(57)【要約】【課題】  黒表示での反射率をほとんど上げることなく、白表示での反射率のみを高くし、従来に比べ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】  凹凸層２２は、表示側基板部２の最表面に積層され、表面に凹凸形状部分２３が形成されている。凹凸形状部分２３は、基板面および光の入射平面に対し傾斜した斜面を有している。この凹凸形状部分２３は、１画素当たり多数形成されている。表示側基板部２の最表面が斜面を有する凹凸構造となっていることにより、最表面が平坦である場合に比べて内部反射が低減され、白表示状態における液晶層３０側への戻り光の割合が少なくなる。凹凸層２２の表面構造は断面が正円状の曲面（球面）に限らず、観察側から見て凹面となるような曲面であれば良い。例えば断面が楕円状の曲面や、さらには歪んだ楕円状の曲面であっても良い。【選択図】      図１
2006201354.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有し、入射光を反射させて画像表示を行う光散乱型表示素子であって、
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・散乱層を挟んで互いに対向配置された表示側基板部および背面側基板部と
を備え、
前記表示側基板部の最表面において、光の入射平面に対し傾斜した凹凸形状部分を有し、かつ前記凹凸形状部分が１画素当たり複数形成されている
ことを特徴とする光散乱型表示素子。
【請求項２】
前記凹凸形状部分において、光の入射平面に対し最も大きく傾斜している部分の角度をαとしたとき、その最大傾斜角度αが以下の条件式（１）の範囲内となっている
３０°＜α＜７０°  ……（１）
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】
光の入射平面に対し前記凹凸形状部分において最も大きく傾斜している部分の角度をαとしたとき、その最大傾斜角度αが以下の条件式（２）の範囲内となっている
４５°＜α＜６０°  ……（２）
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】
前記凹凸形状部分は、観察側から見て凹面となるような曲面形状である
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５】
前記凹凸形状部分が、光の入射平面に垂直な断面内において三角形状となっている
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】
前記表示側基板部は、前記透過・散乱層側から順に、透明電極層と、透明な表示側基板と、表面に前記凹凸形状部分が形成された凹凸層とを有する
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７】
前記凹凸層の屈折率が前記表示側基板の屈折率よりも低くなっている
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】
前記表示側基板部は、前記透過・散乱層側から順に、透明電極層と透明な表示側基板とを有し、
前記凹凸形状部分は、前記表示側基板の最表面部分自体を加工することにより形成されている
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９】
前記透過・散乱層は、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１０】
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１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１５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、液晶層に接しているので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。従って、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ほとんど上げることなく、白表示での反射率のみを高くし、従来に比べ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、複数の画素を有し、入射光を反射させて画像表示を行う光散乱型表示素子であって、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・散乱層を挟んで互いに対向配置された表示側基板部および背面側基板部とを備え、表示側基板部の最表面において、光の入射平面に対し傾斜した凹凸形状部分を有し、かつ凹凸形状部分が１画素当たり複数形成されているものである。
【０００８】
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、入射光が表示側基板部および透過・散乱層を透過する。一方、白表示のときには、透過・散乱層が散乱状態とされ、入射光の多くが表示側基板部側に反射され、表示側基板部の外部に出射される。この白表示の場合において、透過・散乱層で反射された光が、光の入射平面に対し斜めから表示側基板部の最表面に入射すると、入射平面の法線に対する入射角度が大きくなるにつれて最表面で内部反射を起こしてしまい、外部に出射されずに透過・散乱層側に戻ってしまい、白表示での反射率が低下するおそれがある。また、表示側基板部の最表面において外部反射を起こすと、素子自体に入射する光が減り、適切な表示の妨げになるおそれがある。
本発明による光散乱型表示素子では、表示側基板部の最表面に光の入射平面に対し傾斜した凹凸形状部分を有し、かつ凹凸形状部分が１画素当たり複数形成されていることにより、凹凸形状部分において最表面が平坦である場合に比べて内部反射が低減され、白表示状態における透過・散乱層側への戻り光の割合が少なくなる。結果的に、外部に出射される光の割合が増え、白表示状態における素子全体の反射率が上がり、白輝度が増大する。また、所定の入射角度内であれば最表面での外部反射の割合もほとんど増加しない。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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の光散乱型表示素子によれば、表示側基板部の最表面に、光の入射平面に対し傾斜した凹凸形状部分を有し、かつその凹凸形状部分を１画素当たり複数形成するようにしたので、最表面が平坦である場合に比べて、凹凸形状部分において内部反射が低減され、白表示状態における透過・散乱層側への戻り光の割合を少なくできる。結果的に、外部に出射される光の割合が増え、白表示状態における素子全体の反射率が上がり、白輝度を増大させることができる。また、所定の入射角度内であれば最表面での外部反射の割合もほとんど増加しない。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】
【００１０】
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。
【００１１】
図１，図２は、本発明の一実施の形態に係る光散乱型表示素子の一構成例を示している。図１，図２では、本実施の形態に係る光散乱型表示素子をＰＮＬＣＤ（Polymer Network Liquid Crystal Display）に適用した構成例を示している。また図１には電界Ｅを印加していない状態（白表示）での入射光の状態についても示し、図２には電界Ｅを印加した状態（黒表示）での入射光の状態についても示す。
【００１２】
この光散乱型表示素子１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表示側基板部２および背面側基板部３とを備えている。表示側基板部２は、液晶層３０側から順に、表示側透明電極層２１と、例えばガラスよりなる透明な表示側基板２０と、凹凸層２２とを有している。背面側基板部３は、液晶層３０側から順に、背面側透明電極層１１と、例えばガラスよりなる透明な背面側基板１０と、背面側基板１０の裏面（液晶層３０とは反対側の面）側に全面にわたって形成されて光吸収層１２とを備えている。
【００１３】
各透明電極層１１，２１は、液晶層３０に画素単位で電界Ｅ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ている。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。
【００１４】
光吸収層１２は、黒表示状態において、液晶層３０および背面側基板１０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。
【００１５】
液晶層３０は、電界Ｅ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、ポリマーネットワーク型の液晶により構成されている。液晶層３０は、回転楕円体形状の液晶分子３３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。図３に、液晶分子３３の構造を示す。この液晶分子３３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３３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３２の屈折率は、液晶分子３３の低屈折率側の屈折率ｎｏと同じ値に設定されている。
【００１６】
図４は凹凸層２２の一構成例を示している。凹凸層２２は、表示側基板部２の最表面に積層され、表面に凹凸形状部分２３が形成されている。凹凸形状部分２３は、基板面および光の入射平面２０１に対し傾斜した斜面を有している。この凹凸形状部分２３は、１画素当たり多数形成されている。表示側基板部２の最表面が斜面を有する凹凸構造となっていることにより、後述するように最表面が平坦である場合に比べて内部反射が低減され、白表示状態における液晶層３０側への戻り光の割合が少なくなる。図４は、凹凸形状部分２３を観察側から見て凹面（光の入射側に凹面）となるような球面形状にした例であり、Ｒは球面の半径を示す。ただし、凹凸層２２の表面構造は断面が正円状の曲面（球面）に限らず、観察側から見て凹面となるような曲面であれば良い。例えば断面が楕円状の曲面や、さらには歪んだ楕円状の曲面であっても良い。
【００１７】
ここで、凹凸層２２の屈折率は、表示側基板２０の屈折率よりも低くなっていることが好ましい。また、凹凸形状部分２３において、光の入射平面２０１に対し最も大きく傾斜している部分の角度をαとしたとき、その最大傾斜角度αは以下の条件式（１）の範囲内となっていることが好ましい。その根拠は後述する。
３０°＜α＜７０°  ……（１）
より望ましくは、最大傾斜角度αが以下の条件式（２）の範囲内となっていると良い。
４５°＜α＜６０°  ……（２）
【００１８】
図５は、凹凸層２２の他の構成例を示している。凹凸層２２の表面構造は曲面に限らず、光の入射平面２０１に対して傾斜した面を有していればプリズム状のものであっても良い。図５は光の入射平面２０１に垂直な断面内において三角形状となっている凹凸形状部分２４を有している例である。
【００１９】
なお、以上では表示側基板２０の上に凹凸層２２を積層することで、表示側基板部２の最表面を凹凸構造にする場合を例に説明したが、凹凸層２２を積層することなく、表示側基板２０の最表面部分自体を加工することにより、最表面を凹凸構造にしても良い。
【００２０】
このように表示側基板部２の最表面が凹凸構造となっている点が従来のＰＮＬＣＤとは大きく異なる。また本実施の形態において、液晶層３０が、本発明における「透過・散乱層」の一具体例に対応する。
【００２１】
次に、この光散乱型表示素子１の作用、および効果を説明する。
【００２２】
この光散乱型表示素子１では、図２のように液晶層３０に電界Ｅを印加することで、液晶分子３３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４０に対して液晶ドロプレット３１の屈折率がｎｏとなり、液晶ドロプレット３１の周囲にあるポリマー３２の屈折率と等しくなる（液晶ドロプレット３１とポリマー３２との屈折率差Δｎが０となる）。従って液晶層３０は透過状態となり、入射光４０は液晶層３０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１０を透過して光吸収層１２で吸収される。これにより、黒表示となる。
【００２３】
一方、電界Ｅを印加していないときには、図１のように液晶分子３３がランダムに配向しているために液晶ドロプレット３１の屈折率がポリマー３２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３１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４０に対してポリマー３２と液晶ドロプレット３１との間の屈折率差Δｎが生じることで、液晶ドロプレット３１において光が散乱される散乱状態となり、表示側基板２０側に反射されて白表示となる。
【００２４】
ところでＰＮＬＣＤに代表されるような光散乱型表示素子では、デバイス内部での散乱によって光の進行方向がランダムとなる。その結果、デバイス内部においては、かなりの光が表示側の基板表面に対して斜め成分となる。ところが、斜め成分の光が多いと基板表面と空気との界面で全反射が生じてしまい、かなりの光が外部に出射せず内部側に戻されることになる。これにより白表示での反射率が低下するおそれがある。
【００２５】
ここで、図６（Ａ），（Ｂ）に示したように、素子の最表面と空気との界面での反射を考える。白表示の場合において、図６（Ａ）に示したように液晶層３０で反射された光が、その基板面に対し斜めから表示側基板２０の最表面に入射すると、基板面の法線２０２に対する入射角度θが大きくなるにつれて表示側基板２０の最表面で内部反射を起こしてしまい、外部に出射されずに液晶層３０側に戻ってしまい、白表示での反射率が低下するおそれがある。また、図６（Ｂ）に示したように表示側基板２０の最表面において外部反射を起こすと、素子自体に入射する光が減り、適切な表示の妨げになるおそれがある。
【００２６】
そこでまず、この内部反射および外部反射を防止するために、本実施の形態における凹凸層２２に代えて図６（Ａ），（Ｂ）に示したように表示側基板２０の最表面に表面が平坦な反射防止膜２２０を積層した構造が考えられる。反射防止膜２２０は、表示側基板２０の屈折率ｎsub２よりも低い屈折率ｎARとなっている。反射防止膜２２０を設けることで、表示側基板２０の最表面と空気との界面での内部反射を減らすことができ、空気側への出射光量が増えて白輝度が高くなるし、また逆に空気側から表示側基板２０への入射光の光量も多くなるので結果として白輝度が高くなる。
【００２７】
図７に、反射防止膜２２０を積層した構造において、表示側基板２０の内部から外部へと出射する光の反射率Ｒの入射角度依存性を計算した結果を示す。また逆に、表示側基板２０の外部から内部へと入射する光の反射率Ｒの入射角度依存性を計算した結果を、図８に示す。縦軸は反射率Ｒ、横軸は角度θ（ｄｅｇ）を示す。角度θは、図６（Ａ），（Ｂ）に示したように入射面の法線２０２に対する入射角度である。表示側基板２０の屈折率はｎsub２＝１．６５とし、反射防止膜２２０は屈折率ｎAR＝１．３２で厚みｄAR＝１００ｎｍとした。空気（基板外部）の屈折率ｎairは、１．０とした。比較例として、反射防止膜２２０なし（表示側基板２０だけ）の場合も計算して示す。また、Ｓ波とＰ波のそれぞれについて反射率Ｒを計算した。なお、Ｓ波とは、図６（Ａ），（Ｂ）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６（Ａ），（Ｂ）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。光の波長はλ＝５４０ｎｍとした。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図７，図８の計算結果とほとんど同じ結果になる。
【００２８】
図７の結果から、反射防止膜２２０を施すことで、入射角度θが全反射条件を満たす臨界角θｒ＝３７．３°までの角度において内部反射が抑えられているのが分かる。また図８から、ほぼ全角度にわたって外部反射が抑えられていることが分かる。このような反射抑制効果を得るためには、反射防止膜２２０の屈折率ｎARが、表示側基板２０の屈折率ｎsub２より低く（ｎAR＜ｎsub２）、さらにその厚みｄAR（ｎｍ）がλ／４ｎARであれば理想的な反射条件が得られる。λは光の波長であり、例えば最も視感度の高い波長５４０ｎｍに合わせると良い。実用的には誤差があることや、使用波長域が赤色光から青色光まで幅があることを考慮すると、
０．５×５４０／（４×ｎAR）≦ｄAR≦１．５×５４０／（４×ｎAR）  ……（Ａ）
を満たせば効果がある。望ましくは、
０．８×５４０／（４×ｎAR）≦ｄAR≦１．２×５４０／（４×ｎAR）  ……（Ｂ）
を満たせば、理想条件に近づくのでより効果がある。
【００２９】
しかしながら反射防止膜２２０を施したとしても、内部反射において全反射条件を満たす臨界角θｒ＝３７．３°以上の角度では反射率Ｒが１．０となり、その光の取り出し効率にはまだ改善の余地がある。
【００３０】
そこで次に、表面形状を平坦から凹凸構造にした場合について検討する。図９は、凹凸層２２として表面を球面構造にした場合（図４）における、内部の反射率Ｒの入射角度依存性を計算した結果である。図７と同様、縦軸は反射率Ｒ、横軸は角度θ（ｄｅｇ）を示し、Ｓ波とＰ波のそれぞれについて反射率Ｒを計算した。凹凸層２２の屈折率は１．５２とし、反射防止膜２２０は積層されていない場合について計算した。比較例として表面が平坦である場合の計算結果も図示した。ここでは図４に示したように、θの角度で光線を等間隔で入射させたときの表面での平均的な反射率を求めている。光線近似が成り立つように光の波長より十分球面の半径が大きければ、ここでの計算は成り立つ。例えば球面の半径は、１μｍ以上、望ましくは５μｍ以上であればこの計算が成り立つ。図９は凹凸層２２の表面が半球形状の場合の見積もりである。すなわち最大傾斜角度αが９０°の場合の計算である。図９から、表面を球面構造にすることで臨界角θｒ＝３７．３°以上においても内部反射が抑えられ、全体として内部反射が抑えられている。
【００３１】
ところで、液晶層３０中で散乱を繰り返すことで光が等方的に拡散される場合を考えると、その光の角度成分が０°〜９０°までにおいて、同じ光強度になると考えられる。この場合、光のトータルな反射率Ｒtotalは、０°〜９０°までの各入射角度での反射率Ｒを積算した値を、０°〜９０°までの反射率をすべて１にして積算した値で割り算をすることで得られる。図９には、このようにして見積もられるトータルな反射率Ｒtotalの値も併記した。Ｓ波、Ｐ波ともに球面構造のトータル反射率Ｒtotalの方が平坦構造のそれに比べて低下していることが分かる。このことは球面構造の方が光取り出し効率が高くなっていることを意味する。
【００３２】
さらに最大傾斜角度αの値を変えてトータルな内部反射率Ｒtotalを計算した結果を図１０に示す。Ｓ波については角度α＝５２°、Ｐ波については角度α＝５５°のときに反射率Ｒtotalが最小となった。図１０の結果から、最大傾斜角度αが３０°＜α＜７０°の範囲であればトータルな内部反射率Ｒtotalが小さくなって十分な効果が期待できるといえる。さらに望ましくは、４５°＜α＜６０°の範囲であればさらに十分な効果が期待できることになる。このような凹凸構造としての効果は必ずしも断面が正円状の球面構造である必要がなく、楕円状の曲面でもまたその楕円が歪んだ曲面であっても、基本的に斜面を有する曲面構造であれば何でも効果があると考えられる。
【００３３】
また、凹凸層２２として表面をプリズム構造にした場合（図５）についても、図１０と同様な方法で、トータルな内部反射率Ｒtotalを計算した。その結果を図１１に示す。この場合、Ｓ波については角度α＝５２°、Ｐ波については角度α＝４７°のときに反射率Ｒtotalが最小となった。またこの場合においても最大傾斜角度αが３０°＜α＜７０°の範囲であればトータルな内部反射率Ｒtotalが小さくなって十分な効果が期待できる。さらに望ましくは、４５°＜α＜６０°の範囲であればさらに十分な効果が期待できることになる。図４の曲面構造とは異なるプリズム構造であっても同様に光取り出し効果が良くなるのは、曲面構造に限らず表面に斜面が形成されることだけで光取り出し効果が高くなることを意味する。したがって斜面の規定さえ条件を満たせば、どのような構造でも効果が十分に期待できる。
【００３４】
上述のように表面形状を平坦から曲面構造あるいはプリズム構造にすることで光の取り出し効率が高くなることを述べたが、反射型の光散乱型ディプレイの場合、素子自体への光入射（外部から表示側基板２０への光入射）も同様に効率が良くなくてはならず、この入射側の光の取り込み効率を考慮に入れる必要がある。今、外部の空気側から光が表示側基板２０に対して垂直方向または少し斜め方向から入射する場合、その表面を曲面構造やプリズム構造等の凹凸構造にすることで、その凹凸構造の斜面の部分では斜め入射になる。しかしながら上述の図８の計算結果から、外部の入射角度θがほとんど９０°付近にならない限り、反射は高くならないことが分かる。このことは９０°付近以外のほとんどの入射角度において光入射の効率（透過率）が良いことを示す。また光が斜め入射する場合でも表面形状によっては表面に対して垂直入射に近づくことになり、効率が良くなる。従って、表示側基板２０の表面を曲面構造やプリズム構造等の凹凸構造にしたとしても、入射側での光の取り込み効率は問題にならないことを意味する。
【００３５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、表示側基板部２の最表面を、光の入射平面に対し傾斜した面を有する凹凸構造にしたので、最表面が平坦である場合に比べて、その凹凸形状部分において内部反射が低減され、白表示状態における液晶層３０側への戻り光の割合が少なくなり、結果的に、外部に出射される光の割合が増え、白表示状態における素子全体の反射率が上がり、白輝度が増大する。また、所定の入射角度内であれば最表面での外部反射の割合もほとんど増加しない。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、コントラスト比を高めることができる。
【００３６】
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。
【実施例】
【００３７】
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。図１２は、本実施例に係る光散乱型表示素子の要部構造を示している。背面側基板１０としては、屈折率ｎsub１＝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１３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。
【００３８】
また、表示側基板２０としては、屈折率ｎsub２＝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、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。
【００３９】
これら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。
【００４０】
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の凹凸構造のシートを、凹凸層２２として屈折率が１．６５の層を介して表示側基板２０の表面に密着させて置いた。凹凸層２２の表面構造は球面構造であり、図１４に示したように、球面の深さは約２０μｍで最大傾斜角度α＝４５°とした。この球面構造が１画素１００μｍ当たり多数形成されている。次に、室温まで戻した後、光吸収層１２を背面側基板１０の裏面側に貼り付けた。光吸収層１２としては、カーボンを樹脂で固めたものを用いた。
【００４１】
この光散乱型表示素子では、ソース線６３とゲート線６４（図１３）の両方に電圧が印加されたところに対応する画素が黒表示となる。この光散乱型表示素子を用いて電圧を印加しないとき（白表示）の光の反射率を測定したところ、凹凸層２２の表面を平坦にした構造と比べて、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２０Ｖ印加して黒表示にしたところの画素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。具体的には凹凸層２２の表面を平坦構造にした場合と比べて白表示の反射率として２％上昇したことが確認された。これにより、より見やすい白表示が達成された。
【００４２】
なお、本発明は、以上で説明した実施の形態および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】
【００４３】
【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３】液晶分子の構造を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る光散乱型液晶表示素子における表面構造の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る光散乱型液晶表示素子における表面構造の他の例を示す断面図である。
【図６】光散乱型液晶表示素子における表示側基板の最表面での光の反射の状態を説明した図である。
【図７】光散乱型液晶表示素子の最表面が平坦である構造において、表示側基板内部から外部へと出射する光の反射率の入射角度依存性を示す特性図である。
【図８】光散乱型液晶表示素子の最表面が平坦である構造において、表示側基板外部から内部へと入射する光の反射率の入射角度依存性を示す特性図である。
【図９】光散乱型液晶表示素子の最表面が平坦である構造と球面構造である場合とで光の内部反射率を比較して示した特性図である。
【図１０】光散乱型液晶表示素子の最表面が球面構造である場合における、球面の傾斜角度と光の内部反射率との関係を示した特性図である。
【図１１】光散乱型液晶表示素子の最表面がプリズム構造である場合における、最表面の傾斜角度と光の内部反射率との関係を示した特性図である。
【図１２】本発明の一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１３】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１４】実施例に係る光散乱型表示素子における凹凸層の構造を示す平面図である。
【図１５】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。
【符号の説明】
【００４４】
１…光散乱型表示素子、２…表示側基板部、３…背面側基板部、１０…背面側基板、１１…背面側透明電極層、１２…光吸収層、２０…表示側基板、２１…表示側透明電極層、２２…凹凸層、２３…凹凸形状部分、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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