JP4633088B2 - 干渉性変調器および表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、干渉性変調器およびそれを用いた表示装置に関し、特に、反射型表示装置に好適に用いることができる干渉性変調器に関する。

一般に、反射型表示装置は周囲光を利用できるため、特にモバイル用途に有用である。

現在、代表的な反射型表示装置としては、液晶の複屈折性や旋光性を利用するＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードやＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ−Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが使用されている。

しかし、これらの表示方式は偏光板を用いる必要があり、これらの偏光板による光の損失は約６０％にもなるため、表示が暗くなってしまう。

一方、偏光板を用いない液晶表示方式としては、液晶に二色性色素を添加するゲスト−ホスト方式や、動的散乱モード等に代表される透過・散乱方式も提案されているがこれらの表示方式はコントラストが低下し実用化されていない。液晶以外のものを用いた表示方式としては、溶液中着色微粒子の電気泳動方式や二色性回転微粒子（ツイストボール）方式、トナーディスプレイ方式等が提案されていが、駆動電圧、コントラスト、応答速度、安定性や寿命等の問題で実用可には至っていない。

近年、新たに偏光板を用いない表示方式として、入射光の干渉性をマイクロマシン（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ：ＭＥＭＳ）駆動で変調するｉＭｏＤ^TM方式が、特許文献１や特許文献２に開示されている。この方式は、一方が反射器（金属等）であって他方が誘導吸収体（誘電体等でサンドイッチ状に挟まれた金属等の吸収体）である２つの壁を備えた空洞（干渉性変調器空洞）の間隔を静電的に変形させることによって、干渉性を制御して外光を変調する反射型表示方式である。この方式では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）または青（Ｂ）等の単色表示と黒表示とを切り替えることが可能である。すなわち、反射器と誘導吸収体が特定の光学距離だけ離れた状態で、ファブリペロー干渉の原理によりその光学距離に対応する波長の光が観測者側に反射され、単色が表示される。また、この光学距離を調整することで可視光領域での入射光の反射が防止（吸収）され、黒表示がなされる。

この方式では、干渉によって単色を表示するためＣＦが不要となる利点がある。また、高いコントラスト比、低消費電力、ＭＥＭＳの高速応答性、ＭＥＭＳのヒステレシスを活用した場合にはＴＦＴが不要となる等の利点が挙げられる。
米国特許５、８３５、２５５号明細書 特公表２０００−５００２４５号公報

しかしながら、上記のｉＭｏＤ^TM方式の明表示は光干渉を利用した「単色表示」であるため、入射角依存性が大きく、見る角度に応じて色ずれが生じてしまう。これを軽減または除去するためには、補助的なフロントライティングや光学的補償機構が必要となる。さらに、カラー表示は、特定波長を中心としたレーザーライクな色味となる。一方、白表示はＲ・Ｇ・Ｂの各画素の加法混色によって実現されため、各色の干渉反射の半値幅に制限されて白表示のＹ値を上げることが困難である。これは、白・黒表示に特化した電子書籍
等への応用の点で好ましくない。また、表示色毎に異なる構造の画素を作製する必要もある。さらに、このｉＭｏＤ^TM方式では明・暗の二値表示であるため、中間調表示はパルス幅変調による空間的ディザリング（面積階調方式）を用いるほかなく、大きな負荷となる。

本発明は上記諸点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、反射型表示装置に好適に用いられ得る干渉性変調器を提供することにある。

本発明の第１の局面による干渉性変調器は、透明基板（屈折率：ｎ₀）と、前記透明基
板上に設けられた光学薄膜（複素屈折率：Ｎ₁＝ｎ₁−ｉ・ｋ₁）と、前記光学薄膜に対向
し、前記光学薄膜とのギャップの距離が可変に配置された吸収体層（複素屈折率：Ｎ_s＝
ｎ_s−ｉ・ｋ_s）とを有し、ｎ₁＞ｎ₀、ｋ₁≒０、かつ、ｎ_s＞ｎ₀の関係を満足する。ｎ₁＞２．０であることが好ましい。

ある実施形態において、下記式（１）：

の関係を満足する。

ある実施形態において、前記光学薄膜の物理膜厚ｄ₁は、可視光領域内のある波長λに
対して、ｎ₁ ²−ｎ_s ²−ｋ_s ²＞０の場合、下記式（２）：

の関係を満足し、
ｎ₁ ²−ｎ_s ²−ｋ_s ²＜０の場合、下記式（３）：

の関係を満足する。

ある実施形態において、ｄ₁は、上記式（２）または式（３）を満足する最も小さい値
である。

ある実施形態において、前記光学薄膜と前記吸収体層との間に形成されるギャップを満たす媒体の屈折率ｎ_vが前記光学薄膜の屈折率ｎ₁よりも小さく、かつ、前記ギャップの物理的距離をｄ_vとすると、可視光領域内のある波長λに対して、下記式（４）：

の関係を満足する。

ある実施形態において、前記光学薄膜は、多層等価膜で構成されている。

本発明の第２の局面による干渉性変調器は、透明基板（屈折率：η₀）と、前記透明基
板上に設けられた積層膜と、前記積層膜に対向し、前記積層膜とのギャップの距離が可変に配置された吸収体層（複素屈折率：η_s＝ｎ_s−ｉ・ｋ_s）とを有し、
前記積層膜は３つ以上の透明薄膜層を有し、且つ、隣接する２つの透明薄膜層の複素屈折率は互いに異なり、前記透明基板に近い側からｊ層目の前記薄膜層の複素屈折率をη_j
＝ｎ_j−ｉ・ｋ_jおよび位相膜厚をδ_j、ＢおよびＣが下記式（５）：

で与えられるとすると、
ｋ_j≒０であり、かつ、可視光波長領域（３８０ｎｍ＜λ＜７８０ｎｍ）において、下
記式（６）：

の関係を満足する。

ある実施形態において、前記積層膜と前記吸収体層との間に形成される前記ギャップを満たす媒体の屈折率をη_v、かつ、前記ギャップの位相距離をδ_vとし、ＤおよびＥが下記式（７）：

で与えられるとすると、
広帯域の可視光波長領域（３８０ｎｍ＜λ＜７８０ｎｍ）において、下記式（８）：

の関係を満足する。

ある実施形態において、前記積層膜は、複素屈折率が互いに異なる第１透明薄膜層と第２透明薄膜層とが交互に積層された交互積層膜と、前記交互積層膜上に設けられ前記吸収体層に対向する第３透明薄膜層とを有する。

ある実施形態において、前記光学薄膜または前記積層膜と前記吸収体層との間に形成される前記ギャップの距離は、干渉可能な範囲内で変化させられる。

ある実施形態において、前記光学薄膜または前記積層膜と前記吸収体層との間に形成される前記ギャップの距離は、干渉が起こり得ない光学距離まで変化させられる。

ある実施形態において、前記光学薄膜または前記積層膜と前記吸収体層との間に形成される前記ギャップは段階的に変化させられる。

ある実施形態において、前記光学薄膜または前記積層膜と前記吸収体層との間に形成される前記ギャップの距離を変化させる駆動素子をさらに有する。

ある実施形態において、前記駆動素子は圧電素子を備える。

ある実施形態において、前記光学薄膜または前記積層膜と前記吸収体層との間に形成される前記ギャップは真空状態であるか、または気体が充填されている。

ある実施形態において、前記光学薄膜または前記積層膜と前記吸収体層との間に形成される前記ギャップに液体が充填されている。

ある実施形態において、特定の波長を透過するカラーフィルターをさらに備える。

ある実施形態において、光散乱層をさらに備える。

ある実施形態において、前記光学薄膜または前記積層膜は少なくとも１つの透明導電層を含む。

ある実施形態において、前記少なくとも１つの透明導電層に印加される電圧に応じて、前記光学薄膜または前記積層膜と前記吸収体層との間に形成される前記ギャップの距離が変化させられる。

本発明の表示装置は、複数の画素を有する表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれが、上記のいずれかの干渉性変調器を備えることを特徴とする。

ある実施形態において、前記複数の画素は第１画素と第２画素とを含み、前記第１画素および前記第２画素が有する前記干渉性変調器は、前記光学薄膜、前記積層膜または前記吸収体層の構成が互いに異なる。

本発明の干渉性変調器においては、透明基板上に設けられた光学薄膜または積層膜と、吸収体層とのギャップ長を調節することによって、透明基板側から入射する光の反射率が制御される。本発明の第１の局面による干渉性変調器の基本的な設計思想は、可視光波長領域内のある波長（例えば５５０ｎｍの光）に対して最も効果的に反射防止膜および／または反射増大膜として作用する光学薄膜を用いることにある。一方、本発明の第２の局面による干渉性変調器の基本的な設計思想は、可視光波長領域内の任意の波長に対して、す
なわち広帯域で、反射防止効果および／または反射増大効果が得られる積層膜を用いるこにある。いずれの場合でも、例えば、吸収体層と接触したときに反射防止膜となるように構成された光学薄膜または積層膜は、吸収体層との間に所定の距離のギャップ（例えば空気層）を形成すると反射増大膜として作用する。従って、本発明の干渉性変調器においては、ファブリペロー干渉を利用する従来のｉＭｏＤ^TM方式の干渉性変調器よりも高い反射率および高いコントラスト比を得ることができる。また、本発明の干渉性変調器を用いることによって、高輝度および高コントラスト比を有する反射型表示装置が得られる。

以下、図面を参照しながら本発明による実施形態の干渉性変調器の構成と動作を説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

まず、図１を参照しながら、本発明の第１の局面による実施形態の干渉性変調器の基本的な構成とその動作原理を説明する。

本発明による干渉性変調器は、透明基板（屈折率：ｎ₀）と、透明基板上に設けられた
光学薄膜（複素屈折率：Ｎ₁＝ｎ₁−ｉ・ｋ₁）と、光学薄膜に対向し、光学薄膜とのギャ
ップの距離が可変に配置された吸収体層（複素屈折率：Ｎ_s＝ｎ_s−ｉ・ｋ_s）とを有し、
ｎ₁＞ｎ₀、ｋ₁≒０、かつ、ｎ_s＞ｎ₀の関係を満足する。この光学薄膜は、吸収体層との
ギャップの距離に応じて反射を低減（防止）または増大するように作用する。例えば、光学薄膜と吸収体層とが接触したときに反射防止膜として作用し、吸収体層との間に所定の距離の空気層が形成されたときに反射増大膜として作用する。

一般に、光の波長より小さい膜厚の薄膜では、光の反射や屈折以外に薄膜特有の種々の性質を示すことが知られている。これら光学薄膜の諸性質は、ガラス表面の反射防止膜（無反射コーティング）、ビームスプリッターや反射鏡の高反射コーティング、各種光学フィルターなどのいわゆる光学多層膜コーティングに応用されており、その他にも光導波路などの薄膜光回路素子、半導体薄膜を用いた受／発光素子などの分野で利用されている。

このような光学的応用に用いられる薄膜材料は様々であるが、光学的には、透明体（絶縁体と吸収端以上の波長での半導体）と、光吸収体（金属（合金を含む）、吸収端以下の波長での半導体）とに大別される。材料の種類としては、誘電体、金属および半導体に分けられる。これら薄膜材料の光学的性質は、一般にその光学定数Ｎ＝ｎ−ｉ・ｋ（複素屈折率：屈折率ｎ、消衰係数ｋ）と物理膜厚ｄないし位相膜厚δ＝２π・Ｎ・ｄ・ｃｏｓθ／λ（θは入射角、λは入射光の波長）によって一義的に表され、光学薄膜を積層した光学多層膜の性質はそれを構成する複数の層の各光学定数と各膜厚よって決まる。従って、薄膜の光学的な物性を表す量である光学定数（複素屈折率）Ｎ＝ｎ−ｉ・ｋが特に重要となる。

例えば、図１の（ａ）に示すように、屈折率ｎ₀の透明媒体（入射媒体）１から、複素
屈折率Ｎ_s＝ｎ_s‐ｉ・ｋ_sの吸収体からなる基板４に垂直入射した時の外光の反射率（入
射光２と反射光３との強度比率）Ｒ₀は、下記の式（１−１）で表される。

ここで、透明媒体１が空気（ｎ₀＝１）で吸収体基板４がタングステンＷ（ｎ_s＝３．５、ｋ_s＝２．７３、λ＝５５１ｎｍ）の場合、Ｒ₀＝４９．４６％となる。

次に、図１の（ｂ）に示すように、吸収体基板４上に屈折率ｎ₁、物理膜厚ｄ₁の第１透明体薄膜５を形成すると、垂直入射の場合の位相膜厚δ₁＝２πｎ₁ｄ₁／λとして、反射
率Ｒ₁は、下記の式（１−２）で表される。

このとき、反射率Ｒ₁は、図２（ａ）に示すように、屈折率ｎ₁と位相膜厚δ₁に依存し
て変化し、波長λ＝５５１ｎｍに対し特定の屈折率ｎ₁及び位相膜厚δ₁において、完全な反射防止がなされる。透明な基板に対して透明な薄膜を用いて反射防止膜を形成した場合には反射率＋透過率＝１が成立するので透過率の上昇を意味するが、金属等の吸収体に対して透明な薄膜を用いて反射防止膜を形成した場合には、吸収体による光吸収率の増大を意味する。

次に、図１の（ｃ）に示すように、吸収体基板４と第１透明体薄膜５との間に、屈折率ｎ₂、位相膜厚δ₂の第２透明体薄膜６を設けた場合の反射率Ｒ₂は、下記の式（１−３）
で表される。

このとき、反射率Ｒ２は、図２（ｂ）に示すように、第２透明体薄膜６の屈折率ｎ₂お
よび位相膜厚δ₂に依存して変化する。なお、図２（ｂ）は第１透明体薄膜５が上記反射
防止条件（式（１−２））を満足する場合を示している。第２透明体薄膜６の屈性率ｎ₂
が第１透明体薄膜５の屈性率ｎ₁より小さく、かつ第２透明体薄膜６の位相膜厚δ₂が特定範囲内にあるとき、吸収体基板４だけがあるとき（図１の（ａ））よりも反射率が増大する（Ｒ₂＞Ｒ₀）。

また、図２（ｂ）から分かるように、屈折率比ｎ₁／ｎ₂が大きいほど反射増大効果が大きくなる。従って、最大の反射率を得るためには、第１透明体薄膜５はできるだけ高い屈折率（ｎ₁）を有し、かつ、第２透明体薄膜６はできるだけ低い屈折率（ｎ₂）を有することが好ましいことがわかる。第１透明体薄膜５の屈折率ｎ₁は２．０以上であることが好
ましい。また、図２（ｂ）から、第２透明体薄膜６の位相膜厚δ₂を変化させることによ
って、反射率（すなわち反射光の強度）の変調が可能であることがわかる。

本発明の第２の局面による干渉性変調器では、特定波長の光に対して反射防止膜および／または反射増大膜として作用するように構成された光学薄膜の代わりに、可視光波長領
域（３８０ｎｍ＜λ＜７８０ｎｍ）において、反射防止効果および／または反射増大効果を有するように構成された積層膜を用いる。

なお、上述した反射増大効果は光干渉による反射率の増大であるが、ここでは、光学系に厚膜を含む場合の、多重反射を利用することによって吸収体単体よりも高い反射率を得られる効果についても反射増大効果というものとする。

上記式（１−１）から（１−３）は薄膜光学の分野では良く知られた式であり、本明細書に示す他の式（１）から（８）も当業者には容易に導出され得るので、ここでは導出しない。これらの式の導出については、例えば、吉田貞史、他著、「薄膜・光デバイス」、東京大学出版会を参照されたい。

本発明による実施形態の干渉性変調器は、上述の原理を利用している。

以下では、干渉性変調器を用いた反射型表示装置の実施形態を例示するが、本発明による干渉性変調器は反射型表示装置以外の用途にも利用できる。

（実施形態１）
図３に、本発明の第１の局面による実施形態の反射型表示装置１０の構成を模式的に示す。反射型表示装置１０はマトリクス状に配列された複数の干渉性変調器を有し、例えば、それぞれの干渉性変調器が画素を構成する。図３は反射型表示装置の２つの画素、すなわち２つの干渉性変調器を示しており、左側の干渉性変調器は黒表示状態（反射率が最小の状態）にあり、右側の干渉性変調器は白表示状態（反射率が最大の状態）にある。

反射型表示装置１０を構成する個々の干渉性変調器は、透明基板１２と、透明基板１２上に設けられた光学薄膜１３と、光学薄膜１３とのギャップの距離が可変に配置された吸収体層１４とを有している。

吸収体層１４は、基板２０に設けられた駆動素子１５上に形成されている。基板２０と透明基板１２（ここでは透明基板１２上に形成された光学薄膜１３）とは、所定の間隔をあけて、スペーサ壁１７で固定されている。スペーサ壁１７は、吸収体層１４と光学薄膜１３との間に形成されるギャップを充填する媒体１９を密閉している。ここでは、画素ごと（干渉性変調器ごと）にスペーサ壁１７で分離されているが、例えば、複数の画素全体を包囲するように設けても良い。なお、吸収体層１４が外場に応答する吸収体粉末で構成されている場合（実施形態４）のように、隣接画素間でクロストーク現象が引き起こされる場合には、画素毎に分離するようにスペーサ壁１７を設けることが好ましい。

吸収体層１４と光学薄膜１３とのギャップの距離を変化させるための駆動素子１５として、ここでは圧電素子１５を用いる。圧電素子１５は、電極１８に供給される電圧に応じて体積変化を生じ、その結果、吸収体層１４と光学薄膜１３とギャップの距離（乖離距離）を変化させる。なお、ここでは、吸収体層１４と光学薄膜１３とが接触している場合を、ギャップの距離（乖離距離）が０ｎｍである、と表現することがある。

駆動素子１５は、圧電素子に限られず、電界、磁界、圧力、音波、電磁波（光）、熱の少なくともいずれかの外場に応答して、吸収体層１４と光学薄膜１３との乖離距離を変化させられるものであればよい。但し、電界により電気的に制御できる駆動素子は、作製も容易であり、表示品位、コストや消費エネルギーの点でも非常に有用である。また、駆動素子が電圧印加を止めた後も状態を保持するメモリ性を有する場合、電圧を保持するためのアクティブ素子は不要であり、単純マトリクス構造を採用することができる。これにより、製造コストを低減することができる。また、上記メモリ性を有しない吸収体層を使用
する場合、画素を保持するためのアクティブ素子が必要となり、アクティブマトリックス構造を用いることが好ましい。

図３の左側画素として示したように、吸収体層１４と光学薄膜１３とが接触している場合、光学薄膜１３は、吸収体層１４に対して反射防止膜として機能し、入射光１１は吸収体層１４に吸収される。一方、図３の右側画素として示したように、吸収体層１４と光学薄膜１３とが所定の距離のギャップを形成している場合、反射増大効果によって入射光の大半が反射される（反射光１６）。

まず、図３の左側に示した黒表示状態を得るための条件を説明する。ここで、透明基板１２の屈折率をｎ₀、光学薄膜１３の複素屈折率Ｎ₁をｎ₁−ｉ・ｋ₁、吸収体層１４の複素屈折率Ｎ_sをｎ_s−ｉ・ｋ_sとする。

まず、図４を参照しながら、吸収体層１４の光学特性について説明する。図４は、各種吸収体（金属および半導体）の可視光領域の光に対する屈折率ｎ_sおよび消衰係数ｋ_sを示している。なお、元素によってプッロットしている波長範囲は異なるが、概ね４００ｎｍから８００ｎｍの波長に対するデータである。また、図４中の半円形の曲線は、光学薄膜１３の屈折率ｎ₁がそれぞれの値（ｎ₁＝２〜３．５）の場合に、完全無反射となる吸収体層の屈折率ｎ_sおよび消衰係数ｋ_sの値を示している。ここでは、透明基板１２の屈折率ｎ₀としてガラスの屈折率１．５２を用い、光学薄膜１３がそれぞれのｎ₁の値を有する単一の膜としている。なお、光学薄膜１３は透明であることが好ましいので、ｋ₁≒０である
ことが好ましい。

まず、図４中の半円形の曲線に注目する。半円の立ち上がるｎ_sの値は、透明基板１２
の屈折率ｎ₀の値と等しい。従って、吸収体層１４の屈折率ｎ_sがｎ_s＞ｎ₀の条件を満足しないと、有効に反射防止が出来ないことがわかる。また、光学薄膜１３の屈折率ｎ₁が大
きい程、円の直径大きいことから、光学薄膜１３の屈折率ｎ₁が大きい程、反射防止効果
が得られる条件を満足しやすい、すなわち、吸収体層１４の材料の選択の幅が広いおよび／または波長分散の影響を受け難い、ということがわかる。光学薄膜１３の屈折率ｎ₁も
ｎ₁＞ｎ₀の条件を満足しないと有効な反射防止が出来ず、ｎ₁＞２．０であることが好ま
しく、ｎ₁＞２．５であることがさらに好ましい。また、図４は透明基板１２がガラス（
ｎ₀＝１．５２）の場合を示しているが、透明基板１２の屈折率ｎ₀がより小さい程、上記半円の直径が大きくなり、上述の利点が得られる範囲が広がる。従って、透明基板１２として、ガラスよりも屈折率が低い、例えばプラスチック基板等を用いることがさらに好ましい。

図４中の各種材料のプロットからわかるように、屈折率ｎ_sが１よりも小さいＡｌやＡ
ｇは、ｎｓ＞ｎ₀の条件を満足し得ないので、吸収体層１４の材料として使えない。これ
は上述したｉＭｏＤ^TM方式の干渉性変調器の反射器としてＡｌやＡｇが好適に用いられることと対照的である。このことからも、本発明による干渉性変調器における干渉がファブリペロー干渉と異なっていることが理解される。

本発明による干渉性変調器の吸収体層１４の材料としては、ｎ_s＞ｎ₀の条件を満足する材料のうちで、波長分散が小さいものが好ましい。具体的には、Ｔａ、ＣｒやＷを好適に用いることが出来る。特にＷは、波長分散が小さく、可視光領域の全体に亘ってｎ_s＞ｎ₀の条件を満足するので、表示品位の観点から特に好ましい。Ｔａは一部の波長域（長波長側）でｎ_sが１．５２よりも小さくなるが、使用する光の波長および／または透明基板材
料を選択すればよい。ＲｈやＮｉは、光学薄膜との組み合わせから、これらを吸収体として使用することは現実的でない。

なお、光学薄膜１３や吸収体層１４の材料は、既存の材料に限らず、混合堆積法、酸化度法、膜の密度を変化させる等の方法によって、任意の複素屈折率を有する層を形成することができる。また、後述するように、光学薄膜１３のｎ₁だけなく、物理膜厚ｄ₁を最適化することによって、反射防止効果を高めることができる。

次に、反射防止波長λを中心に、広帯域で良好な黒表示（反射防止効果）を得るための好ましい構成を説明する。

黒表示時に良好な反射防止効果を得るためには、下記式（１）：

の関係を満足することが好ましい。

さらに、光学薄膜１３の物理膜厚ｄ₁は、反射防止の中心波長λに対して、
ｎ₁ ²−ｎ_s ²−ｋ_s ²＞０の場合、下記式（２）：

の関係を満足し、
ｎ₁ ²−ｎ_s ²−ｋ_s ²＜０の場合、下記式（３）：

の関係を満足することが好ましい。

上記式（１）〜（３）は、上記式（１−２）で表されるＲ１が最小となる条件から求められる。

上記式（２）および（３）においてｊが増加すると、各干渉次数の反射防止波長の間隔は狭くなり、反射防止波長を中心とした反射防止効果の及ぶ波長領域も狭くなる（例えば図６参照）。従って、反射防止波長λを中心に広帯域の反射防止効果を得るためには、上記条件を満たすｄ₁のうち最も小さいものが好ましい。すなわち、可視光波長域（３８０
ｎｍ以上７８０ｎｍ以下）において、０＜ｄ₁＜λ／２ｎ₁の関係を満足することが好ましい。

白表示時に良好な反射増大効果を得るためには、ギャップを充填する媒体の屈折率ｎ_v
（上記式（１−３）におけるｎ₂）が光学薄膜１３の屈折率ｎ₁よりも低く、かつ、白表示時における吸収体層１４と光学薄膜１３との乖離距離をｄ_vすると、反射防止波長λに対
して、下記の式（４）：

の関係を満足することが好ましい。すなわち、光学距離ｎ_vｄ_vが（２ｍ＋１）λ／４と一致することが最も好ましい。式（４）は、上記式（１−３）で表されるＲ２が最大となる条件から求められる。

上述したとおり、良好な反射増大効果を得るためには、ギャップを充填する媒体の屈折率ｎ_vは、ｎ₁よりも小さくなければならず、さらに高い反射増大効果を得るためには屈折率比ｎ_v／ｎ₁（図２（ｂ）中のｎ₂／ｎ₁）ができるだけ小さいことが好ましい。従って、白表示時に高い反射増大効果を得るためには、ギャップを充填する媒体は、屈折率が１である、真空または空気などの気体であることが好ましい。あるいは、水（ｎ_v＝１．３３
などの屈折率が低い液体を用いてもよい。

本発明による表示装置における白表示は、各画素の干渉性変調器が有する「光学薄膜／ギャップ／吸収体層」からなる光学多層膜系で実現されるため、黒表示状態から白表示状態への切り替えに伴う吸収体層の移動距離（ギャップの距離の変化量）は、光干渉が起こる範囲内であればよい。最も反射率が低いのはギャップの距離が０のときであり、最も反射率が高いのはギャップの距離が、光学距離で（２ｍ＋１）λ／４または位相膜厚で（２ｍ＋１）π／２（ただし、ｍは整数）のときである。

あるいは、ギャップの距離の最大値を、光干渉が起こり得ない距離としてもよい。ギャップの距離が光の波長に対して十分に大きい（例えば波長の1００倍程度以上）と、光干
渉が生じることはなく、両者の境界でインコヒーレントな多重反射が生じる。この状態で白表示を行うことができる。このような構成を採用すると、白表示のためのギャップ距離の制御が容易になるという利点が得られる。なお、ギャップ距離が一般的な画素サイズの一辺より長くなると観測者が視差を感じてしまうため、ギャップ距離の最大値は５００μｍ以下に設定することが好ましい。

本発明による反射型表示装置が有する干渉性変調器の反射率は、ギャップの距離に依存して変化するので、ギャップ距離を段階的に変化させることによって、黒表示（反射率が最小値）から白表示（反射率が最大値）までの間の中間調表示を段階的に実現することができる。従って、上述のｉＭｏＤ^TM方式のように面積階調を採用する必要が無いので、少ない画素数で高品位の中間調表示を行うことができる。

本発明の反射型表示装置の表示品位を向上するために、光散乱層および／またはカラーフィルタを更に設けても良い。これらは、例えば透明基板１２の観察者側に配置される。

光散乱層は、表示光に適度な配光分布を与え、それによって、ペーパーライクな表示を実現する。光散乱層としては、内部光散乱型フィルム（例えば、樹脂中に樹脂と屈折率の異なる微粒子を分散させたもの）や、表面散乱型フィルム（例えば、表面に規則的でない数μｍ単位の凸凹によるエンボス加工を施したもの）あるいは、これらを組み合わせたものを用いることができる。特に、黒表示状態において観測者側へ出射される散乱光を低減するために、前方散乱特性を有する光散乱層が好ましく、従って、表面光散乱型フィルムよりも内部光散乱型フィルムが好ましい。

本発明の反射型表示装置においては、例えば、Ｒ・Ｇ・Ｂの各画素のそれぞれに対応して反射防止波長λを設定し、それぞれのλについて最適化された干渉性変調器（光学薄膜または吸収体層）を形成することによってカラー表示を実現することが出来る。しかしながら、必要に応じて、カラーフィルタをさらに設けることによって、カラー表示の品位の向上（例えば色再現範囲の拡大）を図ることができる。あるいは、波長分散が小さな干渉性変調器を用いる場合（例えばタングステンＷを用いて吸収体層を形成した場合）には、干渉性変調器の構成は各画素共通として、カラーフィルタによって発色する構成を採用することもできる。このような構成を採用すると安価な反射型表示装置が得られる。

図３に示した反射型表示装置１０は、具体的には、例えば、以下のように構成される。

透明基板１２および基板２０として、厚さ１．１ｍｍのガラス（波長λ＝５５０ｎｍで屈折率ｎ₀＝１．５２）を用いる。なお、基板２０は透明である必要はない。光学薄膜１
３として、膜厚３３ｎｍのＴｉＯ₂薄膜（波長λ＝５５０ｎｍで屈折率ｎ₁＝２．５０、ｋ₁＝０）を用いる。ＴｉＯ₂薄膜は、ガラス基板１２上に例えばスパッタ法を用いて形成される。

基板１２上の光学薄膜１３と基板２０との間隔は、スペーサ壁１７によって規定されている。この間隔は例えば約１５μｍであり、スペーサ壁１７は、例えば感光性樹脂で形成される。

吸収体層１４として、厚さ約２００ｎｍのタンタルＴａ薄膜（波長λ＝５５０ｎｍで屈折率ｎ_s＝２．４７、ｋ_s＝１．８４）を用いる。吸収体層１４のサイズは、例えば、縦・横方向の画素サイズに合わせて、例えば５０μｍ〜３００μｍ程度であることが好ましい。

圧電素子１５として、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）にジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）を含有させた電場応答ゲルを用いることができる。このゲルは電界印加によって、電界と平行方向では収縮し、電界と垂直方向には膨潤する性質を有し、セラミック等の圧電材料に比べて変位量が大きく、また、弾力性に富むので光学薄膜１３への密着性も良好となる。

反射型表示装置１０の干渉性変調器では、基板２０上に平行に配置された２つの電極１８間に印加する電圧を制御することによって、吸収体層１４と光学薄膜１３とのギャップ距離が変化させられる、すなわち、接触状態と乖離状態とが切り替わるように構成されている。一対の電極１８は、例えば２０μｍの間隔で配置され、個々の電極１８は、例えば高さ０．５μｍ、幅５μｍである。圧電素子１５の厚さは、ここでは約１０μｍとする。

反射型表示装置１０の各画素（すなわち各干渉性変調器）は、電極１８間に０Ｖ〜約１０Ｖの電圧を印加することにより、光学薄膜１３と吸収体層１４とのギャップ距離が変化させられ、ギャップ距離が零のとき（すなわち接触状態のとき）に黒表示となり、ギャップ距離が約１３５ｎｍのときに白表示（最も輝度が高い）となる。

上述した構成では、例えばＴｉＯ₂薄膜の膜厚（ｄ１）の３３ｎｍは、式（3）において波長λ＝５５０ｎｍ、ｊ＝0とした場合のｄ₁を満足し（式（3）の右辺＝３３．４２）、
かつ、このｄ₁は反射率が極小値をとる最小の値でありファーストミニマム条件を満足し
ている。

このような構成を有する反射型表示装置１０の光学特性をシミュレーションによって求めた結果を説明する。なお、シミュレーションにはＳＣＩ社のＦｉｌｍ Ｗｉｚａｒｄ^TM
を用いた。

まず、図５に黒表示状態および白表示状態における分光反射率特性を示す。黒表示状態および白表示状態のそれぞれについて、入射角が０°の場合と３０°の場合とを示している。なお、入射角０°は表示面法線方向からの入射を意味する。

図５からわかるように、黒表示が赤みを帯びているものの、反射防止波長５５０ｎｍを中心に広い波長領域に亘って、良好なコントラスト比が得られる。また、入射角が３０°の場合も入射角が０°の場合と同等の特性を示しており、従来のｉＭｏＤ^TM方式の干渉性変調器よりも視角特性が優れている。すなわち、干渉色を利用したｉＭｏＤ^TM方式の変調器では、視角が変化すると色が変化するのに対し、本実施形態の干渉性変調器では分光反射率の変化が小さい。

また、図６に示すように、本実施形態の干渉性変調器は、光学薄膜１３と吸収体層１４との間のギャップ間距離を変化させることによって、中間調を表示することができる。図６（ａ）は図５と同じ構成でギャップ距離を０ｎｍ〜２８０ｎｍまで変化させた場合の分光反射率特性を示す図である。

図６（ａ）からわかるように、ギャップ距離が０ｎｍから増加するに伴って幅広い波長範囲に亘って反射率が単調に増加することが分かる。ギャップ距離が１２０ｎｍ〜１４０ｎｍの間では、波長によって反射率が逆転する領域が存在するが、図５に示したようにギャップ距離が１３５ｎｍ付近で最も良好な白表示が得られる。ギャップ距離を１４０ｎｍから更に増大させると反射率は徐々に低下するが、反射率が最小となる波長域が狭くなるとともに中心波長のシフトも大きくなる。従って、ギャップ距離を段階的に変化させて中間調を表示する場合は、ギャップ距離０ｎｍ（接触状態）から最初に反射率が最大となるギャップ距離（ここでは約１３５ｎｍ）までの間で制御することが好ましい。

図６（ｂ）は、上記の構成において、光学薄膜１３の厚さを約１４３ｎｍにした場合（セカンドミニマム条件）の分光反射率特性を示している。図６（ｂ）と図６（ａ）との比較から明らかなように、光学薄膜１３の厚さを上記式（２）（または式（３））を満足する最小の値に設定した場合（図６（ａ））に比べて、図６（ｂ）では反射率の波長分散が大きい。従って、反射率の波長分散を抑制するためには、光学薄膜１３の厚さを上記式（２）（または式（３））を満足する最小の値（ファーストミニマム条件）に設定することが好ましい。

なお、ここでは、反射防止波長を５５０ｎｍ（緑）に設定した場合を例示したが、上述した傾向は他の波長でも同様に見られる。また、上述の説明ではカラーフィルタを用いずに表示を行う場合を想定して説明したが、カラーフィルタを用いる場合には、反射率の波長分散に対する要求が緩和されるので、必要とされる波長範囲における波長分散を十分に抑制されるように、反射率の絶対値やコントラスト比などを考慮して、各干渉性変調器を構成すればよい。

なお、圧電素子１５の構成は上記の例に限られず、公知の種々の圧電素子を用いることができる。例えば、圧電材料としては、水晶、ロッシェル塩、ＫＰＤ、ＢａＴｉＯ₃、Ｚ
ｎＯ、ＰＴ、ＰＺＴ、ＰＬＺＴ、ＬｉＮｂＯ₃、ＬｉＴａＯ₃等の単結晶セラミック材料を用いることができる。また、有機圧電材料であるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やＰＶＤＦと三フッ化エチレン（ＴＦＥ）もしくはフッ化ビニル（ＦＶ）等の共重合体、ＰＶＤＦやフッ素ゴム、エポキシ樹脂にＢａＴｉＯ₃やＰＺＴ等の無機強誘電材料を混合した
複合材料を用いることもできる。

また、電気応答性を有する高分子ゲルとしては、イオン性高分子ゲルであるナフィオン、導電性高分子であるポリアニリンやポリピロール、非イオン性高分子ゲルであるポリウレタンエラストマー等が挙げられる。電気応答性の液晶エラストマーは、側鎖に液晶類似構造を有する高分子中に低分子液晶を膨潤したもので、電場による低分子液晶の配向変化が高分子側鎖に動きとして伝わってマクロな変形を起こすものがある。例えば、シアノビフェニル基を有するアクリル系モノマーとｎ架橋剤をラジカル共重合し、低分子液晶中で膨潤したものが知られている。その外にも、一般的なワックス類や脂肪酸、脂肪酸誘導体、芳香族アミドを用いることも可能である。

さらに、圧電効果には電気軸と平行方向に伸縮する縦効果と垂直方向に伸縮する横効果等があり、構造上も単板型、積層型、バイモルフ型、ムーニー型、シンバル型など様々なものが選択できる。また、セラミック材料等を使用する場合には間隙を真空とすることも可能である。電極の形状および配置方法も使用する圧電素子の種類によって選択できる。また、吸収体層が、自らが外場に応答する吸収体によって構成されている場合は、駆動素子を省略することができる。

（実施形態２）
図７に、本発明の第１の局面による他の実施形態の反射型表示装置３０の構成を模式的に示す。

反射型表示装置３０を構成する個々の干渉性変調器は、透明基板３２と、透明基板３２上に設けられた光学薄膜３３と、光学薄膜３３とのギャップの距離が可変に配置された吸収体層３４とを有している。

吸収体層３４は、基板４０に設けられた駆動素子３５上に形成されている。基板４０と透明基板３２（ここでは透明基板３２上に形成された光学薄膜３３）とは、所定の間隔をあけて、スペーサ壁３７で固定されている。スペーサ壁３７は、吸収体層３４と光学薄膜３３との間に形成されるギャップを充填する媒体３９を密閉している。圧電素子３５は一対の電極３８によって制御される。

図７の左側画素として示したように、吸収体層３４と光学薄膜３３とが接触している場合、光学薄膜３３は、吸収体層１４に対して反射防止膜として機能し、入射光３１は吸収体層３４に吸収される。一方、図７の右側画素として示したように、吸収体層３４と光学薄膜３３とが所定の距離のギャップを形成している場合、反射増大効果によって入射光の大半が反射される（反射光３６）。

反射型表示装置３０は、実施形態１の反射型表示装置１０における光学薄膜１３が単一の膜であったのに対し、多層等価膜で構成された光学薄膜３３を有している。その他の構成は反射型表示装置１０と同様であるので、詳細な説明はここでは省略する。

一般に、ある屈折率を有する光学薄膜は、その屈折率よりも大きい屈折率を有する層（高屈折率層）と、その屈折率よりも小さい屈折率を有する層（低屈折率層）とを積層した多層膜によって等価的に置換され得る。このような多層膜は等価多層膜と呼ばれ、単一の複素屈折率で特徴付けられる。多層等価膜は、例えば、膜の中心面に対して対称に積層された多層膜や、それぞれの層の厚さが波長に比べて十分に薄い２層膜である。なお、多層膜を構成する高屈折率層および低屈折率層はそれぞれ１種に限られず、屈折率が互いに異なる３種以上の層を用い、これらを中心面に対して対称に積層した構成としてもよい。

多層等価膜３３を用いることによって、単層の光学薄膜１３を利用する場合よりも反射防止効果を向上できる。

上述したように、光学薄膜１３が反射防止膜として機能するためには、所定の条件（複屈折率および膜厚）を満足する必要がある。ところが、実際に光学薄膜１３に使用できる材料の選択肢は限られており、一般に、吸収体層１４の複屈折率に対応して反射率を零にする所望の複屈折率を有する光学薄膜１３を単一の材料で形成できない。これに対して、多層等価膜を用いると、高屈折率層と低屈折率との組み合わせによって中間の複屈折率を有する光学薄膜３３を形成できるので、反射防止条件を満たす（あるいは、反射防止条件により近い）ことができる。

さらに、光学薄膜３３を構成する複数の層のうち最も吸収体層３４側に位置する層を最も屈折率の低い層とすることによって、黒表示状態における反射率をさらに低減することができる。最も吸収体層３４側に位置する層の屈性率をギャップを充填する媒質と同じ屈折率を有する材料で形成することがさらに好ましい。黒表示は、吸収体層３４が光学薄膜３３に接触した状態によって行われるので、吸収体層３４と光学薄膜３３との接触が不完全であると、反射防止効果が低下する。このような場合であっても、光学薄膜３３の最も吸収体層３４側の層の屈折率を最も小さくしておくと、ギャップを充填する媒質との屈折率差が、単層構造の光学薄膜１３を用いた場合よりも小さくなるので、反射防止効果の低下を抑制することが出来る。さらに、最も吸収体層３４側に位置する層を、ギャップを充填する媒質と同じ物質で形成すると、吸収体層３４と光学薄膜３３とが接触することによって光学薄膜３３の表面が破損した場合でも反射防止効果が低下し難いという利点も得られる。

図７に示した反射型表示装置３０は、具体的には、例えば、以下のように構成される。

透明基板３２および基板４０として、厚さ１．１ｍｍのガラス（波長λ＝５５０ｎｍで屈折率ｎ₀＝１．５２）を用いる。基板３２上の光学薄膜３３と基板４０との間隔は、ス
ペーサ壁３７によって約１５μｍに規定されている。

吸収体層３４として、厚さ約２００ｎｍのクロムＣｒ薄膜（波長λ＝５５０ｎｍで屈折率ｎ_s＝３．１７、ｋ_s＝３．３３）を用いる。

光学薄膜３３は、Ｃｒの吸収体層３４に対して波長λ＝５５０ｎｍで完全な反射防止を奏する理想的な光学薄膜（屈折率ｎ₁＝３．８８、物理膜厚ｄ₁＝２０．３５ｎｍ）に対する多層等価膜３３として、ガラス基板３２に接する側から順に、膜厚１７．１７ｎｍの単結晶Ｓｉ薄膜および膜厚２．３７ｎｍのＳｉＯ₂薄膜を形成する。単結晶Ｓｉは一般に赤
外線用透明材料として使用される光学材料であるが、可視光領域で屈折率ｎが３．６〜５．５と高く、消衰係数ｋは０．２〜０．６と比較的低吸収であるため、本発明による実施形態の干渉性変調器の光学薄膜に好適に使用できる材料の１つである。また、ＳｉＯ₂薄
膜はＳｉ薄膜の自然酸化膜を利用することができる。

圧電素子３５には、実施形態１と同じ厚さ約１０μｍの電場応答ゲルを用いる。その他の構成も実施形態１の反射型表示装置１０と同様である。

反射型表示装置３０の各画素（すなわち各干渉性変調器）は、反射型表示装置１０と同様に、電極３８間に０Ｖ〜約１０Ｖの電圧を印加することにより、階調表示を行うことができる。

図８（ａ）に分光反射率特性を示すように、光学薄膜３３と吸収体層３４とのギャップ距離が零のとき（すなわち接触状態のとき）に黒表示となり、ギャップ距離が約１４０ｎｍのときに白表示（最も輝度が高い）となる。図８（ａ）と図６（ａ）とを比較するとわ
かるように、反射防止波長である５５０ｎｍにおいては、本実施形態の反射型表示装置３０の方が、黒表示時の反射率が低く、また、白表示時の反射率も高い。このように多層等価膜を用いることによって、より良好な反射防止効果を得ることができる。

なお、図８（ａ）は図６（ａ）に比べて波長依存性が大きいが、例えばカラー表示を行う場合には、色ごとに反射防止波長を設定し、また必要に応じて更にカラーフィルタを用いれば、多層等価膜の利点が効果的に発揮される。

図８（ｂ）は、上記の構成において、光学薄膜３３の構成をガラス基板３２に接する側から順に、膜厚８３．４５ｎｍの単結晶Ｓｉ薄膜および膜厚４．３７ｎｍのＳｉＯ₂薄膜
とした場合（セカンドミニマム条件）の分光反射率特性を示している。図８（ｂ）と図８（ａ）との比較から明らかなように、光学薄膜（多層等価膜）３３の等価膜厚が上記式（２）（または式（３））を満足する最小の値に設定した場合（図８（ａ））に比べて、図８（ｂ）では反射率の波長分散が大きい。従って、反射率の波長分散を抑制するためには、光学薄膜３３の厚さを上記式（２）（または式（３））を満足する最小の値（ファーストミニマム条件）に設定することが好ましい。

（実施形態３）
図９に、本発明の第２の局面による実施形態の反射型表示装置５０の構成を模式的に示す。

反射型表示装置５０を構成する個々の干渉性変調器は、透明基板５２と、透明基板５２上に設けられた積層膜５３と、積層膜５３とのギャップの距離が可変に配置された吸収体層５４とを有している。積層膜５３は３つ以上の透明薄膜層を有し、且つ、隣接する２つの透明薄膜層の複素屈折率は互いに異なる。ここでは、屈折率が大きい第１透明薄膜層５３ａと屈折率が小さい第２透明薄膜層５３ｂとが交互に積層された交互積層膜と、交互積層膜上に設けられ吸収体層５４に対向する第３透明薄膜層５３ｃとを有する積層膜５３例示する。交互積層膜を用いると比較的安く積層膜５３を作製することができる。

吸収体層５４は、基板６０に設けられた駆動素子５５上に形成されている。基板６０と透明基板５２（ここでは透明基板５２上に形成された積層膜５３）とは、所定の間隔をあけて、スペーサ壁５７で固定されている。スペーサ壁５７は、吸収体層５４と積層膜５３との間に形成されるギャップを充填する媒体５９を密閉している。圧電素子５５は一対の電極５８によって制御される。

図９の左側画素として示したように、吸収体層５４と積層膜５３とが接触している場合、積層膜５３は、吸収体層５４に対して反射防止膜として機能し、入射光５１は吸収体層５４に吸収される。一方、図９の右側画素として示したように、吸収体層５４と積層膜５３とが所定の距離のギャップを形成している場合、反射増大効果によって入射光の大半が反射される（反射光５６）。

反射型表示装置５０は、実施形態１の反射型表示装置１０における光学薄膜１３に代えて、積層膜５３を有しているので、より広帯域に亘って良好な反射防止効果を発現する。反射率がゼロとなる完全な反射防止は、単層膜の場合には特定の単一波長（中心波長）に対してしか成り立たない。また、一般に物質の光学定数は波長により変化して波長分散があるため、中心波長以外の波長では完全に反射率がゼロにならず、広い波長域にわたる反射防止のためには多層膜が必要となる。図９に示す反射型表示装置５０は、各層の厚さを変えた積層膜５３を有することによって、反射防止領域の広帯域化や視角依存性の改善がなされている。

次に、積層膜５３および吸収体層５４の組み合わせが、可視光領域で広帯域の反射防止効果（黒表示）および反射増大効果（白表示）を奏するための条件を説明する。

一般に、多層膜の光学特性は、光の入射媒質から見た多層膜系（ここでは、積層膜５３と吸収体５４とを含めた系）の特性マトリクスを用いて表され、多層膜の特性マトリクスは各層の特性マトリクスの積で規定される。反射率に関しては、光学アドミッタンス（屈折率）η₀をもつ入射媒体と特定の光学アドミッタンスを有する多層膜系との境界面での
反射を求めることになる。従って、両者の光学アドミッタンスが一致している場合には反射防止効果が得られるが、大きく異なる場合に反射増大効果が得られる。

ここで、Ｍ層（Ｍは３以上の正数）の積層された積層膜５３において、透明基板５２の屈折率をη₀、吸収体層５４の複素屈折率をη_s＝ｎ_s−ｉ・ｋ_s、透明基板５２に近い側からｊ層目を構成する層（５３ａ、５３ｂまたは５３ｃ）の複素屈折率をη_j＝ｎ_j−ｉ・ｋ_jおよび位相膜厚をδ_jとすると、白表示時に高い反射率を得るための条件として、各層が透明である条件：ｋ_j≒０が要求される。

さらに黒表示時に良好な反射防止効果を得るためには、ＢおよびＣが下記式（５）：

で与えられるとすると、可視光波長領域（３８０ｎｍ＜λ＜７８０ｎｍ）において、下記式（６）：

の関係を満足することが好ましい。

また、ギャップ５９を充填する物質と、吸収体層５４と積層膜５３とギャップとの組み合わせが、可視光領域で広帯域な反射増大効果（白表示）を奏するためには下記の条件を満足することが好ましい。

積層膜５３と吸収体層５４との間に形成されるギャップを満たす媒体の屈折率をη_v、
かつ、ギャップの位相距離をδ_vとし、ＤおよびＥが下記式（７）：

で与えられるとすると、
広帯域の可視光波長領域（３８０ｎｍ＜λ＜７８０ｎｍ）において、下記式（８）：

の関係を満足することが好ましい。

特に、良好な白表示を得るためには、屈折率η_vはできるだけ低く、かつ位相膜厚δ_vは反射防止効果の及ぶ波長域の特定波長において（２ｍ＋１）π／２、（ｍは整数）であることが好ましい。

図９に示した反射型表示装置５０は、具体的には、例えば、以下のように構成される。

透明基板５２および基板６０として、厚さ１．１ｍｍのガラス（波長λ＝５５０ｎｍで屈折率ｎ₀＝１．５２）を用いる。基板５２上の積層膜５３および光学薄膜１３と基板６
０との間隔は、スペーサ壁５７によって約１５μｍに規定されている。

吸収体層５４として、厚さ約２００ｎｍのタングステンＷ薄膜を用いる。

積層膜５３として、観測者側ガラス基板５２に接する側から、厚さ１４．５６ｎｍのＴａ₂Ｏ₅（第１透明薄膜層５３ａ）、３３．５８ｎｍのＳｉＯ₂（第２透明薄膜層５３ｂ）
、１３８．８８ｎｍのＴａ₂Ｏ₅、３５．５３ｎｍのＳｉＯ₂、３３．４４ｎｍのＴａ₂Ｏ₅
、２７．０９ｎｍのＳｉＯ₂、８９．０９ｎｍのＴａ₂Ｏ₅、２５．７ｎｍのＳｉＯ₂、１３．５２ｎｍのＴａ₂Ｏ₅、１０６．２ｎｍのＳｉＯ₂、および６．９３ｎｍのＴａ₂Ｏ₅から
なる交互積層膜を用いる。交互積層膜の吸収体層５４側に設けられる第３透明薄膜層５３ｃには、厚さ３１．２４ｎｍのＴｉＯ₂膜を用いる。Ｔａ₂Ｏ₅薄膜およびＳｉＯ₂薄膜は、例えば、真空蒸着法により形成され、ＴｉＯ₂薄膜はスパッタ法により形成される。

反射型表示装置５０の各画素（すなわち各干渉性変調器）は、反射型表示装置１０と同様に、電極５８間に０Ｖ〜約１０Ｖの電圧を印加することにより、階調表示を行うことができる。

図１０（ａ）に分光反射率特性を示すように、積層膜５３と吸収体層５４とのギャップ距離が零のとき（すなわち接触状態のとき）に黒表示となり、ギャップ距離が約１４０ｎｍのときに白表示（最も輝度が高い）となる。図１０（ａ）と図６（ａ）とを比較するとわかるように、反射防止波長である５５０ｎｍにおいては、本実施形態の反射型表示装置５０の方が、黒表示時の反射率が高いものの、幅広い領域に亘って反射率が低い。また白表示時の反射率については、反射表示装置５０の方が、幅広い領域に亘って反射率が高い。黒および白表示におけるＹ値はそれぞれ５．２および８２．５となり、コントラスト比として約１６が得られる。

図１０（ｂ）は、上記の構成において、第３透明薄膜層５３ｃの厚さ１４２．６１ｎｍのＴｉＯ₂膜とした場合（セカンドミニマム条件）の分光反射率特性を示している。図１
０（ｂ）と図１０（ａ）との比較から明らかなように、積層膜５３の第３透明薄膜層５３ｃのの厚さを最小の値に設定した場合（図１０（ａ））に比べて、図１０（ｂ）では反射率の波長分散が大きい。従って、反射率の波長分散を抑制するためには、第３透明薄膜層５３ｃの厚さを最小の値（ファーストミニマム条件）に設定することが好ましい。

なお、上記の実施形態１〜３では、透明基板にガラス基板を用いたが、これに限るものではない。透明基板の種類としては、可視光透過率の高い材料であればプラスチック基板を用いても良い。透明プラスチック基板を形成するポリマーとしては、セルロースエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリレート、ポリエーテルケトン等が含まれる。光の入射媒体である透明基板の屈折率ｎ₀は、光学薄膜および吸収体層の構成を決定する要素となるため、低屈折率であるこ
とが好ましい。透明基板の厚さについては、光干渉の起らない厚膜であることを要する以外に制限はなく、使用目的に応じて適宜選択することが可能である。

また、光学薄膜材料としては、高屈折率のものにＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＺｎＳ、ＨｆＯ₂
、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｉｎ₂Ｏ₃、Ｎｄ₂Ｏ₃、Ｓｂ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、ＺｎＳｅ、ＣｄＳ、
Ｓｂ₂Ｓ₃、Ｓｉ、Ｇｅ、ＰｂＴｅ等、中間屈折率のものにＡｌ₂Ｏ₃、ＣｅＦ₃、ＭｇＯ、
ＬａＦ₃、ＣｅＦ₃、ＴｈＯ₂、Ｌａ₂Ｏ₃、ＳｉＯ等、低屈折率のものにＭｇＦ₂、ＳｉＯ₂
、ＣａＦ₂、ＮａＦ、Ｎａ₃ＡｌＦ₆、ＬｉＦ等が、透明導電膜としてはＩＴＯ、ＺｎＯ（
Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｉ）、ＣｄＯ−ＳｎＯ₂（ＣＴＯ；ＣｄＳｎＯ₄）、ＺｎＯ−ＳｎＯ₂（Ｚ
ｎ₂ＳｎＯ₄）、ＣｄＩｎ₂Ｏ₄等が目的の光学特性に応じて利用できる。

また、これらの成膜方法には、蒸発気化による真空蒸着法や不活性ガスイオンによるスパッタリング等の物理気相成長法（ｐｈｙｓｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＰＶＤ）や化学反応を利用した化学気相成長法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）、液相からの成長である電気化学的なメッキ法、またはスプレー法などが利用できる。

（実施形態４）
上記の実施形態１から３では、光学薄膜または積層膜と吸収体層とのギャップを制御して（干渉を利用して）白表示を行う構成を例示したが、ここでは、非干渉で白表示を行う構成を説明する。ここでは、実施形態３の改変例を例示するが、実施形態１および２についても同様に改変できる。

実施形態４の反射型表示装置７０は、図９に示すように、厚さ１．１ｍｍのガラスからなる上下一対の透明基板７２と８０とが、スペーサ壁７８によって、約５０μｍの間隙を設けて固定されている。ギャップ７９には、空気が充填されている。

また、観測者側ガラス基板７２の観測者側には厚さ２００ｎｍのＩＴＯ電極７７が設けられており、吸収体層７４側には積層膜７３が設けられている。積層膜７３には実施形態３の反射型表示装置５０の積層膜５３と同じものを用いる。

下部ガラス基板８０の上には、ＩＴＯ電極７６が形成されており、さらにその上に厚さ５μｍの正孔輸送層７５が形成されている。正孔輸送層７５は、例えば、正孔輸送材料である４−ｄｉｅｔｙｌａｍｉｎｏ−２−ｍｅｔｈｙｌｂｅｎｚａｌｄｅｈｙｄｅ−１，１−ｄｉｐｈｅｎｙｌ−ｈｙｄｒａｚｏｎｅとポリカーボネートを１：１の重量比で混合した溶液をＩＴＯ電極７６上に例えばスピンコート法により塗布することによって形成される。

吸収体層７４は、ここでは、縦横３μｍで厚さ約２８０ｎｍのタングステン（Ｗ）の板状粉末から構成されている。この板状粉末は、例えば、基板上に犠牲層としてポジレジスト（Ｓ１８１３、Ｓｈｉｐｌｅｙ）を塗布し、その上に約２８０ｎｍのＷ膜をスパッタ法で成膜し、一般的なリソグラフィーを用いて縦横３μｍ角にパターンニングした後、エタノールを溶剤として犠牲層を溶解することによって、形成される。

吸収体層７４を構成する板状粉末は、電極７６と電極７７との間に電圧（０Ｖ〜約１００Ｖ）を印加することによって発生する静電気力によって駆動され、積層膜７３と接触した状態（図１１左側）と、十分に乖離した状態（図１１右側）との間で切替えられる。

吸収体層７４が積層膜７３に接触した状態で黒表示を行い、十分に乖離状態（正孔輸送層７５に堆積した状態：ギャップ距離が約５００μｍ）で、白表示が行われる。乖離状態の距離は、光の干渉が起らない距離であればよく、電圧を制御する必要がないので、単純な構成で駆動することができる。

なお、図１１に示した例では、観測者側ガラス基板７２の観測者側面にＩＴＯ電極７７を形成したが、積層膜７３の最も吸収体層７４に近い側（第３透明薄膜層７３ｃ）をＩＴＯ等の透明導電性膜で構成する場合には、透明導電性膜が上部電極を兼ねることも可能である。このような構成を採用することによって、構造をさらに単純に出来る等の効果が得られる。特に、単純マトリクス型の表示装置の構成を単純に出来る利点が大きい。この透明導電性膜を利用することによる構成の簡略化は、実施形態１から３の反射型表示装置にも適用できる。

本発明によると、高い反射率および高いコントラスト比を有する干渉性変調器が得られる。この干渉性変調器を用いることによって、高輝度で高コントラスト比の反射型表示装置が得られる。本発明による反射型表示装置は、種々の電子機器に好適に用いられるが、屋外で使用するモバイル用途の電子書籍をはじめとする携帯電子機器において、文字情報および画像情報（動画情報を含む）の表示に最も適している。

本発明の干渉性変調器は、直視型の反射型表示装置に限られず、投影型表示装置や、さらには、空間光変調素子、光通信用スイッチング素子、光シャッター等の一般的な光変調を利用した素子に適用することができる。

本発明による実施形態の干渉性変調器の基本的な構成とその動作原理を説明するための模式図である。 （ａ）は、図１（ｂ）に示した構成における反射率Ｒ₁が屈折率ｎ₁および位相膜厚δ₁に依存して変化する様子を示す図であり、（ｂ）は、図１（ｃ）に示した構成における反射率Ｒ₂が屈折率比ｎ₂／ｎ₁および位相膜厚δ₂に依存して変化する様子を示す図である。 本発明による実施形態１の反射型表示装置１０の構成を模式的に示す図である。 吸収体（金属・半導体）の複素屈折率を示すグラフである。 反射型表示装置１０の黒表示特性および白表示特性を示すグラフである。 反射型表示装置１０において、ギャップ距離を０ｎｍ〜２８０ｎｍまで変化させた場合の分光反射率特性を示す図であり、（ａ）はファーストミニマム条件、（ｂ）はセカンドミニマム条件である。 本発明による実施形態２の反射型表示装置３０の構成を模式的に示す図である。 反射型表示装置３０において、ギャップ距離を０ｎｍ〜２８０ｎｍまで変化させた場合の分光反射率特性を示す図であり、（ａ）はファーストミニマム条件、（ｂ）はセカンドミニマム条件である。 本発明による実施形態３の反射型表示装置５０の構成を模式的に示す図である。 反射型表示装置５０において、ギャップ距離を０ｎｍ〜２８０ｎｍまで変化させた場合の分光反射率特性を示す図であり、（ａ）はファーストミニマム条件、（ｂ）はセカンドミニマム条件である。 本発明による実施形態４の反射型表示装置７０の構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１ 入射媒体
２ 入射光
３ 反射光
４ 吸収体
５ 第１透明体薄膜
６ 第２透明体薄膜
１０ 反射型表示装置
１１ 入射光
１２ 透明基板（ガラス）
１３ 光学薄膜（ＴｉＯ２）
１４ 吸収体層（Ｔａ）
１５ 圧電素子（電場応答ゲル）
１６ 反射光
１７ スペーサ壁
１８ 電極
１９ 間隙
２０ 透明基板（ガラス）
３０ 反射型表示装置
３１ 入射光
３２ 透明基板（ガラス）
３３ 多層等価膜
３４ 吸収体層（Ｃｒ）
３５ 圧電素子（電場応答ゲル）
３６ 反射光
３７ スペーサ壁
３８ 電極
３９ 間隙
４０ 透明基板（ガラス）
５０ 反射型表示装置
５１ 入射光
５２ 透明基板（ガラス）
５３ 積層膜
５３ａ 第１透明薄膜層
５３ｂ 第２透明薄膜層
５３ｃ 第３透明薄膜層
５４ 吸収体層（Ｗ）
５５ 圧電素子（電場応答ゲル）
５６ 反射光
５７ スペーサ壁
５８ 電極
６０ 透明基板（ガラス）
７０ 反射型表示装置
７１ 入射光
７２ 透明基板（ガラス）
７３ 積層膜
７４ 吸収体層（Ｗの粉末）
７５ 正孔輸送層
７６ ＩＴＯ電極
７７ 反射光
７８ スペーサ壁
７９ 間隙
８０ 透明基板（ガラス）

Claims (13)

1. 光入射側に配置された透明な第１基板（屈折率：η₀）と、
   前記第１基板上に設けられた積層膜と、
   前記第１基板と所定の間隔をあけて配置された第２基板と、
   前記積層膜と前記第２基板との間に設けられた吸収体層（複素屈折率：η_s＝ｎ_s−ｉ・ｋ_s）と、
   前記吸収体層よりも前記第１基板側に配置された第１電極と、
   前記吸収体層よりも前記第２基板側に配置された第２電極と
   を有し、
   前記積層膜は３つ以上の透明薄膜層を有し、且つ、隣接する２つの透明薄膜層の複素屈折率は互いに異なり、前記透明基板に近い側からｊ層目の前記薄膜層の複素屈折率をη_j＝ｎ_j−ｉ・ｋ_jおよび位相膜厚をδ_j、ＢおよびＣが下記式（Ａ）：
   

   

   で与えられるとすると、
   ｋ_j≒０であり、かつ、可視光波長領域（３８０ｎｍ＜λ＜７８０ｎｍ）において、下
   記式（Ｂ）：
   

   

   の関係を満足しており、
   前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧に応じて、前記吸収体層が前記第２基板と前記積層膜との間を移動し、前記吸収体層が前記積層膜に接触した第１状態と、前記吸収体層が前記積層膜と光の干渉が起こらない距離に乖離した第２状態との間でスイッチングされ、前記第１状態で黒を表示し、前記第２状態で白を表示する、干渉性変調器。
2. 前記積層膜は少なくとも１つの透明導電層を含み、前記少なくとも１つの透明導電層は前記第１電極を含む、請求項１に記載干渉性変調器。
3. 前記第１電極は、前記積層膜の最も吸収体層側に形成されている、請求項１または２に記載の干渉性変調器。
4. 前記第１電極は、前記積層膜の観察者側に設けられている、請求項１に記載の干渉性変調器。
5. 光入射側に配置された透明な第１基板（屈折率：ｎ₀）と、
   前記第１基板上に設けられた光学薄膜（複素屈折率：Ｎ₁＝ｎ₁−ｉ・ｋ₁）と、
   前記第１基板と所定の間隔をあけて配置された第２基板と、
   前記光学薄膜と第２基板との間に設けられた吸収体層（複素屈折率：Ｎ_s＝ｎ_s−ｉ・ｋ_s）と、
   前記吸収体層よりも前記第１基板側に配置された第１電極と、
   前記吸収体層よりも前記第２基板側に配置された第２電極と
   を有し、
   ｎ₁＞ｎ₀、ｋ₁≒０、かつ、ｎ_s＞ｎ₀の関係を満足し、
   前記第１電極と前記第２電極に印加される電圧に応じて、前記吸収体層が前記第２基板と前記光学薄膜との間を移動し、前記吸収体層が前記光学薄膜に接触した第１状態と、前記吸収体層が前記光学薄膜と光の干渉が起こらない距離に乖離した第２状態との間でスイッチングされ、前記第１状態で黒を表示し、前記第２状態で白を表示する、干渉性変調器。
6. 下記式（Ｃ）：
   

   

   の関係を満足する、請求項５に記載の干渉性変調器。
7. 前記光学薄膜の物理膜厚ｄ₁は、可視光領域内のある波長λに対して、
   ｎ₁ ²−ｎ_s ²−ｋ_s ²＞０の場合、下記式（Ｄ）：
   

   

   の関係を満足し、
   ｎ₁ ²−ｎ_s ²−ｋ_s ²＜０の場合、下記式（Ｅ）：
   

   

   の関係を満足する、請求項５または６に記載の干渉性変調器。
8. ｄ₁は、上記式（Ｄ）または式（Ｅ）を満足する最も小さい値である、請求項７に記載の干渉性変調器。
9. 前記光学薄膜は、多層等価膜で構成されている、請求項５から８のいずれかに記載の干渉性変調器。
10. 前記吸収体層は、唯一の吸収体層であり、且つ、前記吸収体層はＴａ、ＣｒおよびＷからなる群から選択された材料で形成されている、請求項１から９のいずれかに記載の干渉性変調器。
11. 前記第１基板の観察者側に、カラーフィルタまたは光散乱層をさらに有する、請求項１から１０のいずれかに記載の干渉性変調器。
12. 複数の画素を有する表示装置であって、前記複数の画素のそれぞれが、請求項１から１１のいずれかに記載の干渉性変調器を備える、表示装置。
13. 請求項１２に記載の表示装置を備える電子機器。

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