【手続補正書】
【提出日】平成16年7月2日(2004.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】反射型表示素子、投射型表示装置および基板の製造方法
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極層を有する表電極基板と、反射機能層を有する裏電極基板との間に液晶を構成要素として含む光変調層が挟持され、表電極基板の内面側に凹凸面が形成され、凹凸面にはピッチＰおよび平均高さｄの周期構造が備えられた反射型表示素子において、表側から入射される入射光束の中心波長をλとし、中心波長λに対して凹凸面の隣接する凹部で反射せしめられて表側に戻る第１の反射光路と、凸部で反射せしめられて表側に戻る第２の反射光路との位相差をφとすると、λ≦Ｐ≦３０λ、かつ、φ≒（２Ｍ＋１）・π（但し、Ｍは０または正の整数）を満足することを特徴とする反射型表示素子。
【請求項２】
透明電極層には、屈折率ｎT の透明電極膜と屈折率ｎD の１層または多層の透光性誘電体膜とを含む積層構造が備えられ、入射角θで入射せしめられた入射光束の凹凸面におけるフレネル反射光が低減された請求項１に記載の反射型表示素子。
【請求項３】
位相差φ≒πである請求項１または２に記載の反射型表示素子。
【請求項４】
光変調層が透過・散乱型の動作モードを有する請求項１、２または３に記載の反射型表示素子。
【請求項５】
光変調層が透過・吸収型の動作モードを有する請求項１、２または３に記載の反射型表示素子。
【請求項６】
光源系と投射系と請求項１、２、３、４または５に記載の反射型表示素子とが備えられた投射型表示装置。
【請求項７】
ピッチＰおよび平均高さｄの周期構造を有する凹凸面を、透明電極層を有する電極基板の少なくとも片面に形成し、反射型表示素子の入射面側に用いられる基板の製造方法において、基板上に透光性誘電体膜を形成し、透光性誘電体膜上に周期構造を有する開口パターンを形成し、開口パターンをマスクとしてエッチングを行い、開口パターンの開口部に位置する透光性誘電体膜の膜厚を薄くし、その上に透明電極層を形成することを特徴とする基板の製造方法。
【請求項８】
反射型表示素子の入射面側から入射せしめられる入射光束の中心入射角をθ、中心波長をλ、ピッチＰおよび平均高さｄの周期構造を有する透光性誘電体膜の屈折率をｎとすると、ｄ＝λ／（４・ｎ・ｃｏｓθ）を満足する請求項７に記載の基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は反射型表示素子、投射型表示装置および基板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
透過散乱型の動作モードを有するＤＳＭ型液晶素子に、能動素子として単結晶Ｓｉ−ＭＯＳトランジスタを採用した反射型液晶表示素子およびそれを用いた投射型液晶表示装置が知られていた（従来例１：「液晶：応用と実用」１巻  １９９０年、４５５〜４６８頁、ワールドサイエンティフィック出版社  参照）。
【０００３】
また、透過・散乱型の動作モードを有する分散型液晶素子、高分子分散型液晶素子または液晶／樹脂複合体素子等と呼ばれる表示素子が知られていた。例えば、光励起重合相分離法で形成した液晶／樹脂複合体を、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等の能動素子で駆動した投射型表示装置が特開平３−９８０２２に開示された（従来例２）。そして、６４０×４８０画素サイズの表示画面で、液晶樹脂複合体を光変調層として備え、白色光源光をＲＧＢ３色に色分離合成して、フルカラーの投射像を得た透過散乱型の投射表示装置が既に実用化された。
【０００４】
また、液晶／樹脂複合体と単結晶ＭＯＳトランジスタ・アレー基板とを組み合わせて構成した反射型の液晶表示素子が、特開平６−１９４６９０、特開平８−３２８０３４に開示された（従来例３）。
【０００５】
このように、投射型液晶表示装置に透過散乱型の液晶表示素子を反射構成で用いた場合、透過型構成の場合に比較して高性能化が期待できる。偏光板を用いず、光源光を有効利用でき明るい投射表示を実現できるからである。しかし、反射型表示素子として用いると、光反射層と平行な素子界面が光路中に存在し、それらの界面におけるフレネル反射光（不要光成分）が発生し、反射層における反射光（表示光成分）に重畳するため、特に暗レベルの増大を招くことがあった。
【０００６】
その結果、コントラスト比が劣化するためフレネル反射光の低減対策が必要となる。特に、液晶／樹脂複合体と接する光入射側の表電極基板における透明電極界面において、残留するフレネル反射光の影響は顕著であった。
【０００７】
この解決策として、液晶／樹脂複合体と接する光入射側の表電極基板における透明電極界面に、透明電極膜と屈折率の異なる誘電体膜を積層した反射防止膜を配置する技術が特開平３−２２３６８０に示された（従来例４）。また、反射防止膜を形成する代わりに透明電極界面に微細な凹凸を形成し、界面反射光を拡散させ、投射レンズの開口絞りに界面反射光を入射させない技術が特開平４−２５３８６０に記載された（従来例５）。
【０００８】
さらに、透過散乱型の液晶表示素子を透過型素子として用いた場合に、散乱時の後方散乱光成分を増大させコントラスト比を向上するため、液晶層を挟む基板の１面もしくは２面の内面に凹凸構造を設ける技術が特開平４−３１８５１８に開示された（従来例６）。また、液晶層を挟持する対向基板の少なくとも一方に等方性媒質で矩形断面を形成した回折構造を配置する技術が特開平５−２７２１３に示された（従来例７）。ただし、この従来例６、７における凹凸構造の目的および作用効果は上記の他の従来例のものとは異なる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
反射型の光学系を有する投射型表示装置において、不要な反射光をカットして表示品位を高めることが必要であった。特に、反射型表示素子の光入射面となる表電極基板には、光変調層と接する基板界面に、透明電極層が形成される。そして、通常の透明電極はＩＴＯ（Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ）であり、その屈折率は１．８〜２．０で、ガラス基板の屈折率１．５に比べ相対的に大きい。
【００１０】
そのため、ＩＴＯ膜単層では可視波長域の界面反射を十分に低減できなかった。また、ＩＴＯ膜を含み、屈折率の異なる透光性誘電体膜を積層した複合積層型の反射防止膜としても、可視波長全域で０．３％以下の残留反射率を安定して達成することは成膜時の膜厚制御性から見て困難であった。
【００１１】
また、上記の従来例に見られるように、基板面に凹凸を設ける手法は簡便であり、透明電極層界面の残留反射を散乱させ、投射像のコントラスト比の向上にかなり有効であった。しかし、反射型表示素子の表示画素が３０μｍ以下程度に微細化され、かつ画素数が多く、かつ小型の高精細度表示素子においては、拡大投射したときに表示素子の基板面に設けた凹凸の大きさのばらつきが、表示むらとして直接視認されやすくなった。そのため、ガラス基板の材質に依存しないで、高精度の微細凹凸を安定して製造することが求められていたが、製造上相当に困難なものであった。
【００１２】
また、従来例６では、液晶表示素子が散乱状態の時に液晶層界面の０次光回折（正規反射光）が最大となるように矩形断面の回折格子が形成された。そのため、反射型の液晶表示素子として投射型表示装置に用いた場合、散乱時に回折格子界面の正規反射光成分が最大となって投射像に重畳してしまいコントラスト比の向上が達成できるものではなかった。
【００１３】
したがって、表示画素を３０μｍ以下程度に微細化し、多画素数・小型・高精細度表示の反射型表示素子を用いた投射型表示装置においては、反射型表示素子の表電極基板の透明電極界面の構成を最適化して、投射像に重畳する不要光成分を実質的に低減し、表示むらのない高コントラスト比の投射像を実現することが大きな課題となっていた。
【００１４】
また、量産に適した製造の容易な構造であって、かつ歩留のよい安定した製造方法で製造できる反射型表示素子の実現が期待されていた。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述の課題を解決すべくなされたものであり、すなわち、本発明の態様１は、透明電極層を有する表電極基板と、反射機能層を有する裏電極基板との間に液晶を構成要素として含む光変調層が挟持され、表電極基板の内面側に凹凸面が形成され、凹凸面にはピッチＰおよび平均高さｄの周期構造が備えられた反射型表示素子において、表側から入射される入射光束の中心波長をλとし、中心波長λに対して凹凸面の隣接する凹部で反射せしめられて表側に戻る第１の反射光路と、凸部で反射せしめられて表側に戻る第２の反射光路との位相差をφとすると、λ≦Ｐ≦３０λ、かつ、φ≒（２Ｍ＋１）・π（但し、Ｍは０または正の整数）を満足することを特徴とする反射型表示素子を提供する。この態様１において、好ましくは、４λ≦Ｐ≦１６λに設定する。
【００１６】
また、態様２は、透明電極層には、屈折率ｎT の透明電極膜と屈折率ｎD の１層または多層の透光性誘電体膜とを含む積層構造が備えられ、入射角θで入射せしめられた入射光束の凹凸面におけるフレネル反射光が低減された態様１の反射型表示素子を提供する。
【００１７】
また、態様３は、位相差φ≒πである態様１または２の反射型表示素子を提供する。また、態様４は、光変調層が透過・散乱型の動作モードを有する態様１、２または３の反射型表示素子を提供する。また、態様５は、光変調層が透過・吸収型の動作モードを有する態様１、２または３の反射型表示素子を提供する。また、態様６は、光源系と投射系と態様１、２、３、４または５の反射型表示素子とが備えられた投射型表示装置を提供する。
【００１８】
また、態様７は、ピッチＰおよび平均高さｄの周期構造を有する凹凸面を、透明電極層を有する電極基板の少なくとも片面に形成し、反射型表示素子の入射面側に用いる基板の製造方法において、基板上に透光性誘電体膜を形成し、透光性誘電体膜上に周期構造を有する開口パターンを形成し、開口パターンをマスクとしてエッチングを行い、開口パターンの開口部に位置する透光性誘電体膜の膜厚を薄くし、その上に透明電極層を形成することを特徴とする基板の製造方法を提供する。
【００１９】
また、態様８は、反射型表示素子の入射面側から入射せしめられる入射光束の中心入射角をθ、中心波長をλ、ピッチＰおよび平均高さｄの周期構造を有する透光性誘電体膜の屈折率をｎとすると、ｄ＝λ／（４・ｎ・ｃｏｓθ）を満足する態様７の基板の製造方法を提供する。
【００２０】
また、上記の各態様において、多層の透光性誘電体膜は相対的に高屈折率の透光性誘電体膜Ｈと相対的に低屈折率の透光性誘電体膜Ｌとが積層されてなることが好ましい。また、凹凸面の断面形状がほぼ矩形であることが好ましい。また、光変調層は液晶／樹脂複合体であることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の反射型表示素子１５（以下、反射素子または反射ＬＣＤと略記する。）の構成を模式的に示した断面図である。反射素子１５は、内面に微細な周期的凹凸３と透明電極層４とが形成された表電極基板２と、内面に反射電極６が形成された裏電極基板５とによってセル組みされ、両電極基板間に液晶／樹脂複合体やＴＮ液晶を光変調層１として配置される。この透明電極層４と反射電極６との間に駆動電圧を印加して光変調層１の透過・散乱特性または入射光の偏波面特性を変化せしめる。中間電位に対する中間調表示も可能となる。
【００２２】
透明電極層４が形成される表電極基板２の表面には、例えば図２に示すような形状のピッチＰ、高さｄの微細な矩形状の凹凸が形成される。裏電極基板５に形成された反射電極膜６は光学的な平坦面を有し、表示単位である画素電極に分割される。
【００２３】
光変調層が透明状態のとき、反射電極膜６に対して入射角θの入射光は反射電極膜６により反射角θで正規反射される。一方、微細な周期的凹凸面の正規反射光は、いわゆる反射型回折格子における０次回折光成分として、反射電極膜６で反射された正規反射光に重畳する。しかし、本発明では、０次回折光成分をきわめて低い値に低減できるため、その影響を無視できる。また、反射素子への入射光の分散全角がΦのとき、微細な周期構造を持つ凹凸面のピッチＰを最適化して、１次以上の回折光成分の投射光への混入が排除される。
【００２４】
本発明では、液晶を構成要素として含む光変調層を用いる。ＴＮ型液晶や垂直配向型液晶などのように入射光を偏光光として液晶層への電圧印加に応じて偏波面が回転し、検光子を用いてその回転量を濃淡の階調表示に変換する偏光型の液晶表示素子も使用できる。また、従来例３のような透過散乱型の動作モードを有する液晶表示素子を適用できる。偏光型の素子よりもさらに明るく、高コントラスト比の投射像を実現できるので好ましい。そして、他の光学要素と組み合わせて反射型の投射表示装置を構成する。
【００２５】
裏電極基板５はガラス、プラスチック、金属、セラミックス、半導体基板等の何れでもよい。そして、この裏電極は画素電極６として、パターニングされて用いられるので、必要に応じて、ＴＦＴ、薄膜ダイオード、ＭＩＭ、ＭＯＳトランジスタ等の能動素子を設けて接続する。
【００２６】
また、反射性の裏電極ではなく、裏電極と反射膜との組み合わせでもよく、反射膜として屈折率が相対的に高い透光性誘電体薄膜と屈折率が相対的に低い透光性誘電体薄膜とを積層した誘電体多層膜を用いてもよい。
【００２７】
誘電体多層膜は、Ｓｉ０2 、ＭｇＦ2 、Ｎａ3 ＡｌＦ6 等の低屈折率透光性誘電体薄膜と、Ｔｉ０2 、Ｚｒ０2 、Ｔａ2 Ｏ5 、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｙ2 Ｏ3 、Ａｌ2 Ｏ3 等の高屈折率透光性誘電体薄膜とを交互に積層した構造からなり、必要とする反射および透過波長帯、反射率に応じて、材料・膜厚・層数を異なるように設けることができ、設計自由度が金属膜に比べてかなり広い。反射素子の画像情報を搬送する反射電極層の反射光に重畳する反射電極層と平行な界面からの反射を極力低減する必要のある用途に適している。
【００２８】
図３は、本発明の投射型表示装置の基本的構成を示すブロック図である。光源系１０に、ランプ１１、集光鏡１２、第１の絞り１３が備えられ、投射光学系２０には集光レンズ１４、第２の絞り１６、投射レンズ１７が備えられている。
【００２９】
図３の構成において、ランプ１１から出射した光は集光鏡１２によって集光された後、その集光点近傍に配置された第１の絞り１３を通過した発散光が集光レンズ１４によって集光され、反射素子１５に入射し、裏側の反射機能層で反射されて入射側に出射され、再度集光レンズ１４を通過し投射光学系２０の第２の絞り１６の開口部に集光され、透過した光が、投射レンズ１７により図示されていないスクリーンに投射される。
【００３０】
反射ＬＣＤ１５の反射機能層の平面に対する法線に対して入射光の光軸ＡＸは角度γ／２で入射し、反射機能層で正規反射した出射光の光軸ＢＸも角度γ／２をなす。
【００３１】
反射ＬＣＤ１５の透過状態の画素の部分では、光が透過し、反射機能層で正規反射した後、空気側（表面側）に出射してくる。この直進光は拡散光を減ずる装置である第２の絞り１６を通過する光となるので、投射スクリーン上で明るく表示される。一方、散乱状態の画素の部分では、光が散乱されて、拡散光として出射してくる。この光はほとんどが拡散光を減ずる装置である第２の絞り１６を通過できないので、投射スクリーン上では暗く見えることになる。
【００３２】
また、集光レンズ１４と投射光学系２０の第２の絞り１６の開口部によって規定される集光角δを反射ＬＣＤ１５への入射光の分散角Φと同一に設定しておけば、反射機能層での正規反射光は第２の絞り１６の開口部を通過して投射レンズ１７により図示されていないスクリーンに投射されるが、微細な凹凸面によって発生した１次以上の回折光も遮断されてスクリーンに到達しない。
【００３３】
次に本発明の反射素子の構成および表電極基板に形成された正規反射防止膜の作用について図２を参照して説明する。本発明では表電極基板の内面側の透明電極層界面に微細な凹凸３を設ける。屈折率ｎg の透光性表電極基板２上に、幅Ｐa 高さｄで屈折率ｎの透光性誘電体膜３が、間隔Ｐb で紙面垂直軸ｙ方向に沿って平行線状にパターニングされる。さらに、このような周期構造を持つ凹凸３の表面全体に、透明電極層４をほぼ均一の膜厚に形成する。そして、この透明電極層４は液晶を構成要素とする光変調層１に接する。
【００３４】
反射ＬＣＤ１５においては、入射光束が表電極基板の平坦面側から入射するため、光入射面側から見て、幅Ｐa ・高さｄで屈折率ｎの透光性誘電体膜３の部分が凹部に相当し、間隔Ｐb の部分が凸部に相当する。このような周期構造を持つ凹凸３に対して、凹凸３が形成されている面内に直交するｘ軸とｙ軸があり、周期構造を成す軸をｘ軸とし、ｘ軸およびｙ軸に直交する軸をｚ軸とする。
【００３５】
このような凹凸３のなす界面に、ｚ軸に対して入射角θで入射する入射光束の反射率は、幅Ｐb と幅Ｐa のｚ軸方向の各光学薄膜の光干渉とｘ軸方向の周期構造に起因して発生する光回折とを考慮して算出される。
【００３６】
この凹凸が入射光の波長に対して回折を生じるサイズ領域においては、回折角および回折波長が規定された回折光強度として算出されることが知られている。また、回折光学素子の周期が波長に比べて十分に大きく、薄い周期構造と見なせる場合はホイヘンス・フレネルのスカラー回折理論により反射率が計算される。回折光学素子の周期が波長程度に小さくなった場合は、境界面にマクスウェル電磁理論と矛盾しない境界条件を与えて電磁界解析を行うベクトル回折理論が適用できることが知られている。例えば、ゾンマーフェルト理論物理学講座IV「光学」の第５〜６章（著者アーノルド・ゾンマーフェルト、邦訳  瀬谷／波岡  講談社  昭和４４年発行）に記載されている。
【００３７】
【作用】
本発明では、周期構造の界面に入射角θで入射した入射光束が反射され、反射光束となり、そのうち角度θで反射される不要な正規反射光束成分を、投射像から低減せしめることができる。以下に、正規反射成分である０次回折光について説明する。
【００３８】
図２の周期構造において、幅Ｐa の凹部は透光性誘電体膜３と透明電極層４の屈折率および膜厚により、中心波長λの入射光束に対して光干渉理論により振幅反射率ｒa （λ、θ）が規定される。同様に間隔Ｐb の凸部は透明電極層４の屈折率および膜厚により中心波長λの入射光束に対して光干渉理論により振幅反射率ｒb （λ、θ）が規定される。
【００３９】
幅Ｐa の凹部と間隔Ｐb の凸部が周期的に配置された周期構造、つまり凹凸のピッチＰ＝Ｐa ＋Ｐb のグレーティング構造において、その０次反射回折光強度Ｉ0 はｒa およびｒb の強度｜ｒa ｜、｜ｒb ｜が１に比べて十分に小さい場合は近似的に（１）式で記述される。また、ｒa とｒb との位相がほぼ等しい場合、（１Ａ）式のときに最小となる。
【００４０】
【数１】
1999326931.tif 000001
【００４１】
すなわち、凹凸の空間的振幅に相当するｄX が（２）式のときに正規反射は最小となる。なお、ｎは図２の凹部に相当する透光性誘電体膜３の屈折率を示す。
【００４２】
【数２】
1999326931.tif 000002
【００４３】
これは、凸部と凹部との光路長の位相差φ＝４π・ｎ・ｄ・ｃｏｓθ／λがπのほぼ奇数倍となる条件である。このときの、正規反射率（０次反射回折光強度Ｉ0 ）は（３）式となる。
【００４４】
【数３】
1999326931.tif 000003
【００４５】
したがって、ｒa およびｒb のλおよびθ依存性にもよるが、Ｐa ・ｒa ＝Ｐb ・ｒb の条件で正規反射率＝０となる。すなわち、入射光束の主波長であるλが（２）式を満たすように幅Ｐa で屈折率ｎの透光性誘電体膜３の膜厚ｄを規定すれば、中心波長λ付近の波長域での正規反射率を低い値に維持できる。
【００４６】
０次回折光の波長依存性および入射角度依存性を低減し、広い波長域で正規反射防止効果を得るためには、凸部と凹部との光路長の位相差φ＝４π・ｎ・ｄ・ｃｏｓθ／λがπ、すなわちｄ＝λ／（４・ｎ・ｃｏｓθ）であることが好ましい。
【００４７】
透光性誘電体膜３と透明電極層４の組み合わせ、あるいは透明電極層４を、透明電極を必須の構成要素として含み、相対的に高屈折率の薄膜と相対的に低屈折率の薄膜とを交互に積層した多層反射防止膜とすることにより、広い波長帯域で振幅反射率ｒa 、ｒb を低い値に保つことが可能となるため、（３）式で記述された回折による反射防止効果と相乗して広波長帯域で高い正規反射防止効果が得られる。
【００４８】
このような反射防止膜を反射型表示素子に適用する場合、０次回折光のみを利用する角度領域では有効であるが、０次光以外の高次回折光も取り込まれる構成においてはその回折作用による反射防止効果が低減する。そこで次に、高次回折光の回折角度について以下に説明する。
ｋ次回折光の回折角度θk は（４）式で記述され、±１次回折角θ±1 が、入射角θに対して最も小角回折光となる。
【００４９】
【数４】
1999326931.tif 000004
【００５０】
したがって、正規反射光束に高次回折光の混入を防止するためには凹凸のピッチＰを小さく設けて、中心波長λの入射光束に対して１次回折光回折角度θ1 を大きくするように設定すればよい。
【００５１】
ピッチＰが波長λより小さい場合、回折効率は（１）式の計算式では近似されず、その値が低下するとともに、凹凸の作製そのものが困難であるため、Ｐ＞λであることが好ましい。また、１次回折角度は２°以上にすることが入射光束の指向性確保の点で実用的であり、Ｐ≦３０λであることが好ましい。したがって、ピッチＰは入射光束の波長λに対して（５）式を満たすことが好ましい。
【００５２】
【数５】
1999326931.tif 000005
【００５３】
１次回折角は大きな値ほど好ましいが、微細加工法の制約から、２μｍ未満の寸法のピッチを加工することは難しく、生産性を悪化させる。したがって、可視光域の入射光の１次回折角度が３°以上で、微細加工が容易なピッチＰは２〜８μｍの範囲にすることが好ましい。
【００５４】
本発明の作用の一例として、図１に示した矩形のラミナリー断面をもつ溝型のものをあげて説明したが、他の断面形状でも構わない。例えば、鋸歯断面状のブレーズ型回折格子形状や正弦波断面形状の場合においても０次光回折強度の式（１）や回折角度の式（４）は異なるが同様の作用効果が得られる。
【００５５】
また、本発明は、凹凸のない界面における反射防止膜のみの場合に比べて、正規反射光束が低減するが、その減少分に相当する光は界面を直進透過する成分と回折光となって反射あるいは透過する成分となる。したがって、本発明の反射防止膜を用いる場合、大半の入射光束は直進透過し、正規反射光束はきわめて低い値となるため、正規反射光束の混入を防止し０次回折透過光のみを信号光とし１次以上の回折光は利用しない光学素子としての用途に適している。以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。
【００５６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。例１〜例４が実施例、例１Ａと２Ａが比較例である。
【００５７】
（例１、１Ａ）
図２に本例の反射ＬＣＤ１５に用いられる表電極基板２の断面図を示す。また、その製法について図４に示す。屈折率約ｎg ＝１．５の透光性ガラス板表面に、屈折率約ｎ＝１．４５のＳｉ０2 膜を膜厚ｄ＝９０ｎｍとなるように成膜する［図４（ａ）］。これは、表側から垂直に入射される入射光（中心波長λ＝５２０ｎｍ）に対して、膜厚ｄ＝λ／（４×ｎ）の条件を満足する。
【００５８】
次に、このＳｉ０2 膜の上にフォトレジストを塗布し、ベーキングして固化せしめた後、ライン幅Ｐa ＝１．２μｍ、間隔Ｐb ＝１．２μｍで、凹凸のピッチＰ＝２．４μｍの微細線形状を有するフォトマスクを用いて露光・現像する。そして、微細線形状レジストパターン７を形成する［図４（ｂ）］。
【００５９】
次に、この基板面に反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、イオンを均一照射することによりフォトレジストでマスキングされていないＳｉ０2 がエッチングされてパターニングされる。ここで、イオンエッチング時間によりＳｉ０2 のエッチング深さを制御できるが、通常基板ガラスに比べてＳｉ０2 膜の方がエッチングレートが高いため、Ｓｉ０2 膜がなくなった時点でエッチングは完了する。したがって、予め必要とする凸部の高さｄに相当する膜厚のＳｉ０2 膜を成膜することにより、凸部の高さｄを精度よく制御できる［図４（ｃ）］。以下、Ｐ、Ｐa およびＰb と略記する。
【００６０】
次に、マスキングとして用いたフォトレジストを溶剤により除去することにより、図４（ｄ）に示す凹凸のＰ＝２．４μｍ（Ｐa ＝１．２μｍ、Ｐb ＝１．２μｍ）で、ｄ＝９０ｎｍのＳｉ０2 からなる微細線周期パターン３が形成される。
【００６１】
最後に、基板と液晶／樹脂複合体層と間の界面反射を低減する反射防止膜４を形成する。少なくとも透明電極膜（ＩＴＯ）を構成要素として含むものである。具体的には、基板側から  Ｓｉ０2 （ｎ＝１．４５）／Ｔａ2 Ｏ5 （ｎ＝２．０）／Ｓｉ０2 （ｎ＝１．４５）／Ｔａ2 Ｏ5 （ｎ＝２．０）／ＩＴＯ（ｎ＝１．８４）を、それぞれ膜厚が１９８ｎｍ／２０ｎｍ／３８ｎｍ／３８ｎｍ／１００ｎｍとなるように形成する。
【００６２】
このようにして形成された正規反射防止膜の垂直入射光束に対する、可視波長域の分光反射率を図５（ａ）に示す。４２０〜７００ｎｍの広い可視波長域で正規反射率０．１％以下で、４４０〜７００ｎｍではゼロレベルの反射率、例えば正規反射率が０．０２％以下を示す反射防止効果が得られる。
【００６３】
例１Ａとして、平坦なガラス基板に実施例１と同じ反射防止膜が積層成膜された基板界面の分光反射率を図５（ｂ）に示す。４４０〜７００ｎｍの可視波長域で０．１〜０．２％程度の反射率であり、ゼロレベルになることはなく、本発明に比べ残留反射率がどの波長においても高い。また、各層の膜厚制御性を考慮すると安定して得られる残留反射レベルは０．３％程度にとどまる。
【００６４】
また、本発明の構成による一般的な光学特性について図７に示す。１次回折光の回折角度θ1 の波長依存性を０次回折光角度を０°基準にして示す。図７から、４２０ｎｍ以上の可視波長光の１次回折反射光は、垂直入射光に対して１０°以上の角度に散らされるため、１０°以内の分散角光のみを投射光とするように投射光学系を配置した投射型表示装置において、可視波長域における正規反射防止膜として利用できる。
【００６５】
また、凹凸のピッチが２．４μｍであり、一般的な表示画素サイズ（およそ、１０μｍ以上）に比べて小さく、微細加工技術により形成されているため、形状むらが少なく、拡大投射した場合でも凹凸の存在が視認されない。
【００６６】
その結果、投射型表示素子として本例の反射ＬＣＤを用いた場合、可視波長域で、高いコントラスト比が実現できるとともに表示むらのない投射像が得られる。本例ではＰa の部分に位置する材料、つまり凹部の透光性誘電体膜３の材料がＳｉ０2 の場合について説明したが、他の材料でも構わない。好ましくは透光性基板２の屈折率ｎg と同程度の屈折率を有する透光性誘電体膜３が適している。よく用いられる光学材料の屈折率は１．４〜１．８程度であり、この屈折率に相当する膜材料としてはＳｉ０2 とＳｉ3 Ｎ4 との混合物であるＳｉＯx Ｎy （ｘ＋ｙ＝１）がある。混合比を調整したＳｉＯx Ｎy をターゲットとして、スパッタリング法で成膜することにより屈折率１．４５〜１．８の中間域の値を持つ薄膜作成が可能である。
【００６７】
また、例１では、Ｐを２．４μｍに形成し、可視光の１次回折光の回折角度を１０°以上に設定することにより、投射光学系の絞りで遮断され、投射像に重畳しない条件とした。これに対して、投射光学系の集光角が１０°以下の場合ではピッチＰはそれに応じて大きな値でも構わない。また、投射光学系の集光角に比べて、１次回折光の回折角度が小さな場合でも、回折光の一部が投射像に重畳するが、従来の反射防止膜のみの構成に比べて、優れた正規反射防止効果を達成できる。
【００６８】
（例２、例２Ａ）
例２として、例１の多層構造の反射防止膜の代わりに、中心入射光＝５２０ｎｍの場合での反射防止条件、つまり、光学膜厚ｎ・ｄ＝λ／２＝２６０ｎｍになるように、単層のＩＴＯを図４（ｄ）の微細凹凸付ガラス基板表面に成膜する。本例の分光反射率を図６（ａ）に示す。４３０〜６９０ｎｍの波長域で０．２％以下の残留反射となり、４７０〜６００ｎｍではほぼゼロレベルの反射率を示す反射防止効果が得られる。例１に比べれば反射防止効果が少なく短波長域および長波長域の透過率が低下するが、ＩＴＯ単層の構成でも高い反射防止効果が得られる。
【００６９】
例２Ａとして、平坦なガラス基板に、例２と同じＩＴＯ単層膜が成膜された基板界面の分光反射率を図６（ｂ）に示す。４９０〜５７０ｎｍの狭い波長域で残留反射０．３％以下となっているが、可視波長域では残留反射が１％以上の波長域が存在する。
【００７０】
（例３）
図８は本発明の投射型液晶表示装置２００の模式的な平面図、図９は模式的な側面図である。図８と図９において、楕円鏡１２の第１焦点位置にランプ１１の発光部が配置され、ランプ１１から出射した光は楕円鏡１２でその第２焦点近傍に集光された後、第２焦点位置に配置された第１の開口絞り１３を通過した光が平凸レンズ１４で集光される。
【００７１】
そして、反射ＬＣＤ１５に入射し、裏側で反射されて入射側に出射してきて、再度平凸レンズ１４を通過し集光され、拡散光を減ずる装置である第２の開口絞り１６を通過し、投射レンズ１７により図示されていないスクリーンに投射される。
【００７２】
図８において、楕円鏡１２の第２焦点位置近傍に配置された錐体状プリズム１８は液晶表示素子１５に照射される光の分布を均一化するとともに光利用効率を改善する効果を有する。
【００７３】
平凸レンズ１４の平面側は液晶表示素子１５の光入射側ガラス基板に平凸レンズ１４およびガラス基板と屈折率がほぼ等しいカップリングオイルを用いて接合されることによって、界面反射は生じない。
【００７４】
ここで用いられる平凸レンズ１４の素材はガラスまたはプラスティックのいずれでも構わないが、反射ＬＣＤ１５の表電極基板１５１と屈折率が略等しくすることが好ましい。接着界面のフレネル反射を生じさせないためである。
【００７５】
また、凸面の形状は球面が一般的だが、投射像の解像度および投射レンズと組み合わせたときの収差を向上するために非球面形状とすることが好ましい。また、フレネル形状とすることによって平凸レンズの厚さを軽減し、軽量・安価にしてもよい。また、平凸レンズの空気と接する凸面には入射光波長域に対応した従来の反射防止膜が成膜されている。
【００７６】
本実施例の平凸レンズは、図１１に示すように、その回転対称軸が表示素子の表示面外に位置するように配置することにより、表示素子の反射電極層の反射光に凸面の残留反射光が重畳しない構成となっている。
【００７７】
本発明に用いる光源系は、図７と図８では楕円面鏡を集光鏡として用いた例を示したが、放物面鏡、球面鏡やレンズ等を適当に組み合わせたものも光源光学系として使用できる。ランプとしては、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプ等がある。さらに、この光源系には冷却系を付加したり、赤外線カットフィルタや紫外線カットフィルタ等を組み合わせて用いる。
【００７８】
また、凸錐体状プリズム１８はその凸面を光源側に配置しても構わないし、代わりに凹錐体状プリズムを用いてもよい。このような光学素子を用いることにより、投射光の照度均一性および光利用効率が向上する。また、レンズアレイ・インテグレータ、ロッド・インテグレータ、単一レンズや拡散板等の光学素子を配置しても構わない。
【００７９】
反射ＬＣＤの画素が相当に微細で、スクリーン上に画像を投射する場合、表示面の隅々まで表示画素を分解できる投射レンズの解像度が要求される。そのため、投射レンズは一般に複数枚の材質・形状の異なるレンズから構成される。このような場合、第２の絞り１６の相対的位置は投射レンズ内の瞳位置、すなわち、平凸レンズ１４によって形成される第１の絞り１３の共役像位置に、第１の絞り１３の開口形状の共役像とほぼ一致するように開口形状が設定されることが好ましい。
【００８０】
（例４）
また、白色光源からの出射光をＲＧＢ３色の色光に分離し各々の色光に対応した画像を表示する反射ＬＣＤ１５に入射させる場合には、ダイクロイックミラー、ダイクロイックプリズム等により分光してもよい。反射ＬＣＤ１５と光源系１０および投射光学系２０の投射レンズ１７との間に色分離合成系４０として２種のダイクロイックミラー４１、４２を配置し、ＲＧＢの各色光に対して３個の反射ＬＣＤを配置した、投射型液晶表示装置３００の平面図を図１０に、側面図を図１１に示す。
【００８１】
図１０において、ダイクロイックミラー４１と４２は反射ＬＣＤの入射光の光軸ＡＸおよび出射光の光軸ＢＸに対して入射角がいずれも略３０°となり各々のなす角度が略６０°となるように配置される。光源から出射された白色光はダイクロイックミラー４１によってＲ色光が反射され、Ｂ色光およびＧ色光が透過し、ダイクロイックミラー４２によってＢ色光が反射され、Ｇ色光が透過する。ＲＧＢの各色光は反射ＬＣＤが透明状態の時、反射層で正規反射された後、ダイクロイックミラー４１と４２によって色合成されたカラーとなって投射レンズへと伝搬する。
【００８２】
上記の各実施例で示した投射型液晶表示装置は、いずれも透過散乱型の動作モードの反射ＬＣＤを用いたが、反射ＬＣＤが入射光の偏波面を回転させる動作モードのものであっても構わない。この場合は、反射ＬＣＤへの入射光および投射光が直線偏光となるように、光源系と表示素子および表示素子と投射レンズとの間に偏光フィルムや偏光プリズムの等の偏光素子を配置する。
【００８３】
本発明は、このほか、本発明の効果を損しない範囲で種々の応用が可能である。
【００８４】
【発明の効果】
本発明の反射型表示素子は表電極基板の透明電極層が形成される界面に微細な周期的凹凸が形成される。さらに、その上に透明電極膜を構成要素とする反射防止膜が形成されることにより、屈折率の異なる透光性光学材料界面に垂直方向における誘電体膜の光干渉を利用した反射防止効果と、透光性光学材料界面の面内方向における周期構造の光回折とを利用することにより、両者の相乗効果として、安定して効率の高い正規反射防止効果が得られる。その結果、高精細の投射表示においても表示むらのない高コントラスト画像が得られる。
【００８５】
また、反射型表示素子であるので、入射光束が光変調層を往復するので、光に対する作用長が透過型の場合のほぼ２倍となる。その結果、散乱時の散乱能が高くなる。
【００８６】
また、透過型の表示素子に対して同じ散乱能とした場合、相対的に光変調層を薄く形成できる。その結果、対向電極間に印加する駆動電圧が低減できる。また、この液晶表示素子とＴＦＴ−アクティブマトリックス駆動方式とを組み合わせた場合、反射型の光学構成を採用することにより、各画素ごとの蓄積容量形成に伴う画素開口率の減少を抑制できる。その結果、透過型構成に比べて高開口率が得られるとともに、能動素子の設計自由度が広がる。
【００８７】
また、反射型構成であるため、Ｓｉウェハ上に形成した単結晶ＭＯＳトランジスタを能動素子として用い、反射型アクティブマトリックス・アレー基板として使用可能となる。つまり、Ｓｉウェハを一方の基板に用い、透明な対向基板と組み合わせて表示素子を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射型表示素子の構成例を示す断面図。
【図２】本発明の反射型表示素子の表電極基板の構成例を示す断面図。
【図３】本発明の反射型表示素子を用いた投射型表示装置の基本的構成を示すブロック図。
【図４】本発明の表示基板（第１構成例）の製造方法を示す断面図。
【図５】（ａ）例１の表電極基板における分光反射率データ、（ｂ）例１Ａ（従来例の表電極基板）における分光反射率データを示すグラフ。
【図６】（ａ）例２の表電極基板における分光反射率データ、（ｂ）例２Ａ（従来例の表電極基板）における分光反射率データを示すグラフ。
【図７】本発明の表電極基板における１次回折光の回折角度の波長依存性を示すグラフ。
【図８】本発明の投射型表示装置（第１構成例）の平面図。
【図９】本発明の投射型表示装置（第１構成例）の側面図。
【図１０】本発明の投射型表示装置（第２構成例）の平面図。
【図１１】本発明の投射型表示装置（第２構成例）の側面図。
【符号の説明】
１：光変調材料
２：表電極基板
３：微細凹凸形状
４：透明電極層
５：裏電極基板
６：反射機能層
７：微細凹凸形成用フォトレジストマスクパターン
１０：光源系
１１：光源
１２：楕円鏡
１３：第１の開口絞り
１４、１４Ｒ、１４Ｂ、１４Ｇ：集光レンズ
１５、１５Ｂ、１５Ｇ、１５Ｒ：液晶表示素子
１６：第２の開口絞り
１７：投射用レンズ
１８：錐体状プリズム
１９：コールドミラー
２０：投射光学系
４０：色分離合成系
４１、４２：ダイクロイックミラー