(57)【要約】【課題】  黒表示での反射率を上げることなく白表示での反射率のみを高くして、コントラスト比を高めることができるようにする。【解決手段】  表示側基板２０における液晶層３０とは反対側の面にマイクロレンズ２２を配置し、かつ、マイクロレンズ２２の集光位置に対応して光吸収層１２を配置する。これにより、黒表示状態において黒輝度を低く抑えることができる。また、光吸収層１２が配置された同一平面内において光吸収層１２が配置されていない部分に、入射光を反射もしくは散乱させる反射・散乱層１３を配置する。その反射・散乱層１３によって、白表示状態において光が確実に反射や散乱を受け、表示側基板１０に向かって進むことになり、白輝度を増大させることができる。このようにして、黒表示での反射率を上げることなく白表示での反射率のみを高くして、コントラスト比が高められる。【選択図】      図１
2006139173.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に対する作用を散乱状態と透過状態とに切り替え可能な透過・散乱層と、
前記透過・散乱層を介して互いに対向配置されたそれぞれ透明な表示側基板および背面側基板と、
前記表示側基板における前記透過・散乱層とは反対側の面に配置され、入射光を前記背面側基板側に集光する集光手段と、
前記集光手段の集光位置に対応して配置された光吸収層と
を備えたことを特徴とする光散乱型表示素子。
【請求項２】
前記集光手段は、前記表示側基板における前記透過・散乱層とは反対側の面に積層されたもの、もしくは前記反対側の面自体を加工することにより形成されたものである
ことを特徴とする請求項１に記載の光散乱型表示素子。
【請求項３】
前記光吸収層が配置された同一平面内において前記光吸収層が配置されていない部分に、入射光を反射もしくは散乱させる反射・散乱層がさらに配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光散乱型表示素子。
【請求項４】
前記光吸収層は少なくとも、前記光吸収層が配置された位置において前記集光手段によって集光された光の幅以上の幅を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の光散乱型表示素子。
【請求項５】
前記集光手段は、マイクロレンズで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光散乱型表示素子。
【請求項６】
前記集光手段は、一方向に延在するレンズが複数並列配置されたレンチキュラーレンズで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の光散乱型表示素子。
【請求項７】
前記光吸収層が配置された同一平面内において前記光吸収層が配置されていない部分に、光を反射もしくは散乱させる反射・散乱層がさらに配置され、
前記光吸収層と前記反射・散乱層とが、前記レンチキュラーレンズの各レンズの延在方向と一致する方向に延在し、かつ交互に配置されている
ことを特徴とする請求項６に記載の光散乱型表示素子。
【請求項８】
前記レンチキュラーレンズの各レンズの延在方向は、縦方向である
ことを特徴とする請求項６に記載の光散乱型表示素子。
【請求項９】
前記透過・散乱層と前記背面側基板との間に配置された背面側透明電極層と、
前記透過・散乱層と前記表示側基板との間に配置された表示側透明電極層と、
前記集光手段と前記表示側透明電極層との間、もしくは前記背面側透明電極層と前記光吸収層との間に配置され、隣接する層に比べて相対的に屈折率の低い低屈折率層と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の光散乱型表示素子。
【請求項１０】
前記低屈折率層は、０．２５μｍ以上の厚みである
ことを特徴とする請求項９に記載の光散乱型表示素子。
【請求項１１】
前記低屈折率層は、０．５μｍ以上の厚みである
ことを特徴とする請求項９に記載の光散乱型表示素子。
【請求項１２】
前記集光手段の屈折率が、前記表示側基板側に隣接する他の層に比べて高い
ことを特徴とする請求項１に記載の光散乱型表示素子。
【請求項１３】
前記透過・散乱層は、光散乱型の液晶層である
ことを特徴とする請求項１に記載の光散乱型表示素子。
【請求項１４】
ＰＤＬＣＤ（Polymer Dispersed Liquid Crystal Display）、またはＰＮＬＣＤ（Polymer Network Liquid Crystal Display）として利用されるものである
ことを特徴とする請求項１３に記載の光散乱型表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型のディスプレイに適用され、例えば電子ペーパー等に好適な光散乱型表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯情報端末などのモバイル機器の発達に伴い、低消費電力かつ高品位画質の表示素子への需要が高まっている。その第一候補として、バックライトが不要で消費電力の小さい反射型液晶表示素子が挙げられる。しかしながら、現在一般的に用いられているツイストネマチック（ＴＮ；Twisted Nematic）モードあるいはスーパーツイストネマチック（ＳＴＮ；Super-Twisted Nematic）モードの液晶表示素子は、いずれも偏光板を用いなければならないので、光利用効率が低く、反射型のディスプレイとして用いる場合には非常に暗いという問題がある。
【０００３】
偏光板を用いない液晶表示方法として、電界により入射光に対する作用を散乱状態（明表示）と透過状態（暗表示）とに切り替え制御する光散乱型表示モードが挙げられる。図１２に、光散乱型表示モードによる液晶表示素子（以下、光散乱型液晶表示素子という。）の一般的な断面構造を示す。この光散乱型液晶表示素子は、例えば光散乱型表示モードの一つである高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ；Polymer Dispersed Liquid Crystal）により構成された液晶層１３０を、例えばガラスよりなる背面側基板１１０と表示側基板１２０とを互いに対向配置して挟んだ構造となっている。背面側基板１１０の裏面側（液晶層１３０とは逆側）には全面にわたって光吸収層１４０が配置されている。背面側基板１１０と表示側基板１２０とにおける、それぞれの液晶層１３０に接する側には、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）よりなる透明電極１１１，１２１が設けられ、画素単位で液晶層１３０に電界を印加することができるようになっている。
【０００４】
この光散乱型液晶表示素子では、透明電極１１１，１２１によって液晶層１３０に電界を印加した場合には、表示側基板１２０側から入射した光が、液晶層１３０において散乱されることなくそのまま透過し、さらに背面側基板１１０を透過して光吸収層１４０で吸収される。これにより、黒表示となる。一方、液晶層１３０に電界を印加しない場合には、入射した光が液晶層１３０において散乱され、表示側基板１２０側に反射されて白表示となる。このようにして、偏光板を用いずに表示を行うことができる。特許文献１〜５には、このような光散乱型液晶表示素子に関する技術が記載されている。
【特許文献１】特開平５−３１３１４０号公報
【特許文献２】特開平７−１３１３９号公報
【特許文献３】特開平１１−１７４４３６号公報
【特許文献４】特開平７−２５３５７０号公報
【特許文献５】特開平７−５６１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光散乱型液晶表示素子においても、特に散乱状態における光強度（反射率）が十分得られないため、白表示での輝度がまだ十分ではなく、そのためコントラストも不十分となり、改善の余地がある。上記特許文献１〜５にも、反射率やコントラストの向上を図るための技術が開示されているが、さらに改善の余地がある。例えば特許文献５では、液晶層に接するように、液晶層と電極（酸化亜鉛層）との間に液晶層の屈折率よりも低い屈折率の層を挟むことで、上記問題の解決を図ろうとしている。しかしながらこの場合、低屈折率層を厚くすることが事実上できないという問題がある。これは、低屈折率層を厚くすると、液晶層上下の電極間距離がその分長くなるので同じ電圧を印加しても電界が下がってしまい液晶の動作が不十分になってしまうからである。したがって、特許文献５での低屈折率層を設けることによる反射率の増加は、屈折率の異なる誘電体が波長の１／４程度の厚みで多層に積層したことによる反射率上昇の効果である。しかしながらこの場合、基板面に対して垂直方向に入射した光に対しても同様に反射率が上昇してしまい、白表示での反射率が高くなる一方、同時に黒表示での反射率も上昇してしまい、結局コントラスト比は下がってしまう。この場合、コントラスト比を上げるためには、黒表示での反射率（黒表示での輝度に対応する。）を上げることなく、白表示での反射率（白表示での輝度に対応する。）のみを高くする必要がある。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、黒表示での反射率を上げることなく白表示での反射率のみを高くして、コントラスト比を高めることができるようにした光散乱型表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による光散乱型表示素子は、入射光に対する作用を散乱状態と透過状態とに切り替え可能な透過・散乱層と、透過・散乱層を介して互いに対向配置されたそれぞれ透明な表示側基板および背面側基板と、表示側基板における透過・散乱層とは反対側の面に配置され、入射光を背面側基板側に集光する集光手段と、集光手段の集光位置に対応して配置された光吸収層とを備えたものである。
【０００８】
ここで、本発明において、光吸収層の配置位置は、集光手段の焦点位置近傍に限らず、背面側基板の基板面に対して垂直方向にずれた位置に配置されていても良い。
【０００９】
本発明による光散乱型表示素子では、黒表示のときには、透過・散乱層が透過状態とされ、集光手段によって集光された光が表示側基板および背面側基板を透過する。この場合において、光吸収層が集光手段の集光位置に対応して配置されていることで、集光手段によって集光された光が光吸収層に吸収され、黒輝度が低く抑えられる。一方、白表示のときには、透過・散乱層が散乱状態とされ、入射した光の多くが、直接的に表示側基板側に反射される。さらに、背面側基板を透過する光があったとしても、光吸収層が集光手段の集光位置に対応した部分にしか設けられていないことで、従来に比べて光の大多数は吸収されずに間接的に表示側基板側に反射され、白輝度が増大する。これにより、黒表示での反射率を上げることなく白表示での反射率のみを高くして、コントラスト比が高められる。
特に、光吸収層が配置された同一平面内において光吸収層が配置されていない部分に、入射光を反射もしくは散乱させる反射・散乱層を配置することで、その反射・散乱層によって、光が確実に反射や散乱を受け、結局表示側基板に向かって進むことになり、白輝度がより増大する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光散乱型表示素子によれば、表示側基板における透過・散乱層とは反対側の面に、入射光を背面側基板側に集光する集光手段を配置し、かつ、集光手段の集光位置に対応して光吸収層を配置するようにしたので、黒表示での反射率を上げることなく白表示での反射率のみを高くして、コントラスト比を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施の形態に係る光散乱型表示素子は、例えばＰＮＬＣＤ（Polymer Network Liquid Crystal Display）に適用されるものである。本実施の形態に係る光散乱型表示素子の構成を説明する前に、まず比較例として一般的なＰＮＬＣＤの構成および作用を説明する。
【００１２】
図１３，図１４は、比較例となるＰＮＬＣＤの断面構造を示している。図１３は電界Ｅを印加していない状態（白表示）を示し、図１４は電界Ｅを印加した状態（黒表示）を示している。このＰＮＬＣＤは、ポリマーネットワーク型の液晶により構成された液晶層２３０を、例えばガラスよりなる背面側基板２１０と表示側基板２２０とを互いに対向配置して挟んだ構造となっている。背面側基板２１０の裏面側（液晶層２３０とは逆側）には全面にわたって光吸収層２４０が配置されている。背面側基板２１０と表示側基板２２０とにおける、それぞれの液晶層２３０に接する側には、例えばＩＴＯよりなる透明電極２１１，２２１が設けられ、画素単位で液晶層２３０に電界を印加することができるようになっている。
【００１３】
液晶層２３０は、回転楕円体形状の液晶分子２３３を、図１３に示したようにポリマー２３２の中に球状の液晶ドロプレット２３１としてランダムに分散させたものである。図１５に、液晶分子２３３の構造を示す。この液晶分子２３３は複屈折性を有し、その長手方向（ｚ方向）の屈折率ｎｅは、それと垂直方向（ｘ，ｙ方向）の屈折率ｎｏに対してｎｅ＞ｎｏの関係が成り立つ。この液晶分子２３３では、ｚ方向から入射した光に対しては、その光の振動方向がｚ方向に垂直なｘｙ方向にあるので、その屈折率はｎｏとなる。逆に、ｘｙ方向から入射した光に対しては、その光の振動方向がｘｙ方向に垂直なｚ方向にあるので、その屈折率はｎｅとなる。ポリマー２３２の屈折率は、液晶分子２３３の屈折率ｎｏと同じ値に設定されている。
【００１４】
このＰＮＬＣＤでは、図１４のように液晶層２３０に電界Ｅを印加することで、液晶分子２３３が上下の一方向に配向する。この場合、上側から入射する光に対して液晶ドロプレット２３１の屈折率がｎｏとなり、液晶ドロプレット２３１の周囲にあるポリマー２３２の屈折率と等しくなる（液晶ドロプレット２３１とポリマー２３２との屈折率差Δｎが０となる）。従って、入射光は液晶層２３０において散乱されることなくそのまま透過し、さらに背面側基板２１０を透過して光吸収層２４０で吸収される。これにより、黒表示となる。それに対して、電界Ｅを印加していないときには、図１３のように液晶分子２３３がランダムに配向しているために液晶ドロプレット２３１の屈折率がポリマー２３２の屈折率より高くなる。通常、このときの液晶ドロプレット２３１の平均的な屈折率はｘ，ｙ，ｚ方向の三軸方向の成分を考えて
（ｎｅ＋２×ｎｏ）／３になる。
従って、上側から入射した光に対してポリマー２３２と液晶ドロプレット２３１との間の屈折率差Δｎが生じることで、液晶ドロプレット２３１において光が散乱され、表示側基板２２０側に反射されて白表示となる。
【００１５】
次に、本実施の形態に係る光散乱型表示素子の構成および作用を説明する。図１，図２は、その光散乱型表示素子の断面構造を示している。図１は電界Ｅを印加した状態（黒表示）を示し、図２は電界Ｅを印加していない状態（白表示）を示している。
【００１６】
図１に示したように、この光散乱型表示素子は、液晶層３０と、この液晶層３０を介して互いに対向配置されたそれぞれ透明な背面側基板１０および表示側基板２０とを備えている。この光散乱型表示素子はまた、液晶層３０と背面側基板１０との間に配置された背面側透明電極層１１、および液晶層３０と表示側基板２０との間に配置された表示側透明電極層２１を備えている。この光散乱型表示素子はさらに、表示側基板２０における液晶層３０とは反対側の面に配置され、入射光４０を背面側基板１０側に集光するマイクロレンズ２２と、マイクロレンズ２２の集光位置に対応して配置された光吸収層１２と、光吸収層１２が配置された同一平面内において光吸収層１２が配置されていない部分に配置され、入射光４０を反射もしくは散乱させる反射・散乱層１３とを備えている。
【００１７】
この光散乱型表示素子は、表示側基板２０にマイクロレンズ２２が配置されている点と、それに対応して光吸収層１２および反射・散乱層１３が配置されている点が図１３，図１４に示した比較例のＰＮＬＣＤとは大きく異なる。本実施の形態において、液晶層１３が、本発明における「透過・散乱層」の一具体例に対応し、マイクロレンズ２２が、本発明における「集光手段」の一具体例に対応する。
【００１８】
液晶層３０は、電界の印加に応じて、入射光４０に対する作用を散乱状態と透過状態とに切り替え可能なものであり、図１３，図１４に示した比較例のＰＮＬＣＤと同様、ポリマーネットワーク型の液晶により構成されている。すなわち、液晶層３０は、図１５に示したような回転楕円体形状の液晶分子２３３を、ポリマー３２の中に球状の液晶ドロプレット３１としてランダムに分散させたもので構成されている。屈折率の関係も図１３，図１４に示した比較例のＰＮＬＣＤと同様であり、ポリマー３２の屈折率は、液晶ドロプレット３１中の液晶分子２３３の屈折率ｎｏと同じ値に設定されている。
【００１９】
各透明電極層１１，２１は、液晶層３０に画素単位で電界を印加するためのものである。表示側透明電極層２１は、例えばＩＴＯ膜よりなり、表示側基板２０の液晶層３０に接する側において全面に形成されいる。一方、図１，図２では図示していないが、背面側透明電極層１１には、ＩＴＯからなる複数の透明な画素電極と、各画素電極に接続され、各画素電極に与える電圧を制御するＴＦＴ（Thin Film Transistor）と、ＴＦＴに制御用の信号を印加する縦配線および横配線とが形成されている。
【００２０】
マイクロレンズ２２は、各画素（背面側透明電極層１１における各画素電極）に対応して１画素ごとに設けられている。マイクロレンズ２２は、例えば表示側基板２０の表面自体を、球面形状や楕円形状等に曲面加工することにより形成されている。また、マイクロレンズ２２を表示側基板２０とは別体として加工または成型し、表示側基板２０の表面に積層配置するようにしても良い。この場合、例えばマイクロレンズ２２が多数形成されたシート状のマイクロレンズアレイを、表示側基板２０の表面に密着させ、接着剤などにより固着させるようにすれば良い。
【００２１】
光吸収層１２は、黒表示状態において、液晶層３０を透過した入射光４０を吸収するために設けられたものであり、例えばカーボンを含む材料で構成されている。光吸収層１２の幅Ｌは、図３に示したように、少なくとも光吸収層１２が配置された位置において、マイクロレンズ２２によって集光された光の幅と同じかそれ以上の幅を有していることが必要である。なお、マイクロレンズ２２の焦点位置は、光吸収層１２の近傍にあっても良いし、図３に示したように、背面側基板１０の基板面に対して垂直方向にずれた位置Ｐにあっても良い。逆にいうと、光吸収層１２の垂直方向の配置位置は、マイクロレンズ２２の焦点位置近傍に限らず、集光された光を吸収できる幅を有している限り、焦点位置Ｐに対し垂直方向にずれた位置に配置されてても良い。
【００２２】
反射・散乱層１３は、白表示状態において、背面側基板１０側に漏れてきた光を液晶層３０に向けて反射するために設けられたものであり、例えば誘電体多層膜による光反射層やチタンオキサイド（ＴｉＯ2）を含む光散乱層などにより構成されている。ここで、光吸収層１２の幅Ｌを大きくすると、黒表示には有利である一方、白表示状態における反射・散乱層１３での反射率が落ちるので、白表示には不利となる。白表示状態において、反射・散乱層１３による反射・散乱作用が適度に得られるように、光吸収層１２の幅Ｌは、１画素の大きさ（例えば１００μｍ）に対し、半分以下（例えば５０μｍ以下）であることが好ましい。
【００２３】
次に、この光散乱型表示素子の作用、および効果を説明する。
【００２４】
この光散乱型表示素子では、液晶層３０に電界Ｅを印加することで、図１４の比較例のＰＮＬＣＤと同様の理屈で、図１のように液晶層３０が透過状態となる。そして、マイクロレンズ２２によって集光された光が表示側基板２０および背面側基板１０を透過する。この場合において、光吸収層１２がマイクロレンズ２２の集光位置に対応して配置されていることで、マイクロレンズ２２によって集光された光が光吸収層１２に吸収される。これにより、黒表示がなされ、黒輝度が低く抑えられる。
【００２５】
一方、液晶層３０に電界Ｅを印加していないときには、図１３の比較例のＰＮＬＣＤと同様の理屈で、図２のように液晶層３０が散乱状態となる。この場合、液晶層３０に入射した光はそのまま透過せずに屈折や散乱により光の進行方向がいろいろな方向に曲げられる。入射した光の多くは、直接的に表示側基板２０側に反射され、これにより、白表示がなされる。さらに、背面側基板１０を透過する光があったとしても、光吸収層１２がマイクロレンズ２２の集光位置に対応した部分にしか設けられていないことで、相当数の光線が光吸収層１２でなく反射・散乱層１３に入射し、そこで強く反射や散乱を受けて液晶層３０側に向かって進むことで、間接的に表示側基板２０側に反射される。結果的に、白表示での輝度が増大する。これにより、結果的に黒表示での反射率を上げることなく白表示での反射率のみを高くして、コントラスト比が高められる。
【００２６】
以上説明したように、本実施の形態によれば、表示側基板２０における液晶層３０とは反対側の面にマイクロレンズ２２を配置し、かつ、マイクロレンズ２２の集光位置に対応して光吸収層１２を配置するようにしたので、黒輝度を低く抑えることができる。また、光吸収層１２が配置された同一平面内において光吸収層１２が配置されていない部分に、入射光を反射もしくは散乱させる反射・散乱層１３を配置するようにしたので、その反射・散乱層１３によって、白表示状態において光が確実に反射や散乱を受け、間接的に表示側基板１０に向かって進むことになり、白輝度を増大させることができる。このようにして、黒表示での反射率を上げることなく白表示での反射率のみを高くして、コントラスト比を高めることができる。
【００２７】
これによって、例えば電子ペーパーに適用した場合には、よりペーパーライクな白表示が可能となる。また、黒表示での光の反射率を上げずに高コントラストを達成することができるので、より見やすいディスプレイを実現できる。さらに、ＰＮＬＣＤに適用することで、他の光散乱型ディプレイに比べて応答速度が速く、高品位な動画表示が可能となる。
【００２８】
＜第１の変形例＞
上記実施の形態では、表示側基板２０に集光手段として１画素ごとにマイクロレンズ２２を配置した構成を示したが、集光手段の構成はこれに限らない。例えば電子ペーパーに適用する場合には、とりわけ指向性を緩和する意味において図４のようにマイクロレンズ２２に代えて、レンチキュラーレンズ２３を用いても良い。
【００２９】
レンチキュラーレンズ２３は、一方向に延在する例えば半円柱形状のレンズがストライプ状に複数並列配置されて構成されている。このレンチキュラーレンズ２３は、マイクロレンズ２２の場合と同様、表示側基板２０の表面自体を曲面加工することにより形成されていても良いし、シート状のレンチキュラーレンズアレイを表示側基板２０とは別体として加工または成型し、表示側基板２０の表面に積層配置するようにしても良い。レンチキュラーレンズ２３の延在方向は、縦方向の指向性を緩和するように、図示したように例えば縦方向とすることが好ましい。この場合、個々のレンズの横方向の幅は１画素の幅とする。それに対応して、光吸収層１２と反射・散乱層１３についても、レンチキュラーレンズ２３の各レンズの延在方向と一致する方向に延在させ、かつ交互にストライプ状に並列配置する。
【００３０】
このような構成にするのは、例えば電子ペーパーなどのペーパーライクなディスプレイを実現するにあたって、斜め横方向から画像を見たり字を読んだりすることはほとんどないので、横方向の指向性があっても使用上問題ないからである。そして、使用上斜め縦方向から画像を見たり字を読んだりすることが多いのでこの方向で指向性を緩和するほうが有利だからである。従って、この第１の変形例によれば、特に電子ペーパーなどのペーパーライクなディスプレイに適した画像表示を実現できる。
【００３１】
＜第２の変形例＞
本変形例は、斜め入射光による黒輝度の上昇を抑えるようにしたものである。図１または図４に示した光散乱型表示素子において黒表示のときに、図５に示したように入射角度が例えば４５°を超えるかなり斜めからの入射光４１がある場合には、その斜め入射光４１の集光位置が光吸収層１２から外れて、隣接する反射・散乱層１３に入射することになる。これによって、本来光吸収層１２で吸収されるべき光が反射・散乱層１３で反射・散乱され、黒輝度が上昇してしまいコントラストに悪影響を及ぼすことになる。
【００３２】
そこで、隣接する上側の層に比べて相対的に屈折率の低い低屈折率層をどこかに設けることで、後述するように、その低屈折率層の表面で斜め成分の光が全反射を起こし、斜め成分の光がカットされて黒輝度の上昇を抑えることができる。例えば、集光手段（マイクロレンズ２２またはレンチキュラーレンズ２３）と表示側透明電極層２１との間、もしくは背面側透明電極層１１と光吸収層１２との間の任意の位置に、低屈折率層を配置すれば良い。
【００３３】
図６は、一例として表示側基板２０とそれとは別体として構成されたレンチキュラーレンズ２３との間に、それらの屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層２４を設けた構成を示している。その他にも、例えば液晶層３０と表示側透明電極層２１との間、もしくは液晶層３０と背面側透明電極層１１との間に低屈折率層を設けるようにしても良い。この場合、低屈折率層の屈折率は、透過状態における液晶層３０の屈折率よりも低く設定する。なお、透過状態における液晶層３０の屈折率は、液晶分子２３３のｘ，ｙ方向の屈折率ｎｏ（図１５参照）である。
【００３４】
また、低屈折率層を付加的に設けるのではなく、中間にある任意の層が、それよりも上側（光の入射側）にある層に対して相対的に低い屈折率となるように、各層の屈折率を最適化しても良い。例えば表示側基板２０とは別体として構成されたマイクロレンズ２２またはレンチキュラーレンズ２３の屈折率を、それに接する表示側基板２０よりも高い屈折率とするように設定しても良い。この場合、表示側基板２０が低屈折率層に相当する。また例えば、マイクロレンズ２２またはレンチキュラーレンズ２３と表示側基板２０とを間隔を空けて配置し、空気の層を設けるようにしても良い。この場合、空気の層が低屈折率層となるので、必ずしもマイクロレンズ２２またはレンチキュラーレンズ２３の屈折率を表示側基板２０に対して高く設定する必要はない。その他、背面側基板１０が相対的に低屈折率層となるようにしても良い。
【００３５】
本変形例によれば、以上のような工夫によって光の斜め入射による黒輝度の増大を防ぎ、結果としてコントラストの劣化を防ぐことができる。ここで、低屈折率層の厚みについて考察する。低屈折率層の厚みは、斜め入射光に対して確実に全反射が起きるよう、エバネッセントフィールド以上の厚み、具体的には０．２５μｍ以上、好ましくは０．５μｍ以上の厚みであれば良い。以下、厚みと反射率との関係を考察する。
【００３６】
図７に示したように、屈折率ｎ＝１．３２の低屈折率層５２を、それよりも高い屈折率ｎ＝１．５２の高屈折率層５１，５３で挟んだ構造について、光の反射率の入射角度依存性を計算した。計算はフレネル係数法を用いた。光の波長はλ＝５４０ｎｍとし、低屈折率層５２の厚みｄを０．０１μｍ〜１μｍまで変えて計算した。λ＝５４０ｎｍとしたのは、最も視感度の高い波長だからであり、赤色光や青色光の場合もほとんど同じ結果になる。なお、比較のために厚みｄを無限大（∞）にした場合についても同様に計算した。
【００３７】
図８，図９は、その計算結果を示している。図８，図９はそれぞれ、Ｓ波とＰ波についての反射率の入射角度依存性を示したグラフである。縦軸は反射率Ｒ、横軸は角度θ（ｄｅｇ）を示す。なお、Ｓ波とは、図７の紙面に対して垂直な方向に偏光している光で、Ｐ波とは、図７の紙面に対して平行な方向に偏光している光のことである。角度θは、図７に示したように入射面の法線に対する角度である。理想状態では、入射角度θが所定の臨界角θｒを超えると全反射条件を満たして反射率が１になる。図８，図９の結果から、厚みｄが０．２５μｍ以上の厚みであれば十分な反射の効果が認められ、さらに望ましくは厚みｄが０．５μｍ以上であればさらに反射の効果があることが分かる。
【実施例】
【００３８】
次に、光散乱型表示素子の具体的な構成例を実施例として示す。ここでは一例として、図６に示した第２の変形例に対応する実施例を示す。すなわち、集光手段をレンチキュラーレンズ２３とし、その下に低屈折率層２４を設けた場合の実施例を示す。
【００３９】
図１０に、本実施例に係る光散乱型表示素子の要部構造を示す。背面側基板１０としては、屈折率ｎ＝１．５２で０．７ｍｍの厚みのシリカ系ガラス基板を用いた。この背面側基板１０の片面上に、背面側透明電極層１１として、２０ｎｍの厚みのＩＴＯからなる透明電極膜をスパッタ法で蒸着した。図１１は、背面側透明電極層１１のより具体的な構造を示している。背面側透明電極層１１として、より具体的には、ＩＴＯの透明電極膜からなる複数の透明な画素電極６１と、各画素電極６１に接続され、各画素電極６２に与える電圧を制御するＴＦＴ６２と、ＴＦＴ６２のゲート電極に制御用の信号を印加するゲート線６３と、ＴＦＴ６２のソース電極に制御用の信号を印加するソース線６４とを形成した。ＩＴＯの画素電極６１は、メタルマスクを用いてフォトリソグラフィー法により幅９０μｍで図に示したようにほぼ正方形状にパターニングした。ＴＦＴ６２は、ＩＴＯ膜の蒸着をする前に背面側基板１０に元々縦方向および横方向に１００μｍの画素ピッチで形成されている。これに対応して、横方向に延在する複数のゲート線６３が存在し、縦方向に延在する複数のソース線６４が存在する。ゲート線６３およびソース線６４は、メタル配線（Ａｌ）により形成した。
【００４０】
また、表示側基板２０としては、屈折率ｎ＝１．６５で０．７ｍｍの厚みのシリカ系ガラス基板を用いた。この表示側基板２０の片面上に、低屈折率層２４として、屈折率ｎ＝１．３２で５００ｎｍの厚みのＭｇＦ2の膜を真空加熱法で蒸着した。さらに表示側透明電極層２１として、背面側透明電極層１１の場合と同様に２０ｎｍの厚みのＩＴＯ膜をＭｇＦ2の膜が蒸着されていない側にスパッタ法で蒸着した。ここで、表示側透明電極層２１となるＩＴＯ膜は表示側基板２０の一面、全面にわたって蒸着されている。
【００４１】
このように、ＩＴＯ膜等を積層した背面側基板１０および表示側基板２０のうち一方の基板表面上（ＩＴＯ側）に、スペーサとして５０μｍ径のプラスチックボールを均等に分散させた。さらに二つの基板１０，２０をＩＴＯ膜同士が向き合うようにしてスペーサを挟んだ状態で密着させて固定した。この状態で基板間の隙間は５０μｍとなる。次に、モノマー入りのＰＮ液晶を熱融解させ、毛細管現象を用いて基板間の隙間に入れた後、紫外線を照射することにより、モノマーを硬化、ネットワーク化し、光散乱状態を得て、これを液晶層３０とした。
【００４２】
次に、室温まで戻した後、屈折率１．５２の樹脂で成型された幅１００μｍ、厚み０．３ｍｍのレンチキュラーレンズ２３のシートを低屈折率層２４を介して表示側基板２０の上に密着させて置いた。このレンチキュラーレンズ２３の焦点距離は、ほぼ１．５ｍｍである。さらに光吸収層１２および反射・散乱層１３として、黒色の光吸収層と白色の光散乱層とがストライプ状になっている板をレンチキュラーレンズ２３の中心に黒ストライプが来るように、背面側基板１０の裏面側に貼り付けた。光吸収層１２の幅は３０μｍで、光散乱層の幅は７０μｍである。ここでの光散乱層はチタンオキサイド（ＴｉＯ2）の粒子を樹脂で固めたもので、光吸収層１２はカーボンを樹脂で固めたものを用いた。
【００４３】
この光散乱型表示素子では、ソース線６３とゲート線６４（図１１）の両方に電圧が印加された所に対応する画素が黒表示となる。電圧を印加しないときの光の反射率を測定したところ、通常の構造（図１３，図１４）と比べて白輝度の増加が認められた。さらにそれにもかかわらず電圧を印加したところの画素の黒表示の反射率がほとんど上昇していないことが同時に確かめられた。また、縦方向について指向性がほとんど無いことも同時に確かめられた。
【００４４】
なお、本発明は、以上で説明した実施の形態および変形例、ならびに実施例に限定されず、さらに種々の変形実施が可能である。例えば、以上で述べたすべての効果は必ずしもＰＮＬＣＤだけに限らず、ＰＤＬＣＤ等の一般的な光散乱型の反射型液晶ディスプレイにおいても効果がある。また必ずしも液晶ディスプレイに限らず電子ペーパー全般などの光散乱型ディスプレイにおいて同様な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光散乱型液晶表示素子の構造、および電界を印加した状態（黒表示）での入射光に対する作用を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光散乱型液晶表示素子の構造、および電界を印加していない状態（白表示）での入射光に対する作用を示す断面図である。
【図３】マイクロレンズと光吸収層の配置位置との関係を示す説明図である。
【図４】第１の変形例に係る光散乱型液晶表示素子の要部構造を示す図である。
【図５】斜めからの入射光があった場合の問題点を説明する図である。
【図６】第２の変形例に係る光散乱型表示素子の要部構造を示す図である。
【図７】低屈折率層を配置したことによる作用を説明するための図である。
【図８】低屈折率層を配置した場合における、Ｓ波の入射光に対する入射角度依存性を示す特性図である。
【図９】低屈折率層を配置した場合における、Ｐ波の入射光に対する入射角度依存性を示す特性図である。
【図１０】実施例に係る光散乱型表示素子の要部構造を示す図である。
【図１１】実施例に係る光散乱型表示素子における背面側透明電極層の構造を示す平面図である。
【図１２】従来の光散乱型液晶表示素子の一構成例を示す断面図である。
【図１３】比較例としてのＰＮＬＣＤの構造、および電界を印加していない状態（白表示）での入射光に対する作用を示す断面図である。
【図１４】比較例としてのＰＮＬＣＤの構造、および電界を印加した状態（黒表示）での入射光に対する作用を示す断面図である。
【図１５】ＰＮＬＣＤに用いられる液晶分子の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０…背面側基板、１１…背面側透明電極層、１２…光吸収層、１３…反射・散乱層、２０…表示側基板、２１…表示側透明電極層、２２…マイクロレンズ、２３…レンチキュラーレンズ、２４…低屈折率層、３０…液晶層、３１…液晶ドロプレット、３２…ポリマー、４０…入射光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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