JP5023422B2 - 反射型カラー液晶表示装置の製造方法およびその製造装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型カラー液晶表示装置、その製造方法およびその製造装置に関し、特に、白色ホログラムを用いて文字、図形等をカラー表示する反射型カラー液晶表示装置の製造方法およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射型カラー液晶表示方式として、一枚偏光板方式、ゲストホスト液晶方式等が知られているが、近年、ＨＰＤＬＣ（Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal）素子を用いる方式が注目されている。この方式においては、偏光板やカラーフィルタを用いないために、明るい反射表示を実現することが可能である。例えば、特開平６−２９４９５２号公報に、液晶層に液晶滴と透明性固体とが周期構造をなして存在しているＨＰＤＬＣ素子が開示されている。このＨＰＤＬＣ素子は、電圧を印加しない状態では、外光が入射すると、液晶滴と透明性固体とによる周期構造によってブラッグ反射が生じ、周期構造の周期間隔に対応した波長域の光を反射し、それ以外の波長の光は透過される。電圧を印加した状態では、ＨＰＤＬＣ素子における液晶滴の屈折率が変化し、液晶滴と透明性固体との屈折率差が小さくなるにしたがってブラッグ反射の強度が減少していき、屈折率差がなくなると入射光はすべて液晶層を透過する。こうした反射状態と透過（透明）状態を用いて明暗表示を行う。このＨＰＤＬＣ素子は、透明性固体材料の前駆体、液晶材料および重合開始剤などを封入したセルに、二光束干渉露光を行うことにより作製される。二光束干渉露光では、２つの光束の干渉によって生じる干渉光縞の光強度が強い部分で透明性固体材料前駆体が硬化し、透明性固体材料の比率が高い部分が生じる。逆に、干渉光縞の光強度が弱い部分では、液晶材料の比率が高い部分が生じる。その結果、セル内において、透明性固体の比率が高い部分と液晶材料の比率が高い部分とが周期的に生じる周期構造が形成される。この周期構造は、上述のように、表示時にブラッグ条件を満たす波長の光を反射する。
【０００３】
また、上記特開平６−２９４９５２号公報には、このＨＰＤＬＣ素子をカラー表示装置として使用するために、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子をそれぞれ異なる透明基板対間に形成しそれらを光吸収膜上に積層配置する方法と、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子を平面配置する方法とが記載されている。
上記の異なる透明基板間に形成されたＨＰＤＬＣ素子を複数層積層配置する方式は、特開平１０−３１２１７号公報や特開２０００−８９０２８号公報等にも記載されている。また、特開平９−２６５０８８号公報には、基板上に、異なる波長の光を反射する、液晶と高分子層とが交互に配置された液晶混合干渉膜を複数層、間に電極層や絶縁層を介して積層し、基板上に形成された薄膜トランジスタと各層に形成された電極層とをスルーホールを介して接続してなる反射型カラー液晶表示装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の各公報に記載された反射波長の異なる複数のＨＰＤＬＣ素子を積層したり反射波長の異なる複数の液晶混合干渉膜を電極を介して積層する方法では、各層のＨＰＤＬＣ素子や液晶混合干渉膜を独立に駆動するための立体的な配線が必要となり、素子構造・作製工程が複雑になるという課題がある。また、複数のＨＰＤＬＣ素子を積層する方式では、ガラス基板間に液晶樹脂複合体を挟んでなるＨＰＤＬＣ素子を例えば３枚積層しなければならないため、表示装置が厚くなってしまうという問題も起きる。さらに、特開平６−２９４９５２号公報に記載された反射波長の異なる複数のＨＰＤＬＣ素子を平面配置する方法では、同一面内に反射波長の異なる３種類のＨＰＤＬＣ素子を作製しなければならない。したがって、マスクを介した干渉露光を３回繰り返す必要があり、作製工程が複雑となる。
【０００５】
本発明は、これらの従来技術に鑑みてなされたものであって、その目的は、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子や液晶混合干渉膜を積層配置したり、平面配置したりする必要のない簡易な構造・構成を持つ明るい反射型カラー液晶表示装置を、少ない工程で製造できる製造方法およびその製造装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、透明電極を備えた一対の透明基板がスペーサを介して貼り合わされてなるセルに少なくとも透明性固体材料前駆体と液晶材料とを含む混合液を注入する工程と、前記混合液を注入した前記セルに同一波長の二つの光を異なる方向から照射してその干渉によって周期性のある前記透明性固体材料前駆体の光硬化層を形成する二光束干渉露光を、形成される光硬化層の周期性が異なる２または３種類について時分割で行う工程とを有することを特徴とする反射型カラー液晶表示装置の製造方法、が提供される。
【０００７】
また、上記目的を達成するため、本発明によれば、感光性の透明性固体材料前駆体と液晶材料とを含む混合液が注入されたセル内の前記混合液を二光束干渉露光して前記セル内に積層周期間隔の異なる複数の周期構造を形成するための装置であって、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源が出射する光の進行方向を切り替える少なくとも一つの光路切り替え手段と、前記光路切り替え手段から出射された光を二つに分割する複数のビームスプリッタと、前記それぞれのビームスプリッタから出射された光を前記セルの二つの面に向けて反射する複数のミラー対と、前記複数のビームスプリッタの内同時に光が入射されるビームスプリッタが一つのみとなるように、前記光路切り替え手段を制御する光路制御信号発生器と、を備えることを特徴とする反射型カラー液晶表示装置の製造装置、が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を具体的に説明する前に、本発明による製造方法および製造装置を用いて製作される反射型カラー液晶表示装置の基本的な構造について説明する。
図１は、本発明による製造方法および製造装置を用いて製作される反射型カラー液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。
図１に示すように、本発明による製造方法および製造装置を用いて製作される反射型カラー液晶表示装置は、少なくとも一方の基板３が透明である２枚の基板３、４と、基板３、４の表面にそれぞれ形成された少なくとも一方の電極５が透明である電極５、６と、電極５、６および基板３、４の間に挟持された調光層１と、基板３の上に形成された、それぞれ赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ２Ａ、２Ｂ、２Ｃからなるカラーフィルタ２と、基板４の上に形成された光吸収層７と、を有している。カラーフィルタ２は、図１においては基板３の調光層１と反対側の表面上に形成されているが、基板３と電極５との間、あるいは、電極５と調光層１との間に形成されていてもよい。また、光吸収層７は、基板４の調光層１と反対側の表面上に形成されているが、基板４と電極６との間に形成されていてもよい。この場合には、基板４は透明である必要はない。また、光吸収層７は、電極６と調光層１との間に形成されていてもよい。この場合には、さらに、電極６も透明である必要がない。また、基板４に光吸収機能を持たせてもよい。この場合には、光吸収層７を削除することができる。調光層１は白色を反射する層であり、その反射量は電極５、６の間に印加する電圧によって制御される。
【０００９】
この本発明による製造方法および製造装置を用いて製作される反射型カラー液晶表示装置に、カラーフィルタ２側から白色光である外光が入射すると、入射した外光は、カラーフィルタ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを通過した後、それぞれ、赤色、緑色、青色の光となり、調光層１に入射する。調光層１は白色を反射する、つまり全ての光を反射できるため、単一の調光層１のみで、赤色、緑色、青色のそれぞれの光を反射する。調光層１によって反射された赤色、緑色、青色の光は再びカラーフィルタ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを透過し、外部に射出される。この時、電極５、６を介して調光層１に電圧が印加されると、印加電圧によって、入射光量に対する調光層１の反射量が連続的に変化し、中間調を含む反射表示が可能となる。調光層１によって反射されずに透過してきた光は、光吸収層７によって吸収される。
次に、本発明の参考例および実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
〔第１の参考例〕
図２は、本発明の第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図である。
図２に示すように、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、２枚の透明基板１３、１４と、透明基板１３、１４の表面にそれぞれ形成された透明電極１５、１６と、透明電極１５と１６との間および透明基板１３と１４との間に挟持された調光層１１と、透明基板１３の上に形成された、それぞれ赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃよりなるカラーフィルタ１２と、基板１４の上に形成された光吸収層１７と、を有している。
なお、図２は、赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃをそれぞれ１個ずつ有する１画素を表示したものであって、実際の反射型カラー液晶表示装置は、図２に示す構造を１単位として、この１単位を行および列に連続的に連結した２次元アレイ状に形成されている。
【００１１】
調光層１１は、電圧無印加時あるいは電圧印加時のいずれかにおいて、相対的に屈折率の高くなる層（以後、「高屈折率層」という）と相対的に屈折率の低くなる層（以後、「低屈折率層」という）とが交互に積層された周期構造からなっている。その周期構造は、周期間隔の異なる３種類の周期構造１８、１９、２０から形成されている。周期構造１８、１９、２０は、それぞれ、高屈折率層１８Ａと低屈折率層１８Ｂと、高屈折率層１９Ａと低屈折率層１９Ｂと、高屈折率層２０Ａと低屈折率層２０Ｂと、を交互に積層することによって形成されている。
なお、図２に示した本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、周期構造１８、１９および２０中に、作図の簡単のために数層の高屈折率層と低屈折率層しか示していないが、実際には各周期構造は、数１０層〜数１００層の高屈折率層と、それと同数の低屈折率層とからなっている。
【００１２】
この本参考例の反射型カラー液晶表示装置に、カラーフィルタ１２側から外光が入射すると、カラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを透過して、それぞれ、赤色、緑色、青色となった光は、調光層１１内の各周期構造によって反射された後、再びカラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを透過して、外部に射出される。この時、調光層１１に電圧が印加されると、印加電圧によって、周期構造を形成する高屈折率層あるいは／および低屈折率層の屈折率が連続的に変化する。したがって、入射光量に対する調光層１１の反射量が連続的に変化し、中間調を含む反射表示が可能となる。調光層１１によって反射されずに透過してきた光は、光吸収層１７によって吸収される。
【００１３】
本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、また、調光層内の高屈折率層１８Ａと低屈折率層１８Ｂよりなる周期構造１８、高屈折率層１９Ａと低屈折率層１９Ｂよりなる周期構造１９および高屈折率層２０Ａと低屈折率層２０Ｂよりなる周期構造２０の各層の界面が基板表面に対して平行であってもよいが、図２に示すように傾斜している方が、より望ましい。周期構造１８、１９、２０におけるそれぞれの周期構造の層間隔と、それらの層の層界面が基板表面に対してなす傾斜角とは、それらの周期構造に紙面の左上方から右下方に向かって斜めに白色光を入射するとしたときに、ブラッグの反射条件によって基板の法線方向に、それぞれ、赤色の光、緑色の光、青色の光が反射されるように設定されている。このとき、調光層１１は、加法混色により、基板の法線方向に白色光を反射することが可能である。
【００１４】
図２に示すように、周期構造の各層の層界面が基板表面に対して傾斜している場合には、本参考例の反射型カラー液晶表示装置によって外光を反射するに当たって、外光が基板１３の表面に対して鏡面反射するわけではなく、周期構造の各層の界面に対して鏡面反射する。即ち、外光は図２の紙面左上方から右下方に向かって基板１３に入射し、赤色の光を透過させるカラーフィルタ１２Ａを透過した赤色の光が、調光層１１内の高屈折率層１８Ａと低屈折率層１８Ｂとの周期構造によって基板１３の表面の法線方向に反射されて、その赤色の光が外光として入射した画素と同じ画素の赤色の光を透過させるカラーフィルタ１２Ａを透過して出射される。カラーフィルタ１２Ｂ、１２Ｃを透過したそれぞれ緑色の光、青色の光の場合も同様である。したがって、本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、基板の法線方向から観視することができるとともに、それにも関わらず、カラーフィルタ１２あるいは透明基板１３の表面反射により外光が写り込んで眩しくなるということがない。また、調光層内の高屈折率層と低屈折率層との周期構造によって形成される各層の層界面が基板表面に対して平行の場合には、照明光である透明基板１３の法線方向からの外光を人の頭が遮ることになり表示が暗くなるが、本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、そのようなことはない。
【００１５】
上述の説明においては、調光層１１が赤色、緑色、青色の光を反射する３種類の周期構造１８、１９、２０より形成されているが、調光層１１を形成する周期構造は３種類に限定されるわけではない。フルカラー表示のためには、調光層が白色光を反射するものであれば、周期構造は３種類以上何種類あっても構わない。例えば、赤色、緑色、青色の光を反射する周期構造のいずれかがあるいはいずれもが、高屈折率層と低屈折率層との層間隔が若干異なる複数の周期構造で形成されていてもよい。そのような周期構造によって、反射光のスペクトル幅を広げ、明るさを増すことが可能になる。また、フルカラー表示ではなく、マルチカラー表示を行う場合には、調光層を形成する周期構造は最小限２種類あればよい。図３に、２種類の周期構造２８、２９を持つ調光層２１を示す。周期構造２８、２９は、それぞれ、高屈折率層２８Ａ、２９Ａと低屈折率層２８Ｂ、２９Ｂとから形成されている。周期構造２８の層間隔と周期構造２９の層間隔とは、互いに異なる。周期構造２８、２９によって反射される２つの光が互いに補色の関係にあれば、調光層２１は白色の光を反射する。なお、図３において、調光層以外の透明基板等は省略してある。
【００１６】
以上説明したように、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、赤色、緑色、青色を反射する高屈折率層と低屈折率層とからなる３つの周期構造で構成される調光層を有するため、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子を積層配置したり、平面配置したりすることのない簡易な構造・構成でありながら、明るく視認性に優れた表示が可能になる。
なお、本実参考例の反射型カラー液晶表示装置において、カラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの直下の調光層に、それぞれ、赤色の光、緑色の光、青色の光のみを反射する単一の周期構造を形成してもフルカラー表示が可能である。しかしながら、図２に示すように、カラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのいずれの直下においても、赤色の光、緑色の光、青色の光を反射する周期構造を形成し、調光層１１全体を白色光を反射する反射層とすることによって、カラーフィルタ１２と調光層１１内の周期構造との位置合わせをする必要がなくなるという利点が生じる。
【００１７】
〔第２の参考例〕
図４は、本発明の第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図である。
図４に示すように、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、２枚の透明基板３３、３４と、透明基板３３、３４の表面にそれぞれ形成された透明電極３５、３６と、透明電極３５と３６との間および透明基板３３と３４との間に挟持された調光層３１と、基板３３の上に形成された、それぞれ赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃからなるカラーフィルタ３２と、基板３４の上に形成された光吸収層３７と、を有している。図４は、図２と同様に、赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃをそれぞれ１個ずつ持つ１画素を表示したものである。
調光層３１は、第１の参考例と同様に、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した周期構造からなっている。また、その周期構造は、周期構造を構成する層間隔の異なる３種類の周期構造から形成されており、それらの周期構造に紙面左上方から右下方に向かって白色光が入射するとしたときに、基板の法線方向に、それぞれ、ブラッグの反射条件によって、赤色の光、緑色の光、青色の光を反射するように設定されている。本参考例の反射型カラー液晶表示装置における調光層３１が第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置における調光層１１と異なる点は、調光層内の赤色の光、緑色の光、青色の光を反射する周期構造が、それぞれ、１画素内に均一に形成されている点である。即ち、赤色の光、緑色の光、青色の光を反射する周期構造は互いに入り組んだ構造を有している。このとき、調光層３１は、加法混色により白色光を反射することが可能である。
【００１８】
この本参考例に係る反射型カラー液晶表示装置に、カラーフィルタ３２側から外光が入射すると、カラーフィルタ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを透過して、それぞれ、赤色、緑色、青色となった光は、調光層３１によって反射された後、再びカラーフィルタ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを透過して、外部に射出される。この時、調光層３１に電圧が印加されると、印加電圧によって、周期構造を形成する高屈折率層あるいは／および低屈折率層の屈折率が連続的に変化する。したがって、入射光量に対する調光層３１の反射量が連続的に変化し、中間調を含む反射表示が可能となる。調光層３１によって反射されずに透過してきた光は、光吸収層３７によって吸収される。
【００１９】
本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、また、調光層内の高屈折率層３８Ａ、３９Ａ、４０Ａと低屈折率層３１Ｂとの各層の層界面が基板表面に対して平行であってもよいが、図４に示されるように傾斜していることが、より望ましい。調光層内の高屈折率層と低屈折率層との各層の層界面が基板表面に対して傾斜している場合には、第１の参考例と同じ理由によって、基板の法線方向と異なる方向から外光が入射しても、基板の法線方向から観視することができ、かつ、基板の法線方向から観視しても照明光である外光の写り込みや、人の頭による照明光の遮蔽という問題が発生することなく、良好な視認性が得られる。
本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置と同様に、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子を積層配置したり、平面配置したりすることのない簡易な構造・構成でありながら、明るく視認性に優れた表示が可能になる。また、カラーフィルタ３２と調光層３１内の周期構造との位置合わせの必要がなくなるという利点も有する。
【００２０】
〔第３の参考例〕
図５は、本発明の第３の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図である。図６は、図５の反射型カラー液晶表示装置の調光層の一部の断面図である。図７は、図６の調光層への入射光線／反射光線図である。
図５に示すように、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、２枚の透明基板４３、４４と、透明基板４３、４４の表面にそれぞれ形成された透明電極４５、４６と、透明電極４５と４６との間および透明基板４３と４４との間に挟持された調光層４１と、基板４３の上に形成された、それぞれ赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃからなるカラーフィルタ４２と、基板４４の上に形成された光吸収層４７と、を有している。図５は、赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃをそれぞれ１個ずつ持つ１画素を表示したものである。
調光層４１は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した周期構造からなっている。その周期構造は、周期構造を構成する各層の層間隔の異なる３種類の周期構造４８、４９、５０から形成されている。周期構造４８、４９、５０は、それぞれ、高屈折率層４８Ａと低屈折率層４８Ｂ、高屈折率層４９Ａと低屈折率層４９Ｂ、高屈折率層５０Ａと低屈折率層５０Ｂ、とを交互に積層することによって形成されている。
【００２１】
図６に示すように、これらの高屈折率層と低屈折率層との各層の層界面は平坦ではなく、界面の微小部分において微細に湾曲しており、かつ、微細に湾曲した微小部分が界面の面内に連続的に配列されている。この微細に湾曲した層界面は、図６（ａ）のように、紙面右下方から左上方に樋状に一方向に延びる界面が紙面左下方から右上方にアレイ状に配列されたものであってもよいし、図６（ｂ）のようにマイクロレンズ状の微小界面が瓦のように二次元的に配列されたものであってもよい。
【００２２】
図７には、任意の１層界面１０１に外光が入射したときに、その外光が反射される様子を表している。層界面１０１の１微小部分１０８の頂点１０２における界面１０１の接平面１０３への法線１０４と基板表面への法線とのなす角度をθとする。法線１０４と角度θをなして入射した白色光は、基板表面の法線方向に反射される。反射される光の波長は、層界面１０１の形成する周期構造の層間隔と白色光の入射角θとによって決まる。接平面１０３と、層界面１０１上の任意の点１０５における界面１０１の接平面１０６とのなす角度γを湾曲角と定義する。接平面１０６への法線を１０７とすると、入射白色光と法線１０７とのなす角度はθ＋γとなる。即ち、反射光は湾曲した層界面の最大湾曲角の２倍の角度範囲まで拡散される。したがって、（最大）湾曲角γを調整することによって、視野角を調整することが可能である。
【００２３】
以上により、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の持つ効果と同じ効果を有するのみではなく、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置では得られない広い視野角と均一な輝度を持つ表示を行うことを可能にする。
なお、上述の反射型カラー液晶表示装置は、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の周期構造を形成する各層の層界面に微細な湾曲を形成したものであるが、第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置の周期構造を形成する各層の層界面に微細な湾曲を形成しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
本参考例の反射型カラー液晶表示装置において、周期構造を形成する各層の平均の層界面を基板に対して傾斜させたのは、第１、第２の参考例と同じ理由による。
なお、図５に示した本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、周期構造４８、４９および５０中に、作図の簡単のために数層の高屈折率層と低屈折率層しか示していないが、実際には各周期構造は、数１０層〜数１００層の高屈折率層と同数の低屈折率層とからなっている。
【００２４】
〔第４の参考例〕
図８は、本発明の第4の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図である。本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、図２に示す第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置のカラーフィルタの上に、微細な半円柱状のレンズが列状に配列されたレンチキュラーレンズアレイ１４０を配置したものである。図８において、図２と同一または同等の構成要素には下２桁が等しい符号を付し、詳しい説明を省略する。このような構造において、入射白色光がカラーフィルタ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃを透過した後、それぞれ、赤色、緑色、青色となった光は、調光層１１１によって反射され、再びカラーフィルタ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃを透過して外部に射出されるが、その際、レンチキュラーレンズアレイ１４０によって拡散される。したがって、この反射型カラー液晶表示装置は、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の持つ効果に加えて、第３の参考例の反射型カラー液晶表示装置のように、視野角の広い表示が可能になるという効果を併せ持つ。なお、上述のレンチキュラーレンズアレイは、微細な凸レンズが２次元状に形成されたマイクロレンズアレイであってもよい。
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
図９は、本発明の第１の実施の形態の製造方法に用いる光学系の配置図である。図１０は、本実施の形態の二光束露光を説明するための断面図である。本実施の形態の製造方法においては、感光性の透明性固体材料前駆体と液晶材料との混合物から、透明性固体材料の比率が高い層（以後、「透明性固体材料層」と呼ぶ）と液晶材料の比率が高い層（以後、「液晶材料層」と呼ぶ）とからなる平坦な周期構造が形成される。
図９に示すように、一対の基板間に感光性の透明性固体材料前駆体、液晶材料および重合開始剤の混合物を挟持したＨＰＤＬＣ前駆体セル１３４に、３種類の二光束干渉露光を時分割で行うことによって、本発明の反射型カラー液晶表示装置が製造される。感光性の透明性固体材料前駆体としては、単官能あるいは二官能アクリレート等のアクリレート化合物やこれらの化合物の混合物あるいはこれらの化合物とアクリレートオリゴマーとの混合物を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、重合開始剤としては、アセトフェノン系、ベンゾフェノン系等の通常の光重合開始剤を使用することができ、メチルジエタノールアミン等の光重合開始助剤を添加することもできる。さらに、重合開始剤に色素増感剤を添加することもできる。
【００２６】
本実施の形態の製造方法における二光束干渉露光の光源には、通常のレーザ等のコヒーレント光源が利用される。なお、形成される透明性固体材料層と液晶材料層とからなる周期構造の選択反射波長は、二光束干渉露光の光源の波長および２つの光の交差角を制御することによって調整することができる。
図９に示すように、本実施の形態の製造方法に用いる二光束干渉露光においては、３種類の二光束干渉露光を時分割で行うことが可能である。まず、異なる波長の２つのレーザ光源１２１、１２２の光路上に、それぞれ、レーザ光の偏光面を回転させるＥＯ（電気光学）変調器１２３Ａ、１２４Ａとレーザ光の偏光状態によってその進路を切り替える偏光プリズム１２３Ｂ、１２４Ｂから構成される光路選択子１２３、１２４を設置する。光路選択子１２３、１２４は連動して入射光の光路切替えを行い、レーザ光源１２１、１２２からの２つの光のどちらか一方が干渉露光に利用されるようにする。即ち、レーザ光源１２１、１２２のうちの一方のレーザ光源１２１（１２２）からの光が、対応する光路選択子１２３（１２４）を直進透過して干渉露光に利用される。他方のレーザ光源１２２（１２１）からの光は、ＥＯ変調器１２４Ａ（１２３Ａ）によって偏光面が回転され、偏光プリズム１２４Ｂ（１２３Ｂ）を経て対応する光吸収板１２７（１２６）に吸収される。さらに、レーザ光源１２１の光路上に、ＥＯ変調器１２５Ａ、偏光プリズム１２５Ｂから構成される光路選択子１２５が設置される。光路選択子１２５は、レーザ光源１２１の光路選択子１２３を透過したレーザ光を、その偏光面方向をＥＯ変調器１２５Ａにより制御することによって、２つの光路１３０、１３１のうちいずれか一方に切り替える。これらのＥＯ変調器１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａの動作は、光路制御信号発生器１２８によって同期が取られる。即ち、光路制御信号発生器１２８からの信号によって、光路選択子１２３、１２４によるレーザ光源１２１、１２２からの２つのレーザ光のうちの一方の選択、および、光路選択子１２５によるレーザ光源１２１からの光の光路切り替えが制御され、これによって、３つのレーザ光路１２９、１３０、１３１が時分割で切り替えられる。これらのレーザ光路１２９、１３０、１３１は、それぞれ、ビームスプリッタ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃでさらに２つに分岐される。ビームスプリッタ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃで分岐されたそれぞれ２つの光を、ミラー対１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃで反射することによって、３つの二光束を用いる干渉露光光学系が形成される。
【００２７】
ミラー対１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃで反射されるそれぞれ２つのレーザ光は、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１３４の前面と後面に入射し、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１３４の内部で干渉を起こし、レーザ光の波長と２つのレーザ光の交差角に対応した光の強弱を有する干渉光縞を形成する。この干渉光縞が照射されたＨＰＤＬＣ前駆体は、光強度が強い領域で透明性固体材料前駆体が硬化して透明性固体材料層を形成する。光強度の弱い領域には液晶材料が残留し、液晶材料層を形成する。その結果、セル内に、透明性固体材料層と液晶材料層とが周期的に生じる、周期層間隔の異なる３つの周期構造が形成される。
【００２８】
液晶は、常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅとを有し、液晶の分子の向きによって異なる屈折率を示す。ネマティック液晶およびスメクティック液晶においては、通常、ｎｏ＜ｎｅである。電圧無印加の状態においては、液晶に特別の配向処理がほどこされていない場合には、液晶は、常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅとの中間の屈折率を示す。したがって、透明性固体材料として、例えば、液晶材料の常光線屈折率ｎｏに近い屈折率を持つ材料を用いると、透明性固体材料層が低屈折率層、液晶材料層が高屈折率層となる。
このような周期構造においては、電圧無印加の状態においては、透明性固体材料層と液晶材料層との間に屈折率差が存在するので、透明性固体材料層と液晶材料層よりなる周期構造の層間隔に応じた特定波長の光が反射される。この周期構造に十分な電圧が印加されると、液晶の屈折率は、常光線屈折率ｎｏとなる。したがって、透明性固体材料層と液晶材料層との間に屈折率差がほとんど存在しなくなり、光は反射されずに透過してしまう。
透明性固体材料として、常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅとの中間の屈折率を持つ材料を用いる場合には、電圧無印加の状態においては入射光が反射されずに透過し、電圧が印加されると、透明性固体材料層と液晶材料層よりなる周期構造の層間隔に応じた特定波長の光が反射される。この場合、透明性固体材料層が高屈折率層、液晶材料層が低屈折率層となる。
【００２９】
３つのレーザ光路１２９、１３０、１３１は、光路制御信号発生器１２８からの信号によって任意の時間間隔で切り替えられる。したがって、３つの二光束干渉露光の露光時間も時分割で任意に変えることが可能である。例えば、時間Ｔ１の間、ＥＯ変調器１２４Ａを入射光の偏光面が回転しない状態（この場合、偏光プリズムを透過する）、ＥＯ変調器１２３Ａを入射光の偏光面が９０°回転する状態（この場合、偏光プリズムで反射される）に制御すると、その時間Ｔ１の間は、レーザ光路１２９の二光束干渉露光のみが行われる。次いで、時間Ｔ２の間、ＥＯ変調器１２４Ａを入射光の偏光面が９０°回転する状態、ＥＯ変調器１２３Ａを入射光の偏光面が回転しない状態に制御し、ＥＯ変調器１２５Ａを入射光の偏光面が９０°回転する状態に制御すると、レーザ光路１３０が選択され、その時間内ではレーザ光路１３０の二光束干渉露光のみが行われる。さらに、時間Ｔ３の間、ＥＯ変調器１２４Ａを入射光の偏光面が９０°回転する状態、ＥＯ変調器１２３Ａを入射光の偏光面が回転しない状態、ＥＯ変調器１２５Ａを入射光の偏光面が回転しない状態に制御すると、レーザ光路１３１が選択され、その時間内ではレーザ光路１３１の二光束干渉露光のみが行われる。
【００３０】
なお、時分割干渉露光を行う場合の繰り返し周波数としては、１Ｈｚ以上であることが望ましい。１Ｈｚ以下の繰り返し周波数で時分割干渉露光を行うと、各周期構造が均等に形成されず、反射型カラー液晶表示装置としての表示時に反射光強度の低下等の問題が生じる。また、１周期内の露光時間比（デューティー）、即ち、前記の露光時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の比を制御して、各周期構造の占有領域比あるいは透明性固体材料層と液晶材料層とにおける透明性固体材料と液晶材料との比率を調整することにより、反射型カラー液晶表示装置としての表示時の各周期構造からの反射光強度を調整し、カラーバランスをとることも可能である。３種類の二光束干渉露光の露光強度を調整して、カラーバランスをとることも可能である。
レーザ光の光路を切替えるためのＥＯ変調器はＡＯ（音響光学）変調器等他の変調器であってもよい。また、偏光選択子１２３、１２４の偏光プリズム１２３Ａ、１２４Ａは特定の偏光面を有する光のみを透過させる偏光板に置き換えてもよい。この場合には、光吸収板１２６、１２７は不要となる。また、レーザ光源を１つのみ用い二つの光路選択子を用いることによって３つのレーザ光路を形成したり、３個のレーザ光源を用い３個の光路選択子（光変調器と偏光板など）を用いることによって３つのレーザ光路を形成したりすることもできる。
【００３１】
図１０に示すように、本実施の形態の反射型カラー液晶表示装置の調光層の製造に用いられる二光束露光においては、透明電極（図示せず）が形成された一対の透明基板１５３、１５４の間にＨＰＤＬＣ前駆体を挟持したＨＰＤＬＣ前駆体セル１５５の一方の透明基板１５３に、その表面の法線方向に対して傾斜した方向からレーザ光１５１が入射され、他方の透明基板１５４には、それよりも表面の法線方向に近い方向からレーザ光１５２が入射される。この場合、どちらの基板から入射したレーザ光も平面波であるから、二光束が干渉して形成される透明性固体材料層１５８Ａと液晶材料層１５８Ｂとの層界面は平坦で、二光束のなす角度を二分する方向に延びるように形成される。したがって、二光束１５１、１５２が基板表面の法線方向に対して異なる角度で入射される本実施の形態の製造方法においては、透明性固体材料層１５８Ａと液晶材料層１５８Ｂとからなる周期構造の層界面は基板表面に対して傾斜して形成される。本発明の第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置の調光層は、以上のようにして形成される。
【００３２】
本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、電極を備えた２枚の透明基板間に調光層が形成された後、いずれか一方の透明基板にカラーフィルタを形成することによって、容易に作製できる。この時、カラーフィルタは、染色法、印刷法等の手法を用いて、調光層を挟持した基板の一方に直接形成することもでき、また、調光層を挟持した基板の一方に、カラーフィルタを形成した別の基板を貼り合わせても良い。これらのカラーフィルタは、調光層を挟持するいずれか一方の基板の調光層と反対側の表面上に形成してもよいし、調光層側の電極との間、あるいは、電極と調光層との間に形成してもよい。
また、２枚の基板間に調光層が形成された後、一方の基板を剥離し、別に用意したカラーフィルタを有する基板を貼り付けることも可能である。例えば、その内部に調光層を作製するセルの一対の基板の一方を透明プラスチック等とすれば、その基板は、周期構造を形成する透明性固体材料層との密着性が低いものとなる。このような基板は、周期構造を形成した後、透明性固体材料層に変形を生じることなく、容易に剥離することができる。したがって、透明性固体材料層と液晶材料層との周期構造は保持された状態で一方の基板が剥離され、この基板が剥離された面にカラーフィルタを有する基板を貼り合わせることによって、カラーフィルタを備えることが可能である。
他方の基板には光吸収層あるいは光吸収板が形成される。場合によっては、光吸収層あるいは光吸収板が省略されることもある。
【００３３】
〔第２の実施の形態〕
図１１は、本発明の第２の実施の形態の製造方法の二光束露光を説明するための断面図である。本実施の形態の製造方法においては、感光性の透明性固体材料前駆体と液晶材料との混合物から、透明性固体材料層と液晶材料層とからなる湾曲した周期構造が形成される。
図１１に示すように、本実施の形態の反射型カラー液晶表示装置の調光層の製造に用いられる２光束露光においては、透明電極（図示せず）が形成された一対の透明基板１６３、１６４の間にＨＰＤＬＣ前駆体を挟持したＨＰＤＬＣ前駆体セル１６５の一方の透明基板１６３に、その表面の法線方向に対して傾斜した方向からレーザ光１６１が入射される。他方の透明基板１６４の表面には半円柱状の断面形状を有するレンチキュラーレンズアレイ１６６を貼り付け、このレンチキュラーレンズアレイ１６６を通して、透明基板１６４の表面に、レーザ光１６１よりも基板の法線方向に近い方向からレーザ光１６２が入射される。レンチキュラーレンズアレイ１６６から入射したレーザ光１６２は、透明基板１６４の内部で一度焦点を結んだ後、ＨＰＤＬＣ前駆体中に発散波として射出される。ＨＰＤＬＣ前駆体に発散波として射出されたレーザ光１６２は、透明基板１６３から入射したレーザ光１６１と干渉して、湾曲した干渉光縞を形成する。この干渉光縞の光強度の強い領域に透明性固体材料層１６８Ａが、光強度の弱い領域に液晶材料層１６８Ｂが形成される。透明性固体材料層１６８Ａと液晶材料層１６８Ｂとが高屈折率層と低屈折率層とよりなる湾曲した周期構造を構成する。この場合、２つのレーザ光１６１、１６２が基板の法線方向に対して異なる角度から入射されるため、干渉光縞は基板表面に対して傾斜したものとなり、したがって、透明性固体材料層１６８Ａと液晶材料層１６８Ｂとよりなる湾曲した層界面も基板表面に対して傾斜する。
なお、レンチキュラーレンズアレイは、一方の基板に貼り付けるだけではなく、両方の基板に貼り付けても構わない。また、レンズアレイとしては、レンチキュラーレンズアレイだけではなく、微細な凸レンズが二次元的に多数形成されているマイクロレンズアレイ等も用いることができる。
本実施の形態の反射型カラー液晶表示装置の製造方法の上記以外の、例えば光学系やカラーフィルタの形成方法等は、第１の実施の形態の製造方法と同じである。
【００３４】
〔実施例１〕
図１２は、本発明の実施例１における干渉露光用セルの断面図である。
まず、ＩＴＯ透明電極を備えた２枚の透明ガラス基板を、スペーサを介して貼り合わせて、セル厚８μｍの空セルを作製した。ネマチック液晶材料としてＢＬ３６（メルク社製）：３０重量％、透明性固体材料前駆体としてラクストラックＬＣＲ２０８（東亜合成社製）が３０重量％、Ｍ１２００（東亜合成社製）が７０重量％の混合物：６９．９８重量％、光重合開始剤としてＢＴＴＢ：０．０１重量％を含み、さらに、４８８ｎｍ用光増感色素：０．００５重量％、５３２ｎｍ用光増感色素：０．００５重量％を加えた混合物を調合し、ＨＰＤＬＣ組成物前駆体とした。ネマチック液晶材料ＢＬ３６の常光線屈折率は１．５２７、異常光線屈折率は１．７９４である。また、透明性固体材料前駆体として用いたラクストラックＬＣＲ２０８、Ｍ１２００の屈折率は、それぞれ、１．５０、１．４９〜１．５０である。このＨＰＤＬＣ組成物前駆体を、先に作製した空セルに注入することによって、ＨＰＤＬＣ前駆体セルを作製した。
【００３５】
次に、図９に示される第１の実施の形態の光学系において、レーザ光源１２１として波長４８８ｎｍのレーザを、レーザ光源１２２として波長５３２ｎｍのレーザを、それぞれ用いた。ここで、４８８ｎｍレーザ光による２つの光路のうちの一方のレーザ光路１３０を青色の光を反射する周期構造の形成、他方のレーザ光路１３１を緑色の光を反射する周期構造の形成に使用した。また、５３２ｎｍレーザ光のレーザ光路１２９を赤色の光を反射する周期構造の形成に使用した。このとき、赤色領域の波長の光を反射する周期構造を形成するためには、５３２ｎｍレーザ光を、基板表面に対して４０〜４５°の入射角で、ＨＰＤＬＣ組成物前駆体に入射させる必要があった。しかしながら、空気中からガラス基板およびＨＰＤＬＣ組成物前駆体にレーザ光を入射させる際には、スネルの法則が満足されなければならない。ところが、本実施例において使用したガラス基板ならびにＨＰＤＬＣ組成物前駆体の屈折率は１．５０〜１．５２程度であり、スネルの法則を満足させながら、ＨＰＤＬＣ組成物前駆体に４０〜４５°の入射角で入射させるように、空気中からガラス基板にレーザ光を入射させる条件は存在しないか、存在したとしても、基板表面にほとんど平行にレーザ光を入射させなければならなかった。この状態においては、透明性固体材料層を満足に形成することは不可能であった。
【００３６】
そこで、図１２に示すように、一対の電極（図示せず）が形成された透明基板１７３、１７４の間にＨＰＤＬＣ組成物前駆体１７１が挟持されたＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５の透明基板１７３、１７４の空気に接する側の表面に直角プリズム１７８Ａ、１７８Ｂを貼り合わせ、直角プリズム１７８Ａ、１７８Ｂを介してＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５にレーザ光を入射させた。直角プリズム１７８Ａ、１７８Ｂの屈折率は、ガラス基板１７３、１７４およびＨＰＤＬＣ組成物前駆体１７１の屈折率とほぼ同じである。このような構成とすることによって、波長の長い赤色の光も反射できる周期構造を容易に作製することが可能であった。
【００３７】
このように直角プリズムを基板両面に貼り合わせたＨＰＤＬＣ前駆体セルを、上述の干渉露光光学系に設置し、６０秒間、室温で時分割干渉露光を行い、白色を反射するＨＰＤＬＣ素子を作製した。
この時、二光束干渉露光の光源の波長、二光束干渉露光に用いる２つの光の交差角およびセルへの入射角を制御することによって、作製される反射型カラー液晶表示装置の選択反射波長、入射白色光の入射方向ならびに反射光の反射方向を調整することが可能である。本実施例においては、入射白色光の入射方向を、基板表面の法線方向に対して３０°傾斜した方向、反射光の反射方向を基板表面の法線方向になるように、以下のように設定した。
即ち、４８８ｎｍレーザ光による２つの光路のうちの一方のレーザ光路１３０におけるミラー対１３３Ｂで反射される２つのレーザ光の交差角は１８０°とし、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５に貼り付けた両直角プリズムへの入射角をともに５７．４°として、青色の光を反射する周期構造を形成した。他方のレーザ光路１３１におけるミラー対１３３Ｃで反射される２つのレーザ光の交差角は１５３．２°とし、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５に貼り付けた両直角プリズムへの入射角を４７．５°と１５．７°として、緑色の光を反射する周期構造を形成した。また、５３２ｎｍレーザ光によるレーザ光路１２９におけるミラー対１３３Ａで反射される２つのレーザ光の交差角は１２１°とし、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５に貼り付けた両直角プリズムへの入射角を０°と３１°として、赤色の光を反射する周期構造を形成した。
【００３８】
また、光路制御信号発生器１２８によって各ＥＯ変調器１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａの間の同期を取りながら時分割露光を行った。時分割露光の周期は１０Ｈｚとし、レーザ光路１３０、１３１、１２９による露光のデューティー比を３：３：４とした。
最後に、このＨＰＤＬＣ素子の入射光側にカラーフィルタを有する基板を、その反対側に光吸収層を有する基板を貼り合わせ、本実施例の反射型カラー液晶表示装置を完成した。
【００３９】
このようにして作製した反射型カラー液晶表示装置に、その基板の法線方向に対して３０°傾斜した方向から白色光を入射し、反射光の輝度の角度依存性を測定したところ、赤色、緑色、青色の光のいずれの反射光もほぼ基板表面の法線方向に集中して出射されていた。また、測定された反射光の青色、緑色、赤色の光の波長のピークは、それぞれ、４８３ｎｍ、５３６ｎｍ、６１６ｎｍであった。
この反射型カラー液晶表示装置に電圧を印加してその反射／透過状態を測定したところ、電圧無印加において反射状態、十分な電圧印加において透過状態を示した。
このような光学特性ならびに反射／透過の電圧依存性によって、本実施例により作製された反射型カラー液晶表示装置が、第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置であることは明確である。
【００４０】
〔実施例２〕
図１３は、本発明の実施例２における干渉露光用セルの断面図である。
まず、実施例１と同一の条件で、ＨＰＤＬＣ前駆体セルを作製した。次に、図１３に示すように、一対の電極（図示せず）が形成された透明基板１８３、１８４の間にＨＰＤＬＣ組成物前駆体１８１が挟持されたＨＰＤＬＣ前駆体セル１８５の一方の基板１８８Ｂに、半円柱状のレンズを溝ピッチ５．６本／ｍｍでアレイ状に配列したレンチキュラーレンズアレイ１８６を貼り合わせた。次に、レンチキュラーレンズアレイ１８６の上、ならびに、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１８５の他方の基板１８８Ａの上に、それぞれ、直角プリズム１８８Ｂ、１８８Ａを貼り合わせた。直角プリズム１８８Ａ、１８８Ｂの屈折率は、ガラス基板１８３、１８４およびＨＰＤＬＣ組成物前駆体１８１の屈折率とほぼ同じである。
【００４１】
このレンチキュラーレンズアレイ１８６およびプリズム１８８Ａ、１８８Ｂを貼り合わせたＨＰＤＬＣ前駆体セル１８５を、実施例１の時分割干渉露光光学系に設置し、６０秒間、室温で時分割干渉露光を行い、白色を反射するＨＰＤＬＣ素子を作製した。最後に、レンチキュラーレンズアレイおよび直角プリズムを取り外した後、実施例１と同様にカラーフィルタ基板および光吸収基板を貼り合わせ、本実施例の反射型カラー液晶表示装置が完成した。
【００４２】
このようにして作製した反射型カラー液晶表示装置に、その基板の法線方向に対して３０°傾斜した方向から白色光を入射し、反射光の輝度の角度依存性を測定したところ、青色、緑色、赤色の光とも、実施例１の反射型カラー液晶表示装置に比して、非常に大きな視野角が得られることが観測された。また、その視野角内で輝度はほぼ一定であった。さらに、視野角がレンチキュラーレンズアレイの曲率半径に依存することが観測された。測定された反射光の青色、緑色、赤色の光の波長のピークは、実施例１の場合と同じであった。
この反射型カラー液晶表示装置に電圧を印加してその反射／透過状態を測定したところ、電圧無印加において反射状態、十分な電圧印加において透過状態を示した。
【００４３】
〔実施例３〕
ＩＴＯ電極を有する１枚の透明基板と、１枚のアートンフィルム（ＪＳＲ製の透明プラスチックフィルム）とをスペーサを介して貼り合わせ、セル厚５μｍの空セルを作製した。さらに、実施例１と同じ条件にて、この空セルにＨＰＤＬＣ組生物前駆体を充填してＨＰＤＬＣ前駆体セルを作製した後、時分割干渉露光を行い、白色光を反射するＨＰＤＬＣ素子を作製した。作製された素子からアートンフィルムを剥がし、その後、アートンフィルムを剥離した面にＩＴＯ電極を有するカラーフィルタ基板を貼り合わせた。さらに実施例１と同様に、他方の基板に光吸収基板を貼り合わせ、本実施例の反射型カラー液晶表示装置を完成した。
このようにして得られた反射型カラー液晶表示装置の光学特性ならびに反射／透過の電圧依存性は、実施例１と同様であった。
【００４４】
以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明の反射型カラー液晶表示装置の製造方法およびその製造装置は、上述した実施の形態のみに制限されるものではなく、本願発明の要旨を変更しない範囲で種々の変化を施した反射型カラー液晶表示装置の製造方法およびその製造装置も、本発明の範囲に含まれる。例えば、透明性固体前駆体は、ラクストラックＬＣＲ２０８とＭ１２００との混合物に限らず、二光束干渉露光に用いるレーザ光に対して硬化性を有する透明材料であれば、いずれでも用い得る。また、液晶材料もネマティック液晶に限られるわけではなく、さらに、ＢＬ３６に限定されるわけでもなく、常光屈折率と異常光屈折率との差が０．０５程度以上ある液晶であれば、いずれでも用い得る。また、ＨＰＤＬＣ組成物前駆体には、光重合遅延剤を加えてもよい。光重合開始剤あるいは／および光重合遅延剤は、２種類以上添加されてもよい。光吸収層は省略される場合もあるし、導電性を付加して電極として利用してもよい。二光束干渉露光に用いるレーザ光の波長は、４８８ｎｍおよび５３２ｎｍに限られるわけではなく、紫外から赤外の領域の波長を持つレーザ光はいずれも用い得る。レーザ光をＨＰＤＬＣ前駆体セル内部に導くための直角プリズムは、直角プリズムに限らず、鋭角あるいは鈍角を持つプリズムであってもよい。また、基板の両側ではなく、片側のみに形成されてもよい。また、二光束干渉露光時に、セルの基板表面に反射防止層を形成してもよい。プリズムやレンチキュラーレンズを介してセル内部にレーザ光を導く際には、プリズムやレンチキュラーレンズと透明基板との間に、例えばオイルや水などの屈折率整合材を塗布してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、、本発明による反射型カラー液晶表示装置の製造方法においては、ＨＰＤＬＣ前駆体セルに３種類の二光束干渉露光を時分割で行うために、白色光を反射する調光層を一度の干渉露光で作製できる。したがって、マスクを介した干渉露光を行う必要がなく、製造工程の簡略化・コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により作製される反射型カラー液晶表示装置の基本構造の断面図。
【図２】 本発明の第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図。
【図３】 本発明の第１の参考例の調光層の断面図。
【図４】 本発明の第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図。
【図５】 本発明の第３の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図。
【図６】 図５の反射型カラー液晶表示装置の調光層の一部の断面図。
【図７】 図６の調光層への入射光線／反射光線図
【図８】 本発明の第４の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図。
【図９】 本発明の第１の実施の形態の光学系の配置図。
【図１０】 本発明の第１の実施の形態の二光束露光を説明するための断面図。
【図１１】 本発明の第２の実施の形態の二光束露光を説明するための断面図。
【図１２】 発明の実施例１における干渉露光用セルの断面図。
【図１３】 発明の実施例２における干渉露光用セルの断面図。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１、４１、１１１ 調光層
２、１２、３２、４２、１１２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ カラーフィルタ
３、４ 基板
１３、１４、３３、３４、４３、４４、１１３、１１４、１５３、１５４、１６３、１６４、１７３、１７４、１８３、１８４ 透明基板
５、６ 電極
１５、１６、３５、３６、４５、４６、１１５、１１６ 透明電極
７、１７、３７、４７、１１７ 光吸収層
１８、１９、２０、２８、２９、４８、４９、５０、１１８、１１９、１２０ 周期構造
１８Ａ、１９Ａ、２０Ａ、２８Ａ、２９Ａ、３８Ａ、３９Ａ、４０Ａ、４８Ａ、４９Ａ、５０Ａ、１１８Ａ、１１９Ａ、１２０Ａ 高屈折率層
１８Ｂ、１９Ｂ、２０Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂ、３８Ｂ、３９Ｂ、４０Ｂ、４８Ｂ、４９Ｂ、５０Ｂ、１１８Ｂ、１１９Ｂ、１２０Ｂ 低屈折率層
１０１ 層界面
１０２ 頂点
１０３、１０６ 接平面
１０４、１０７ 法線
１０５ 任意の点
１０８ 微小部分
１２１、１２２ レーザ光源
１２３、１２４、１２５ 光路選択子
１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａ ＥＯ変調器
１２３Ｂ、１２４Ｂ、１２５Ｂ 偏光プリズム
１２６、１２７ 光吸収板
１２８ 光路制御信号発生器
１２９、１３０、１３１ レーザ光路
１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ ビームスプリッタ
１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃ ミラー対
１３４、１５５、１６５、１７５、１８５ ＨＰＤＬＣ前駆体セル
１４０、１６６、１８６ レンチキュラーレンズアレイ
１５１、１５２、１６１、１６２ レーザ光
１５８Ａ、１６８Ａ 透明性固体材料層
１５８Ｂ、１６８Ｂ 液晶材料層
１７１、１８１ ＨＰＤＬＣ組成物前駆体
１７８Ａ、１７８Ｂ、１８８Ａ、１８８Ｂ 直角プリズム
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型カラー液晶表示装置、その製造方法およびその製造装置に関し、特に、白色ホログラムを用いて文字、図形等をカラー表示する反射型カラー液晶表示装置の製造方法およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、反射型カラー液晶表示方式として、一枚偏光板方式、ゲストホスト液晶方式等が知られているが、近年、ＨＰＤＬＣ（Holographic Polymer Dispersed Liquid Crystal）素子を用いる方式が注目されている。この方式においては、偏光板やカラーフィルタを用いないために、明るい反射表示を実現することが可能である。例えば、特開平６−２９４９５２号公報に、液晶層に液晶滴と透明性固体とが周期構造をなして存在しているＨＰＤＬＣ素子が開示されている。このＨＰＤＬＣ素子は、電圧を印加しない状態では、外光が入射すると、液晶滴と透明性固体とによる周期構造によってブラッグ反射が生じ、周期構造の周期間隔に対応した波長域の光を反射し、それ以外の波長の光は透過される。電圧を印加した状態では、ＨＰＤＬＣ素子における液晶滴の屈折率が変化し、液晶滴と透明性固体との屈折率差が小さくなるにしたがってブラッグ反射の強度が減少していき、屈折率差がなくなると入射光はすべて液晶層を透過する。こうした反射状態と透過（透明）状態を用いて明暗表示を行う。このＨＰＤＬＣ素子は、透明性固体材料の前駆体、液晶材料および重合開始剤などを封入したセルに、二光束干渉露光を行うことにより作製される。二光束干渉露光では、２つの光束の干渉によって生じる干渉光縞の光強度が強い部分で透明性固体材料前駆体が硬化し、透明性固体材料の比率が高い部分が生じる。逆に、干渉光縞の光強度が弱い部分では、液晶材料の比率が高い部分が生じる。その結果、セル内において、透明性固体の比率が高い部分と液晶材料の比率が高い部分とが周期的に生じる周期構造が形成される。この周期構造は、上述のように、表示時にブラッグ条件を満たす波長の光を反射する。
【０００３】
また、上記特開平６−２９４９５２号公報には、このＨＰＤＬＣ素子をカラー表示装置として使用するために、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子をそれぞれ異なる透明基板対間に形成しそれらを光吸収膜上に積層配置する方法と、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子を平面配置する方法とが記載されている。
上記の異なる透明基板間に形成されたＨＰＤＬＣ素子を複数層積層配置する方式は、特開平１０−３１２１７号公報や特開２０００−８９０２８号公報等にも記載されている。また、特開平９−２６５０８８号公報には、基板上に、異なる波長の光を反射する、液晶と高分子層とが交互に配置された液晶混合干渉膜を複数層、間に電極層や絶縁層を介して積層し、基板上に形成された薄膜トランジスタと各層に形成された電極層とをスルーホールを介して接続してなる反射型カラー液晶表示装置が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の各公報に記載された反射波長の異なる複数のＨＰＤＬＣ素子を積層したり反射波長の異なる複数の液晶混合干渉膜を電極を介して積層する方法では、各層のＨＰＤＬＣ素子や液晶混合干渉膜を独立に駆動するための立体的な配線が必要となり、素子構造・作製工程が複雑になるという課題がある。また、複数のＨＰＤＬＣ素子を積層する方式では、ガラス基板間に液晶樹脂複合体を挟んでなるＨＰＤＬＣ素子を例えば３枚積層しなければならないため、表示装置が厚くなってしまうという問題も起きる。さらに、特開平６−２９４９５２号公報に記載された反射波長の異なる複数のＨＰＤＬＣ素子を平面配置する方法では、同一面内に反射波長の異なる３種類のＨＰＤＬＣ素子を作製しなければならない。したがって、マスクを介した干渉露光を３回繰り返す必要があり、作製工程が複雑となる。
【０００５】
本発明は、これらの従来技術に鑑みてなされたものであって、その目的は、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子や液晶混合干渉膜を積層配置したり、平面配置したりする必要のない簡易な構造・構成を持つ明るい反射型カラー液晶表示装置を、少ない工程で製造できる製造方法およびその製造装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明によれば、透明電極を備えた一対の透明基板がスペーサを介して貼り合わされてなるセルに少なくとも透明性固体材料前駆体と液晶材料とを含む混合液を注入する工程と、前記混合液を注入した前記セルに同一波長の二つの光を異なる方向から照射してその干渉によって周期性のある前記透明性固体材料前駆体の光硬化層を形成する二光束干渉露光を、形成される光硬化層の周期性が異なる２または３種類について時分割で行う工程とを有することを特徴とする反射型カラー液晶表示装置の製造方法、が提供される。
【０００７】
また、上記目的を達成するため、本発明によれば、感光性の透明性固体材料前駆体と液晶材料とを含む混合液が注入されたセル内の前記混合液を二光束干渉露光して前記セル内に積層周期間隔の異なる複数の周期構造を形成するための装置であって、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源が出射する光の進行方向を切り替える少なくとも一つの光路切り替え手段と、前記光路切り替え手段から出射された光を二つに分割する複数のビームスプリッタと、前記それぞれのビームスプリッタから出射された光を前記セルの二つの面に向けて反射する複数のミラー対と、前記複数のビームスプリッタの内同時に光が入射されるビームスプリッタが一つのみとなるように、前記光路切り替え手段を制御する光路制御信号発生器と、を備えることを特徴とする反射型カラー液晶表示装置の製造装置、が提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を具体的に説明する前に、本発明による製造方法および製造装置を用いて製作される反射型カラー液晶表示装置の基本的な構造について説明する。
図１は、本発明による製造方法および製造装置を用いて製作される反射型カラー液晶表示装置の基本構造を示す断面図である。
図１に示すように、本発明による製造方法および製造装置を用いて製作される反射型カラー液晶表示装置は、少なくとも一方の基板３が透明である２枚の基板３、４と、基板３、４の表面にそれぞれ形成された少なくとも一方の電極５が透明である電極５、６と、電極５、６および基板３、４の間に挟持された調光層１と、基板３の上に形成された、それぞれ赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ２Ａ、２Ｂ、２Ｃからなるカラーフィルタ２と、基板４の上に形成された光吸収層７と、を有している。カラーフィルタ２は、図１においては基板３の調光層１と反対側の表面上に形成されているが、基板３と電極５との間、あるいは、電極５と調光層１との間に形成されていてもよい。また、光吸収層７は、基板４の調光層１と反対側の表面上に形成されているが、基板４と電極６との間に形成されていてもよい。この場合には、基板４は透明である必要はない。また、光吸収層７は、電極６と調光層１との間に形成されていてもよい。この場合には、さらに、電極６も透明である必要がない。また、基板４に光吸収機能を持たせてもよい。この場合には、光吸収層７を削除することができる。調光層１は白色を反射する層であり、その反射量は電極５、６の間に印加する電圧によって制御される。
【０００９】
この本発明による製造方法および製造装置を用いて製作される反射型カラー液晶表示装置に、カラーフィルタ２側から白色光である外光が入射すると、入射した外光は、カラーフィルタ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを通過した後、それぞれ、赤色、緑色、青色の光となり、調光層１に入射する。調光層１は白色を反射する、つまり全ての光を反射できるため、単一の調光層１のみで、赤色、緑色、青色のそれぞれの光を反射する。調光層１によって反射された赤色、緑色、青色の光は再びカラーフィルタ２Ａ、２Ｂ、２Ｃを透過し、外部に射出される。この時、電極５、６を介して調光層１に電圧が印加されると、印加電圧によって、入射光量に対する調光層１の反射量が連続的に変化し、中間調を含む反射表示が可能となる。調光層１によって反射されずに透過してきた光は、光吸収層７によって吸収される。
次に、本発明の参考例および実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
〔第１の参考例〕
図２は、本発明の第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図である。
図２に示すように、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、２枚の透明基板１３、１４と、透明基板１３、１４の表面にそれぞれ形成された透明電極１５、１６と、透明電極１５と１６との間および透明基板１３と１４との間に挟持された調光層１１と、透明基板１３の上に形成された、それぞれ赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃよりなるカラーフィルタ１２と、基板１４の上に形成された光吸収層１７と、を有している。
なお、図２は、赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃをそれぞれ１個ずつ有する１画素を表示したものであって、実際の反射型カラー液晶表示装置は、図２に示す構造を１単位として、この１単位を行および列に連続的に連結した２次元アレイ状に形成されている。
【００１１】
調光層１１は、電圧無印加時あるいは電圧印加時のいずれかにおいて、相対的に屈折率の高くなる層（以後、「高屈折率層」という）と相対的に屈折率の低くなる層（以後、「低屈折率層」という）とが交互に積層された周期構造からなっている。その周期構造は、周期間隔の異なる３種類の周期構造１８、１９、２０から形成されている。周期構造１８、１９、２０は、それぞれ、高屈折率層１８Ａと低屈折率層１８Ｂと、高屈折率層１９Ａと低屈折率層１９Ｂと、高屈折率層２０Ａと低屈折率層２０Ｂと、を交互に積層することによって形成されている。
なお、図２に示した本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、周期構造１８、１９および２０中に、作図の簡単のために数層の高屈折率層と低屈折率層しか示していないが、実際には各周期構造は、数１０層〜数１００層の高屈折率層と、それと同数の低屈折率層とからなっている。
【００１２】
この本参考例の反射型カラー液晶表示装置に、カラーフィルタ１２側から外光が入射すると、カラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを透過して、それぞれ、赤色、緑色、青色となった光は、調光層１１内の各周期構造によって反射された後、再びカラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃを透過して、外部に射出される。この時、調光層１１に電圧が印加されると、印加電圧によって、周期構造を形成する高屈折率層あるいは／および低屈折率層の屈折率が連続的に変化する。したがって、入射光量に対する調光層１１の反射量が連続的に変化し、中間調を含む反射表示が可能となる。調光層１１によって反射されずに透過してきた光は、光吸収層１７によって吸収される。
【００１３】
本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、また、調光層内の高屈折率層１８Ａと低屈折率層１８Ｂよりなる周期構造１８、高屈折率層１９Ａと低屈折率層１９Ｂよりなる周期構造１９および高屈折率層２０Ａと低屈折率層２０Ｂよりなる周期構造２０の各層の界面が基板表面に対して平行であってもよいが、図２に示すように傾斜している方が、より望ましい。周期構造１８、１９、２０におけるそれぞれの周期構造の層間隔と、それらの層の層界面が基板表面に対してなす傾斜角とは、それらの周期構造に紙面の左上方から右下方に向かって斜めに白色光を入射するとしたときに、ブラッグの反射条件によって基板の法線方向に、それぞれ、赤色の光、緑色の光、青色の光が反射されるように設定されている。このとき、調光層１１は、加法混色により、基板の法線方向に白色光を反射することが可能である。
【００１４】
図２に示すように、周期構造の各層の層界面が基板表面に対して傾斜している場合には、本参考例の反射型カラー液晶表示装置によって外光を反射するに当たって、外光が基板１３の表面に対して鏡面反射するわけではなく、周期構造の各層の界面に対して鏡面反射する。即ち、外光は図２の紙面左上方から右下方に向かって基板１３に入射し、赤色の光を透過させるカラーフィルタ１２Ａを透過した赤色の光が、調光層１１内の高屈折率層１８Ａと低屈折率層１８Ｂとの周期構造によって基板１３の表面の法線方向に反射されて、その赤色の光が外光として入射した画素と同じ画素の赤色の光を透過させるカラーフィルタ１２Ａを透過して出射される。カラーフィルタ１２Ｂ、１２Ｃを透過したそれぞれ緑色の光、青色の光の場合も同様である。したがって、本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、基板の法線方向から観視することができるとともに、それにも関わらず、カラーフィルタ１２あるいは透明基板１３の表面反射により外光が写り込んで眩しくなるということがない。また、調光層内の高屈折率層と低屈折率層との周期構造によって形成される各層の層界面が基板表面に対して平行の場合には、照明光である透明基板１３の法線方向からの外光を人の頭が遮ることになり表示が暗くなるが、本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、そのようなことはない。
【００１５】
上述の説明においては、調光層１１が赤色、緑色、青色の光を反射する３種類の周期構造１８、１９、２０より形成されているが、調光層１１を形成する周期構造は３種類に限定されるわけではない。フルカラー表示のためには、調光層が白色光を反射するものであれば、周期構造は３種類以上何種類あっても構わない。例えば、赤色、緑色、青色の光を反射する周期構造のいずれかがあるいはいずれもが、高屈折率層と低屈折率層との層間隔が若干異なる複数の周期構造で形成されていてもよい。そのような周期構造によって、反射光のスペクトル幅を広げ、明るさを増すことが可能になる。また、フルカラー表示ではなく、マルチカラー表示を行う場合には、調光層を形成する周期構造は最小限２種類あればよい。図３に、２種類の周期構造２８、２９を持つ調光層２１を示す。周期構造２８、２９は、それぞれ、高屈折率層２８Ａ、２９Ａと低屈折率層２８Ｂ、２９Ｂとから形成されている。周期構造２８の層間隔と周期構造２９の層間隔とは、互いに異なる。周期構造２８、２９によって反射される２つの光が互いに補色の関係にあれば、調光層２１は白色の光を反射する。なお、図３において、調光層以外の透明基板等は省略してある。
【００１６】
以上説明したように、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、赤色、緑色、青色を反射する高屈折率層と低屈折率層とからなる３つの周期構造で構成される調光層を有するため、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子を積層配置したり、平面配置したりすることのない簡易な構造・構成でありながら、明るく視認性に優れた表示が可能になる。
なお、本実参考例の反射型カラー液晶表示装置において、カラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃの直下の調光層に、それぞれ、赤色の光、緑色の光、青色の光のみを反射する単一の周期構造を形成してもフルカラー表示が可能である。しかしながら、図２に示すように、カラーフィルタ１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃのいずれの直下においても、赤色の光、緑色の光、青色の光を反射する周期構造を形成し、調光層１１全体を白色光を反射する反射層とすることによって、カラーフィルタ１２と調光層１１内の周期構造との位置合わせをする必要がなくなるという利点が生じる。
【００１７】
〔第２の参考例〕
図４は、本発明の第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図である。
図４に示すように、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、２枚の透明基板３３、３４と、透明基板３３、３４の表面にそれぞれ形成された透明電極３５、３６と、透明電極３５と３６との間および透明基板３３と３４との間に挟持された調光層３１と、基板３３の上に形成された、それぞれ赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃからなるカラーフィルタ３２と、基板３４の上に形成された光吸収層３７と、を有している。図４は、図２と同様に、赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃをそれぞれ１個ずつ持つ１画素を表示したものである。
調光層３１は、第１の参考例と同様に、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した周期構造からなっている。また、その周期構造は、周期構造を構成する層間隔の異なる３種類の周期構造から形成されており、それらの周期構造に紙面左上方から右下方に向かって白色光が入射するとしたときに、基板の法線方向に、それぞれ、ブラッグの反射条件によって、赤色の光、緑色の光、青色の光を反射するように設定されている。本参考例の反射型カラー液晶表示装置における調光層３１が第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置における調光層１１と異なる点は、調光層内の赤色の光、緑色の光、青色の光を反射する周期構造が、それぞれ、１画素内に均一に形成されている点である。即ち、赤色の光、緑色の光、青色の光を反射する周期構造は互いに入り組んだ構造を有している。このとき、調光層３１は、加法混色により白色光を反射することが可能である。
【００１８】
この本参考例に係る反射型カラー液晶表示装置に、カラーフィルタ３２側から外光が入射すると、カラーフィルタ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを透過して、それぞれ、赤色、緑色、青色となった光は、調光層３１によって反射された後、再びカラーフィルタ３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃを透過して、外部に射出される。この時、調光層３１に電圧が印加されると、印加電圧によって、周期構造を形成する高屈折率層あるいは／および低屈折率層の屈折率が連続的に変化する。したがって、入射光量に対する調光層３１の反射量が連続的に変化し、中間調を含む反射表示が可能となる。調光層３１によって反射されずに透過してきた光は、光吸収層３７によって吸収される。
【００１９】
本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、また、調光層内の高屈折率層３８Ａ、３９Ａ、４０Ａと低屈折率層３１Ｂとの各層の層界面が基板表面に対して平行であってもよいが、図４に示されるように傾斜していることが、より望ましい。調光層内の高屈折率層と低屈折率層との各層の層界面が基板表面に対して傾斜している場合には、第１の参考例と同じ理由によって、基板の法線方向と異なる方向から外光が入射しても、基板の法線方向から観視することができ、かつ、基板の法線方向から観視しても照明光である外光の写り込みや、人の頭による照明光の遮蔽という問題が発生することなく、良好な視認性が得られる。
本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置と同様に、反射波長の異なるＨＰＤＬＣ素子を積層配置したり、平面配置したりすることのない簡易な構造・構成でありながら、明るく視認性に優れた表示が可能になる。また、カラーフィルタ３２と調光層３１内の周期構造との位置合わせの必要がなくなるという利点も有する。
【００２０】
〔第３の参考例〕
図５は、本発明の第３の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図である。図６は、図５の反射型カラー液晶表示装置の調光層の一部の断面図である。図７は、図６の調光層への入射光線／反射光線図である。
図５に示すように、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、２枚の透明基板４３、４４と、透明基板４３、４４の表面にそれぞれ形成された透明電極４５、４６と、透明電極４５と４６との間および透明基板４３と４４との間に挟持された調光層４１と、基板４３の上に形成された、それぞれ赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃからなるカラーフィルタ４２と、基板４４の上に形成された光吸収層４７と、を有している。図５は、赤色、緑色、青色の光を透過させるカラーフィルタ４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃをそれぞれ１個ずつ持つ１画素を表示したものである。
調光層４１は、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層した周期構造からなっている。その周期構造は、周期構造を構成する各層の層間隔の異なる３種類の周期構造４８、４９、５０から形成されている。周期構造４８、４９、５０は、それぞれ、高屈折率層４８Ａと低屈折率層４８Ｂ、高屈折率層４９Ａと低屈折率層４９Ｂ、高屈折率層５０Ａと低屈折率層５０Ｂ、とを交互に積層することによって形成されている。
【００２１】
図６に示すように、これらの高屈折率層と低屈折率層との各層の層界面は平坦ではなく、界面の微小部分において微細に湾曲しており、かつ、微細に湾曲した微小部分が界面の面内に連続的に配列されている。この微細に湾曲した層界面は、図６（ａ）のように、紙面右下方から左上方に樋状に一方向に延びる界面が紙面左下方から右上方にアレイ状に配列されたものであってもよいし、図６（ｂ）のようにマイクロレンズ状の微小界面が瓦のように二次元的に配列されたものであってもよい。
【００２２】
図７には、任意の１層界面１０１に外光が入射したときに、その外光が反射される様子を表している。層界面１０１の１微小部分１０８の頂点１０２における界面１０１の接平面１０３への法線１０４と基板表面への法線とのなす角度をθとする。法線１０４と角度θをなして入射した白色光は、基板表面の法線方向に反射される。反射される光の波長は、層界面１０１の形成する周期構造の層間隔と白色光の入射角θとによって決まる。接平面１０３と、層界面１０１上の任意の点１０５における界面１０１の接平面１０６とのなす角度γを湾曲角と定義する。接平面１０６への法線を１０７とすると、入射白色光と法線１０７とのなす角度はθ＋γとなる。即ち、反射光は湾曲した層界面の最大湾曲角の２倍の角度範囲まで拡散される。したがって、（最大）湾曲角γを調整することによって、視野角を調整することが可能である。
【００２３】
以上により、本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の持つ効果と同じ効果を有するのみではなく、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置では得られない広い視野角と均一な輝度を持つ表示を行うことを可能にする。
なお、上述の反射型カラー液晶表示装置は、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の周期構造を形成する各層の層界面に微細な湾曲を形成したものであるが、第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置の周期構造を形成する各層の層界面に微細な湾曲を形成しても、同様な効果が得られることは言うまでもない。
本参考例の反射型カラー液晶表示装置において、周期構造を形成する各層の平均の層界面を基板に対して傾斜させたのは、第１、第２の参考例と同じ理由による。
なお、図５に示した本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、周期構造４８、４９および５０中に、作図の簡単のために数層の高屈折率層と低屈折率層しか示していないが、実際には各周期構造は、数１０層〜数１００層の高屈折率層と同数の低屈折率層とからなっている。
【００２４】
〔第４の参考例〕
図８は、本発明の第4の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図である。本参考例の反射型カラー液晶表示装置においては、図２に示す第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置のカラーフィルタの上に、微細な半円柱状のレンズが列状に配列されたレンチキュラーレンズアレイ１４０を配置したものである。図８において、図２と同一または同等の構成要素には下２桁が等しい符号を付し、詳しい説明を省略する。このような構造において、入射白色光がカラーフィルタ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃを透過した後、それぞれ、赤色、緑色、青色となった光は、調光層１１１によって反射され、再びカラーフィルタ１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃを透過して外部に射出されるが、その際、レンチキュラーレンズアレイ１４０によって拡散される。したがって、この反射型カラー液晶表示装置は、第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の持つ効果に加えて、第３の参考例の反射型カラー液晶表示装置のように、視野角の広い表示が可能になるという効果を併せ持つ。なお、上述のレンチキュラーレンズアレイは、微細な凸レンズが２次元状に形成されたマイクロレンズアレイであってもよい。
【００２５】
〔第１の実施の形態〕
図９は、本発明の第１の実施の形態の製造方法に用いる光学系の配置図である。図１０は、本実施の形態の二光束露光を説明するための断面図である。本実施の形態の製造方法においては、感光性の透明性固体材料前駆体と液晶材料との混合物から、透明性固体材料の比率が高い層（以後、「透明性固体材料層」と呼ぶ）と液晶材料の比率が高い層（以後、「液晶材料層」と呼ぶ）とからなる平坦な周期構造が形成される。
図９に示すように、一対の基板間に感光性の透明性固体材料前駆体、液晶材料および重合開始剤の混合物を挟持したＨＰＤＬＣ前駆体セル１３４に、３種類の二光束干渉露光を時分割で行うことによって、本発明の反射型カラー液晶表示装置が製造される。感光性の透明性固体材料前駆体としては、単官能あるいは二官能アクリレート等のアクリレート化合物やこれらの化合物の混合物あるいはこれらの化合物とアクリレートオリゴマーとの混合物を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、重合開始剤としては、アセトフェノン系、ベンゾフェノン系等の通常の光重合開始剤を使用することができ、メチルジエタノールアミン等の光重合開始助剤を添加することもできる。さらに、重合開始剤に色素増感剤を添加することもできる。
【００２６】
本実施の形態の製造方法における二光束干渉露光の光源には、通常のレーザ等のコヒーレント光源が利用される。なお、形成される透明性固体材料層と液晶材料層とからなる周期構造の選択反射波長は、二光束干渉露光の光源の波長および２つの光の交差角を制御することによって調整することができる。
図９に示すように、本実施の形態の製造方法に用いる二光束干渉露光においては、３種類の二光束干渉露光を時分割で行うことが可能である。まず、異なる波長の２つのレーザ光源１２１、１２２の光路上に、それぞれ、レーザ光の偏光面を回転させるＥＯ（電気光学）変調器１２３Ａ、１２４Ａとレーザ光の偏光状態によってその進路を切り替える偏光プリズム１２３Ｂ、１２４Ｂから構成される光路選択子１２３、１２４を設置する。光路選択子１２３、１２４は連動して入射光の光路切替えを行い、レーザ光源１２１、１２２からの２つの光のどちらか一方が干渉露光に利用されるようにする。即ち、レーザ光源１２１、１２２のうちの一方のレーザ光源１２１（１２２）からの光が、対応する光路選択子１２３（１２４）を直進透過して干渉露光に利用される。他方のレーザ光源１２２（１２１）からの光は、ＥＯ変調器１２４Ａ（１２３Ａ）によって偏光面が回転され、偏光プリズム１２４Ｂ（１２３Ｂ）を経て対応する光吸収板１２７（１２６）に吸収される。さらに、レーザ光源１２１の光路上に、ＥＯ変調器１２５Ａ、偏光プリズム１２５Ｂから構成される光路選択子１２５が設置される。光路選択子１２５は、レーザ光源１２１の光路選択子１２３を透過したレーザ光を、その偏光面方向をＥＯ変調器１２５Ａにより制御することによって、２つの光路１３０、１３１のうちいずれか一方に切り替える。これらのＥＯ変調器１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａの動作は、光路制御信号発生器１２８によって同期が取られる。即ち、光路制御信号発生器１２８からの信号によって、光路選択子１２３、１２４によるレーザ光源１２１、１２２からの２つのレーザ光のうちの一方の選択、および、光路選択子１２５によるレーザ光源１２１からの光の光路切り替えが制御され、これによって、３つのレーザ光路１２９、１３０、１３１が時分割で切り替えられる。これらのレーザ光路１２９、１３０、１３１は、それぞれ、ビームスプリッタ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃでさらに２つに分岐される。ビームスプリッタ１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃで分岐されたそれぞれ２つの光を、ミラー対１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃで反射することによって、３つの二光束を用いる干渉露光光学系が形成される。
【００２７】
ミラー対１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃで反射されるそれぞれ２つのレーザ光は、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１３４の前面と後面に入射し、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１３４の内部で干渉を起こし、レーザ光の波長と２つのレーザ光の交差角に対応した光の強弱を有する干渉光縞を形成する。この干渉光縞が照射されたＨＰＤＬＣ前駆体は、光強度が強い領域で透明性固体材料前駆体が硬化して透明性固体材料層を形成する。光強度の弱い領域には液晶材料が残留し、液晶材料層を形成する。その結果、セル内に、透明性固体材料層と液晶材料層とが周期的に生じる、周期層間隔の異なる３つの周期構造が形成される。
【００２８】
液晶は、常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅとを有し、液晶の分子の向きによって異なる屈折率を示す。ネマティック液晶およびスメクティック液晶においては、通常、ｎｏ＜ｎｅである。電圧無印加の状態においては、液晶に特別の配向処理がほどこされていない場合には、液晶は、常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅとの中間の屈折率を示す。したがって、透明性固体材料として、例えば、液晶材料の常光線屈折率ｎｏに近い屈折率を持つ材料を用いると、透明性固体材料層が低屈折率層、液晶材料層が高屈折率層となる。
このような周期構造においては、電圧無印加の状態においては、透明性固体材料層と液晶材料層との間に屈折率差が存在するので、透明性固体材料層と液晶材料層よりなる周期構造の層間隔に応じた特定波長の光が反射される。この周期構造に十分な電圧が印加されると、液晶の屈折率は、常光線屈折率ｎｏとなる。したがって、透明性固体材料層と液晶材料層との間に屈折率差がほとんど存在しなくなり、光は反射されずに透過してしまう。
透明性固体材料として、常光線屈折率ｎｏと異常光線屈折率ｎｅとの中間の屈折率を持つ材料を用いる場合には、電圧無印加の状態においては入射光が反射されずに透過し、電圧が印加されると、透明性固体材料層と液晶材料層よりなる周期構造の層間隔に応じた特定波長の光が反射される。この場合、透明性固体材料層が高屈折率層、液晶材料層が低屈折率層となる。
【００２９】
３つのレーザ光路１２９、１３０、１３１は、光路制御信号発生器１２８からの信号によって任意の時間間隔で切り替えられる。したがって、３つの二光束干渉露光の露光時間も時分割で任意に変えることが可能である。例えば、時間Ｔ１の間、ＥＯ変調器１２４Ａを入射光の偏光面が回転しない状態（この場合、偏光プリズムを透過する）、ＥＯ変調器１２３Ａを入射光の偏光面が９０°回転する状態（この場合、偏光プリズムで反射される）に制御すると、その時間Ｔ１の間は、レーザ光路１２９の二光束干渉露光のみが行われる。次いで、時間Ｔ２の間、ＥＯ変調器１２４Ａを入射光の偏光面が９０°回転する状態、ＥＯ変調器１２３Ａを入射光の偏光面が回転しない状態に制御し、ＥＯ変調器１２５Ａを入射光の偏光面が９０°回転する状態に制御すると、レーザ光路１３０が選択され、その時間内ではレーザ光路１３０の二光束干渉露光のみが行われる。さらに、時間Ｔ３の間、ＥＯ変調器１２４Ａを入射光の偏光面が９０°回転する状態、ＥＯ変調器１２３Ａを入射光の偏光面が回転しない状態、ＥＯ変調器１２５Ａを入射光の偏光面が回転しない状態に制御すると、レーザ光路１３１が選択され、その時間内ではレーザ光路１３１の二光束干渉露光のみが行われる。
【００３０】
なお、時分割干渉露光を行う場合の繰り返し周波数としては、１Ｈｚ以上であることが望ましい。１Ｈｚ以下の繰り返し周波数で時分割干渉露光を行うと、各周期構造が均等に形成されず、反射型カラー液晶表示装置としての表示時に反射光強度の低下等の問題が生じる。また、１周期内の露光時間比（デューティー）、即ち、前記の露光時間Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３の比を制御して、各周期構造の占有領域比あるいは透明性固体材料層と液晶材料層とにおける透明性固体材料と液晶材料との比率を調整することにより、反射型カラー液晶表示装置としての表示時の各周期構造からの反射光強度を調整し、カラーバランスをとることも可能である。３種類の二光束干渉露光の露光強度を調整して、カラーバランスをとることも可能である。
レーザ光の光路を切替えるためのＥＯ変調器はＡＯ（音響光学）変調器等他の変調器であってもよい。また、偏光選択子１２３、１２４の偏光プリズム１２３Ａ、１２４Ａは特定の偏光面を有する光のみを透過させる偏光板に置き換えてもよい。この場合には、光吸収板１２６、１２７は不要となる。また、レーザ光源を１つのみ用い二つの光路選択子を用いることによって３つのレーザ光路を形成したり、３個のレーザ光源を用い３個の光路選択子（光変調器と偏光板など）を用いることによって３つのレーザ光路を形成したりすることもできる。
【００３１】
図１０に示すように、本実施の形態の反射型カラー液晶表示装置の調光層の製造に用いられる二光束露光においては、透明電極（図示せず）が形成された一対の透明基板１５３、１５４の間にＨＰＤＬＣ前駆体を挟持したＨＰＤＬＣ前駆体セル１５５の一方の透明基板１５３に、その表面の法線方向に対して傾斜した方向からレーザ光１５１が入射され、他方の透明基板１５４には、それよりも表面の法線方向に近い方向からレーザ光１５２が入射される。この場合、どちらの基板から入射したレーザ光も平面波であるから、二光束が干渉して形成される透明性固体材料層１５８Ａと液晶材料層１５８Ｂとの層界面は平坦で、二光束のなす角度を二分する方向に延びるように形成される。したがって、二光束１５１、１５２が基板表面の法線方向に対して異なる角度で入射される本実施の形態の製造方法においては、透明性固体材料層１５８Ａと液晶材料層１５８Ｂとからなる周期構造の層界面は基板表面に対して傾斜して形成される。本発明の第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置の調光層は、以上のようにして形成される。
【００３２】
本参考例の反射型カラー液晶表示装置は、電極を備えた２枚の透明基板間に調光層が形成された後、いずれか一方の透明基板にカラーフィルタを形成することによって、容易に作製できる。この時、カラーフィルタは、染色法、印刷法等の手法を用いて、調光層を挟持した基板の一方に直接形成することもでき、また、調光層を挟持した基板の一方に、カラーフィルタを形成した別の基板を貼り合わせても良い。これらのカラーフィルタは、調光層を挟持するいずれか一方の基板の調光層と反対側の表面上に形成してもよいし、調光層側の電極との間、あるいは、電極と調光層との間に形成してもよい。
また、２枚の基板間に調光層が形成された後、一方の基板を剥離し、別に用意したカラーフィルタを有する基板を貼り付けることも可能である。例えば、その内部に調光層を作製するセルの一対の基板の一方を透明プラスチック等とすれば、その基板は、周期構造を形成する透明性固体材料層との密着性が低いものとなる。このような基板は、周期構造を形成した後、透明性固体材料層に変形を生じることなく、容易に剥離することができる。したがって、透明性固体材料層と液晶材料層との周期構造は保持された状態で一方の基板が剥離され、この基板が剥離された面にカラーフィルタを有する基板を貼り合わせることによって、カラーフィルタを備えることが可能である。
他方の基板には光吸収層あるいは光吸収板が形成される。場合によっては、光吸収層あるいは光吸収板が省略されることもある。
【００３３】
〔第２の実施の形態〕
図１１は、本発明の第２の実施の形態の製造方法の二光束露光を説明するための断面図である。本実施の形態の製造方法においては、感光性の透明性固体材料前駆体と液晶材料との混合物から、透明性固体材料層と液晶材料層とからなる湾曲した周期構造が形成される。
図１１に示すように、本実施の形態の反射型カラー液晶表示装置の調光層の製造に用いられる２光束露光においては、透明電極（図示せず）が形成された一対の透明基板１６３、１６４の間にＨＰＤＬＣ前駆体を挟持したＨＰＤＬＣ前駆体セル１６５の一方の透明基板１６３に、その表面の法線方向に対して傾斜した方向からレーザ光１６１が入射される。他方の透明基板１６４の表面には半円柱状の断面形状を有するレンチキュラーレンズアレイ１６６を貼り付け、このレンチキュラーレンズアレイ１６６を通して、透明基板１６４の表面に、レーザ光１６１よりも基板の法線方向に近い方向からレーザ光１６２が入射される。レンチキュラーレンズアレイ１６６から入射したレーザ光１６２は、透明基板１６４の内部で一度焦点を結んだ後、ＨＰＤＬＣ前駆体中に発散波として射出される。ＨＰＤＬＣ前駆体に発散波として射出されたレーザ光１６２は、透明基板１６３から入射したレーザ光１６１と干渉して、湾曲した干渉光縞を形成する。この干渉光縞の光強度の強い領域に透明性固体材料層１６８Ａが、光強度の弱い領域に液晶材料層１６８Ｂが形成される。透明性固体材料層１６８Ａと液晶材料層１６８Ｂとが高屈折率層と低屈折率層とよりなる湾曲した周期構造を構成する。この場合、２つのレーザ光１６１、１６２が基板の法線方向に対して異なる角度から入射されるため、干渉光縞は基板表面に対して傾斜したものとなり、したがって、透明性固体材料層１６８Ａと液晶材料層１６８Ｂとよりなる湾曲した層界面も基板表面に対して傾斜する。
なお、レンチキュラーレンズアレイは、一方の基板に貼り付けるだけではなく、両方の基板に貼り付けても構わない。また、レンズアレイとしては、レンチキュラーレンズアレイだけではなく、微細な凸レンズが二次元的に多数形成されているマイクロレンズアレイ等も用いることができる。
本実施の形態の反射型カラー液晶表示装置の製造方法の上記以外の、例えば光学系やカラーフィルタの形成方法等は、第１の実施の形態の製造方法と同じである。
【００３４】
〔実施例１〕
図１２は、本発明の実施例１における干渉露光用セルの断面図である。
まず、ＩＴＯ透明電極を備えた２枚の透明ガラス基板を、スペーサを介して貼り合わせて、セル厚８μｍの空セルを作製した。ネマチック液晶材料としてＢＬ３６（メルク社製）：３０重量％、透明性固体材料前駆体としてラクストラックＬＣＲ２０８（東亜合成社製）が３０重量％、Ｍ１２００（東亜合成社製）が７０重量％の混合物：６９．９８重量％、光重合開始剤としてＢＴＴＢ：０．０１重量％を含み、さらに、４８８ｎｍ用光増感色素：０．００５重量％、５３２ｎｍ用光増感色素：０．００５重量％を加えた混合物を調合し、ＨＰＤＬＣ組成物前駆体とした。ネマチック液晶材料ＢＬ３６の常光線屈折率は１．５２７、異常光線屈折率は１．７９４である。また、透明性固体材料前駆体として用いたラクストラックＬＣＲ２０８、Ｍ１２００の屈折率は、それぞれ、１．５０、１．４９〜１．５０である。このＨＰＤＬＣ組成物前駆体を、先に作製した空セルに注入することによって、ＨＰＤＬＣ前駆体セルを作製した。
【００３５】
次に、図９に示される第１の実施の形態の光学系において、レーザ光源１２１として波長４８８ｎｍのレーザを、レーザ光源１２２として波長５３２ｎｍのレーザを、それぞれ用いた。ここで、４８８ｎｍレーザ光による２つの光路のうちの一方のレーザ光路１３０を青色の光を反射する周期構造の形成、他方のレーザ光路１３１を緑色の光を反射する周期構造の形成に使用した。また、５３２ｎｍレーザ光のレーザ光路１２９を赤色の光を反射する周期構造の形成に使用した。このとき、赤色領域の波長の光を反射する周期構造を形成するためには、５３２ｎｍレーザ光を、基板表面に対して４０〜４５°の入射角で、ＨＰＤＬＣ組成物前駆体に入射させる必要があった。しかしながら、空気中からガラス基板およびＨＰＤＬＣ組成物前駆体にレーザ光を入射させる際には、スネルの法則が満足されなければならない。ところが、本実施例において使用したガラス基板ならびにＨＰＤＬＣ組成物前駆体の屈折率は１．５０〜１．５２程度であり、スネルの法則を満足させながら、ＨＰＤＬＣ組成物前駆体に４０〜４５°の入射角で入射させるように、空気中からガラス基板にレーザ光を入射させる条件は存在しないか、存在したとしても、基板表面にほとんど平行にレーザ光を入射させなければならなかった。この状態においては、透明性固体材料層を満足に形成することは不可能であった。
【００３６】
そこで、図１２に示すように、一対の電極（図示せず）が形成された透明基板１７３、１７４の間にＨＰＤＬＣ組成物前駆体１７１が挟持されたＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５の透明基板１７３、１７４の空気に接する側の表面に直角プリズム１７８Ａ、１７８Ｂを貼り合わせ、直角プリズム１７８Ａ、１７８Ｂを介してＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５にレーザ光を入射させた。直角プリズム１７８Ａ、１７８Ｂの屈折率は、ガラス基板１７３、１７４およびＨＰＤＬＣ組成物前駆体１７１の屈折率とほぼ同じである。このような構成とすることによって、波長の長い赤色の光も反射できる周期構造を容易に作製することが可能であった。
【００３７】
このように直角プリズムを基板両面に貼り合わせたＨＰＤＬＣ前駆体セルを、上述の干渉露光光学系に設置し、６０秒間、室温で時分割干渉露光を行い、白色を反射するＨＰＤＬＣ素子を作製した。
この時、二光束干渉露光の光源の波長、二光束干渉露光に用いる２つの光の交差角およびセルへの入射角を制御することによって、作製される反射型カラー液晶表示装置の選択反射波長、入射白色光の入射方向ならびに反射光の反射方向を調整することが可能である。本実施例においては、入射白色光の入射方向を、基板表面の法線方向に対して３０°傾斜した方向、反射光の反射方向を基板表面の法線方向になるように、以下のように設定した。
即ち、４８８ｎｍレーザ光による２つの光路のうちの一方のレーザ光路１３０におけるミラー対１３３Ｂで反射される２つのレーザ光の交差角は１８０°とし、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５に貼り付けた両直角プリズムへの入射角をともに５７．４°として、青色の光を反射する周期構造を形成した。他方のレーザ光路１３１におけるミラー対１３３Ｃで反射される２つのレーザ光の交差角は１５３．２°とし、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５に貼り付けた両直角プリズムへの入射角を４７．５°と１５．７°として、緑色の光を反射する周期構造を形成した。また、５３２ｎｍレーザ光によるレーザ光路１２９におけるミラー対１３３Ａで反射される２つのレーザ光の交差角は１２１°とし、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１７５に貼り付けた両直角プリズムへの入射角を０°と３１°として、赤色の光を反射する周期構造を形成した。
【００３８】
また、光路制御信号発生器１２８によって各ＥＯ変調器１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａの間の同期を取りながら時分割露光を行った。時分割露光の周期は１０Ｈｚとし、レーザ光路１３０、１３１、１２９による露光のデューティー比を３：３：４とした。
最後に、このＨＰＤＬＣ素子の入射光側にカラーフィルタを有する基板を、その反対側に光吸収層を有する基板を貼り合わせ、本実施例の反射型カラー液晶表示装置を完成した。
【００３９】
このようにして作製した反射型カラー液晶表示装置に、その基板の法線方向に対して３０°傾斜した方向から白色光を入射し、反射光の輝度の角度依存性を測定したところ、赤色、緑色、青色の光のいずれの反射光もほぼ基板表面の法線方向に集中して出射されていた。また、測定された反射光の青色、緑色、赤色の光の波長のピークは、それぞれ、４８３ｎｍ、５３６ｎｍ、６１６ｎｍであった。
この反射型カラー液晶表示装置に電圧を印加してその反射／透過状態を測定したところ、電圧無印加において反射状態、十分な電圧印加において透過状態を示した。
このような光学特性ならびに反射／透過の電圧依存性によって、本実施例により作製された反射型カラー液晶表示装置が、第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置であることは明確である。
【００４０】
〔実施例２〕
図１３は、本発明の実施例２における干渉露光用セルの断面図である。
まず、実施例１と同一の条件で、ＨＰＤＬＣ前駆体セルを作製した。次に、図１３に示すように、一対の電極（図示せず）が形成された透明基板１８３、１８４の間にＨＰＤＬＣ組成物前駆体１８１が挟持されたＨＰＤＬＣ前駆体セル１８５の一方の基板１８８Ｂに、半円柱状のレンズを溝ピッチ５．６本／ｍｍでアレイ状に配列したレンチキュラーレンズアレイ１８６を貼り合わせた。次に、レンチキュラーレンズアレイ１８６の上、ならびに、ＨＰＤＬＣ前駆体セル１８５の他方の基板１８８Ａの上に、それぞれ、直角プリズム１８８Ｂ、１８８Ａを貼り合わせた。直角プリズム１８８Ａ、１８８Ｂの屈折率は、ガラス基板１８３、１８４およびＨＰＤＬＣ組成物前駆体１８１の屈折率とほぼ同じである。
【００４１】
このレンチキュラーレンズアレイ１８６およびプリズム１８８Ａ、１８８Ｂを貼り合わせたＨＰＤＬＣ前駆体セル１８５を、実施例１の時分割干渉露光光学系に設置し、６０秒間、室温で時分割干渉露光を行い、白色を反射するＨＰＤＬＣ素子を作製した。最後に、レンチキュラーレンズアレイおよび直角プリズムを取り外した後、実施例１と同様にカラーフィルタ基板および光吸収基板を貼り合わせ、本実施例の反射型カラー液晶表示装置が完成した。
【００４２】
このようにして作製した反射型カラー液晶表示装置に、その基板の法線方向に対して３０°傾斜した方向から白色光を入射し、反射光の輝度の角度依存性を測定したところ、青色、緑色、赤色の光とも、実施例１の反射型カラー液晶表示装置に比して、非常に大きな視野角が得られることが観測された。また、その視野角内で輝度はほぼ一定であった。さらに、視野角がレンチキュラーレンズアレイの曲率半径に依存することが観測された。測定された反射光の青色、緑色、赤色の光の波長のピークは、実施例１の場合と同じであった。
この反射型カラー液晶表示装置に電圧を印加してその反射／透過状態を測定したところ、電圧無印加において反射状態、十分な電圧印加において透過状態を示した。
【００４３】
〔実施例３〕
ＩＴＯ電極を有する１枚の透明基板と、１枚のアートンフィルム（ＪＳＲ製の透明プラスチックフィルム）とをスペーサを介して貼り合わせ、セル厚５μｍの空セルを作製した。さらに、実施例１と同じ条件にて、この空セルにＨＰＤＬＣ組生物前駆体を充填してＨＰＤＬＣ前駆体セルを作製した後、時分割干渉露光を行い、白色光を反射するＨＰＤＬＣ素子を作製した。作製された素子からアートンフィルムを剥がし、その後、アートンフィルムを剥離した面にＩＴＯ電極を有するカラーフィルタ基板を貼り合わせた。さらに実施例１と同様に、他方の基板に光吸収基板を貼り合わせ、本実施例の反射型カラー液晶表示装置を完成した。
このようにして得られた反射型カラー液晶表示装置の光学特性ならびに反射／透過の電圧依存性は、実施例１と同様であった。
【００４４】
以上、本発明をその好適な実施の形態に基づいて説明したが、本発明の反射型カラー液晶表示装置の製造方法およびその製造装置は、上述した実施の形態のみに制限されるものではなく、本願発明の要旨を変更しない範囲で種々の変化を施した反射型カラー液晶表示装置の製造方法およびその製造装置も、本発明の範囲に含まれる。例えば、透明性固体前駆体は、ラクストラックＬＣＲ２０８とＭ１２００との混合物に限らず、二光束干渉露光に用いるレーザ光に対して硬化性を有する透明材料であれば、いずれでも用い得る。また、液晶材料もネマティック液晶に限られるわけではなく、さらに、ＢＬ３６に限定されるわけでもなく、常光屈折率と異常光屈折率との差が０．０５程度以上ある液晶であれば、いずれでも用い得る。また、ＨＰＤＬＣ組成物前駆体には、光重合遅延剤を加えてもよい。光重合開始剤あるいは／および光重合遅延剤は、２種類以上添加されてもよい。光吸収層は省略される場合もあるし、導電性を付加して電極として利用してもよい。二光束干渉露光に用いるレーザ光の波長は、４８８ｎｍおよび５３２ｎｍに限られるわけではなく、紫外から赤外の領域の波長を持つレーザ光はいずれも用い得る。レーザ光をＨＰＤＬＣ前駆体セル内部に導くための直角プリズムは、直角プリズムに限らず、鋭角あるいは鈍角を持つプリズムであってもよい。また、基板の両側ではなく、片側のみに形成されてもよい。また、二光束干渉露光時に、セルの基板表面に反射防止層を形成してもよい。プリズムやレンチキュラーレンズを介してセル内部にレーザ光を導く際には、プリズムやレンチキュラーレンズと透明基板との間に、例えばオイルや水などの屈折率整合材を塗布してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、、本発明による反射型カラー液晶表示装置の製造方法においては、ＨＰＤＬＣ前駆体セルに３種類の二光束干渉露光を時分割で行うために、白色光を反射する調光層を一度の干渉露光で作製できる。したがって、マスクを介した干渉露光を行う必要がなく、製造工程の簡略化・コストの低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明により作製される反射型カラー液晶表示装置の基本構造の断面図。
【図２】 本発明の第１の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図。
【図３】 本発明の第１の参考例の調光層の断面図。
【図４】 本発明の第２の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図。
【図５】 本発明の第３の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図。
【図６】 図５の反射型カラー液晶表示装置の調光層の一部の断面図。
【図７】 図６の調光層への入射光線／反射光線図
【図８】 本発明の第４の参考例の反射型カラー液晶表示装置の断面図。
【図９】 本発明の第１の実施の形態の光学系の配置図。
【図１０】 本発明の第１の実施の形態の二光束露光を説明するための断面図。
【図１１】 本発明の第２の実施の形態の二光束露光を説明するための断面図。
【図１２】 発明の実施例１における干渉露光用セルの断面図。
【図１３】 発明の実施例２における干渉露光用セルの断面図。
【符号の説明】
１、１１、２１、３１、４１、１１１ 調光層
２、１２、３２、４２、１１２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ、４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ、５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、１１２Ａ、１１２Ｂ、１１２Ｃ カラーフィルタ
３、４ 基板
１３、１４、３３、３４、４３、４４、１１３、１１４、１５３、１５４、１６３、１６４、１７３、１７４、１８３、１８４ 透明基板
５、６ 電極
１５、１６、３５、３６、４５、４６、１１５、１１６ 透明電極
７、１７、３７、４７、１１７ 光吸収層
１８、１９、２０、２８、２９、４８、４９、５０、１１８、１１９、１２０ 周期構造
１８Ａ、１９Ａ、２０Ａ、２８Ａ、２９Ａ、３８Ａ、３９Ａ、４０Ａ、４８Ａ、４９Ａ、５０Ａ、１１８Ａ、１１９Ａ、１２０Ａ 高屈折率層
１８Ｂ、１９Ｂ、２０Ｂ、２８Ｂ、２９Ｂ、３８Ｂ、３９Ｂ、４０Ｂ、４８Ｂ、４９Ｂ、５０Ｂ、１１８Ｂ、１１９Ｂ、１２０Ｂ 低屈折率層
１０１ 層界面
１０２ 頂点
１０３、１０６ 接平面
１０４、１０７ 法線
１０５ 任意の点
１０８ 微小部分
１２１、１２２ レーザ光源
１２３、１２４、１２５ 光路選択子
１２３Ａ、１２４Ａ、１２５Ａ ＥＯ変調器
１２３Ｂ、１２４Ｂ、１２５Ｂ 偏光プリズム
１２６、１２７ 光吸収板
１２８ 光路制御信号発生器
１２９、１３０、１３１ レーザ光路
１３２Ａ、１３２Ｂ、１３２Ｃ ビームスプリッタ
１３３Ａ、１３３Ｂ、１３３Ｃ ミラー対
１３４、１５５、１６５、１７５、１８５ ＨＰＤＬＣ前駆体セル
１４０、１６６、１８６ レンチキュラーレンズアレイ
１５１、１５２、１６１、１６２ レーザ光
１５８Ａ、１６８Ａ 透明性固体材料層
１５８Ｂ、１６８Ｂ 液晶材料層
１７１、１８１ ＨＰＤＬＣ組成物前駆体
１７８Ａ、１７８Ｂ、１８８Ａ、１８８Ｂ 直角プリズム
Claims (15)
- 透明電極を備えた一対の透明基板がスペーサを介して貼り合わされてなるセルに少なくとも透明性固体材料前駆体と液晶材料とを含む混合液を注入する工程と、前記混合液を注入した前記セルに同一波長の二つの光を異なる方向から照射してその干渉によって周期性のある前記透明性固体材料前駆体の光硬化層を形成する二光束干渉露光を、形成される光硬化層の周期性が異なる２または３種類について時分割で行う工程とを有することを特徴とする反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 前記混合液に光重合開始剤が添加されていることを特徴とする請求項１に記載の反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 前記二光束干渉露光を時分割で行う工程を、前記一対の透明電極を備えた透明基板の少なくとも一方に、直角プリズムを配設して行うことを特徴とする請求項１または２に記載の反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 前記二光束干渉露光の時分割の繰り返し周波数が１Ｈｚ以上であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 前記時分割された二光束干渉露光によって、透明性固体材料層もしくは透明性固体材料の混在比率の高い透明性固体材料と液晶材料との混在層と、液晶材料層もしくは液晶材料の混在比率の高い透明性固体材料と液晶材料との混在層と、が積層された、積層周期間隔の異なる複数の周期構造が形成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 前記透明性固体材料と前記液晶材料との混在比率を制御する手段あるいは前記複数の周期構造のそれぞれの占有領域の相対的な比率を制御する手段を有することを特徴とする請求項５に記載の反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 前記時分割された二光束干渉露光における１周期内におけるそれぞれの二光束干渉露光の露光時間比（デューティー）が可変であることを特徴とする請求項６に記載の反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 前記二光束干渉露光を、前記一対の透明基板の少なくとも一方に、マイクロレンズアレイまたはレンチキュラーレンズアレイを配設して行うことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 前記二光束干渉露光を行った後に、前記一対の基板の一方にカラーフィルタを形成する工程を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 前記二光束干渉露光を行った後に、前記一対の基板の一方を剥離する工程と、前記基板を剥離された面にカラーフィルタを有する基板を貼り付ける工程と、を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の反射型カラー液晶表示装置の製造方法。
- 感光性の透明性固体材料前駆体と液晶材料とを含む混合液が注入されたセル内の前記混合液を二光束干渉露光して前記セル内に積層周期間隔の異なる複数の周期構造を形成するための装置であって、少なくとも一つのレーザ光源と、前記レーザ光源が出射する光の進行方向を切り替える少なくとも一つの光路切り替え手段と、前記光路切り替え手段から出射された光を二つに分割する複数のビームスプリッタと、前記それぞれのビームスプリッタから出射された光を前記セルの二つの面に向けて反射する複数のミラー対と、前記複数のビームスプリッタの内同時に光が入射されるビームスプリッタが一つのみとなるように、前記光路切り替え手段を制御する光路制御信号発生器と、を備えることを特徴とする反射型カラー液晶表示装置の製造装置。
- 感光性の透明性固体材料前駆体と液晶材料とを含む混合液が注入されたセル内の前記混合液を二光束干渉露光して前記セル内に積層周期間隔の異なる複数の周期構造を形成するための装置であって、少なくとも二つのレーザ光源と、前記レーザ光源が出射する光の光路上にあってその光の透過／非透過を制御する光スイッチと、前記光スイッチから出射された光を二つに分割する複数のビームスプリッタと、前記それぞれのビームスプリッタから出射された光を前記セルの二つの面に向けて反射する複数のミラー対と、前記複数のビームスプリッタの内同時に光が入射されるビームスプリッタが一つのみとなるように、前記光スイッチを制御する光路制御信号発生器と、を備えることを特徴とする反射型カラー液晶表示装置の製造装置。
- 感光性の透明性固体材料前駆体と液晶材料とを含む混合液が注入されたセル内の前記混合液を二光束干渉露光して前記セル内に積層周期間隔の異なる複数の周期構造を形成するための装置であって、第１、第２のレーザ光源と、各前記レーザ光源が出射する光の光路上にあってその光の透過／非透過を制御する第１、第２の光スイッチと、前記第１の光スイッチから出射された光の進行方向を切り替える光路切り替え手段と、前記光路切り替え手段から出射される二つの光および前記第２の光スイッチから出射される光をそれぞれ二つに分割する３個のビームスプリッタと、前記それぞれのビームスプリッタから出射された光を前記セルの二つの面に向けて反射する３対のミラー対と、前記３個のビームスプリッタの内同時に光が入射されるビームスプリッタが一つのみとなるように、前記光スイッチおよび前記光路切り替え手段を制御する光路制御信号発生器と、を備えることを特徴とする反射型カラー液晶表示装置の製造装置。
- 前記光路切り替え手段が、入射光の偏光面を回転させる光変調器と、入射光の偏光状態に応じて出射される光の方向を切り替える偏光子とを備えていることを特徴とする請求項１１または１３記載の反射型カラー液晶表示装置の製造装置。
- 前記光スイッチが、入射光の偏光面を回転させる光変調器と、特定の偏光面を有する光を選択的に透過させる偏光板とを備えていることを特徴とする請求項１２または１３記載の反射型カラー液晶表示装置の製造装置。
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