JPH1184349A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光源形状や観察方向に対する拡散方向を制御
する。 【解決手段】 液晶層３１の両側にストライプ電極群３
２、３３を配置し、電圧印加の選択によりストライプや
市松状の異なる屈折率分布を形成可能な位相回折格子と
なる光拡散素子３０を反射型液晶表示素子２０に組み合
わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型液晶表示装置
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子（以下ＬＣＤと略称）は、
ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、投影形Ｔ
Ｖ、小型ＴＶ等に広く利用されている。近年、反射型Ｌ
ＣＤはバックライトを必要としないため、低消費電力、
薄型軽量が実現でき、携帯機器用ディスプレイとして注
目されている。

【０００３】従来、これらの反射型ＬＣＤは偏光板を２
枚用いる表示モードのＬＣＤであり、例えば図１０に示
すＴＮ型ＬＣＤがある。このＴＮ型ＬＣＤでは、上下基
板１、２は透明電極３、４をそれぞれ有しており、これ
ら基板間に液晶層５を挟持している。上下基板１、２外
面に偏光板６ａ、６ｂが貼付され、下基板２側の偏光板
６ｂ外面に、拡散反射板７が貼付されている。この構造
では、前記拡散反射板７が前記下基板２の外にあるため
に視差が生じ、文字を表示した場合には２重像となり、
見づらくなってしまう。

【０００４】一方、偏光板を一枚用いた図１１に示す反
射型ＬＣＤが提案されている（SID96DlGEST.p618〜621
）。図示のように、この反射型ＬＣＤでは、上基板１
１は透明電極１３を有しており、下基板１２は鏡面反射
電極１４を有しており、これら基板間に液晶層１５を挟
持している。上基板１１外面に位相差板１６、偏光板１
７、拡散板１８が貼付されている。この構造に示すよう
に鏡面反射電極１４を下基板の内面に形成することによ
り、視差をなくすことが可能となり、見易い表示を実現
することができる。

【０００５】しかし、前記のいずれの反射型ＬＣＤも、
反射面の拡散性あるいは拡散板の拡散性により決まる一
定の拡散性および拡散方向しか持たないため、十分明る
く見える方向が常に一定である。そのため、光の入射す
る方向・光源の位置・光源の形状によつて明るさや見え
かたが異なり、十分な明るさが得られない場合が生じ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述したように従来の
反射型は、光の拡散方向および拡散特性が一定であり、
光の入射する方向・光源の位置・光源の形状によって明
るさや見えかたが異なり、十分な明るさが得られない場
合があり問題になっていた。

【０００７】本発明は前述した問題を新規な構造により
解決する手段を提供することを目的としたものであり、
環境や光源形状に対して拡散方向を制御することにより
種々の環境において観察者にとって十分な明るさを得る
ことができる新規な反射型ＬＣＤの構造を提供するもの
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる問題を解決するた
め、本発明は、少なくとも１枚の基板および液晶層、反
射層（板）および拡散層（素子）を有する反射型液晶表
示装置において、光の拡散性や拡散方向を制御できる拡
散素子を配置することを特徴とする。

【０００９】すなわち、少なくとも液晶層と、この液晶
層を電気的に制御する電極および前記液晶層に入射して
透過した第１光を反射して前記液晶層に第２光として再
入射させる反射層とを有する液晶表示素子と、前記液晶
層の前記第１光が入射する側に設けられた光拡散素子と
を具備する反射型液晶表示装置において、前記光拡散素
子は拡散特性を電気的に制御可能な位相回折格子からな
ることを特徴とする反射型液晶表示装置を得るものであ
る。

【００１０】この構成により、光源の方向、形状および
観察方向に応じて、光の拡散範囲や拡散方向を観察方向
にあわせて制御することが可能となるので、種々の環境
において観察者にとって十分な明るさと見易さを得るこ
とができる。

【００１１】さらに、光拡散素子は液晶層とこの液晶層
を挟んで両側に配置されたストライプ電極手段からなり
これらのストライプ電極手段に電圧を印加することによ
って前記液晶層が制御されるものであることが望まし
い。

【００１２】拡散性や拡散方向を制御する拡散層を液晶
層とすることにより、例えば環境に応じて種々の拡散性
を持つ凸凹反射板を張り替えるといった機械的な制御手
段と比較して、スイッチの開閉のみという簡単な方法で
拡散性や拡散方向を制御することが可能となる。

【００１３】また、ストライプ方向が互いに平行な一対
のストライプ電極間に液晶を挟持したものであり、互い
に平行かつ対向している電極間に電圧を印加することに
より、ストライプ状に液晶分子のチルト状態が制御で
き、面内にストライプ状の屈折率分布が形成でき、拡散
性の付与、強弱の制御が可能となる。また、チルト状態
を制御することにより拡散方向も制御が可能となる。

【００１４】さらに、ストライプ電極手段は、液晶層の
一方の側に配置され絶縁層を介して相互に交差するスト
ライプ電極の２層からなる第１のストライプ電極群と、
前記液晶層の他の側に配置され絶縁層を介して相互に交
差するストライプ電極の２層からなる第２のストライプ
電極群とからなることが望ましい。

【００１５】このように、ストライプ状の電極を絶縁層
を介して直交させた２層の電極を液晶層の上および下に
配置し、前記ストライプ方向が互いに平行な一対のスト
ライプ電極間に電圧を印加できる手段を設けて、互いに
平行かつ対向している電極間に電圧を印加し、電圧を印
加するストライプ電極の組み合わせを制御することによ
り、ストライプ状の屈折率分布の方向を制御でき、拡散
方向の制御、拡散性の付与、強弱の制御が可能となる。

【００１６】さらに、液晶層がホモジニアス配列された
正の誘電異方性を有するネマティック液晶からなる事が
望ましい。

【００１７】さらに、第１のストライプ電極群のうち液
晶層に近い側のストライプ電極層のストライプ方向と、
第２のストライプ電極群のうち前記液晶層に近い側のス
トライプ電極層のストライプ方向とを交差させることが
望ましい。

【００１８】このようにマトリクス状に交差した電極間
に液晶を挟持したものであることにより、拡散層部の構
造が簡素化でき、低コスト化、薄型化が実現可能とな
る。

【００１９】さらに、ストライプ電極手段に電圧を印加
する電源と、前記ストライプ電極手段の第１のストライ
プ電極群の２層と第２のストライプ電極群の２層に前記
電源を選択的に接続するスイッチ手段とを具備すること
が望ましい。

【００２０】さらに、偏光板を有し、光拡散素子が前記
偏光板と液晶表示素子との間に配置されていることが望
ましい。

【００２１】さらに、液晶表示素子の液晶層と光拡散素
子の液晶層はそれぞれ２枚の基板間に挟持され前記液晶
表示素子の一方の基板と前記光拡散素子の一方の基板と
が共通であることが望ましい。

【００２２】拡散層が液晶位相回折格子であることによ
り、回折効果を用いて光を拡散させれば前記拡散層を通
る光の偏光状態は維持されるので明暗制御する液晶表示
素子の表示品位は維持される。よって偏光板と明暗制御
する液晶表示素子の間に配置することができる。したが
つて、液晶表示素子と回折格子を合わせて３枚の基板で
挟持して実現でき、薄型軽量で低コストのディスプレイ
を実現できる。

【００２３】本発明に用いる光拡散素子の一概要および
作用を図３、図５ないし図７によって説明する。

【００２４】図３および図５において光拡散素子３０の
液晶層３１は正の誘電異方性をもつネマティック液晶を
ホモジニアス配列したものであって、電圧無印加時はス
トライプ電極に対して４５°の液晶層の一定の面方向３
１１に液晶分子３１ａがそろって配向している。図３、
図５において矢印３２２ａ、３３２ａは上下基板の配向
処理方向、矢印３１１は液晶の配向方向を示す。

【００２５】図５（ａ）、（ｂ）のように液晶層３１の
上面側に、幅と間隔を同じにしストライプ方向を一定と
した２本のストライプ電極（以下理解を容易にするため
に２本のストライプで説明する。実際は例え場５μｍピ
ッチというような微小間隔で多数のストライプを形成す
る）からなる第１ストライプ電極層３２ａと、同じく２
本のストライプ電極からなりストライプ方向を第１電極
層と絶縁して交差、望ましくは直交させた第２ストライ
プ電極層３２ｂとからなる第１のストライプ電極群３２
を配置する。

【００２６】さらに、図５（ａ）、（ｃ）のように液晶
層３１の下面側に、幅と間隔を第１ストライプ電極層と
同じにし、ストライプ方向を一定とした２本のストライ
プ電極からなる第２ストライプ電極層３３ａと、同じく
２本のストライプ電極からなりストライプ方向を第２電
極層と絶縁して交差、望ましくは直交させた第２ストラ
イプ電極層３３ｂとからなる第２のストライプ電極群３
３を配置する。

【００２７】第１のストライプ電極群３２の第２ストラ
イプ電極層３２ｂと第２のストライプ電極群３３の第１
ストライプ電極層３３ａはそれぞれの他の電極層よりも
液晶層３１に近い側にあり、液晶層を介して直交するよ
うにストライプ方向を配列している。したがって第１の
ストライプ電極群３２の第２ストライプ電極層３２ｂと
第２のストライプ電極群３３の第２ストライプ電極層３
３ｂはそれぞれの他の電極層よりも液晶層３１に近い側
にあり、液晶層を介して直交するようにストライプ方向
を配列している。

【００２８】すなわち、第１の群の第１ストライプ電極
層３２ａと第２の群の第１ストライプ電極層３３ａはそ
れぞれ平行で液晶層面の法線方向から見ると重なり、同
じく第１の群の第２ストライプ電極層３２ｂと第２の群
の第２ストライプ電極層３３ｂは平行で重なる。

【００２９】各ストライプ電極層３２ａ、３２ｂ、３３
ａ、３３ｂは図６に示すように接続スイッチ３４を介し
て電源３５に接続され、選択的に電圧が印加される。

【００３０】［回折格子Ｉ］ 図７（ａ）のような画面
に垂直方向に異なる屈折率のストライプ方向をもつ光拡
散素子を形成する場合図６（ａ）に示すように、スイッ
チ３４によりストライプ電極層３２ｂを電源３５の一極
に接続し、他のストライプ電極層３２ａ、３３ａ、３３
ｂを電源の他極に接続する。この接続によってストライ
プ電極層３２ａに対して第２のストライプ電極群の両ス
トライプ電極層３３ａ、３３ｂが共通電極になり、スト
ライプ電極層３２ｂ直下の液晶層にのみ電圧が印加され
て、この部分の液晶分子が液晶層面の法線方向に配列
し、液晶層法線から見た液晶層の屈折率が変化する。し
たがって図７（ａ）のように屈折率が変化した領域３７
が画面３６の垂直方向にストライプ状に延在する光拡散
素子になる。

【００３１】［回折格子ＩＩ］ 図７（ｂ）のような画
面に水平方向に異なる屈折率のストライプ方向をもつ光
拡散素子を形成する場合図６（ｂ）に示すように、スイ
ッチ３４によりストライプ電極層３３ａを電源３５の一
極に接続し、他のストライプ電極層３２ａ、３２ｂ、３
３ｂを電源の他極に接続する。この接続によってストラ
イプ電極層３３ａに対して第２のストライプ電極群の両
ストライプ電極層３２ａ、３２ｂが共通電極になり、ス
トライプ電極層３３ａ直下の液晶層にのみ電圧が印加さ
れて、この部分の液晶分子が液晶層面の法線方向に配列
する。このため、液晶層法線から見た液晶層の屈折率が
変化する。したがって図７（ｂ）のように屈折率が変化
した領域３８が画面３６の水平方向にストライプ状に延
在する光拡散素子になる。

【００３２】［回折格子ＩＩＩ］ 図７（ｃ）のような
画面にチェック状に異なる屈折率の分布を形成する場合
図６（ｃ）に示すように、スイッチ３４により液晶層３
１に近い側のストライプ電極層３２ｂとストライプ電極
層３３ａを電源３４の一極に接続し、液晶層３１に遠い
側のストライプ電極層３２ａとストライプ電極層３３ｂ
とを電源３４の他極に接続する。

【００３３】電極層３２ａと電極層３３ａ間の液晶層に
電圧が印加されるが、その間に電極層３２ｂがあり、こ
れがシールドとなって電極３２ｂが存在する領域は無印
加電圧状態となる。

【００３４】また、電極層３２ｂと電極層３３ｂ間の液
晶層に電圧が印加されるが、その間に電極層３３ａがあ
り、これがシールドとなって電極３３ａが存在する領域
は無印加電圧状態となる。

【００３５】この電圧印加の組合わせにより、それぞれ
のストライプ電極が存在しない部分とストライプ電極が
交差する部分を除いた市松状の電極間に電圧が印加され
るため、図７（ｃ）に示すようなチェック状の異なる屈
折率分布３９をもつ回折格子が得られる。

【００３６】液晶層を構成するネマティック液晶が正の
誘電異方性をもち光軸の屈折率が高い場合は、電圧印加
領域の屈折率が高い位相回折格子となり、上図において
斜線で示す部分が高屈折率領域となる。なお液晶として
負の誘電異方性を示す液晶を用いることも可能である。

【００３７】回折格子Ｉは入射光に対して回折格子のス
トライプ方向に垂直な方向に最大の光散乱を生じる。し
たがって、図７（ａ）のように軸方向に光照射分布が狭
い蛍光灯などのライン光源３６に対して回折格子のスト
ライプ方向を光源の軸に直交する方向に合わせることに
よって、光散乱分布を改善することができる。図では画
面３６に水平な方向にライン光源４０ａがある場合の効
果的な回折格子の配置を示している。

【００３８】回折格子ＩＩは、図７（ｂ）に示すように
画面３６に垂直な方向にライン光源４０ｂがある場合の
効果的な回折格子の配置を示している。

【００３９】回折格子ＩＩＩは図７（ｃ）に示すように
画面３６の垂直および水平方向に光散乱を発生するため
に、光源４０ｃが電球などの点光源または面光源である
場合に効果的な回折格子である。

【００４０】本発明は、光散乱を制御することで、反射
型液晶表示装置の視認性を高めるものである。

【００４１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の液晶表示装置の構
成について、図面を参照して詳細に説明する。

【００４２】（実施形態１）図１ないし図４において本
発明の実施形態１の液晶表示装置は駆動セルとしての液
晶表示素子２０と光拡散素子３０で構成される。

【００４３】光拡散素子３０は位相回折格子からなり、
第１の基板３０ａと一面に一定のストライプ方向をもつ
多数のストライプ電極からなる第１ストライプ電極層３
２ａと絶縁層３２１を介して第１ストライプ電極層３２
ａのストライプ方向と直交する方向にストライプを延在
した第２ストライプ電極層３２ｂを積層して第１のスト
ライプ電極群３２とし、その上に配向膜３２２を形成し
ている。

【００４４】また第１の基板３０ａに間隔をあけて対向
する第２の基板３０ｂの第１の基板側の面に、第１の基
板の電極と同様に一定のストライプ方向をもつ多数のス
トライプ電極からなる第２ストライプ電極層３３ｂと絶
縁層３３１を介して第２ストライプ電極層３３ｂのスト
ライプ方向と直交する方向にストライプを延在した第１
ストライプ電極層３３ａを積層して第１のストライプ電
極群３３とし、その上に配向膜３３２を形成している。
これらの電極間に正の誘電異方性をもつネマティック液
晶からなる液晶層３１が挟持される。

【００４５】この光拡散素子３０の光入射（第１光Ｌ１
（図２参照））側に偏光板４１が貼付される。

【００４６】図３に示すように光拡散素子３０内の配向
処理を配向膜３２２において画面水平方向（長辺方向）
に対して４５°傾いた方向の配向処理方向３２２ａと
し、配向膜３３２において、配向処理方向３３２ａをそ
れから１８０°傾いた方向に設定して、液晶分子３１ａ
を同方向に配列したユニフォーム配列とする。

【００４７】さらに偏光板４１の吸収軸４１ａをこれら
の配向処理方向と直交するように配置する。

【００４８】液晶表示素子２０はＴＮ型のアクティブマ
トリクス方式の駆動セルであり、第３の基板２０ａの一
面に共通電極２２を有し、その上に配向膜２２１を形成
する。一方、第４の基板２０ｂの一面にＴＦＴ素子をス
イッチ素子とする画素電極２３を有し、その上に配向膜
２３１を形成する。これらの電極間にネマティック液晶
からなる液晶層２１が挟持される。符号２３１は配向膜
を示す。

【００４９】さらに第４の基板２０ｂの下面に鏡面反射
層４２が配置され、液晶表示素子２０を透過した光を反
射して第２光Ｌ２（図２）として素子２０に再入射させ
る。

【００５０】液晶表示素子２０の液晶分子の配向は第３
の基板側の配向方向２２１ａと第４の基板側の配向方向
２３１ａとを直交配置し、さらに第３の基板側の配向方
向２２１ａと隣接する上記光拡散素子３０の配向方向３
３２ａと一致させる。

【００５１】光拡散素子すなわち光拡散素子３０を次の
ように製造する。

【００５２】０．７ｍｍ厚の透明ガラス基板を２枚用
い、第１の基板３０ａの一面上にＩＴＯ膜を膜厚２００
０Ａ（オングストローム）にて成膜し、その上にレジス
ト材料としてポジ型のレジスト材料（ＯＦＰＲ−５００
０、（株）東京応化製）を前面に塗布し、６００℃３０
分の仮焼成を施した。その後、ストライプ状にパターン
形成できるようにマスクを用いて露光し、現像液（ＮＭ
Ｄ３、（株）東京応化製）で現像し、電極として残すス
トライプ状ＩＴＯ膜の上のみレジストパターンが被覆し
た構成とした。

【００５３】次に、このレジストパターンをマスクとし
て用いて、塩酸・硝酸水溶液（混合比塩酸１０：硝酸
１：水１０）でこのＩＴＯのエッチングを行ない、レジ
ストパターンをＳＴ１Ｏ溶液（（株）東京応化製）にて
剥離し、ストライプ電極３２ａを形成する。

【００５４】次にＳｉＮｘからなる絶縁膜３２１を基板
前面に膜厚２０００Ａで形成し、その上にＩＴＯ膜を膜
厚２０００Ａにて成膜し、レジスト材料としてポジ型の
レジスト材料（ＯＦＰＲ−５０００、（株）東京応化
製）を前面に塗布し、６００℃３０分の仮焼成を施し
た。その後、前記ストライプ電極３２ａに直交するよう
にストライプ状にパターン形成できるようにマスクを用
いて露光し、現像液（ＮＭＤ３、（株）東京応化製）で
現像し、電極として残すストライプ状ＩＴＯ膜の上のみ
レジストパターンが被覆した構成とした。

【００５５】次に、このレジストパターンをマスクとし
て用いて、塩酸・硝酸水溶液（混合比塩酸１０：硝酸
１：水１０）でＩＴＯのエッチングを行ない、レジスト
パターンをＳＴ１Ｏ溶液（（株）東京応化製）にて剥離
し、ストライプ電極３２ｂを形成する。次に配向膜とし
てＡＬ−１０５１（（株）日本合成ゴム製）を有効表示
領域に印刷、焼成してラビング（方向３２２ａ）し上基
板３０ａを形成する。

【００５６】次に第２の基板３０ｂ上にＩＴＯ膜を膜厚
２０００Ａにて成膜し、レジスト材料としてポジ型のレ
ジスト材料（ＯＦＰＲ−５０００、（株）東京応化製）
を前面に塗布し、６００℃３０分の仮焼成を施した。そ
の後、ストライプ状にパターン形成できるようにマスク
を用いて露光し、現像液（ＮＭＤ３、（株）東京応化
製）で現像し、電極として残すストライプ状ＩＴＯ膜の
上のみレジストパターンが被覆した構成とした。

【００５７】次に、このレジストパターンをマスクとし
て用いて、塩酸・硝酸水溶液（混合比塩酸１０：硝酸
１：水１０）でＩＴＯのエッチングを行ない、レジスト
パターンをＳＴ１０溶液（（株）東京応化製）にて剥離
し、ストライプ電極３３ｂを形成する。

【００５８】上記絶縁膜３２１と同様にＳｉＮｘ絶縁膜
３３１を形成し、その上にＩＴＯ膜を膜厚２０００Ａに
て成膜し、レジスト材料としてポジ型のレジスト材料
（ＯＦＰＲ−５０００、（株）東京応化製）を前面に塗
布し、６０℃、３０分の仮焼成を施した。その後、前記
ストライプ電極３３ｂに直交するようにストライプ状に
パターン形成できるようにマスクを用いて露光し、現像
液（ＮＭＤ３、（株）東京応化製）で現像し、電極とし
て残すストライプ状ＩＴＯ膜の上のみレジストパターン
が被覆した構成とした。

【００５９】次に、このレジストパターンをマスクとし
て用いて、塩酸・硝酸水溶液（混合比塩酸１０：硝酸
１：水１０）でＩＴＯのエッチングを行ない、レジスト
パターンをＳＴ１Ｏ溶液（（株）東京応化製）にて剥離
し、ストライプ電極３３ａを形成する。

【００６０】次に配向膜としてポリイミド（ＡＬ−１０
５１、（株）日本合成ゴム製）を有効表示領域に印刷、
焼成して上基板３０ａと向きが１８０゜逆となる方向３
３２ａにラビングして、第２の基板３０ｂを形成する。
しかる後、第１の基板３０ａの有効表示領域周辺に５ｍ
ｍ幅の開口部を設けた周辺シールをスクリーン印刷法て
形成した。ここで用いたシール材料は１液性エポキシ樹
脂（ＸＮ−２１、三井東圧化学（株）製）である。

【００６１】しかる後、第１の基板３０ａに基板間隙材
として粒径８μｍの微小球体（ミクロパールＳＰ、
（株）積水ファインケミカル製）を散布密度１００ケ／
ｍｍ² にて散布し、第１の基板３０ａと第２の基板３０
ｂを電極面が対向するようにして重ね合わせて、基板間
隙が前記基板間隙材の粒径と等しくなるよう加圧しなが
ら１８００℃で２時間焼成し、本実施形態の液晶光拡散
素子に用いる空セルを得る。

【００６２】しかる後、前記空セルに液晶材料として正
の誘電率異方性を示すネマティック液晶材料（ＺＬＩー
１６９５、（株）メルクジャパン製）を減圧注入法にて
注入し、液晶層３１として前記周辺シールパターンの開
口部を紫外線硬化樹脂ＵＶ−１０００（（株）ソニーケ
ミカル製）にて封止し、本実施形態の液晶光拡散素子を
得た。このとき前記ストライプ電極の幅は５μｍ、電極
間は５μｍとした。

【００６３】対向するストライプ電極間に電圧を印加す
ると電極間の液晶分子がチルトして、電極の対向する部
分と電極の存在しない部分の間で、ストライプ状の屈折
率差が生じ、面内の屈折率分布の分布ピッチは５μｍ＋
５μｍ＝１０μｍとなる。よって面内に生じる周期的屈
折率差のピッチが１０μｍとなり、入射した光は回折し
散乱される。このときの一次回折角θは次式で与えら
れ、 θ＝ｓｉｎ^-1（λ／ｐ） ｐ：ピツチ λ：波長（＝５５０ｎｍ） となり十分な拡散性が得られる。

【００６４】また、ストライプ電極のピッチは表示素子
の画素ピッチに比べ十分小さくするので、ストライプ電
極と駆動セルの画素間でもわれ現象が生じることはな
く、前記ストライプ電極パターンは観察者に認識される
ことはない。

【００６５】前記ストライプ電極のパターン寸法は前述
したように、液晶表示素子の画素ピッチに比べ十分小さ
い寸法に、および十分な回折角度が得られる寸法に設計
すればよく、最適な値は、１μｍないし１００μｍであ
る。前記光拡散素子の液晶分子配列はストライプ電極と
４５゜の角度となるように形成されている。

【００６６】前記ストライプ電極間に電圧を印加する
と、第１、第２の基板の電極が対向するところのみ、液
晶分子が応答する。前記ストライプ電極間に電圧を印加
しないところでは、ラビング方位に液晶分子が水平に配
列しているため、前記ラビング方位に対する偏光成分に
対しては液晶材料のＬＣＭの屈折率異方性差（Δｎ）分
の屈折率差が面内に形成される。この屈折率差により位
相回折格子が形成されるが、これと直交する方位の偏光
成分に対しては屈折率差は生じない。

【００６７】また前記ラビング方向に対しては電圧が印
加されない部分が一軸の光学素子として機能するので、
前記光拡散素子に対して前記ラビング方向以外の偏光成
分を前記液晶表示素子に入射させると、回折による散乱
効果が弱まるか、もしくはなくなる。かつ、一軸の光学
素子として作用し、入射した偏光の位相がずれてしま
う。したがって、意図的に位相をシフ卜させることがな
い限り図３に示すように光拡散素子のラビング方向３２
２ａ、３３２ａと平行な偏光が入射するように、偏光板
４１の吸収軸４１ａを配置する。

【００６８】また、光散乱素子すなわち光拡散素子の液
晶層厚は４．４μｍとする。この値は素子の散乱能を最
も高くするためである。

【００６９】位相回折格子に平行な光を入射した場合の
０次回折格子強度は次式のように示される。

【００７０】 Ｉｓ＝Ｉo ｃｏｓ² （δｎｄ・π／λ）＝０ 式から明らかなように、回折格子強度は面内屈折率強度
δｎと液晶層厚ｄを乗じた値に依存し、このδｎｄがδ
ｎｄ＝（１／２＋ｎ）（ｎは整数）を満たすとき極小値
をとる。

【００７１】したがって、液晶材料のΔｎと液晶層厚ｄ
を乗じた値Δｎを入射光強度の（１／２＋ｎ）倍に設計
すれば十分な散乱能が得られる。

【００７２】図Ａに示すように液晶表示素子の液晶分子
配列２２１ａ、２３１ａは前記光拡散素子のラビング方
向３２２ａ、３３２ａと平行な直線偏光が入射されるこ
とを前提とした分子配列となるように設計すればよい。

【００７３】液晶表示素子の液晶層において入射した光
の偏光状態が１／４波長ずれるように設計されたＭＴＮ
モード（Shin-Tson Wu et al.、APL 68(11)、P1455〜145
7）の場合、前記ラビング方向と駆動セルの上基板のラ
ビング方向は平行（０モード）もしくは直交（Ｅモー
ド）とすればよい。

【００７４】次に液晶表示素子の製造について説明す
る。

【００７５】０．７ｍｍ厚のガラスからなる第３の基板
２０ａ上にＩＴＯ膜を膜厚２０００Ａにて成膜し、対向
電極２２を形成し、対向基板を形成する。

【００７６】次に０．７ｍｍ厚のガラスからなる第４の
基板２０ｂ上に、モリブデン−タングステン（ＭｏＷ）
からなるゲート線電極、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏからなる信号
線電極、ＭｏＷからなる補助容量Ｃｓ電極、ＴＦＴ素
子、画素電極２３を形成したマトリクスアレイ基板を作
製する。前記対向基板を例えば３．４μｍの間隔を保っ
て保持させ、この間隔にカイラル材（Ｓ８１１、メルク
ジヤパン（株）製）を０．１５ｗｔ％添加した液晶（Ｚ
ＬＩ−１６９５、メルクジヤパン（株）製）を注入し液
晶層２１とする。

【００７７】さらに第１の基板上に偏光板４１を貼り合
わせ、第４の基板の下には、鏡面反射板４２を貼り合わ
せる。このようにして本発明の実施形態１の液晶表示素
子を形成する。

【００７８】次に、図４のように２電源を使用する場合
の光拡散素子３０の制御方法を説明する。

【００７９】液晶層３１を挟んで上部にストライプ電極
３２ａとそれに例えば直交するストライプ電極３２ｂを
配置し、下部に電極３２ａに平行で対向するストライプ
電極３３ａと電極３２ｂに平行で対向するストライプ電
極３３ｂを配置する。

【００８０】電極３２ａと電極３３ａ間に電源３５ａと
スイッチ３４ａを接続し、電極３２ｂと３３ａ間にスイ
ッチ３４ｃを接続し、３２ｂと３３ｂ間にスイッチ３４
ｅを接続し、スイッチ３４ａの開閉により電極３２ａと
電極３３ａ間に電圧を印加し、かつスイッチ３４ｃと３
４ｅを閉じることにより、ストライプ状の屈折率分布を
得ることができる。

【００８１】また、電極３２ｂと電極３３ｂ間に電源３
５ｂとスイッチ３４ｂを接続し、電極３２ａと３３ａ間
にスイッチ３４ｄをほ接続し、電極３３ａと３３ｂ間に
スイッチ３４ｆを接続し、スイッチ３４ｂの開閉により
電極３２ｂと電極３３ｂ間に電圧を印加し、かつスイッ
チ３４ｄと３４ｆを閉じることによりストライプ状の屈
折率分布を得ることができる。このとき、電極３２ａと
電極３３ａ間、電極３２ｂと電極３３ｂ間の組み合わせ
により、直交するストライプ状の屈折率分布を得ること
ができ、拡散方向が制御できる。

【００８２】また、電極３２ｂと３３ａ間にスイッチ３
４ｃを配置し、このスイッチを閉じ、かつスイッチ３４
ａとスイッチ３４ｂを同時に閉じた場合、電極３２ｂと
電極３３ａの交差する部分と両電極が存在しない部分に
は電圧が印加されず、ストライプ電極３２ｂと電極３３
ａが重ならない部分にのみ電圧が印加され、市松状に電
圧が印加される。よって、各ストライプ電極３２ａと３
２ｂの両方向に、拡散する特性を得られる。ただし、拡
散能力はストライプ電極３２ａと３３ａ間あるいはスト
ライプ電極３２ｂと３３ｂ間のいずれかに電圧を印加す
る場合より弱くなる。

【００８３】このようにストライプ状、市松状に屈折率
分布を形成することにより、光源の形状に適切に対応し
た光拡散を選択することができる。図７で説明したよう
に、ライン光源および延在方向、点光源に対して所望の
拡散方向を得ることができる。また観察方向に対して上
記光拡散を選択することにより視認性のよい反射型液晶
表示装置を得ることができ、種々の環境において観察者
にとって十分な明るさを得ることができる。

【００８４】（実施形態２）図８は本発明の他の実施形
態を示し、実施形態１と液晶表示素子２０と光拡散素子
３０の構成は同じであるが、光拡散素子の第２の基板３
０ｂと液晶表示素子の第３の基板２０ａを共通にし、か
つ液晶表示素子２０の画素電極をＡｌの鏡面反射電極２
３Ａとしたものである。なお図１と同符号のものは同様
部分を示す。

【００８５】この共通基板５０および反射電極２３Ａの
採用により、基板厚を薄く形成することができ、また鏡
面反射板も不要となり、視差などを減らすことができ
る。

【００８６】（実施形態３）図９は本発明の他の実施形
態を示し、共通基板５０をもつ実施形態２において液晶
光拡散素子３０のストライプ電極構成を簡素化したもの
である。なお図８と同符号のものは同様部分を示す。

【００８７】すなわち、第１のストライプ電極群３２の
ストライプ電極層３２ｂと第２のストライプ電極群３３
のストライプ電極層３３ａを省略したもので、ストライ
プ電極層３２ａとストライプ電極層３３ｂが液晶層３１
を挟んで交差して対峙させる。

【００８８】この構成により、電極に電圧を印加する
と、電極が重なり合う領域のみの液晶層の液晶分子が垂
直に配向するから、画面に市松状の屈折率分布差が生じ
て全方向の光拡散能を得ることができ、電圧印加、無印
加の選択により光拡散を制御することができる。また、
製造は前記実施形態に比べて容易になる。

【００８９】

【発明の効果】以上のように本発明により、環境や光源
形状に対して拡散方向を制御することにより種々の環境
において観察者にとって十分な明るさを得ることができ
る反射型ＬＣＤを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の断面図、

【図２】本発明の一実施形態の分解斜視図、

【図３】本発明の一実施形態の光拡散素子を説明する分
解斜視図、

【図４】本発明の一実施形態の光拡散素子を動作を説明
する分解斜視図、

【図５】本発明の光拡散素子を説明するためのもので、
（ａ）は断面略図、（ｂ）、（ｃ）は電極の平面略図、

【図６】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の光拡散素子
の電圧印加を説明する回路略図、

【図７】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の光拡散素子
の電圧印加による異なる屈折率の分布を説明する略図、

【図８】本発明の他の実施形態を説明する断面図、

【図９】本発明の他の実施形態を説明する断面図、

【図１０】（ａ）、（ｂ）は従来装置の断面図。

【図１１】従来装置の断面図。

【符号の説明】

２０：液晶表示素子 ２０ａ：第３の基板 ２０ｂ：第４の基板 ２１：液晶層 ２２：共通電極 ２３：画素電極 ３０：光拡散素子 ３０ａ：第１の基板 ３０ｂ：第２の基板 ３１：液晶層 ３２：第１のストライプ電極群 ３２ａ：第１ストライプ電極層 ３２ｂ：第２ストライプ電極層 ３２１：絶縁膜 ３３：第２のストライプ電極群 ３３ａ：第３ストライプ電極層 ３３ｂ：第４ストライプ電極層 ３３１：絶縁膜 ３４：スイッチ ３５：電源 ４１：偏光板 ４２：鏡面反射板

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも液晶層と、この液晶層を電気
   的に制御する電極および前記液晶層に入射して透過した
   第１光を反射して前記液晶層に第２光として再入射させ
   る反射層とを有する液晶表示素子と、前記液晶層の前記
   第１光が入射する側に設けられた光拡散素子とを具備す
   る反射型液晶表示装置において、前記光拡散素子は拡散
   特性を電気的に制御可能な位相回折格子からなることを
   特徴とする反射型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 光拡散素子は液晶層とこの液晶層を挟ん
   で両側に配置されたストライプ電極手段からなりこれら
   のストライプ電極手段に電圧を印加することによって前
   記液晶層が制御されるものであることを特徴とする請求
   項１記載の反射型液晶表示装置。
3. 【請求項３】 ストライプ電極手段は、液晶層の一方の
   側に配置され絶縁層を介して相互に交差するストライプ
   電極の２層からなる第１のストライプ電極群と、前記液
   晶層の他の側に配置され絶縁層を介して相互に交差する
   ストライプ電極の２層からなる第２のストライプ電極群
   とからなる請求項２記載の反射型液晶表示装置。
4. 【請求項４】 液晶層がホモジニアス配列された正の誘
   電異方性を有するネマティック液晶からなる請求項２記
   載の反射型液晶表示装置。
5. 【請求項５】 第１のストライプ電極群のうち液晶層に
   近い側のストライプ電極層のストライプ方向と、第２の
   ストライプ電極群のうち前記液晶層に近い側のストライ
   プ電極層のストライプ方向とを交差させてなる請求項３
   記載の反射型液晶表示装置。
6. 【請求項６】 ストライプ電極手段に電圧を印加する電
   源と、前記ストライプ電極手段の第１のストライプ電極
   群の２層と第２のストライプ電極群の２層に前記電源を
   選択的に接続するスイッチ手段とを具備してなる請求項
   ３または請求項５記載の反射型液晶表示装置。
7. 【請求項７】 偏光板を有し、光拡散素子が前記偏光板
   と液晶表示素子との間に配置されていることを特徴とす
   る請求項１記載の反射型液晶表示装置。
8. 【請求項８】 液晶表示素子の液晶層と光拡散素子の液
   晶層はそれぞれ２枚の基板間に挟持され前記液晶表示素
   子の一方の基板と前記光拡散素子の一方の基板とが共通
   であることを特徴とする請求項２記載の反射型液晶表示
   装置。