(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にモスアイ構造を持つ第１の基板と、前記第１の基板の前記表面上に対向して配置された透明な第２の基板と、前記第１の基板及び第２の基板間に充填された外部刺激により屈折率が変化する媒体とを備えたことを特徴とする表示素子。
【請求項２】
前記媒体は、複屈折性を有することを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項３】
前記複屈折性を有する媒体は液晶であることを特徴とする請求項２に記載の表示素子。
【請求項４】
前記媒体は、帯電処理された低屈折率の材料と高屈折率の材料が相分離した構造であることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部刺激によって制御可能な、作動型反射／吸収板、及びこれを用いた表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば液晶表示装置には、光の波を変換するための光学フィルムとして偏光板が使用されている。この液晶表示装置では、偏光板により、入射した光を直交する偏光成分、例えば垂直偏光成分と水平偏光成分に分解し、この２種類の偏光成分のいずれか一方を分離して透過させて利用している。これにより、液晶分子の電界印加による配向変化とそれによる旋光性や複屈折性による入射光の偏光状態を、光の強弱として可視化することができる。
【０００３】
しかしながら、もう一方の偏光成分は吸収されて損失となり、表示面の輝度が低下していた。このようなことから、液晶表示装置の明るさの向上が求められていた。
【特許文献１】特開２００５−９９４６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、偏光板を使用しなくても、吸収状態と反射状態の実現が可能であり、明るく、高いコントラストを示す反射/吸収板、及びこれを用いた表示素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
また、本発明の表示素子は、表面にモスアイ構造を持つ第１の基板と、前記第１の基板の前記表面上に対向して配置された透明な第２の基板と、前記第１の基板及び第２の基板間に充填された外部刺激により屈折率が変化する媒体とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、偏光板を使用することなく、吸収状態と反射状態の実現が可能であり、明るく、高いコントラストを示す反射/吸収板、及び表示素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の反射/吸収板は、モスアイ構造を持つ基板を有する。
【０００９】
モスアイ構造とは、その名の通り、蛾の眼の構造と類似する構造であり、高さ数十ないし数百ｎｍ程度の円錐形の突起が敷き詰められたような微細な凹凸形状を有し、連続した屈折率場変化を生じさせる。
【００１０】
基板として反射可能な材料を使用し、表面に微細な凹凸形状のモスアイ構造を形成することにより、個々の凸部間に入射する光が凸部の壁で多重反射されるとき、その反射率が連続的に減少する構成であると、最終的に光が吸収されて、黒色表示が可能となる。一方、モスアイ構造を反射材料で遮蔽あるいは凹凸形状を見かけ上平坦化させることにより、光が反射され、例えば白色表示が可能となる。このように、本発明を用いると、偏光板を使用しなくても上述のような白黒表示を簡単に行うことができる。
【００１１】
微細凹凸形状個々のピッチは、可視光波長レベル以下であることが好ましい。更に、複数の微細凹凸形状をユニットとして形成する場合には、ユニット間のピッチが可視光波長の範囲に存在する場合は反射光が着色し、可視光波長の範囲に存在しない場合には無彩色の反射を得ることが可能となるため、仕様によりユニット間ピッチを変えることが好ましい。
【００１２】
本発明に使用されるモスアイ構造の微細凹凸形状の凸部のサイズは、凸部の高さ方向では１５０ｎｍないし５００ｎｍ、凸部の幅方向では１５０ｎｍないし４００ｎｍ程度が好ましい。また、凸部の頭頂間のピッチは１５０ｎｍないし４００ｎｍであることが望ましい。
【００１３】
上記微細凹凸形状を構成する材料としては、基本的には上記サイズの凹凸構造を自己支持できる物質を使用することができる。また、微細凹凸形状を有する基板と凹凸構造体を包含する媒体との間で下記式で表される関係が成り立つ屈折率を持つことが、反射/吸収コントラストアップの点で好ましい。
【００１４】
凹凸形状の表面領域屈折率−外部刺激により屈折率が変化する媒体の屈折率  ≧  ０．５
さらに、凹凸形状を構成する材料は、入射光に対して反射し易いように金属光沢を示すような不透明基板であることが好ましい。これにより、凹凸表面に別途反射用の膜等を形成することなく、反射型表示素子を構成する画素電極を形成することも可能となる。
【００１５】
また、外部刺激により屈折率が変化する媒体としては、外場によって媒体の屈折率を制御可能な材料であればどのような材料でも用いることが出来る。特に、電場や磁場によって屈折率が制御可能な液晶材料や、カー効果を示す液体などを媒体として用いることができる。液晶パネルの製造技術を用いることも可能であり、生産性の点で有利である。
【００１６】
外部刺激により屈折率が変化する媒体に使用し得る他の材料としては、帯電処理した低屈折率媒体と高屈折率媒体が相分離したものがあげられる。この場合、ＴｉＯ２などの高屈折率材料のナノ粒子を分散させることで、高屈折率媒体に使用される液体として、本来、屈折率があまり高くない無機、有機液体を使うことが可能となるため、材料選択範囲が広がるメリットがある。
【００１７】
無機液体として例えばフッ素系溶媒等、有機液体として例えばシリコーンオイル等を使用することができる。
【００１８】
外部刺激により屈折率が変化する媒体の厚みは、微細凹凸形状によって形成される平均的な屈折率場変化を外場によって制御するため、少なくとも微細凹凸形状の最大高さより厚いことが好ましい。一般的には、微細凹凸形状の最大高さは数百ｎｍであり、屈折率が変化する媒体の厚みを同数百ｎｍで均一に制御することは、量産性を考慮した場合には、非常に難しい。このため、液晶表示素子やその他のフラットパネルディスプレイ技術で実用化されている厚み、例えば数μｍ程度の厚みに設定することが、歩留まりなどの点で好ましい。
【００１９】
以下に、図面を参照し、本発明をより詳細に説明する。
【００２０】
図１に、本発明に係る代表的な表示素子の一例の構成を表す断面図を示す。
【００２１】
図１に示すように、微細凹凸形状４のモスアイ構造が形成された反射基板３と、透明基板１との間に、外場によって外部刺激により屈折率が変化する媒体２が充填されている。微細凹凸形状が形成された反射基板３の屈折率ｎａと外場によって屈折率が制御可能な媒体２の屈折率ｎｂ、及び外場が印加された状態の屈折率ｎｂ’との間には、
│ｎａ−ｎｂ│    ＜  ０．２
│ｎａ−ｎｂ‘│  ＞  ０．５
が成り立っている。
【００２２】
図２に、入射光が微細凹凸形状のモスアイ構造により吸収される様子を示す図、図３に入射光が微細凹凸形状のモスアイ構造により反射される様子を示す図を各々示す。
【００２３】
図２は、外場が印加された状態であり、ｎａ−ｎｂ’＞０．５では、ｎａ＜ｎｂであって、基板２３の微細凹凸形状２４とその上に設けられた媒体２２との屈折率差が大きくなることから、平均的な屈折率場変化が生じ、反射率を１％以下に低下させて、光吸収板として機能することで、反射の白表示と吸収の黒表示が出来る。
【００２４】
一方、図３は、外場が印加されない状態であり、ｎａ−ｎｂ＜０．２では、ｎａ＞ｎｂであって、基板２３の微細凹凸形状２４とその上に設けられた媒体２２との屈折率差が小さくなるため、平均的な屈折率場変化が生じず、単なる反射板として機能する。
【００２５】
なお、２１は、透明基板である。
【００２６】
このように、本発明の反射吸収板を用いると、偏光板を使う必要がないため、反射性能に優れた高コントラストの表示素子を容易に提供することが出来る。
【００２７】
［実施例］
以下、本発明をより詳細に説明するべく、本発明の好ましい実施例を示す。尚、これら実施例は、本発明の理解を容易にする目的で掲載されるものであり、本発明を限定するものではない。また本発明はその要旨の範囲内で種々変更して用いることができることは言うまでもない。
【００２８】
実施例１
図４に、本発明の表示素子の第１の例の動作を説明するための模式的な断面図を示す。
【００２９】
基板３３として、表面に微細凹凸形状加工を施したＮｉ電極板と、一主面に透明導電膜３４を形成したガラス基板３１とを用意した。凸部の高さ方向では２００ｎｍないし３００ｎｍ、凸部のピッチ方向では４８０ｎｍ程度、微細凹凸形状の凸部は、一定間隔になる様にして張り合わせた。基板３１と３３の向かい合う面は、液晶分子が垂直に配向する様に、垂直配向処理剤として、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−オクタデシル−３−アミノプロピルトリメトキシシリルクロリド（ＤＭＯＡＰ）にて化学処理を施した。屈折率異方性が０．３（ｎｅ＝１．７５、ｎｏ＝１．４５）の液晶材料３２を、基板３１,３３間に充填することで、反射型液晶表示素子を構成した。
【００３０】
図の右半分は電圧を印加した場合、左半分は電圧を印加しない場合を示す。
【００３１】
図示するように、電圧を印可しない場合には、入射光が反射して白表示ができる。ガラス基板３１面に形成した透明導電膜３４と基板３３面上の微細凹凸形状付きＮｉ電極に電圧を印加することで、液晶分子配向を変化させると、入射光が微細凹凸形状により、吸収されて黒表示ができる。
【００３２】
この結果、微細凹凸形状近傍の平均的な屈折率場変化を制御し、反射と吸収状態を示すことが確認できた。
【００３３】
また、微細凹凸形状を持たないＮｉ電極板及び偏光フィルムと透明導電膜を施したガラス基板を用いること以外は実施例１と同様にして反射型液晶表示素子を構成し、明るさ及びコントラストを比較したところ、いずれも実施例１の方が良好であった。
【００３４】
実施例２
図５に、本発明の表示素子の第２の例の動作を説明するための模式的な断面図を示す。
【００３５】
図示するように、実施例１と同様にして微細凹凸形状４５が施された電極をＮｉにて形成した基板４３と、透明導電膜４４を形成したガラス基板４１を、一定間隔になる様にして張り合わせた。微細凹凸形状付き電極は、画素単位で隔壁４７によって分離した。フッ素系溶媒４２と、帯電処理したＴｉＯ２ナノ粒子を分散したシリコーンオイル４６を基板４１,４３間に充填することで、反射型表示素子を構成した。なお、フッ素系媒体は１．２６の屈折率を有し、ＴｉＯ２ナノ粒子分散シリコーンオイルは、１．７６の屈折率を有する。
【００３６】
ガラス基板４１面に形成した透明導電膜４４と基板４３面上の微細凹凸形状付きＮｉ電極に電圧を印加することにより、ＴｉＯ２ナノ粒子分散シリコーンオイルが基板間を移動する。
【００３７】
図の左半分は電圧を印加した場合、右半分は電圧を印加しない場合を各々示す。
【００３８】
図示するように、電圧を印可すると、ＴｉＯ２ナノ粒子分散シリコーンオイルがＮｉ電極側に移動し、微細凹凸形状４５がＴｉＯ２ナノ粒子分散シリコーンオイルにより見かけ上埋められるので、入射光は、Ｎｉ電極状の微細凹凸形状を感じることなく反射されて、白表示ができる。
【００３９】
一方、電圧を印可しない場合には、ＴｉＯ２ナノ粒子分散シリコーンオイルが透明導電膜４４側に移動し、微細凹凸形状４５に吸収されて黒表示ができる。
【００４０】
この結果、微細凹凸形状近傍の平均的な屈折率場変化を制御し、反射と吸収状態を示すことが確認できた。
【００４１】
実施例３
図６に、微細凹凸形状加工を施したＮｉ電極板の第２の例を表す模式的な断面図を示す。
【００４２】
実施例１に用いられる微細凹凸形状加工を施したＮｉ電極板とは、周期とピッチが異なる微細凹凸形状加工を施したＮｉ電極板を用い、実施例1の構成で反射型表示素子を形成した。ガラス基板面に形成した透明導電膜と微細凹凸形状付きNi電極に電圧を印加することで液晶分子配向を変化させた。この結果、微細凹凸形状近傍の平均的な屈折率場変化を制御し、反射と吸収状態を示すことが確認できた。
【００４３】
実施例４
図７に、微細凹凸形状加工を施したＮｉ電極板の第３の例を表す模式的な断面図を示す。
【００４４】
図７に示すような、高さの異なる微細凹凸形状５２を施したＮｉ電極板を用いて、実施例１の構成で反射型表示素子を形成した。ガラス基板面に形成した透明導電膜と微細凹凸形状付きＮｉ電極に電圧を印加することで液晶分子配向を変化させた。この結果、微細凹凸形状近傍の平均的な屈折率場変化を制御し、反射と吸収状態を示すことが確認できた。
【００４５】
実施例５
図８に、微細凹凸形状加工を施したＮｉ電極板の第４の例を表す模式的な断面図を示す。
【００４６】
図８に示すような、周期とピッチ、および高さが異なる微細凹凸形状を用いて、実施例２の構成で反射型表示素子を形成した。ガラス基板面に形成した透明導電膜と微細凹凸形状付きNi電極に電圧を印加することで液晶分子配向を変化させた。この結果、微細凹凸形状近傍の平均的な屈折率場変化を制御し、反射と吸収状態を示すことが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る代表的な表示素子の一例の構成を表す断面図
【図２】入射光が微細凹凸形状のモスアイ構造により吸収される様子を示す図
【図３】入射光が微細凹凸形状のモスアイ構造により反射される様子を示す図
【図４】本発明の表示素子の第１の例の動作を説明するための模式的な断面図
【図５】本発明の表示素子の第２の例の動作を説明するための模式的な断面図
【図６】微細凹凸形状加工を施したＮｉ電極板の第２の例を表す模式的な断面図
【図７】微細凹凸形状加工を施したＮｉ電極板の第３の例を表す模式的な断面図
【図８】微細凹凸形状加工を施したＮｉ電極板の第４の例を表す模式的な断面図
【符号の説明】
【００４８】
１…透明基板、２…屈折率可変媒体、３…微細凹凸形状付き基板、２１，４１…透明基板、２２…屈折率可変媒、２３…微細凹凸形状付き基板、３１…透明基板、３２…液晶層、３３…微細凹凸形状付き基板、３４，４４…透明導電膜、４２…低屈折率媒体、４３…微細凹凸形状付き基板、４５…透明導電膜、４６…高屈折率媒体、４７…隔壁
【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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