JPH11326612A

JPH11326612A - 反射板および液晶表示装置

Info

Publication number: JPH11326612A
Application number: JP11056457A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakai; 豊中井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-03-16
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 1999-11-26
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: JP3376308B2; US6219119B1

Abstract

(57)【要約】【課題】広い視野角と、正面方向への強い反射強度を両
立した反射板を提供する。【解決手段】本発明の反射板は、凸部３、凹部４を有す
る反射面５と、この上方に配設された集光領域１とを有
する。集光領域１はその周囲よりも屈折率の大きい材料
から構成されている。反射面５は、凹凸を有する例えば
樹脂などの基材と、この基材の表面にコートされたアル
ミニウム、銀などの高反射率金属から構成するようにし
てもよい。集光領域１は反射面５の凸部３上に選択的に
形成されており、反射面５の凸部３とその周囲の凹部４
との間の傾斜の大きい領域へ向かう入射光を凸部３へ集
光するように配設されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射板に関し、特に
反射型液晶表示装置に用いる反射板に関する。また、発
明は液晶表示装置に関し、特に反射型液晶表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、従来のＣＲＴに代わる新しい表示
装置が開発されており、液晶表示装置はその１つであ
る。液晶表示装置は、パソコン・ワープロ・ワークステ
ーションなどのＯＡ用表示装置、電卓・電子ブック・電
子手帳・ＰｅｒｓｏｎａｌＤｉｇｉｔａｌＡｓｓｉ
ｓｔａｎｔ（ＰＤＡ）用の表示装置、携帯テレビ・携帯
電話・携帯用ファクシミリなどの表示装置など、多方面
にわたって用いられている。

【０００３】特に、携帯用の表示装置は、例えばバッテ
リー駆動するなどの必要から、一般に消費電力の小さな
表示装置が求められている。液晶表示装置は小型化、薄
型化、低消費電力動作が可能であることから広く実用化
されている。

【０００４】液晶自体は、発光しない非発光型表示素子
である。従来の液晶表示装置は透過型と反射型とがあ
る。透過型液晶表示装置は、液晶パネルの背面にバック
ライトと呼ばれる平面型の照明装置を設けた方式であ
る。この方式が主流であったが、バックライトは消費電
力が比較的大きく、液晶表示装置の本来の長所であるは
ずの低電力動作を阻害する大きな要因となっていた。

【０００５】一方、反射型液晶表示装置は、液晶パネル
の背面に光を反射するための反射板を設け、周囲光を前
面に反射して表示を行う方法である。この方法ではバッ
クライトが不要なため、大幅な低消費電力化を図ること
ができる。しかし、従来の反射型液晶表示装置は、液晶
部の透過率が数％〜数十％と低いために、周囲光の反射
だけでは十分な明るさを得ることは困難であった。この
ため、明るいペーパーホワイトの表示はできず、また鮮
やかなカラー表示もできなかった。このため反射型液晶
表示装置は、腕時計、電卓などの特定の用途を除いては
実用化が進んでいなかった。

【０００６】しかしながら、近年携帯機器の発達に伴っ
て、低消費電力の表示装置の必要性が高まっている。そ
こで、反射型液晶表示装置の必要性が見直されてきてい
る。特に、携帯用機器の表示装置としては、バックライ
トが不要で、小型化、薄型化、低消費電力動作が可能な
反射型液晶表示装置が適している。

【０００７】表示装置としては画面の明るさが重要であ
る。反射型液晶表示装置においては、反射板の反射率が
重要なポイントとなる。前述のように液晶の光透過率は
高くないから、十分な表示品質を確保するためには、高
い反射率を得るための高性能な反射板が必要となる。

【０００８】図１９は反射板の反射特性を模式的に示す
図である。反射板の上には、光のオン・オフを行うため
の液晶層が設けられている。液晶層は、偏光板を用いた
ＴＮモード、ＳＴＮモード、偏光板を用いないＧＨモー
ド、ＰＤＬＣモードなどさまざまな種類がある。しか
し、その透過率は低く表示装置として十分な明るさが得
られない問題がある。

【０００９】また、カラー表示では、光の３原色である
ＲＧＢの各画素を平面的に配置したａｄｄｉｔｉｖｅ
ｍｉｘｉｎｇが一般的である。この方式は光の利用効率
がモノクロの場合に比較して理論的に１／３以下にな
り、この点からも完全拡散反射特性を示す反射板では明
るい表示は得られない。

【００１０】理想としては、反射型液晶表示装置に用い
る反射板の反射特性として、図１９（ａ）に示したよう
な完全拡散反射の性質が好ましい。このような完全拡散
反射を有する反射板を用いれば、観察方向によらずに表
示の明るさが一定の反射型液晶表示装置が得られる。し
かし、入射光が拡散してしまうので、強力な入射光が必
要である。即ち、完全拡散反射にすると反射強度が小さ
くなるので、前述のように液晶の低い透過率のため十分
な輝度を得ることができないという背反した問題があ
る。

【００１１】一般に液晶パネルを見る場合、ほぼ正面か
ら観察することが多い。完全拡散反射の場合には広範囲
に光を拡散することになるため、液晶パネルの正面方向
への光強度が不足してしまうのである。

【００１２】これを補うためには、図１９（ｂ）に示す
ような、完全拡散反射特性と鏡面反射特性の中間的な散
乱特性を用いることが考えられる。この特性は一般的に
は反射面の凹凸の程度を調整することによって実現でき
る。この方法は鏡面反射方向を中心として、ある範囲に
強い反射を得ることができ、この範囲においては完全拡
散反射面に比較して十分な明るさを得ることができる。

【００１３】しかしながら、この場合は視野角が狭く、
観察方向とパネルの角度を天井などの照明に対して適切
な位置に調整する必要があり、使用感は大きく劣る。ま
た照明条件は屋内外、昼夜などに応じて様々であり、条
件によって十分な明るさが得られない問題も多く生じ
る。このような反射板を用いると、特定の方向について
は完全拡散反射より強い反射が得られるが、その範囲を
外れると非常に暗くなり、視野角は狭くなってしまうと
いう欠点がある。

【００１４】この点について、さらに詳細に説明する。
図２０は、従来の反射板の反射特性を示している。図２
０において、（ア）の入射光は反射面５で反射した後、
ほぼ正面方向に反射する。また（イ）の入射光も凸部の
頂点付近で反射するため、ほぼ反射面の正反射方向に反
射する。しかしながら（ウ）のような光路で入射する入
射光は、凸部の頂点を越えた斜面で反射するため、出射
角は入射角θ_i より大きくなり、観察方向である正面か
ら大きく外れた方向に反射してしまう。その結果、
（ウ）の成分は画像の表示として有効に活用することが
できないことになる。

【００１５】さらに、出射角が大きくなると図２１に示
すような問題が生じる。図２１は液晶表示装置における
反射光の光路を説明するための図である。すなわち、図
２１の入射光（ア）、（イ）は出射角が小さいため反射
光の大半が対向基板８、対向電極９、配向膜１０を透過
してパネル外に出射する。ところが、出射角が大きい
（ウ）のような光の場合、対向電極９あるいは対向基板
８の界面において全反射が起こり、パネル外に光が出射
しないという問題が生じる。この成分は画像の表示に全
く寄与せず、光の損失でしかない。

【００１６】全反射が生じる臨界角は、その界面を形成
する２つの物質の屈折率により決まる。一般的な液晶パ
ネルの場合、対向基板８の屈折率は約１．５５程度であ
るから、空気との界面の全反射角は約４０度程度と見積
もることができる。したがって出射角４０度以上の成分
は極力なくす必要がある。

【００１７】したがって、反射型液晶表示装置の表示品
質を向上するためには、広い視野角を確保しながら、液
晶の低い透過率を補う十分な反射強度を有する反射板を
得ることが重要な課題となる。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の反射型液晶表示装置では、反射板の指向性を工夫し
て散乱性を強くすると、観察方向である正面への反射光
強度が不足して画像が暗くなる。逆に、反射板の散乱性
を弱くすると、特定の方向には強い反射光強度が得られ
るが、視野角が狭くなるという問題が生じる。したがっ
て広い視野角と強い反射を両立することはできず、その
結果反射型液晶表示装置においては良好な画像を得るこ
とが困難であった。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述のような課題を解決
するため、本発明は以下のような構成を備えている。本
発明の反射板は、凹凸を有する平面状の反射面と、その
反射面上に配設され、第１の屈折率を有する第１の層
と、反射面の凸部に第１の屈折率よりも大きな第２の屈
折率を有する集光領域を設けることを特徴とする。

【００２０】ここで、集光手段は、平面状の反射面の凸
部とその周囲の凹部との間に入射する光を、平面状の反
射面の凸部へ集光するよう配設することが望ましい。こ
のような構成を採用することにより、入射角の大きい入
射光も反射板の正面方向へ反射させることができる。

【００２１】また、集光手段は柱状形状を有し、その側
面は約６０度〜約９０度の範囲で傾斜させるようにする
ことができる。また本発明の反射板は、凹凸が多数配設
された平面状の領域を有する反射面と、反射面の凸部上
に、凸部以外の領域よりも屈折率の高い領域を設けたこ
とを特徴とする。また本発明の反射板は、集光手段の下
面が、凸部周囲の最大傾斜部を含む領域より小さくても
良い。

【００２２】本発明の液晶表示装置は、凹凸が形成され
た反射面を有する第１の電極が配設された第１の基板
と、第１の電極と対向するように第２の電極が配設され
た第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に挟持
された液晶層と、第１の電極または第２の電極に表示信
号に対応した電圧を印加する手段と、第１の電極の液晶
層側に配設され、第１の屈折率を有する第１の層と、反
射面の凸部に第１の屈折率よりも大きな第２の屈折率を
有する集光手段とを具備したことを特徴とする。

【００２３】すなわち、本発明の反射板は、正面に近い
方から入射した光を概ね正面に反射させ、斜め方向から
入射した光も概ね正面に近い方向に反射させるものであ
る。凹凸が多数形成された平面状の領域を有する反射面
と、反射面の凸部上に、凸部以外の領域よりも屈折率の
高い領域を設けたことを特徴とするものである。この結
果、実質的な観察方向である正面方向に対して、十分な
視野角と十分な反射光強度を同時に実現できる反射板を
得ることができる。

【００２４】本発明の反射板では、凹凸が多数形成され
た平面状の反射面と、反射面の凸部上に、凸部以外の領
域よりも屈折率の高い領域を設けることにより、十分な
視野角と十分な反射光強度を同時に実現している。な
お、高屈折率の集光領域は凸部反射面に接して配設する
必要はなく、反射面の凸部領域の上方に配設するように
すればよい。

【００２５】高屈折率の集光領域は、おおむね柱状に形
成するようにしてもよい。またその側面の傾斜角は約６
０度から約９０度の範囲に設定するようにしてもよい。
また、集光領域の側面は直線的である必要はなく、側面
の角度がある範囲で分布していてもよい。例えば側面形
状が反射面の近くで裾を引くように広がっていても良
い。

【００２６】集光領域の側面の適当な傾斜角の値は、相
対的に屈折率の高い集光領域と、それに接する集光領域
よりも相対的に低屈折率の領域の界面で生じる全反射の
臨界角に依存する。その臨界角は両者の屈折率の比で決
定される。

【００２７】また、柱状領域の断面は、円、楕円でもよ
く、多角形でもよい。また凸部の形状も円、楕円、多角
形等であってもよい。全ての柱状領域、凸部が同様の形
状を有している必要はない。

【００２８】高屈折率領域については、凸部の最大傾斜
角を含む領域より小さくするようにすればよいが、全て
の集光領域がこの条件を満たす必要はない。ここで最大
傾斜角を含む領域とは、反射面の凸部とその周囲の凹部
との間の傾斜の大きい領域のことである。例えば上に凸
の曲面と下に凸の曲面との間には凸部または凹部よりも
傾斜の大きい領域が存在する。本発明の反射板ではこの
ような傾斜の大きい領域へ照射される光を集光領域によ
り凸部に集めることにより、反射板の正面方向へ出射す
る光の割合を向上している。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。図１は本発明の反射板の構造の例を概略的に示す
図である。図１（ａ）は本発明の反射板の断面図を、図
１（ｂ）は反射板の平面図を示している。

【００３０】この反射板は、反射面５に凸部３、凹部４
が形成されている。凹凸の個々の形状はランダムでもよ
く、規則的でもよい。また凹凸の平面的配置に関して
も、図１（ｂ）に示すように、規則性があってもよく、
ランダムでもよい。反射面は、凹凸を有する例えば樹脂
などの基材と、この基材の表面にコートされたアルミニ
ウム、銀などの高反射率金属から構成するようにしても
よい。また、基材自体をアルミニウム、銀などの高反射
率金属から構成するようにしてもよい。

【００３１】反射面５上には高屈折率材料から成る集光
領域１が、凸部３上に選択的に形成される。集光領域１
は、低屈折率領域２と接している。両者の屈折率の高低
は相対的なものであり、絶対値ではない。屈折率は、高
屈折率として１．６〜１．７、低屈折率として１．４〜
１．５程度が一般的であり、この場合でも屈折率の比と
して０．８８程度が容易に得られる。材料の選択によ
り、この比を１に近づけることは問題なく、屈折率の比
として０．８２〜１の間を得ることができる。

【００３２】本発明の原理を図２を用いて詳細に述べ
る。図２に示したように、斜め方向から入射角θ_i で入
射した（ア）、（イ）、（ウ）の３種類の入射光を取り
上げる。上述したように、集光領域１と低屈折率領域２
の屈折率の比はおおむね０．９程度である。（ア）の光
は集光領域１を通過することによる屈折によりやや光路
は曲がるが、屈折による光路の変化は小さい。したがっ
て、（ア）の光はほぼ正面に反射される。（イ）の光は
同様の過程により、正反射方向に反射する。

【００３３】（ウ）の光は、従来の反射板であれば、図
２０に示すように、浅い角度に出射してしまう。しか
し、本発明では、図２に示すように、集光領域１に入射
後、集光領域１の側面での全反射により、光はほぼ反射
面方向に進むことになる。その後反射面５にほぼ垂直の
方向から入射するため、（ウ）は結果的にほぼ正面方向
に反射されることになる。

【００３４】従来の反射板では（ウ）の成分は正面方向
から大きく外れた方向に反射するため画像表示に有効に
利用されなかったが、本発明では（ウ）のような成分を
も有効に表示に利用することができる。したがって、こ
のような反射板を用いて反射型液晶表示装置を構成する
ことにより、明るく表示品質の優れた液晶表示装置を実
現することができる。

【００３５】図３、図４、図５、図６、図７、図８、図
９は本発明の反射板の構造の別の例を示す図である。本
発明では、反射面５の凸部３と集光領域１が接している
必要はない。図３のように凸部３と集光領域１の間に間
隙を有していてもよい。前記間隙は低屈折率領域２と同
一の物質が充填されていてもよいし、別の物質が充填さ
れていてもよい。

【００３６】また、図４に示すように、集光領域１の上
面が低屈折率領域２で覆われていない形状でもよい。ま
た図５に示すように、低屈折率領域２が集光領域１で覆
われている形状でもよい。

【００３７】集光領域１の上面は、図３の１ｂに示すよ
うに曲面であってもよい。上面から入射した光を集光す
る性質が発現するため、入射光を凸部３の頂点付近に集
光することができる。また、図３の１ａに示すように、
集光領域１の下面が曲面であってもよい。同様に集光領
域１の側面は回転体の側面の様になっている必要はな
く、一般的な自由曲面が適用可能である。

【００３８】即ち、図６に示すように、集光領域１の側
面が曲線を成し、下部が広がっている形状であっても良
い。また、図７に示すように、集光領域１は円錐台形状
ではなく、直方体を並べたようなものであっても良い。
この時、直方体の面の向きがランダムであれば、個々の
直方体による光の集光方向が平均化され、回転体形状の
集光領域１と同様の効果を発揮する。

【００３９】更に、図８、図９に示すように、集光領域
１間に高屈折膜が分布していてもよい。ここで図８は、
集光領域１の間をその下地に沿った膜が形成されてお
り、図９では、高屈折膜が平面になるよう形成されてい
る。

【００４０】更に集光領域の少なくとも一部の面に微少
な凹凸を設け、若干の散乱性を付与してもよい。また内
部に少量の微粒子を分散し、散乱性を付与してもよい。
反射光の視角依存性を滑らかにする効果が発現する。

【００４１】図１０は反射面の凹凸と集光領域との位置
関係の例を説明するための図である。図１０（ａ）に示
すように、集光領域１は凸部３の最大傾斜領域６の上方
に位置しないことが望ましい。集光領域１が最大傾斜領
域６の上方に位置する場合は、図１０（ｂ）のように、
入射した光が反射面５で反射した後、集光領域１の側面
で全反射し、正面から外れた方向に出射する可能性があ
る。このような現象は最大傾斜領域６での反射の際に発
生する可能性が高い。したがってこの現象が発生しない
ように、最大傾斜領域６の上方には、集光領域１を位置
しない構造を採用することが好ましい。

【００４２】ただし、図１０（ａ）の構造では、図中点
線で示したように、最大傾斜領域６で斜め入射光が直接
反射しないように、集光領域１が最大傾斜領域６を遮る
のに十分な高さを有する必要がある。

【００４３】いま、最大傾斜領域６の傾斜角をθ_s と
し、全反射しないための最大の出射角をθ₀ とする。ま
た、反射面５の平均凹凸ピッチをｐ、集光領域１の高さ
をｈとすると、ｐ／２ｈ＜ｔａｎ（θ₀ −２×θ_s ）を満たす様にｈ、ｐを調整すればよい。

【００４４】これによれば、集光領域１により遮られず
に、直接最大傾斜領域６に光が入射した場合でも、その
反射光は全反射することはない。図１１は本発明の反射
板における入射光の光路を説明するための図である。

【００４５】集光領域１の側面での全反射における臨界
角θ_c は、前述したように集光領域１と低屈折率領域２
の屈折率の比で決まる。したがって、図１１に示すよう
に、（９０°−θ_t ）から（９０゜−θ_t ）＋（９０°
−θ_c ）の範囲の角度から入射した成分の光が全反射に
より正面方向に集光される。集光領域１の屈折率をｎ
₁ 、低屈折率領域２の屈折率をｎ₂ とすると、ｓｉｎθ_c ＝（ｎ₂ ／ｎ₁ ）である。例えば、ｎ₁ ＝１．６、ｎ₂ ＝１．４で、θ_t
＝１０°とすると、上式からθ_c ＝１０〜４０°の入射
角の光に対して、集光領域１の側面で全反射できること
がわかる。

【００４６】前述したように、液晶パネルに入射する光
の最大入射角は４０度程度であるから、本例の場合は、
反射型液晶表示装置の反射板として、十分な特性を有す
ることができる。

【００４７】全反射後反射面５に到達した光は、反射面
５で反射後再び集光領域１の側面で全反射してしまうと
正面方向への集光効果が薄れてしまう。そこで反射後の
光は極力全反射しないことが望ましい。この点について
幾何光学的考察を行った結果、反射後の全反射を避ける
ためには、 θ_t ＋２θ_s 〜θ_c ／２の関係を満たすことが効果的である。例えば、θ_c は約
３０度であり、θ_t は約５度、またθ_s は約５度が本条
件を満たす。

【００４８】図１２は本発明で得られた反射板の反射特
性を表す図である。測定は入射角３０度について実施し
た。従来例を見ると、反射板出射角３０度の正反射方向
にピークを有する。液晶パネルにおいては、反射板と対
向基板で液晶層を挟んでいるので、反射板出射角４０度
以上の範囲の光は対向基板で全反射してパネル外に出射
しない。従来例ではかなりの割合の光がこの領域に反射
してしまっている。

【００４９】本発明の反射板では、出射角４０度以上の
反射は、集光領域１の側面における全反射の効果により
ほとんどゼロに抑えられる。即ち、出射角４０度以上の
光が正面方向（出射角０度）へ導かれ、反射光として有
効に利用された。その結果、正面方向の反射強度が従来
に比べて約１．５〜２倍に向上することがわかった。

【００５０】図１３は本発明の反射板における入射光の
光路を説明するための図である。前述のように、液晶表
示装置の各画素への入射光の最大入射角は約４０度程度
である。このような光が図中の点Ａを通過する場合、こ
の光が反射面５上の最大傾斜領域６（点Ｂ近傍）に到達
すると、全反射による集光効果を受けない。したがっ
て、反射板の正面方向へ反射する光の割合が低下してし
まう。

【００５１】したがって本発明では、図に示したような
光が最大傾斜領域６に到達しないように、反射面５と集
光領域１の底面との距離ｈを小さく調節することが好ま
しい。

【００５２】いま、反射面の凹凸を無視できるほど小さ
いとすると、正面への反射が効率良く発現する条件は、ｒ＋ｈ×ｔａｎθ＜Ｒとなる。ここで、反射面５と集光領域１の底面との距離
をｈ、集光領域１の半径（または幅の半分）をｒ、反射
面５の凸部３の頂点から最大傾斜領域６までの距離（点
Ｂまでの距離）をＲ、入射光の最大入射角をθとする。

【００５３】さらに、反射板の集光性能を向上するため
には、図１３で点Ａを通過する光が反射面５の凸部３の
頂点からＲ／２の範囲に到達することが好ましい。した
がって、ｒ＋ｈ×ｔａｎθ＜Ｒ／２となる。

【００５４】またＲの値は、反射面５の凹凸の形状によ
り変化する。凹凸の断面が正弦波状であれば、隣接する
凸部３との典型的な距離をＰとするとＲ＝Ｐ／４とな
る。また球状面が平面的に密着して配設されている場合
にはＲ＝Ｐ／２となる。ここで、典型的な距離Ｐとは、
隣接凸部との平均的な距離である。実際、凹凸はランダ
ムに形成されるので、隣接する凸部との距離は分布す
る。

【００５５】例えばｒ＝４μｍ、Ｒ＝１０μｍとする
と、ｈ＜１．２μｍ程度になる。次に、図１４、図１５
を用いて、本発明の他の実施例を説明する。図１４、図
１５の実施例では、凹凸を有する反射板の凸部に直方体
状の集光領域１が配置されている。但し、図１４の実施
例は図７とは異なり、集光領域１は一定の向きにそろえ
られていることを特徴としている。また、図１５の実施
例は図１と異なり、集光領域１が反射板の凸部３頂点か
ら一定方向にずれていることを特徴としている。図１５
では、反射板の凸部３頂点から一様に左側にずれて集光
領域１が形成されている。

【００５６】図１４のように配置された場合、図の縦方
向Ａから入射した光の多くが集光領域１の屈折を受ける
ので、反射板の垂直方向に反射される。一方、横方向Ｂ
から入射した光は集光領域１にはあまり入射しないの
で、もともとの凹凸を有する反射板と同様の反射特性を
示す。従って、縦方向Ａの光が選択的に反射板垂直方向
に屈折されることになり、横方向Ｂについては平均的な
反射光の分布となる。

【００５７】図１５の実施例では、集光領域１が反射板
の凸部３の頂点から一方向にずれて設けられている。こ
のように集光領域１を設けることにより、入射光の反射
方向も非対称になり、一定方向からの光を選択的に反射
板垂直方向、即ち反射板正面方向に反射することが可能
となる。図１５のように、集光領域１が反射板の凸部３
の頂点から一様に左にずれている場合、左方向Ｌから入
射した光が集光領域１による集光効果を受け、反射板垂
直方向、即ち反射板正面方向に反射する。

【００５８】なお、上述の効果は、集光領域１の断面形
状を反射面に垂直な方向に対して非対称にすることによ
っても実現が可能である。集光領域１の側面形状、傾斜
角あるいは上面、下面の形状を非対称としてもよい。

【００５９】ラップトップ型コンピュータやモバイル端
末等における反射型表示装置は斜めに立てた状態で使用
される。照明は頭上にあるのが普通であり、画面の縦方
向からの入射光量が多い。この画面の縦方向の光をより
有効に反射面の垂直方向に反射することができれば画面
を明るくすることが可能である。

【００６０】そこで、本実施例のような縦方向Ａからの
光を選択的に正面に反射する反射板が極めて有用であ
る。本実施例の反射板は、一例として、反射型表示装置
を斜めにして使用するものについて応用ができる。ま
た、図１５では集光領域１を図面左側にずらした例を示
したが、図１４と同様、縦方向にずらせば、入射光を画
面正面に反射するようにすることができる。

【００６１】以上の説明では、一様に集光領域１の向き
を揃えたり、反射板の凸部３頂点からずらしたりした場
合を説明したが、反射板の領域を区切って、ある部分に
つき本実施例を応用することができる。また、反射板内
に連続的な分布を持たせても良い。反射板上での集光領
域１の向きの揃え方により、特定の方向の光を画面中央
に集めたり、分散させたりすることが可能になる。図２
２は集光特性の反射板面内分布を示すものである。図２
２（ａ）は前述したように、反射面に対して縦方向に入
射した光に対して集光特性を強めたものである。図２２
（ｂ）はパネル周辺部からの反射光をパネル中央方向に
集光するものである。特に大画面液晶表示装置に効果を
発揮する。

【００６２】次に本発明の液晶表示装置の例について説
明する。図１６は本発明の液晶表示装置の構造を概略的
に示す断面図である。この液晶表示装置は、例えば図１
に示したような、反射板として多数の凹凸を有する平面
状の反射面５と、反射面５の凸部３上に、凸部３以外の
領域よりも屈折率の高い集光領域１を設けるものであ
る。

【００６３】この反射板の上にはＩＴＯなどの透明導電
性物質からなる画素電極１４が形成されており、この画
素電極１４は薄膜トランジスタ１２のソース電極と接続
されている。そしてこの反射板及び画素電極１４が形成
された基板１３と、ＩＴＯなどの対向電極９が形成され
た対向基板８との間に液晶層１１が挟持されている。

【００６４】基板１３には、薄膜トランジスタ１２の
他、図示されていないが各画素に対応した信号線、ゲー
ト線、補助容量線が形成されている。ここでは、非線形
素子として逆スタガ型の薄膜トランジスタ１２を用いて
いるが、この型に限定されるものではない。またＭＩＭ
素子など薄膜トランジスタ以外の非線形素子を用いても
よい。

【００６５】また、特開平８−３１３９３９に示すよう
に、駆動する液晶がマイクロカプセル状になっているも
のでもよい。この場合は液晶層を挟持する対向基板を用
いる必要はなく、マイクロカプセル液晶層上に直接対向
電極を形成することも可能である。

【００６６】次に上記アレイ基板及び反射板の形成方法
の一例を図１６を参照しながら示す。各画素に対応した
ゲート線、信号線、薄膜トランジスタ１２、補助容量線
等が形成されたアレイ基板上に感光性アクリル樹脂１６
を約２μｍスピンコートにより塗布する。この膜厚は必
要に応じて設定すればよい。感光性アクリル樹脂１６と
しては、例えば日本合成ゴム製ＨＲＣ（商品名、屈折率
約１．５７）を用いることができる。この後、感光性ア
クリル樹脂１６を塗布した基板１３を約８０度でベーキ
ングする。

【００６７】ついで、マスク露光、現像により直径約１
０μｍの凸型パターンをランダムな配置になるように多
数形成する。同時に、コンタクトホール１９も形成す
る。凸型パターンの直径は同一である必要はない。その
後基板をベーキングし、ある程度形状が球面になるよう
に変化させた後、さらに約２００度でベーキングして硬
化させた。

【００６８】次にアルミニウムをスパッタ法で約３００
ｎｍの厚さに堆積し、反射面５を形成した。反射面５は
スパッタ法に限らず、メッキ法などで形成してもよい。
また金属もアルミニウムに限らず、アルミニウムの合
金、銀等でもよい。

【００６９】続いてコンタクトホール部の反射面５のア
ルミニウムをエッチングにより除去する。コンタクトホ
ール周辺の反射面は、必ずしも取り除く必要はない。ま
た画素間で反射面を分離してもよく、連続してもよい。

【００７０】次に反射面５上にＨＲＣを約５μｍの厚さ
でスピンコートで塗布し、約８０度でベーキングする。
ついでマスク露光、現像により、先に形成した凹凸を有
する反射面５の上に柱状の領域を形成する。この際、マ
スクは反射面５の凹凸形成に用いたパターンをそのまま
用いることも可能である。

【００７１】この基板を約２００度でベーキングし、反
射面５の凸部上に、テーパ角８０度程度の柱状領域を形
成する。柱状領域の形状は均一である必要はない。次
に、この基板に、例えば旭硝子製サイトップ（商品名、
屈折率約１．３７）を約１０μｍ塗布し、約２００度で
焼成する。その後Ａｒ／ＣＦ₄ ／Ｏ₂ によるＲｅａｃｔ
ｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ法（ＲＩＥ法）を用い
て、コンタクトホール１９を形成する。２種類の樹脂層
の界面における全反射角θ_c は約３０度であった。

【００７２】最後にスパッタ法でＩＴＯを成膜し、各画
素に透明画素電極１４を形成する。このアレイ基板と対
向基板８を組み合わせ、ゲストホストタイプの液晶１１
を充填する。

【００７３】得られた反射特性は図１２に示すような傾
向を示し、従来の反射型液晶表示装置に比較して１．５
〜２倍の反射率を得ることができた。集光領域１の製造
方法は上述の例に限ることはない。

【００７４】例えば、反射面５上に透明な樹脂として、
例えばダウケミカル社製サイクロテン３０２２（商品
名）を膜厚約５μｍ程度スピンコートで塗布し、約２１
０度でベーキングする。ついで、Ｃｕをベーキングした
サイクロテン上に成膜し、さらにＣｕ上に感光性レジス
トパターンを形成する。このレジストをマスクとしてＣ
ｕをエッチング法などによりパターニングした後、感光
性レジストを剥離する。

【００７５】そして、パターニングしたＣｕ膜をマスク
として、ＣＦ₄ ／Ｏ₂ を用いたＲＩＥ法によりサイクロ
テンをパターニングする。このとき、Ｃｕマスクを形成
した領域だけ選択的にサイクロテンが残り、サイクロテ
ンは柱状の集光領域１にパターニングされる。なお、Ｒ
ＩＥを行う際の圧力を調節することにより柱状の集光領
域１の側面のテーパー角を制御することができる。ここ
では、テーパー角約８０度に形成する。

【００７６】この後、マスクとして用いたＣｕ層をエッ
チングにより除去する。次いで、集光領域１の上側から
サイトップを約３μｍ程度の膜厚で塗布し、約２００度
で焼成する。

【００７７】なお、サイクロテンとＣｕマスクとの間
に、サイクロテンとＣｕマスクと密着性を向上するため
に例えばＴｉ等の層を介在させてもよい。またサイクロ
テンをパターニングするマスクの材質はＣｕに限ること
はなく、必要に応じて選択するようにすればよい。

【００７８】例えば図２に例示したように、隣接する柱
状の集光領域が相互に分離している場合、反射面５の構
成金属とエッチングマスクとの間にエッチングマスクの
剥離工程においてエッチング選択性が必要である。

【００７９】一方、図８のように反射面５が予め覆われ
ている場合には、反射面金属とエッチングマスクとのエ
ッチングの選択性の問題はない。したがって、例えばア
ルミニウムなどの反射面５と同一の金属で形成するよう
にしてもよい。

【００８０】集光領域の構成材料についてもサイクロテ
ンに限ることなく、所定の屈折率を得られる材料であれ
ば用いることができる。また、集光領域は透明な材料で
構成することが好ましいが、着色していてもよい。

【００８１】さらに、エッチングマスクは、金属に限る
ことなく例えば感光性レジストを用いるようにしてもよ
い。この場合金属マスクの形成工程が不要となり、工程
を簡略化することができる。ただし、ＲＩＥ工程でレジ
ストもエッチングされるので、レジストの膜厚を集光領
域の厚さと同じか、より厚く形成する必要がある。

【００８２】次に本発明の反射板を含む液晶表示装置の
製造方法の別の一例について説明する。図１７は本発明
の液晶表示装置の構造を概略的に示す断面図である。

【００８３】アレイ基板上に樹脂５を形成し、さらにそ
の上にアルミニウム等の高反射率金属を成膜する点まで
は、前述の実施例と同様である。その後、得られた金属
膜を画素毎に離散的にパターニングした。本実施例にお
ける反射面５の凹凸に平均ピッチは、約３μｍである。

【００８４】続いて反射面５上に約３μｍの厚さのＨＲ
Ｃをスピンコートで塗布し、約８０度でベーキングす
る。ついでマスク露光、現像により、先に形成した凹凸
を有する反射面５の上に柱状の領域を形成する。この
際、マスクは反射面５の凹凸形成に用いたパターンをそ
のまま用いることも可能である。この基板を約２００度
でベーキングした結果、反射面５の凸部上に、テーパ角
約８０度程度の柱状領域が形成される。柱状領域の形状
は均一である必要はない。

【００８５】次にこの基板にサイトップを約３μｍ塗布
し、約２００度で焼成する。その結果、反射面５上の集
光領域１、低屈折率領域２を合わせた厚さは約３μｍ程
度となる。集光領域１の形成方法は、ここで説明した方
法に限ることなく、例えば実施形態５と同様に行うよう
にしてもよい。

【００８６】得られたアレイ基板と対向基板８を組み合
わせ、ゲストホストタイプの液晶１１を充填する。アレ
イ基板側の電極は、反射面５がその機能を兼ねている。
液晶層１１と反射面５の間の厚さは約３μｍであるのに
対し、液晶層１１の厚さは約１０μｍ以上であり、電圧
降下の影響は実質的に無視できる。得られた反射特性は
図１２に示すような傾向を示し、従来の反射型液晶表示
装置に比較して１．５〜２倍の反射率を得ることができ
る。

【００８７】更に、本発明の反射板を含む液晶表示装置
について説明する。図１８は本発明の液晶表示装置を概
略的に示す断面図である。図１６においてはサイトップ
層２の上にＩＴＯによる画素電極１４を形成したが、図
１８においてはサイトップ層の代わりに導電性透明膜１
４１を形成している。この導電性透明膜１４１が画素電
極１４を兼ねる。したがって、図１６の画素電極を形成
する工程を省略することができる。

【００８８】反射面５上に集光領域１を形成するまでは
上述の実施例と同様であるので説明を省略する。集光領
域１を反射面５上に形成した後、全体に微粒子分散型透
明導電膜を塗布する。この微粒子分散型透明導電膜は一
般には透明な樹脂の中に導電性の微粒子を分散させ導電
性を持たせたものである。透明導電膜は、、例えばアク
リル・ポリエステル・ナイロンがある。また、樹脂中の
導電性の微粒子は、例えばＳｎＯ₂ ，Ｓｂ−ＳｎＯ₂ ，
Ｓｎ−Ｉｎ₂ Ｏ₃ （ＩＴＯ），Ｚｎ−Ｉｎ₂ Ｏ₃ であっ
ても良く、他に、ＩＴＯにＡｌ，Ｚｎを添加したものが
ある。その屈折率は通常の樹脂膜とほぼ等しい。

【００８９】微粒子分散型透明導電膜をパターニングし
て、画素ごとに絶縁し導電性透明膜１４１を形成する。
樹脂に感光性を持たせ、光によるパターニングも可能で
ある。この導電性透明膜１４１は画素電極を兼ねる。

【００９０】なお、分散させる微粒子は、通常数十ｎｍ
であれば可視領域で透明である。ここで用いる微粒子を
数百ｎｍから数ミクロンの範囲で大きいものにすれば、
導電性透明膜１４１に若干の散乱性を付与することがで
きる。この結果反射光の視角特性を滑らかにすることが
可能となる。この後、液晶層を積層し、液晶表示装置を
完成する。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、正
面に近い方から入射した光は概ね正面に反射し、斜め方
向から入射した光も概ね正面に近い方向に反射する。従
って、実質的な観察方向である正面方向に対して、十分
な視野角と十分な反射光強度を同時に実現した反射板を
提供することができる。

【００９２】また発明によれば、反射特性の優れた反射
板を備えることにより、周囲光を利用して、広い視野角
と明るくコントラストの高い画像を実現することができ
る。特に、携帯型情報機器の表示装置として本発明の液
晶表示装置を用いれば、低消費電力と高い表示品質を兼
ね備えた反射型液晶表示装置を提供するすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明に係わる反射板の概略的な構成を示
す図。

【図２】は、本発明に係わる反射板の原理を示す図。

【図３】は、本発明に係わる反射板の構成の例を概略的
に示す図。ここでは、集光領域１が定屈折領域２の中に
含まれる形に形成されている。

【図４】は、本発明に係わる反射板の構成の例を概略的
に示す図。ここでは、集光領域１と、その周りの低屈折
率領域２が同じ高さに形成されている。

【図５】は、本発明に係わる反射板の構成の例を概略的
に示す図。ここでは集光領域１が低屈折領域２を囲む形
に形成されている。

【図６】は、本発明に係わる反射板の構成の例を概略的
に示す図。ここで、集光領域１の側面は曲線状となって
おり、反射面に近いところで幅が広くなる。

【図７】は、本発明に係わる反射板の構成の例を概略的
に示す図。ここで、集光領域１は直方体状であり、その
向きはランダムに形成されている。

【図８】は、本発明に係わる反射板の構成の例を概略的
に示す図。集光領域１の間の反射面には、反射面に沿う
高屈折層が存在する。

【図９】は、本発明に係る反射板の構成の例を概略的に
示す図である。集光領域１の間の反射面には、水平な高
屈折層が存在する。

【図１０】は、本発明の反射板の集光領域の大きさと反
射特性の関係を概略的に示す図。

【図１１】は、本発明における入射光の通過経路を概略
的に示す図。

【図１２】は、本発明で得られた反射板及び反射型液晶
表示装置の反射特性を示す図である。これは、入射角３
０度の入射光の出射方向と強度の関係を示している。

【図１３】は、本発明における入射光の通過経路を概略
的に示す図。。

【図１４】は、本発明の反射板の構成の例を概略的に示
す図である。ここで、集光領域１は直方体状であり、そ
の向きは一定の方向に揃えられている。

【図１５】は、本発明の反射板の構成の例を概略的に示
す図である。ここで、集光領域１は反射板凸部３頂上か
らずれた位置に形成されている。

【図１６】は、本発明の液晶表示装置の構造を概略的に
示す断面図。

【図１７】は、本発明の液晶表示装置の構造を概略的に
示す断面図。

【図１８】は、本発明の液晶表示装置の構造を概略的に
示す断面図である。ここでは、画素電極が透明導電性膜
１４１により兼ねられているので、図１６における画素
電極１４が省略されている。

【図１９】は、従来の反射板の反射特性の例を示す図。

【図２０】は、従来の反射板の原理を示す図。

【図２１】は、反射型液晶表示装置における反射板の反
射特性と表示特性の関係を概略的に示す図。

【図２２】は集光特性の反射板面内分布を示すものであ
る。

【符号の説明】

１・・・集光領域２・・・低屈折率領域３・・・凸部４・・・凹部５・・・反射面６・・・最大傾斜領域８・・・対向基板９・・・対向電極１０・・・配向膜１１・・・液晶層１２・・・薄膜トランジスタ１３・・・基板１４・・・画素電極１６・・・感光性アクリル樹脂１９・・・コンタクトホール１４１・・・導電性透明膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】凹凸を有する平面状反射面と、前記平面状
反射面の凸部に配設され第１の屈折率を有する集光領域
と、前記平面状反射面上に配設され前記第１の屈折率よ
り小さな第２の屈折率を有する層から成る事を特徴とす
る反射板。
【請求項２】前記集光領域は、前記平面状反射面の前記
凸部とその周囲の凹部との間に入射する光を、前記平面
状反射面の前記凸部へ集光するよう配設される事を特徴
とする請求項１記載の反射板。
【請求項３】前記集光領域は柱状形状を有し、その横断
面が円状である事を特徴とする請求項１記載の反射板。
【請求項４】前記集光領域は多角形柱状を有する事を特
徴とする請求項１記載の反射板。
【請求項５】前記集光領域の側面の向きをランダムに配
設する事を特徴とする請求項４記載の反射板。
【請求項６】前記集光領域の側面の向きをそろえて配設
する事を特徴とする請求項４記載の反射板。
【請求項７】前記集光領域を前記凸部の頂点からずらし
て配設する事を特徴とする請求項１記載の反射板。
【請求項８】前記集光領域は前記平面状反射面全体で前
記凸部の前記頂点から一様にずらした事を特徴とする請
求項７記載の反射板。
【請求項９】基板と、前記基板上に設けられた凹凸を有
する平面状反射面と、前記平面状反射面の凸部に配設さ
れ第１の屈折率を有する集光領域と、前記平面状反射面
上に配設され前記第１の屈折率より小さな第２の屈折率
を有する層と、前記層上に設けられた第１の電極と、前
記第１の電極上に設けられた液晶層と、前記液晶層上に
設けられた第２の電極と、前記第１の電極に表示信号を
供給する手段とから成る事を特徴とする液晶表示装置。