(57)【要約】  複数の画素を有する反射型ディスプレイ。各画素は、第1電極、光調節層(12)、及び第2電極(3;16)を有する。第1電極、光調節層(12)、及び第2電極(3;16)は、前記電極間での電圧の印加を介して前記光調節層(12)内での電場の生成を可能にするように備えられている。前記画素(10)は、前記電場による光調節層の状態を切り換えることが可能な活性部分(16)、及び不活性部分(17)をさらに有する。前記不活性部分(17)は、光を反射して、前記不活性部分(17)に衝突する入射光(20)の少なくとも一部を前記活性部分(16)へ導光するように備えられている。その結果当該反射型ディスプレイのコントラスト比が改善される。その理由は、前記不活性部分から前記活性部分へ光が導光されるので、その導光された光は、観察者が観察する表示画像に寄与するからである。
2009519495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する反射型ディスプレイであって、
前記画素の各々は：
第1電極；
光調節層；
第2電極であって前記第1電極と前記第2電極の間での電圧印加によって前記光調節層内に電場を生成させることができるように備えられた第2電極；
前記電場によって光調節状態を切り換えることが可能な活性部分；及び
光を反射することができる不活性部分であって、前記不活性部分へ衝突する入射光の少なくとも一部を前記活性部分へ向かうように導光する不活性部分；
を有する反射型ディスプレイ。
【請求項２】
前記不活性部分が、前記活性部分から射出する光の角度広がりよりも大きな角度広がりで光を反射することができる、請求項1に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項３】
基板を有する反射型ディスプレイであって、
前記基板は、当該反射型ディスプレイの観察面で前記光調節層を覆うように備えられ、
前記基板は、隣接する周囲の媒質よりも低い屈折率を有し、
前記の不活性部分で反射される入射光の一部は、前記基板と前記隣接する周囲の媒質との界面での内部全反射によって、前記活性部分へ向かうように導光される、
請求項1又は2に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項４】
前記活性部分が、ランバート反射体又はスーパーランバート反射体のいずれか１つを有する、請求項1に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項５】
前記不活性部分が、基本的に等方性の反射体を有する、請求項1に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項６】
前記不活性部分が、マクロ構造の反射体を有する、請求項1に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項７】
前記マクロ構造の反射体が、前記活性部分に対して少なくとも部分的に上昇している、請求項6に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項８】
前記マクロ構造の反射体が、前記第2電極によって画定される面を向く底部及び前記面とは反対を向く上部を有する、ビームを広げる構造で、かつ
前記上部は前記底部よりも狭い、
請求項6又は7に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項９】
前記ビームを広げる構造が、基本的にはV字形状の断面積を有し、かつ
前記V字の開口部は前記面の方を向いている、
請求項8に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項１０】
前記マクロ構造の反射体が、基本的には隆起形状である、請求項8に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項１１】
前記のビームを広げる構造の断面の断面に係る開口角が150°未満である、請求項8に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項１２】
前記のビームを広げる構造の断面の断面に係る開口角が90°未満である、請求項11に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項１３】
前記のビームを広げる構造の上部が基本的に平面で、かつ入射光を吸収するように備えられている、請求項8に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項１４】
前記のビームを広げる構造の上部が、複数の反射表面部分を有し、かつ
前記反射表面部分の各々は、当該反射型ディスプレイ表面に対して垂直な線に対してそれぞれ異なる角度を有する、
請求項8に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項１５】
前記不活性部分が、入射光が広がるように屈折するように備えられたレンズ構造を有し、
それにより、前記活性部分へ前記入射光を再導光することが可能となる、
請求項1に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項１６】
前記光調節層が液晶で、
前記の画素の不活性部分は、たとえば薄膜トランジスタのような電圧制御素子を有し、かつ
前記の画素の活性部分は、反射電極を有し、
該反射電極は、前記液晶層の対応する部分の偏光状態を変化させるように備えられ、それにより、前記画素の対応する部分の光調節状態が切り換えられる、
請求項1に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項１７】
前記光調節層が流体を有し、
前記第1電極は有色流体とは非混和の流体を有し、かつ
前記の画素の活性部分は、前記電極間での電圧印加によって前記有色流体を横方向に変位させるように備えられ、それにより前記画素の対応する部分の光調節状態が切り換えられる、
請求項1に記載の反射型ディスプレイ。
【請求項１８】
前記光調節層が流体及び該流体中に懸濁する複数の有色荷電粒子を有し、かつ
前記の画素の活性部分は前記の電極間での電圧印加によって前記複数の有色荷電粒子を、前記第2電極によって画定される面とは垂直な方向に変位させるように備えられ、それにより前記画素の対応する部分の光調節状態が切り換えられる、
請求項1に記載の反射型ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素を有する反射型ディスプレイに関する。各画素は、第1電極、光調節層、及び第2電極を有する。第1電極、光調節層、及び第2電極は、前記電極間での電圧の印加を介して前記光調節層内での電場の生成を可能にするように備えられている。前記画素は、前記電場による光調節層の状態を切り換えることが可能な活性部分、及び不活性部分をさらに有する。
【背景技術】
【０００２】
現在、様々な種類のフラットパネルディスプレイは、フルサイズテレビスクリーンから安価なハンドヘルドの小型ディスプレイまでの様々な用途にとっての選択肢となっている。これらの様々な用途に適合させるため、様々な種類のフラットパネルディスプレイが開発されてきた。これらのフラットパネルディスプレイには、たとえば液晶技術、エレクトロウエッティング効果、電気泳動、及びエレクトロクロミシティのような様々な画像形成技術が利用されている。
【０００３】
電力消費が主要な関心事であるような用途にとっては、画像を表示するのに背面光を必要としない反射型ディスプレイが一般には用いられる。反射型ディスプレイでは、ディスプレイに入射する光は、ディスプレイの異なる領域でそれぞれ異なって反射される。それによって、画像は利用者に見えるようになる。
【０００４】
一般的には、反射ディスプレイ内の各画素は、反射状態と吸収状態との切り換えが可能な活性部分、及び、切り換えのできない不活性部分を有する。ほとんどの場合、反射体が活性部分に供され、かつ反射状態は、活性部分を透過状態にすることによって実現される。それにより、光は活性部分を通過して、前記反射体によって反射される。
【０００５】
たとえばアクティブマトリックス反射型液晶ディスプレイの場合では、各画素は個別的にアドレス指定され、かつ2層の電極層によって挟まれている液晶層に電圧を印加することによって活性化される。個々の画素を駆動させるため、画素電極は一般的には駆動回路と接続する。その駆動回路は通常、画素電極と同一面に実装されている。
【０００６】
たとえばLCDの場合では、各画素の不活性部分は、反射電極層、画素選択ライン等と同一面内に実装されている駆動回路によって形成される。
【０００７】
従来反射型ディスプレイの画素の不活性部分は、黒いマスク（‘黒いマトリックス’とも呼ばれる）によって遮蔽されている。黒いマスク部分に入射する光は、ディスプレイの明るさ及び/又はコントラストに寄与できない。このため、ディスプレイの明るさ及び/又はコントラストが失われる。これは、周辺光の量が少ない条件では特に深刻である。
【０００８】
特許文献1では、入射光から駆動回路を保護するため、及び画素駆動回路を覆う光遮断層へ入射する光を反射するため、反射光保護層の形成することによって上記の問題を解決する液晶ディスプレイが開示されている。斜め入射した光を、ディスプレイに対して垂直な方向に再導光するため、光保護層は反射電極層と同一面内に設けられ、かつバンプが、光保護層と反射電極層上に形成される。しかしこのディスプレイのコントラストは影響を受けないか、又は悪影響を受ける。
【０００９】
よって反射型ディスプレイは改善される必要がある。具体的には反射型ディスプレイのコントラストを改善する必要がある。
【特許文献１】米国特許第5500750号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術に係る上述の問題点及び他の問題点の観点から、本発明の概略的な目的は、反射型ディスプレイの改善であり、具体的にはコントラスト比が増大した反射型ディスプレイの提供である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によると、これら及び他の目的は、複数の画素を有する反射型ディスプレイによって実現される。当該反射型ディスプレイの各画素は、第1電極、光調節層、及び第2電極を有する。第1電極、光調節層、及び第2電極は、前記電極間での電圧の印加を介して前記光調節層内での電場の生成を可能にするように備えられている。前記画素は、前記電場による光調節層の状態を切り換えることが可能な活性部分、及び不活性部分を有する。前記不活性部分は、光を反射して、前記不活性部分に衝突する入射光の少なくとも一部を前記活性部分へ導光することができる。
【００１２】
本発明による反射型ディスプレイは平面であることが好ましく、かつ応用する分野によって剛性又は柔軟性であって良いことに留意して欲しい。
【００１３】
本発明による反射型ディスプレイはさらに、光調節層が第1電極と第2電極との間に挟まれているディスプレイか、第1電極と第2電極が基本的に同一面内に供されているインプレーン(in-plane)ディスプレイのいずれかであって良い。
【００１４】
本発明による反射型ディスプレイは、各画素に追加の電極及び追加の光調節層を有して良いことに留意して欲しい。追加の電極及び追加の光調節層は、積層するように配置されて良い。
【００１５】
ディスプレイの“コントラスト”はたとえば、次式によって定義されるコントラスト比(CR)で表されて良い。
CR=Imax/Imin
ここで、Imaxは反射率が最大の状態でのディスプレイから反射される光の強度で、Iminは反射率が最小の状態でのディスプレイから反射される光の強度である。
【００１６】
本発明は、第2電極の不活性部分へ入射する光を活性部分へ再導光することによって、反射ディスプレイのコントラスト比を改善することができる、という認識に基づいている。光が不活性部分で反射されて活性部分へ向かう場合、その光は表示画像に寄与する。反射されて観察者へ向かう光の割合が増えることで、反射型ディスプレイ上に表れる画像の最大反射率を増大させることができ、その結果コントラスト比も増大する。
【００１７】
画素の不活性部分に、活性部分よりも大きな角度広がりで反射光を広げることが可能な反射体を供することによって、不活性部分から活性部分へ導光される光を、その反対方向へ導光される光よりも多くすることができる。これにより、活性部分へ入射する光の量に対して正味の寄与が実現可能となる。このように活性部分へ入射する光の量が増大する結果、ディスプレイの明るさ及びコントラストが改善される。
【００１８】
不活性部分は、活性部分から射出される光の角度広がりよりも大きな角度広がりで光を反射することが好ましい。好適実施例では、本発明による反射型ディスプレイは光調節層を覆うように備えられた基板をさらに有して良い。その基板は隣接する周囲の媒質よりも大きな屈折率を有する。再導光される入射光の少なくとも一部は、基板と隣接する周囲の媒質との界面での全内部反射によって活性部分へ導光される。
【００１９】
不活性部分で反射されて比較的大きな角度広がりを有する光の大部分は、基板と隣接する周囲の媒質との界面で臨界角よりも大きい角度でディスプレイを伝播することが保証されている。それによりその光は、反射型ディスプレイ画素の活性部分へ向かうように、この界面で有利に反射される。以降で説明される好適実施例では、不活性部分の反射体の構成は、臨界角よりも大きい角度で進行する反射光の割合が可能な限り大きくなるように最適化される。
【００２０】
基板には、たとえばガラス又は様々な種類のプラスチックのように如何なる適切な透明材料が用いられて良い。典型的な隣接する周囲の媒質は空気である。
【００２１】
このようにして基板を追加することによって、画素の不活性部分へ入射する多くの光を、全内部反射(TIR)によって再導光することができる。
【００２２】
TIRは、基板-周囲の界面の法線に対して臨界角よりも大きな角度で、その界面に衝突する光について生じる。臨界角は、基板の屈折率と隣接する周囲の媒質の屈折率との関係に依存する。その関係は以下のように表される。
θcrit=arcsin(nambient/nsubstrate)
たとえば基板材料としてガラス（nglass≒1.5）を用い、隣接する周囲の媒質として空気（nair=1）を用いる場合、臨界角は約42°となる。
【００２３】
上述したように、不活性部分での反射の角度広がりは、活性部分での反射の角度広がりよりも大きいことが好ましい。よって不活性部分によって反射される光の大部分は、臨界角よりも大きな角度で基板-周囲の界面に衝突するので、完全に反射されて第2電極へ向かう。
【００２４】
活性部分は、ランバート反射体又はスーパーランバート反射体のいずれか１つを有利に有して良い。
【００２５】
一般的に、反射体の角度広がりは反射錐体によって表すことができる。反射錐体は、反射体に対して垂直な方向に入射する光の反射体による角度広がりで定義される。反射錐体は以下の関係式によって与えられる。
I(θ)=I0,mcosm(θ)
ここで、θは反射体に対して垂直な方向に対する視野角、I(θ)は視野角に依存する反射強度で、I0,mは規格化因子である。因子mは反射体の角度広がりを決定する。mの値が大きいほど反射錐体は狭くなる。一般的には、上の関係式においてm=0の場合に得られる反射強度分布を有する反射体は、等方性反射体と呼ばれる。m=1である反射体はランバート反射体と呼ばれる。m>1である反射体はスーパーランバート反射体と呼ばれる。
【００２６】
ランバート反射体とスーパーランバート反射体のうちのいずれか1を活性部分内に有することによって、良好で紙のような見た目が、反射状態で実現される。
【００２７】
本発明の一実施例によると、不活性部分は基本的に等方性の反射体を有して良い。
【００２８】
上述したように、等方性反射体とは、全方向で均一な反射強度を有するように放射入射光を反射する反射体である。
【００２９】
基本的に等方性の反射体を不活性部分内に有することによって、不活性部分に衝突する入射光の大部分は、基板-周囲の界面へ向かい、そこで臨界角よりも大きな角度で反射されるので、活性部分へ進む。ここで最初に不活性部分へ入射する光の大部分は、活性部分へ入射できるようになるので、反射型ディスプレイの明るさ及びコントラストに寄与する。
【００３０】
本発明の他の実施例によると、不活性部分はマクロ構造の反射体を有して良い。
【００３１】
本願において、“マクロ構造の反射体”とは、典型的には反射光の波長の10倍よりも長い大きさを有するような構造で、かつそれにより、所与の方向に入射する光を、入射位置によってそれぞれ異なるように反射する反射体であると解される。反射光波長の10倍の範囲の大きさの構造を有する反射体にはある程度の屈折効果が存在する可能性があることに留意すべきである。しかしこれらの屈折効果は、マクロ構造の反射体の反射特性を大きくは変化させない。適切な特性を有するマクロ構造の反射体を不活性部分内に有することによって、不活性部分に衝突する入射光の大部分を、直接的又は間接的に、活性部分へ向かうように再導光することが可能である。
【００３２】
有利なように、マクロ構造の反射体の少なくとも一部は、活性部分に対して高くなって良い。
【００３３】
このため、効率的に直接光を活性部分へ再導光することが可能となる。
【００３４】
さらに、マクロ構造の反射体は、第2電極によって画定される面を向く底部及びその面とは反対を向く上部を有する、ビームを広げる構造であって良い。ここで上部は底部よりも狭い。
【００３５】
よってビームを広げる構造は、上部が観察者の方を向くように備えられている。
【００３６】
ビームを広げる構造の上部と底部を接続する面は、まっすぐであって良いし、又は凹面、凸面、若しくは波状のように曲がっていても良い。ビームを広げる構造の上部は、鋭くて良いし、丸くても良いし、又は平面であっても良い。
【００３７】
このビームを広げる構造は、少なくとも部分反射する面を有する。その面は、たとえば金属反射体のような如何なる適切な反射体によって形成されても良い。
【００３８】
このビームを広げる構造を介し、入射光の大部分は、入射方向に依存して、直接活性部分へ向かって広がるか、又は臨界角よりも大きな角度で、基板-周囲の界面へ向かう。その結果入射光の大部分は、再度反射されて活性部分へ向かう。
【００３９】
一の実施例によると、ビームを広げる構造は、基本的にはV字形状の断面を有して良い。V字開口部は第2電極によって画定される面の方を向く。
【００４０】
さらにビームを広げる構造は、有利なように基本的に隆起構造であって良い。
【００４１】
隆起構造であるビームを広げる構造の形成によって、入射光を非常に効率的に再導光することが可能となり、かつ反射型ディスプレイの明るさ及びコントラストがかなり改善される。
【００４２】
V字形状の断面を有する開口角は150°未満であって良い。
【００４３】
実際にはすべての全ての開口角で、反射型ディスプレイの明るさは改善される。しかしコントラストの改善は、上記の開口角に大きく依存する。上記に従った断面の開口角を有するビームを広げる構造を形成することによって、ほとんどの発行条件について、満足行くコントラスト比が得られる。
【００４４】
さらにより好適には、V字形状の断面積の開口角は90°未満であって良い。
【００４５】
他の実施例によると、ビームを広げる構造は、入射光を吸収するように備えられた基本的に平面である上部を有して良い。
【００４６】
適切な隆起形状のビームを広げる構造の形成が、ディスプレイ全体の設計の検討材料に反するときに特に有効であるこの実施例によって、効率的なビームを広げる構造が形成可能でありながら、ディスプレイ全体を占める厚さは非常に薄い。本発明によるビームを広げる構造の面に入射する光の大部分は、直接的又は前述したように全内部反射に従って、活性部分へ向かって広がる。その一方で、ビームを広げる構造の平面である上部に入射する光は、観察者へ向かって反射されるよりはむしろ吸収される。それにより、ディスプレイの明るさ及びコントラストが改善される。
【００４７】
他の実施例によると、ビームを広げる構造の上部は複数の反射面部分を有して良い。各反射面部分は、反射型ディスプレイ面の法線に対してそれぞれ異なる角度を有する。
【００４８】
このようにビームを広げる構造の上部を形成することによって、その上部は大規模な平面となることが可能である一方で、反射されて観察者へ向かう光の割合はほんのわずかである。このため主として前述した内部全反射によって、小さな垂直形状因子と活性部分への入射光の再導光とが両立する。
【００４９】
上述した反射表面部分の角は、2重反射によって観察者へ向かうように反射される光の量を最小限に抑える程度に小さいことが好ましいだろう。
【００５０】
さらに有利となるように、ビームを広げる構造の反射部分は、好適には60%よりも大きな鏡面反射を有して良い。
【００５１】
本発明の他の実施例によると、不活性部分は、入射光が広がるように屈折するように備えられたレンズ構造を有して良い。それにより、活性部分へ入射光を再導光することが可能となる。
【００５２】
反射前に入射光が広がるように屈折することによって、大きな角度広がりが実現し、よって不活性部分へ衝突する入射光の大部分が活性部分へ向かうように再導光することが可能となる。
【００５３】
レンズ構造は、隣接する媒質よりも小さな屈折率を有する材料で作られた平凸レンズの形態で供されることが好ましいだろう。隣接する媒質よりも小さな屈折率を有する材料とはたとえば、プラスチック充填材料、接着剤、光調節層、又は基板であって良い。この平凸レンズは、たとえば等方性反射体又はランバート反射体のような、第2電極によって画定された面内の平面反射体と隣接する平面、及び、その平面と反対の方向を向く凸面を有した状態で供されて良い。よって平凸レンズの平面は観察者とは反対の方向を向くように備えられていることが好ましいので、平凸レンズの凸面は観察者の方向を向くように備えられている。凸レンズ表面に衝突するとき、入射光はレンズ表面の法線から遠ざかるように屈折し、続いて平面レンズの下に位置する反射体で反射されて、再度屈折する。このときにその光はレンズ法線へ向かう。それにより、入射光の角度広がりを非常に大きくすることができる。よって広がった光は、基板と隣接する周囲の媒質との界面での全反射によって反射されて活性部分へ向かい続けることが可能である。入射光の一部もまた、周囲の媒質とレンズの凸面との界面で反射される。それにより、レンズ構造が活性部分に対して上昇している場合には、その入射光の一部は活性部分へ直接再導光される。
【００５４】
あるいはその代わりに、レンズ構造は、周囲の媒質よりも大きな屈折率を有する材料で作られた平凹レンズの形態で供されても良い。しかしこの平凹レンズよりも平凸レンズの方が好ましい。
【００５５】
本発明の反射型ディスプレイに係る一の実施例によると、光調節層は液晶であって良く、画素の不活性部分はたとえば薄膜トランジスタのような電圧制御素子を有して良く、かつ画素の活性部分は反射電極を有して良く、その反射電極は液晶層の対応する部分の偏光状態を変化させるように備えられ、それにより、特定画素の対応する部分の光調節状態が切り換えられる。
【００５６】
そのため本発明のこの実施例では、反射型ディスプレイは、アクティブマトリックス型液晶ディスプレイ(LCD)である。このLCDは電極層間に挟まれた液晶層を有して良い。あるいはこのLCDは、第1電極と第2電極が同一面内に存在する所謂インプレーンスイッチングによって機能しても良い。
【００５７】
本発明の他の実施例によると、光調節層は流体を有して良く、第1電極は有色流体とは非混和の流体を有して良く、かつ画素の活性部分は電極間での電圧印加によって有色流体を横方向に変位させるように備えられて良く、それにより特定画素の対応する部分の光調節状態が切り換えられる。
【００５８】
よって本発明のこの実施例では、反射型ディスプレイはエレクトロウエッティングディスプレイである。
【００５９】
本発明の反射型ディスプレイに係る他の実施例によると、光調節層は流体及びその中に懸濁する複数の有色荷電粒子を有して良く、かつ画素の活性部分は電極間での電圧印加によって複数の有色荷電粒子を、第2電極によって画定される面とは垂直な方向に変位させるように備えられて良く、それにより特定画素の対応する部分の光調節状態が切り換えられる。
【００６０】
よって本発明のこの実施例では、反射型ディスプレイは電気泳動ディスプレイである。この電気泳動ディスプレイは電極層間に挟まれた光調節層を有して良い。あるいはこの電気泳動ディスプレイは、第1電極と第2電極が同一面内に存在する所謂インプレーンスイッチングによって機能しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
ここで本発明のこれら及び他の態様について、現時点での本発明の好適実施例を示す添付の図面を参照しながら、より詳細に説明する。
【００６２】
以降の説明では、第1透明電極層と第2電極層の間に挟まれた液晶層を有する反射型液晶パネルを参照しながら本発明について説明する。しかしこのことは本発明の技術的範囲を限定することを意味せず、たとえばエレクトロウエッティングディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、及びエレクトロクロミックディスプレイのような他の種類の反射型ディスプレイにも同じように応用されうるということに留意して欲しい。さらにこれらの種類の反射型ディスプレイの一部もまた、第1電極と第2電極が同一面内に存在する所謂インプレーンスイッチングによって機能しても良いことにも留意して欲しい。このことは、特に液晶ディスプレイ及び電気泳動ディスプレイについて当てはまる。
【００６３】
図1は、典型的な反射型ディスプレイの一部の上面図を概略的に図示している。具体的には、図1は、反射型液晶パネルの第2層の一部を図示している。
【００６４】
図1では、1画素全体に相当する第2層の領域1が、隣接画素に相当する領域の一部2a-hに取り囲まれた状態で図示されている。1画素全体に相当する領域1は、反射電極層部分3と不活性部分4（図1の網掛け部分）で構成される活性部分によって占められている。図1に図示された典型的な反射型ディスプレイ部分では、不活性部分4は主として、反射電極3を駆動させるのに用いられる薄膜トランジスタ(TFT)5、水平方向の画素選択ライン6a-bと垂直方向の画素選択ライン7a-b、並びに、TFT5及び水平方向の画素選択ライン6a-bと垂直方向の画素選択ライン7a-bから反射電極層部分3を絶縁する絶縁性トレース8a-eの一部によって構成される。反射電極3に制御電圧が印加されることで、この反射電極3に相当する画素領域が入射光の反射を許可するのか又は制限するのかを切り換える。しかし不活性部分に相当するその画素のかなりの部分は、制御電圧の印加によっては影響を受けないままである。
【００６５】
本発明の好適実施例についての以降の説明では、どのようにしてこの不活性部分へ入射する光の少なくとも一部が、反射電極層部分3へ向かうように再導光され、その結果液晶パネルの明るさ及びコントラストに寄与するのかについて示す。
【００６６】
本説明では簡明を期すため、かなり単純化された反射型ディスプレイの例を用いて、本発明の様々な実施例を説明する。そのかなり単純化された反射型ディスプレイの例では、たとえば位置合わせ層、偏光層、上部透明電極層、TFT形成層等の当業者にとって周知である様々な層は具体的に示されていない。しかし当業者にとっては、どのようにしてこれらの様々な特徴部位を説明される実施例に用いるのかは明らかなことである。
【００６７】
図2aは、本発明の第1実施例による反射型ディスプレイの一部の概略的断面図である。
【００６８】
図2aでは、1画素全体10が、2つの隣接する画素11a-bの一部に取り囲まれた状態で図示されている。概略的画素10は、第1基板13と第2基板14との間に挟まれた液晶層12を有する。第1基板13は第1透明電極層（図示されていない）によって覆われている。第2基板14は、反射電極層部分16と不活性部分17を有する第2層15によって覆われている。液晶パネルを含む液晶ディスプレイがユーザーフレンドリーである紙のような見た目となるようにするため、反射電極層部分16は、たとえばランバート反射体又はスーパーランバート反射体のような狭い反射錐体を有する拡散反射体によって形成されることが好ましい。狭い反射錐体を有する拡散反射体はたとえば、反射型LCD技術において広く用いられているインセル拡散反射板(IDR)によって形成されて良い。反射電極層部分16の反射錐体は、反射電極表面の法線に対する角度θreによって定義される。他方第2層の不活性部分17は、基本的に等方性である反射体によって形成される。そのような反射体は、たとえばTiO2で構成される小さな拡散性粒子を含む層のような高散乱性材料を用いて作製されて良い。図2に図示されているように、不活性部分の反射錐体は角度θiaによって定義される。反射光ビーム19によって図示されているように、第1基板13に対して垂直な入射光ビーム18は実質的に、示された反射錐体内に存在する方向に反射される。
【００６９】
本発明の典型的実施例では、第1基板13は、屈折率nglassが約1.5のガラスによって形成される。隣接する周囲の媒質が空気で、かつその屈折率nairが1である場合には、全内部反射(TIR)を起こす臨界角θcritは、arcsin(1/1.5)≒42°となる。これは、入射光ビーム20及びそれに対応する反射光ビーム21a-cによって図示されているように、臨界角θcritよりも大きな反射角を有する不活性部分の反射錐体内に存在する全ての光が、基板13と周囲との上部界面で反射されて第2層15へ向かうことを意味する。ただし反射体からその上部界面へ進む光ビームは、通過する他の界面では屈折しないものと仮定する。TIRによって反射されるこの光の大部分は、結局反射電極層部分16へ到達するので、液晶パネルの明るさ及びコントラストに寄与する。
【００７０】
図2bでは、様々な種類の反射体の反射特性が概略的に図示されている。図2bには、左から順に、等方性反射体25、ランバート反射体26、及びスーパーランバート反射体27の反射特性が図示されている。ランバート反射体26については、角度θLで定義された反射錐体が示されている。反射錐体は、反射体の角度広がりを表すのに便利な指標である。
【実施例１】
【００７１】
図3a-dは、本発明の第2実施例による4つの典型的な反射型ディスプレイの一部の概略的断面図である。
【００７２】
本発明の第2実施例に係る第1例による液晶パネルを概略的に図示する図3を参照すると、図示された液晶パネルは図2に図示された液晶パネルとは異なる。その異なる点とは、この第1例による不活性部分17が、基本的に隆起構造のビームを広げる構造30の形態であるマクロ構造の反射体を有する点である。ここでそのビームを広げる構造30は、第1基板13上に供された第1電極層（図示されていない）の方向に頂点が向いているV字形状の断面を有する。この第1例による隆起形状の構造30は、たとえばアルミニウム(Al)、銀(Ag)、又はアルミニウム-ネオジム(Al-Nd)合金のような金属反射体材料によって覆われた凹面側部31a-b及び点端部32を有する。さらにこの第1例による隆起形状の構造30は、第2基板14から第1基板13へ向かって距離Dだけ延在している。図示されているように、隆起構造30は、開口角θoによってさらに画定される。隆起形状の構造30と周囲に存在する第1電極層（図示されていない）と液晶層12との間のギャップ37は、たとえば接着剤のような基本的に透明な充填体を用いて充填されることが好ましい。この基本的に透明な充填体は有利となるように、周囲の構造の屈折率と相性の良い屈折率を有する。
【００７３】
入射光ビーム33と34、及びそれらにそれぞれ対応する反射光ビーム35と36によって示されているように、不活性部分に入射する光の大部分は、第1基板13と周囲との界面での全反射を受けた後、反射電極層部分16へ向かうように直接的又は間接的に再導光される。
【００７４】
図3bには、本発明による液晶パネルの第2実施例に係る第2例が、隆起形状のビームを広げる構造40であるマクロ構造の反射体を有する状態で図示されている。この隆起形状のビームを広げる構造40は、隆起構造の高さが部分的に低くなるように延在しているまっすぐ傾いた側面41a-bを有している。図に示されているように、隆起構造40は、開口角θoによって画定される。図4bに図示されたビームを広げる構造40の機能は、図4aに図示された構造の機能と相似している。
【００７５】
ここで図3cを参照して、本発明の第2実施例による反射型ディスプレイの第3例について説明する。
【００７６】
図3cでは、ビームを広げる構造60が、第2電極層15の方を向く底部61及び第1透明電極層（図示されていない）の方を向く上部62を有した状態で図示されている。上部62は平面で、かつ入射光を吸収するように備えられている。上部62及び底部61と接続する側部63a-bは反射性で、かつ直接的又は第1基板13と周囲の界面での内部全反射によって、活性層部分16へ向かうように入射光を反射させるような角度がつけられている。このことは、ビームを広げる構造60の上部62によって吸収される入射光ビーム64、及び活性層部分16へ向かうように反射される入射光ビーム65によって示されている。
【００７７】
図3dでは、本実施例の第4例が図示されており、図4cの吸収体上部62は、反射面71a-dを有する上部70によって置き換えられている。反射面71a-dは、ディスプレイに対する法線に対して角度がつけられている。それにより、入射光の大部分は、内部全反射の臨界角よりも大きな角度で反射されることで、第1基板13と周囲との界面での全反射を受けた後に、第2電極層へ向かうように反射される。このことは、入射光ビーム72及び73によって図示されている。反射面71a-dは、法線に対してかなり小さな角度を形成していることが好ましい。それにより入射光ビーム74によって示されているような2重反射が最小限に抑えられる。図4a-bは、本発明の第2実施例中に含まれるビームを広げる構造の反射率及び開口角に依存する、典型的な反射型ディスプレイの特性を図示している。図4a-bのグラフが基づいている計算は、拡散発光であること、及び活性層部分がランバート反射体であることを仮定している。
【００７８】
図4aでは、反射型ディスプレイの明るさ、これは反射率と等価である、がどのように図3bの隆起形状のビームを広げる構造40の反射率に依存するのかが、2つの開口角θoについて示されている。図4aから分かるように、ビームを広げる構造40の反射率が大きくなれば、ディスプレイの反射率すなわち明るさが増大する。
【００７９】
図4bでは、反射型ディスプレイのコントラスト変化が図3bの隆起形状のビームを広げる構造40の反射率の関数として図示されている。コントラスト変化Mは以下の関係式によって与えられる。
M=(CR-1)/(CR+1)
ここでCRは液晶パネルのコントラスト比である。電子読み取り及び電子表示にとっては、好適にはコントラスト変化Mは0.8よりも大きい値であるべきである。図4bから分かるように、開口角が80°の場合であれば、全てのビームを広げる構造の反射率について好適なMが得られているが、その一方で、開口角が140°の場合であれば、約60%を下回る反射率が有利である。図4aによる特性を併せて考慮すると、ビームを広げる構造の反射率についての良好な選択は60%であると考えられる。
【実施例２】
【００８０】
図5は、本発明の第3実施例による液晶パネルの一部の概略的断面図である。
【００８１】
図5では、図示された液晶パネルは図2に図示された液晶パネルとは異なる。その異なる点とは、この第3実施例による不活性部分17が、平凸レンズ50の形態をとるレンズ構造を有する点である。この平凸レンズ50は、第1基板13上に供された透明電極（図示されていない）の方を向く凸面、及び、たとえば第2層15の不活性部分内のランバート反射体又は等方性反射体のような、拡散反射体に隣接する平面を有するように備えられている。レンズ50の内側53の材料の屈折率は、そのレンズ50の外側54の材料の屈折率よりも低い。充填材料は、たとえば接着剤のような基本的に透明な充填体であることが好ましい。この基本的に透明な充填体は有利となるように、周囲の構造の屈折率と相性の良い屈折率を有する。
【００８２】
入射光ビーム55と56、及びそれらにそれぞれ対応する反射光ビーム57と58によって示されているように、不活性部分に入射する光の大部分は、第1基板13と周囲との界面での全反射を受けた後、反射電極層部分16へ向かうように直接的又は間接的に再導光される。平凸レンズ50の内側53の屈折率は外側54の屈折率よりも小さいので、レンズ50は、入射光ビーム56によって図示されているように、入射光を広がるように屈折させる。このとき入射光はレンズ50の凸面51の法線から遠ざかるように屈折する。不活性部分の反射体での反射後、屈折した入射光ビーム56は、レンズ50の出口で再度屈折して、今度はレンズ50の凸面51の法線へ向かう。
【００８３】
入射光がレンズ50を通過するので、反射ビーム58は十分に広がる。そのため反射ビーム58は、臨界角よりも大きな角度で基板13と周囲との界面に衝突して、内部反射によって第2層15へ向かうように反射する。
【００８４】
当業者は、本発明が好適実施例に限定されないことを理解する。たとえばマクロ構造の反射体は、有利となるように多層反射体の上部コーティングを有しても良い。そのような多層反射体は、金属反射体よりも吸収が小さくなるように設計されて良い。さらに、様々な反射体が、上述した方法以外の方法で形成されても良い。上述した方法以外の方法とは、たとえば回折格子又はホログラフィ構造といったサブ波長構造（典型的には反射光の波長未満の大きさを有する構造）である。そのような構造を用いることによって、反射光の方向を調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】典型的な反射型ディスプレイの一部の概略的上面図である。
【図２ａ】本発明の第1実施例による反射型ディスプレイの一部の概略的断面図である。
【図２ｂ】様々な種類の反射体の反射特性を概略的に図示している。
【図３】a-dは、本発明の第2実施例による4つの典型的な反射型ディスプレイの一部の概略的断面図である。
【図４ａ】図3bの反射型ディスプレイについて計算したビームを広げる構造の反射率の関数としてディスプレイの反射率を示した図である。
【図４ｂ】図3bの反射型ディスプレイについて計算したビームを広げる構造の反射率の関数としてコントラスト変化を示した図である。
【図５】本発明の第2実施例による反射型ディスプレイの一部の概略的断面図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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