で存在する外光をより効率よく取り込んで法線方向の観察者に集める為に、１２時方向を中心に左右の方位角の所定範囲にわたって指向性を持たせる事が理想的である。ところで反射板の指向性は、反射板の凹凸パターン表面の法線ベクトルの存在確率によって一義的に決まる。この法線ベクトルの存在確率を設計成要素に盛り込む事で、所望の指向性を得る事ができる。この法線ベクトルの存在確率は、反射板の凹凸パターンの設計で制御する事になる。従来の円形パターンや多角形パターンをランダムに配置したモデルを基本とする場合、その設計が非常に複雑になる。そこで本発明ではより簡単な設計を実現する為、反射板上に円弧もしくは楕円弧の弧状パターンを配列する事で所望の指向性を得るようにしている。弧状パターンの場合、円弧もしくは楕円弧の開き角が指向性の方位角と一致するので、用途に応じた指向性の調整が容易になる。

図３は、本発明にかかる反射板の好適な実施形態を示す模式図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＹ−Ｙ線に沿った断面図である。図示するように、本発明にかかる反射板は、基材と、その上に配され起伏が繰り返し形成された起伏層と、この起伏層を被覆する光反射層とからなる。図示の実施形態では、基材が例えば液晶表示装置の基板２からなり、起伏層が基板２の上に成膜された樹脂膜１１からなり、光反射層が樹脂膜１１の上に蒸着されたアルミニウムなどの金属膜１３からなる。（Ｂ）に示すように、樹脂膜１１は凸部または凹部を所定の方向に配列して起伏を形成したものである。なおこの所定の方向は、液晶表示装置の方位角０°と一致している。（Ａ）に示すように、個々の凸部または凹部は、円弧状または楕円弧状の弧状パターンＰを有する。各弧状パターンＰの開き角θを２等分する中心線が、所定の方向（即ち方位角０°方向）に向くようにパターン設計が成されている。好ましくは、凸部または凹部の弧状パターンＰの開き角θが、６０°ないし１５０°の範囲に設定されている。場合によっては各色光間の干渉で色付きが生じないように、各色の画素ＰＸＬに対応した区画の間で、弧状パターンＰの配列間隔（ピッチ）を調整するようにしても良い。

例えば表示パネルの１２時方向を中心に±６０°の光源光を効率よく取り込むには、パターンの基本となる円弧の開き角を１２０°とすればよい。またパネル１２時方向を中心に±４５°の光を効率よく取り込むには、円弧の開き角を９０°に設定すればよい。円弧の開き角θが小さいほど正面方向（方位角０°）の指向性が強くなるが、これから外れた横方向の指向性は弱くなる。この為、表示装置の使用が予想される実環境下における光源の偏在性や使用目的に合わせて、適宜弧状パターンＰの開き角θを設計すればよい。なお、弧状パターンＰは必ずしも円弧に限られるものではなく楕円形から切り出した楕円弧パターンを用いても良い。楕円弧パターンはその楕円率に合わせた指向性を得る事ができる。例えば楕円の短軸を方位角０°に合わせた楕円弧パターンは、比較的偏平な形状となるので正面方向（方位角０°方向）に対する指向性が強くなる。これに対し楕円の長軸方向を方位角０°に取った楕円弧パターンの場合、正面方向に尖った形状となるので方位角０°方向の指向性が弱くなる一方、これと直交する±９０°方向（横方向）に対する指向性が加わるようになる。

円弧状もしくは楕円弧上のパターンＰは必ずしも連続的なものに限らず、非連続パターンで円弧もしくは楕円弧が形成されても同様の効果が得られる。図４は、その様な例を示す模式的な平面図である。図示するように、凸部または凹部の弧状パターンＰが一部切り欠かれた形状を有し、且つ互いに隣り合って配列した弧状パターンＰの間で切り欠かれた部分Ｃが互いにずれている。図示の例では、弧状パターンＰ１に形成された切り欠き部分Ｃ１と、これに隣接する弧状パターンＰ２に形成された切り欠き部Ｃ２が互いに位置的にずれたパターンとなっている。この様に切り欠きを入れる事で、正面方向に加え、これと直交する横方向に対しても指向性を得る事ができる。

図５は、本発明の効果を検証する為に、実際に作成した反射板のサンプルを示す模式的な平面図である。（Ａ）は開き角が９０°の弧状パターンを方位角０°方向に沿って配列したサンプルである（Ｂ）は開き角が１２０°の弧状パターンを同じく方位角０°方向に沿って配列したサンプルである。この他、比較のため図１３に示した無指向性の反射板サンプルも作成した。

図６は、各サンプルの反射強度を測定した結果である。このグラフは、光源の位置を方位角に沿って変えながら、反射板の法線方向反射強度を測定したものである。■のプロットが開き角１２０°の指向性反射板の測定結果を表し、◆のプロットが開き角９０°の指向性反射板を表し、＊のプロットが無指向性反射板の反射強度分布を表している。このグラフから明らかなように、無指向性の反射板に比べ本発明の指向性反射板は正面１２時方向を中心に高い指向性を示している事が分かる。正面反射率では無指向性反射板の反射率を１とすると、開き角１２０°のパターンで約２倍、開き角９０°のパターンで約２．４倍の指向性効果が得られた。また開き角を変えることで方位角方向での指向性の効果が変わっており、ほぼ開き角が方位角方向の指向性であることが分かる。

図７は、本発明にかかる指向性反射板の他の実施形態を示す模式的な平面図である。本実施形態は、反射板がＲＧＢ三原色に分かれた画素ＰＸＬに対応して区画化されている。各色光間の干渉で色付きが生じないように、各色の画素ＰＸＬに対応した区画の間で、弧状パターンの配列間隔が調整されている。図示の例では、緑色画素（Ｇｒｅｅｎ）に対応した弧状パターンをＰＧで表し、赤色画素（Ｒｅｄ）に対応した弧状パターンをＰＲで表し、青色画素（Ｂｌｕｅ）に対応した弧状パターンをＰＢで表してある。弧状パターンＰＲの配列間隔は弧状パターンＰＧの配列間隔よりも密になっている。一方弧状パターンＰＢの配列間隔（ピッチ）は弧状パターンＰＧに比べて疎になっている。この様にする事で、各色光間の干渉による色付きを防ぐ事ができる。

弧状パターンＰを所定ピッチで配列する事で、反射板は回折格子の作用を呈する。反射板の干渉による色付きは、凹凸パターンの繰返し周期による反射光の回折角が光の波長によって異なる為に生じる。そこでＲＧＢ三原色光のそれぞれの主波長の回折角を合わせる事で干渉による色付きを改善する事ができる。具体的に見ると、回折角は回折格子定数すなわち弧状パターンＰの配列ピッチに依存している。そこで、ＲＧＢ三原色間で弧状パターンＰＲ，ＰＧ，ＰＢの配列ピッチを調整する事により、色付きを抑制する事が可能である。ちなみに図７の実施例では、弧状パターンＰＧの配列ピッチを１０μｍとし、弧状パターンＰＲの配列ピッチをこれよりも短い８．５μｍとし、弧状パターンＰＢの配列ピッチをこれよりも長い１２．２μｍとしている。

この回折角を一致させるパターン配置のピッチはＢｌｕｅ（青）光、Ｇｒｅｅｎ（緑）光、Ｒｅｄ（赤）光のそれぞれの主波長を４５０ｎｍ， ５５０ｎｍ， ６５０ｎｍとして、Ｇｒｅｅｎの画素の弧状パターンの配列ピッチを１としたときに、次式で与えられる。

ｄＢ＝（λＢ／λＧ）・ｄＧ＝（４５０／５５０）・ｄＧ＝０．８１８ｄＧ
ｄＲ＝（λＲ／λＧ）・ｄＧ＝（６５０／５５０）・ｄＧ＝１．１８０ｄＧ

ここで、λＧはＧｒｅｅｎ光の主波長、λＢ、λＲはＢｌｕｅ光、Ｒｅｄ光のそれぞれの主波長である。ｄＧはＧｒｅｅｎの画素の弧状パターン配列ピッチ、ｄＢ、ｄＲはＢｌｕｅ、Ｒｅｄのそれぞれの画素の弧状パターン配列ピッチである。
上記の式から明らかなように、干渉による色づきを抑えるために、画素内の円弧パターンの配列間隔をＲｅｄ画素、Ｇｒｅｅｎ画素、Ｂｌｕｅ画素で変化させる際、その関係をＧｒｅｅｎ画素内の円弧パターンの配列間隔（ピッチ）を１とした場合に、Ｂｌｕｅ画素内の円弧パターン配列間隔は０．８１８とし、Ｒｅｄ画素内の円弧パターンの配列間隔は１．１８０とすれば良い。設計上の許容幅を考慮した場合、Ｂｌｕｅ画素内の円弧パターン配列間隔は０．８１８−０．０９１〜０．８１８＋０．０９１の範囲が好ましく、Ｒｅｄ画素内の円弧パターンの配列間隔は１．１８０−０．０８９〜１．１８０＋０．０９３の範囲が好ましい。

図８は、図７に示したサンプルの相対反射強度を測定した結果を示すグラフである。パターンピッチがＲＧＢで異なる指向性反射板の測定結果を◆のプロットで表してある。これと比較する為、ＲＧＢ間でパターンピッチを揃えた指向性反射板の測定結果を■プロットで表してある。さらに無指向性反射板の測定結果を＊プロットで表してある。グラフから明らかなように、反射板の指向性は、干渉による色付きを抑制した場合であっても、ほぼ同等の結果が得られた。またパターンピッチがＲＧＢで異なる指向性反射板を搭載した液晶表示装置と、パターンピッチがＲＧＢで同じ指向性反射板を搭載した液晶表示装置を作成し、それぞれの干渉による色付きの度合いを比較した結果、ＲＧＢでパターン配置のピッチを異ならせた方が干渉による色付きが小さい事が確認できた。

図９は本発明にかかる指向性反射板の製造方法を示す工程図である。まず（Ａ）に示すように、例えばガラス等からなる基板２を用意する。次に（Ｂ）に示すように、基板２の上に感光性を有する樹脂膜１１を形成する。樹脂膜１１としては例えばアクリル性のフォトレジストを用いる事ができる。次に（Ｃ）に示すように、フォトリソグラフィーにより樹脂膜１１をパターニングして所定のピッチに配列された弧状パターンの集合を設ける。続いて（Ｄ）に示すように、加熱処理を施して、個々の弧状パターンをなだらかに変形する。このリフローは樹脂膜１１の軟化点もしくは融点以上に加熱し、弧状パターンの樹脂膜１１を一旦融解し、これを表面張力の作用でなだらかに変形させる処理である。特に、弧状パターンの上端面がなだらかになり、角が取れて所望の傾斜面が得られる。さらに、なだらかに変形した弧状パターンの集合の上に別の樹脂１２を塗工し、所定の間隔で配列した各弧状パターンの間の平坦な隙間２ａを埋めて湾曲化する。基板２の表面に平坦な部分がなくなる為、鏡面反射が生じる恐れがなくなる。鏡面反射を抑制する事で法線方向から見た拡散反射板の反射輝度を向上させる事ができる。最後に（Ｅ）に示すように、なだらかに変形した弧状パターンの集合の上に金属膜１３を形成する。これにより樹脂膜１１とその上に重ねられた金属膜１３とからなる指向性拡散反射層１０が得られる。金属膜１３は例えばアルミニウムや銀などの金属をスパッタあるいは真空蒸着により、基板２の上に堆積したものである。

図１０は、本発明にかかる反射型液晶表示装置の実施形態を示す模式的な部分断面図である。本実施形態ではＴＮ−ＥＣＢ（Ｔｗｉｓｔ Ｎｅｍａｔｉｃ−Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）モードの液晶パネル０を用いている。図示する様に、本反射型表示装置はパネル０の表面に偏光板７０と四分の一波長板８０が配されている。パネル０は外光の入射側に位置する例えば透明なガラス板などからなる第１基板１に、所定の間隙を介して反射側に位置する第２基板２を接合したものである。両基板１，２の間隙には電気光学層として例えばネマティック液晶層３が保持されている。その液晶分子４は上下の配向膜（図示略）によってツイスト配向されている。各基板１，２の内表面にはそれぞれ電極が形成されており、画素毎にネマティック液晶層３に電圧を印加する。本実施形態は所謂アクティブマトリクス型であり、第１基板１側に対向電極７が形成される一方、第２基板２側には画素電極（１３）が形成されている。画素電極は薄膜トランジスタ５０からなるスイッチング素子により駆動される。対向電極７と画素電極（１３）は互いに対面しており、両者の間に画素が規定される。又、反射側に位置する第２基板２の内表面には本発明に従って拡散反射層１０が形成されている。拡散反射層１０は樹脂膜１１と金属膜１３の積層からなる。なお、本実施形態では金属膜１３が画素電極を兼ねている。係る構成を有する反射型の液晶表示装置はＴＮ−ＥＣＢ方式でノーマリホワイトモードである。即ち、電圧を印加しない時ネマティック液晶層３はツイスト配向を維持して四分の一波長板として機能し、偏光板７０及び四分の一波長板８０と協働して、外光を通過させて白表示を行なう。電圧を印加した時、ネマティック液晶層３は垂直配向に移行して四分の一波長板としての機能を失い、偏光板７０及び四分の一波長板８０と協働して外光を遮断し黒表示を行なう。

引き続き図１０を参照して各構成部品を詳細に説明する。前述した様に、パネル０の第１基板１の表面には偏光板７０が配されている。偏光板７０と第１基板１との間に四分の一波長板８０が介在している。この四分の一波長板８０は例えば一軸延伸された高分子フィルムからなり、常光と異常光との間で四分の一波長分の位相差を与える。四分の一波長板８０の光学軸（一軸異方軸）は偏光板７０の偏光軸（透過軸）と４５°の角度を成す様に配されている。外光は偏光板７０を透過すると直線偏光になる。この直線偏光は四分の一波長板８０を透過すると円偏光になる。更にもう一度、四分の一波長板を通過すると直線偏光になる。この場合、偏光方向は元の偏光方向から９０°回転する。以上の様に、四分の一波長板は偏光板と組み合わせることで偏光方向を回転させることができ、これを表示に利用している。

パネル０は基本的に水平配向した誘電異方性が正のネマティック液晶分子４からなるネマティック液晶層３を電気光学層として用いている。このネマティック液晶層３はその厚みを適当に設定することで四分の一波長板として機能する。本実施形態ではネマティック液晶層３の屈折率異方性Δｎは例えば０．７程度であり、ネマティック液晶層３の厚みは例えば３μｍ程度である。従って、ネマティック液晶層３のリターデーションΔｎ・ｄは０．２ないし０．２５μｍとなる。図示する様に、ネマティック液晶分子４をツイスト配向することで、上述したリターデーションの値は実質的に０．１５μｍ（１５０ｎｍ）程度となる。この値は外光の中心波長（６００ｎｍ程度）のほぼ１／４となり、ネマティック液晶層３が光学的に四分の一波長板として機能することが可能になる。ネマティック液晶層３を上下の配向膜で挟持することにより、所望のツイスト配向が得られる。第１基板１側では配向膜のラビング方向に沿って液晶分子４が整列し、第２基板２側でも配向膜のラビング方向に沿って液晶分子４が整列する。上下の配向膜のラビング方向を例えば６０°ないし７０°ずらすことにより、所望のツイスト配向が得られる。

透明な第１基板１側にはカラーフィルタ９が形成されている。一方反射側に位置する第２基板２側には拡散反射層１０が形成されている。拡散反射層１０は表面に凹凸を有し光散乱性を備えている。従って、ペーパーホワイトの外観を呈し表示背景として好ましいばかりでなく、入射光を比較的広い角度範囲で反射する為、視野角が拡大し表示が見やすくなるとともに広い視角範囲で表示の明るさが増す。図示する様に、拡散反射層１０は凹凸が形成された樹脂膜１１とその表面に成膜された金属膜１３とからなる。前述した様に、金属膜１３は画素電極を兼ねている。

拡散反射層１０は本発明にしたがって作成されており、予め所定のピッチで円弧状にパターニングされた樹脂膜１１をリフローして、なだらかな起伏を有する凹凸を形成している。本実施例では特に凸部（または凹部）の傾斜度が弧状パターンの外側と内側で異なるように加工している。図示の例では、個々の凸部の左側傾斜面が画面上方向に位置し、右側斜面が画面下方向に位置している。この様にする事で、画面上方向（方位角０°方向）から入射した外光を効率よく画面の法線方向に位置する観察者に向ける事ができる。

最後に、第２基板２の表面には画素電極駆動用の薄膜トランジスタ５０が集積形成されている。薄膜トランジスタ５０は例えばボトムゲート構造を有しており、下から順にゲート電極５１、二層のゲート絶縁膜５２，５３、多結晶シリコンなどからなる半導体薄膜５４を重ねた積層構造である。薄膜トランジスタは二本のゲート電極５１を含む例えばダブルゲート構造となっている。各ゲート電極５１の直上に位置する半導体薄膜５４の領域にチャネル領域が設けられている。各チャネル領域はストッパー５５により保護されている。この薄膜トランジスタ５０と同一の層構造で補助容量６０も形成されている。係る構成を有する薄膜トランジスタ５０及び補助容量６０は層間絶縁膜５９により被覆されている。層間絶縁膜５９には薄膜トランジスタのソース領域及びドレイン領域に連通するコンタクトホールが開口している。層間絶縁膜５９の上には配線５７が形成されており、コンタクトホールを介して薄膜トランジスタ５０のソース領域及びドレイン領域に接続している。配線５７は他の層間絶縁膜５８により被覆されている。その上に、前述した画素電極（１３）がパタニング形成されている。画素電極（１３）は配線５７を介して薄膜トランジスタ５０のドレイン領域に電気接続している。

図１１を参照して、図１０に示した反射型表示装置の動作を詳細に説明する。図中、（ＯＦＦ）は電圧無印加状態を示し、（ＯＮ）は電圧印加状態を示している。（ＯＦＦ）に示す様に、本反射型表示装置は観察者側から見て順に偏光板７０、四分の一波長板８０、ネマティック液晶層３、拡散反射層１０を重ねたものである。偏光板７０の偏光軸（透過軸）は７０Ｐで表わされている。四分の一波長板８０の光学軸８０Ｓは透過軸７０Ｐと４５°の角度を成す。又、第１基板側の液晶分子４の配向方向３Ｒは偏光板７０の偏光軸（透過軸）７０Ｐと平行である。

入射光２０１は偏光板７０を通過すると直線偏光２０２になる。その偏光方向は透過軸７０Ｐと平行であり、以下平行直線偏光と呼ぶことにする。平行直線偏光２０２は四分の一波長板８０を通過すると円偏光２０３に変換される。円偏光２０３は四分の一波長板として機能するネマティック液晶層３を通過すると直線偏光になる。ただし、直線偏光の偏光方向は９０°回転し平行直線偏光２０２と直交する。以下、これを直交直線偏光と呼ぶことにする。直交直線偏光２０３は拡散反射層１０で反射した後、再び四分の一波長板として機能するネマティック液晶層３を通過する為、円偏光２０４になる。円偏光２０４は更に四分の一波長板８０を通過する為元の平行直線偏光２０５になる。この平行直線偏光２０５は偏光板７０を通過して出射光２０６となり、観察者に至る為白表示が得られる。

（ＯＮ）に示す電圧印加状態では、液晶分子４はツイスト配向から垂直配向に移行し、四分の一波長板としての機能が失われる。偏光板７０を通過した外光２０１は平行直線偏光２０２となる。平行直線偏光２０２は四分の一波長板８０を通過すると円偏光２０３になる。円偏光２０３はネマティック液晶層３をそのまま通過した後、拡散反射層１０で反射され、円偏光２０４ａのまま、四分の一波長板８０に至る。ここで円偏光２０４ａは直交直線偏光２０５ａに変換される。直交直線偏光２０５ａは偏光板７０を通過できないので黒表示になる。

図１２は、本発明にかかる指向性反射板を組み込んだ液晶表示装置の他の実施形態を示す模式図である。本実施形態は、反射・透過兼用型である。（Ａ）は１画素分の断面構造を表している。図示するように、反射・透過兼用型の液晶表示装置は、互いに対向配置された一対の基板１，２で構成されている。一方の基板１の内面には透明な対向電極７が形成されており、他方の基板２の内面には画素電極１３ａが形成されている。一方の対向電極７と他方の個々の画素電極１３ａとが互いに対面する部分に画素が形成される。この画素に整合して前側基板１にカラーフィルタ９が設けられている。前後一対の基板１，２の間には電気光学層として液晶層３が保持されている。この液晶層３は電極７，１３ａ間に印加される電圧に応答して、入射光を画素毎に遮断／通過させる。後ろ側基板２には指向性の反射層１０が設けられている。この反射層１０は画素毎に開口を有しており、各画素を開口内の透過部Ｔと開口外の反射部Ｒとに平面分割している。反射層１０は基板２の凹凸面の上に形成された金属膜からなり、前述した画素電極１３ａの一部を構成している。また、透過部ＴにはＩＴＯなどの透明導電膜が形成されており、前述した開口を形成すると共に画素電極１３ａの一部を構成している。以上の説明から明らかなように、基板２に形成された画素電極１３ａは反射部Ｒに設けた金属膜と透過部Ｔに設けた透明導電膜のハイブリッド構成となっている。かかる画素電極１３ａは、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）からなるスイッチング素子により、画素毎に駆動される。

カラーフィルタ９は反射部Ｒに対応した反射領域ＣＦＲと透過部Ｔに対応した透過領域ＣＦＴとで、異なった材料により別々に構成されている。図示するように、反射領域ＣＦＲでは光がカラーフィルタ９を２回通過する。一方、透過領域ＣＦＴでは光はカラーフィルタ９を１回通過するだけである。そこで、反射部Ｒと透過部Ｔとで色調に大きな差が出ないように、予めＣＦＲの着色濃度をＣＦＴの着色濃度よりも低くしている。

（Ｂ）は、（Ａ）に示した表示装置の平面形状を模式的に表している。図示するように、各画素ＰＸＬはブラックマスクＢＭにより格子状に分かれている。各画素ＰＸＬは中央の透過部Ｔと周辺の反射部Ｒに平面分割されており、いわゆるハイブリッド構成となっている。カラーフィルタはブラックマスクＢＭによって区画された画素ＰＸＬとほぼ対応するようにパターニングされている。典型的には、各画素ＰＸＬに対応したカラーフィルタの画素領域は、赤（Ｒｅｄ）、緑（Ｇｒｅｅｎ）及び青（Ｂｌｕｅ）の三原色に着色されている。なお図示しないが、反射層１０は、例えば図７に示したパターン構成となっている。

方位角の定義を表す模式図である。 室内及び屋内における光源光の方位分布を示すグラフである。 本発明にかかる反射板の実施形態を示す模式的な平面図及び断面図である。 本発明にかかる反射板の他の実施形態を示す模式的な平面図である。 本発明にしたがって作成された反射板のサンプルを示す平面図である。 図５に示した反射板の反射強度を測定した結果を示すグラフである。 本発明にしたがって作成された反射板のサンプルを示す模式的な平面図である。 図７に示したサンプルの反射強度の測定結果を示すグラフである。 本発明にかかる反射板の製造方法を示す工程図である。 本発明にかかる反射型液晶表示装置の実施形態を示す模式的な断面図である。 図１０に示した反射型液晶表示装置の動作説明に供する模式図である。 本発明にかかる液晶表示装置の他の実施形態を示す模式的な断面図及び平面図である。 従来の反射板を示す模式的な平面図及び断面図である。

符号の説明

２・・・基板、１０・・・反射板、１１・・・樹脂膜、１３・・・金属膜、Ｐ・・・弧状パターン、θ・・・開き角、ＰＸＬ・・・画素

Claims (12)

1. 基材と、その上に配され起伏が繰返し形成された起伏層と、該起伏層を被覆する光反射層とからなり、
   前記起伏層は、凸部又は凹部を所定の方向に配列して該起伏を形成し、
   個々の凸部又は凹部は、円弧状又は楕円弧状の弧状パターンを有し、
   各弧状パターンの開き角を二等分する中心線が、該所定の方向に向くように設定されていることを特徴とする反射板。
2. 前記起伏層は、該凸部又は凹部の弧状パターンの開き角が、６０度〜１５０度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１記載の反射板。
3. 前記起伏層は、該凸部又は凹部の弧状パターンが一部切り欠かれた形状を有し、且つ互いに隣り合って配列した弧状パターンの間で該切り欠かれた部分が互いにずれていることを特徴とする請求項１記載の反射板。
4. 前記起伏層の表面は三原色に分かれた画素に対応して区画化されており、各色光間の干渉で色つきが生じない様に、各色の画素に対応した区画間で、弧状パターンの配列間隔が調整されているとを特徴とする請求項１記載の反射板。
5. 緑色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔を１とした場合に、青色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔は０．８１８−０．０９１〜０．８１８＋０．０９１の範囲に調整され、赤色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔は１．１８０−０．０８９〜１．１８０＋０．０９３の範囲に調整されていることを特徴とする請求項４記載の反射板。
6. 前記起伏層は、該凸部又は凹部の傾斜度が弧状パターンの外側と内側で異なっていることを特徴とする請求項１記載の反射板。
7. 対向電極が形成された一方の基板と、該対向電極に対面して画素を構成する画素電極がマトリクス状に形成された他方の基板と、所定の間隙を介して互いに接合した両基板の間に保持された液晶とからなり、
   マトリクス状の画素で画面が構成され、各画素に入射した外光の少なくとも一部を反射して、該画面に画像を表示する液晶表示装置であって、
   前記基板の片方は、起伏が繰返し形成された起伏層と、該起伏層を被覆する様に形成され外光を反射する光反射層とを有し、
   前記起伏層は、凸部又は凹部を画面の上下方向に沿って配列して該起伏を形成し、
   個々の凸部又は凹部は、円弧状又は楕円弧状の弧状パターンを有し、
   各弧状パターンの開き角を二等分する中心線が、該画面の上方向に向くように設定されていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 前記起伏層は、該凸部又は凹部の弧状パターンの開き角が、６０度〜１５０度の範囲に設定されていることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
9. 前記起伏層は、該凸部又は凹部の弧状パターンが一部切り欠かれた形状を有し、且つ互いに隣り合って配列した弧状パターンの間で該切り欠かれた部分が互いにずれていることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
10. 前記起伏層の表面は三原色に分かれた画素に対応して区画化されており、各色光間の干渉で色つきが生じない様に、各色の画素に対応した区画間で弧状パターンの配列間隔が調整されているとを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
11. 緑色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔を１とした場合に、青色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔は０．８１８−０．０９１〜０．８１８＋０．０９１の範囲に調整され、赤色の画素に対応した区画の弧状パターンの配列間隔は１．１８０−０．０８９〜１．１８０＋０．０９３の範囲に調整されていることを特徴とする請求項１０記載の液晶表示装置。
12. 前記起伏層は、該凸部又は凹部の傾斜度が画面の上方向に向く外側と画面の下方向に向く内側とで異なっていることを特徴とする請求項７記載の液晶表示装置。
    

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