(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が透過可能な第１の基板と、
前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された第１の光透過部材と、
屈折率を制御可能な部材からなり、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の光透過部材との屈折率の差により光の進行方向を決定する第２の光透過部材と、
前記第２の基板側に設けられた光反射体及び光吸収体とを有し、
前記第１の光透過部材及び前記第２の光透過部材のうち屈折率が相対的に高くなるほうの光透過部材を前記第１の基板及び前記２の基板のいずれか一方の基板側に配置し、他方の光透過部材を他方の基板側に配置し、且つ前記屈折率が相対的に高くなるほうの光透過部材の断面が凸レンズ形、前記他方の光透過部材の断面が凹レンズ形であることを特徴とする反射型表示素子。
【請求項２】
前記第２の光透過部材が液晶からなることを特徴とする請求項１に記載の反射型表示素子。
【請求項３】
前記光吸収体は、前記第１の光透過部材と前記第２の光透過部材との屈折率の差により光が集光する位置に配置され、前記光反射体はその周囲に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型表示素子。
【請求項４】
前記光反射体は、前記第１の光透過部材と前記第２の光透過部材とにより光が集光する位置に配置され、前記光吸収体はその周囲に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の反射型表示素子。
【請求項５】
光の反射率を制御する複数の反射型表示素子を有する表示パネルを備えた反射型表示装置において、
前記反射型表示素子が、
光が透過可能な第１の基板と、
前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された第１の光透過部材と、
屈折率を制御可能な部材からなり、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の光透過部材との屈折率の差により光の進行方向を決定する第２の光透過部材と、
前記第２の基板側に設けられた光反射体及び光吸収体とを有し、
前記第１の光透過部材及び前記第２の光透過部材のうち屈折率が相対的に高くなるほうの光透過部材を前記第１の基板及び前記２の基板のいずれか一方の基板側に配置し、他方の光透過部材を他方の基板側に配置し、且つ前記屈折率が相対的に高くなるほうの光透過部材の断面が凸レンズ形、前記他方の光透過部材の断面が凹レンズ形であることを特徴とする反射型表示装置。
【請求項６】
１つの画素領域内に複数の前記反射型表示素子を有することを特徴とする請求項５に記載の反射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の反射率を制御することにより明表示及び暗表示を実現する反射型表示素子及びその反射型表示素子を用いて画像などの表示を行う反射型表示装置に関し、特に高コントラスト且つ高輝度の表示を可能とする反射型表示素子及び反射型表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶表示装置は、薄くて軽量であるとともに、低電力で駆動できて消費電力を低減できるという長所があり、ＯＡ（office automation ）機器やその他の電子機器に広く使用されている。一般的に、液晶表示装置は、２枚の透明基板の間に液晶を挟んだ構造を有している。それらの透明基板の相互に対向する２つの面（対向面）のうち、一方の面には共通電極及び配向膜等が形成され、また他方の面側には薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）、画素電極及び配向膜等が形成されている。更に、各透明基板の対向面と反対側の面には、それぞれ偏光板が貼り付けられている。一般的な液晶表示装置では、裏面側にバックライトを配置し、画素毎に透過光量を制御することにより、所望の画像を表示するようになっている。
【０００３】
近年、携帯用電子機器の表示装置として反射型液晶表示装置が注目されている。反射型液晶表示装置ではバックライトが不要なため、より一層の低消費電力化及び軽量化が期待できる。
しかし、反射型液晶表示装置では、バックライトがないために表示が暗くなり、コントラストも低いという欠点がある。表示画面を明るくするためには偏光板を使用しないことが好ましく、従来から偏光板を使用しない表示装置も種々提案されている。
【０００４】
例えば、特開平６−３２４３１０号には、一対の基板の一方に鋸歯状（ジグ  ザグ状）の突起物を設け、基板間に液晶滴が高分子中に分散している液晶を充填した表示装置が記載されている。この表示装置においては、電圧を印加した状態では液晶層が透明であり、一方の基板側から入射した光は直進して他方の基板側へ透過する。液晶層に電圧を印加しない状態では、液晶層で散乱された光が突起物に入射し、突起物の傾斜面により更に光の進行方向が変化する。これにより、コントラストを向上させることができる。
【０００５】
しかし、この表示装置では、液晶滴が高分子中に分散している液晶を使用する。従って、液晶の体積に対する液晶と高分子との界面の表面積の比が必然的に大きくなる。このように、液晶と高分子との界面の表面積の比が大きくなると、界面特有の現象として電圧上昇時と電圧下降時において発生する透過率のヒステリシスが無視できないほど大きくなり、表示品質の低下を招く。
【０００６】
特開平６−２５８６７２号には、一対の基板の間に、断面が三角形の屈折体と液晶層とを設け、屈折体の傾斜面に対し所定の角度で光が入射するようにした光学素子（光学シャッター）が開示されている。この光学素子では、液晶層に電圧を印加しない状態では光が液晶層と屈折体との界面を通過して明表示となり、液晶層に所定の電圧を印加すると液晶層と屈折体との界面で光が全反射されて暗表示となる。
【０００７】
しかし、この光学素子では、液晶層と屈折体との界面で全反射した光が他の屈折体と液晶との界面に到達したときに、その入射角が臨界角よりも小さくなって界面を透過し、コントラストの低下の原因となることが考えられる。
特開平９−１５２５７９号には、一対の基板の間に、断面が鋸歯状の屈折体と液晶層とを設け、液晶層に印加する電圧を変化させることにより屈折率分布を変化させ、出射光の方向を変化させる屈折型液晶素子が開示されている。
【０００８】
しかし、この液晶素子では、ある画素領域で屈折された入射光が反射面で反射して他の画素領域から出射して、コントラストの低下を招くことが考えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来から種々の表示素子が提案されているが、いずれもコントラストの低下や表示品質の低下を招く可能性があり、満足できる表示品質を得るまでに至っていない。
以上から本発明の目的は、輝度及びコントラストが高く、良好な表示品質の画像を表示できる反射型表示素子及びその反射型表示素子を用いた反射型表示装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の反射型表示素子は、光が透過可能な第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された第１の光透過部材と、屈折率を制御可能な部材からなり、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の光透過部材との屈折率の差により光の進行方向を決定する第２の光透過部材と、前記第２の基板側に設けられた光反射体及び光吸収体とを有し、前記第１の光透過部材及び前記第２の光透過部材のうち屈折率が相対的に高くなるほうの光透過部材を前記第１の基板及び前記２の基板のいずれか一方の基板側に配置し、他方の光透過部材を他方の基板側に配置し、且つ前記屈折率が相対的に高くなるほうの光透過部材の断面が凸レンズ形、前記他方の光透過部材の断面が凹レンズ形であることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、第２の基板側に光反射体及び光吸収体を設けておく。また、本発明においては、第２の光透過部材の屈折率を変化させて、光の進行方向を制御する。これにより、光を光吸収体に集光させたときは反射光がほとんどなく、暗表示となる。また、光を光反射体に集光させたときは、大部分の光が反射され、明表示となる。このように、本発明では、光吸収体で光を吸収したり光反射体で光を反射するので、輝度及びコントラストが高く、良好の表示品質の画像を表示することができる。
【００１２】
第２の光透過部材としては、例えば液晶を使用することができる。液晶は印加電圧に応じて平均屈折率が異常光屈折率と常光屈折率との間で変化するので、中間階調の表示も可能となる。
第１の光透過部材は、屈折率が液晶の異常光屈折率及び常光屈折率のいずれか一方と実質的に等しく、他方との差が大きいものであることが好ましい。第１の光透過部材の屈折率が液晶の異常光屈折率と等しい場合は、第１の光透過部材と第２の光透過部材との界面を光が直進する。
【００１３】
第１の基板と第２の基板との間にカラーフィルタを配置すると、カラー表示が可能になる。カラーフィルタは、例えば着色感光性樹脂を使用して形成することができる。
第１の基板と第２の基板との間の間隔を一定に維持するために、障壁を設けることが好ましい。この場合、画素間に光を吸収する部材により障壁を設けると、画素間の光漏れを防止し、コントラストを向上させることができる。また、光を反射する部材により障壁を形成した場合も、同様の効果を得ることができる。
【００１４】
本発明の反射型表示装置は、光の反射率を制御する複数の反射型表示素子を有する表示パネルを備えた反射型表示装置において、前記反射型表示素子が、光が透過可能な第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置された第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された第１の光透過部材と、屈折率を制御可能な部材からなり、前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置され、前記第１の光透過部材との屈折率の差により光の進行方向を決定する第２の光透過部材と、前記第２の基板側に設けられた光反射体及び光吸収体とを有し、前記第１の光透過部材及び前記第２の光透過部材のうち屈折率が相対的に高くなるほうの光透過部材を前記第１の基板及び前記２の基板のいずれか一方の基板側に配置し、他方の光透過部材を他方の基板側に配置し、且つ前記屈折率が相対的に高くなるほうの光透過部材の断面が凸レンズ形、前記他方の光透過部材の断面が凹レンズ形であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の反射型表示装置は、上記した構造の複数の反射型表示素子を有する１又は複数の表示パネルにより構成される。各表示素子でそれぞれ光の反射率を制御することにより、所望の画像を表示することができる。なお、複数の反射型表示素子により１つの画素が構成されていてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態の反射型表示素子を示す斜視図、図２は同じくその反射型表示素子の断面図である。なお、図１では、図２に示した透明電極２１及び配向膜１３，２３の図示を省略している。
【００１７】
この反射型表示素子は、対向して配置された一対のガラス基板１０，２０と、それらの間に封入された液晶１５とにより構成されている。ガラス基板１０の一方の面（図では上面）にはＡｌ（アルミニウム）からなる光反射膜１１が形成されている。この反射膜１１の中央部分の上には、黒色樹脂からなる矩形の光吸収体１２が設けられている。また、ガラス基板１０の上には水平配向膜１３が形成されており、この水平配向膜１３により反射膜１１及び光吸収体１２の表面が覆われている。
【００１８】
一方、ガラス基板２０の下面にはＩＴＯ（indium-tin oxide：インジウム酸化スズ）からなる透明電極２１が形成されており、透明電極２１の下には断面が凹レンズ形の樹脂層２２が形成されている。この樹脂層２２の表面（凹面）は、水平配向膜２４により覆われている。この樹脂層２２により、ガラス基板１０とガラス基板２０との間にはほぼドーム形の空間が形成され、その空間内に液晶１５が充填されている。
【００１９】
樹脂層２２は、屈折率が液晶１５の異常光屈折率ｎe 又は常光屈折率ｎo のいずれか一方と等しく、液晶１５の異常光屈折率ｎe 又は常光屈折率ｎo のいずれか他方との差が大きいことが好ましい。この例では、樹脂層２２の屈折率が１．５、液晶１５の異常光屈折率ｎe が１．７５、液晶１５の常光屈折率ｎo が１．５であるとする。
【００２０】
なお、基板２０は光を透過する必要があり、透明のガラス又はプラスチック等からなることが必要であるが、基板１０は必ずしも透明である必要はない。
このように構成された反射型表示素子において、図示しない制御回路から反射膜１１と透明基板２１との間に電圧が印加されるようになっている。
図３，図４は上述のように構成された反射型表示素子の動作を説明する説明図である。図３は電圧無印加時の状態を示し、図４は電圧印加時の状態を示している。また、図３（ａ），図４（ａ）は上側から見たときの図、図３（ｂ），図４（ｂ）は横から見たときの光の経路を示している。
【００２１】
反射膜１１と透明電極２１と間に電圧を印加していない状態では、液晶１５の平均屈折率が異常光屈折率ｎe と等しく、樹脂層２２の屈折率に比べて大きいので、図３（ｂ）に示すように、ガラス基板２０側から入射した光が樹脂層２２と液晶１５との界面で屈折され、黒色樹脂からなる光吸収体１２に集光する。従って、この状態では図３（ａ）に示すように黒表示（暗表示）となる。
【００２２】
一方、反射膜１１と透明電極２１との間に十分に高い電圧を印加した状態では、液晶１５の平均屈折率が常光屈折率ｎo と等しくなり、樹脂層２２の屈折率と同じになるので、図４（ｂ）に示すように、ガラス基板２０側から入射した光が直進し、大部分の光が反射膜１１で反射される。従って、この状態では図４（ａ）に示すように、光が吸収される面積が小さく、白表示（明表示）になる。
【００２３】
反射膜１１と透明電極２１との間に印加する電圧に応じて液晶の平均屈折率ｎavは常光屈折率ｎo と異常光屈折率ｎe との間で変化する。液晶の平均屈折率ｎavは、下記数式１により求めることができる。
【００２４】
【数１】
0004499218.tif 000002
【００２５】
但し、θは水平配向しているネマティック液晶のチルト角である。
図５は横軸に液晶の平均屈折率ｎavをとり、縦軸に反射型表示素子の反射率をとって、両者の関係を示す図である。この図５からわかるように本実施の形態の反射型表示素子は、印加電圧を変化させて反射率を調整することができるので、中間階調の表示も可能である。
【００２６】
図６，図７は本実施の形態の反射型表示素子の製造方法を示す断面図である。
なお、この例では４個の反射型表示素子により１つの画素が構成され、多数の画素により画像表示装置が構成される場合について説明するが、１個の反射型表示素子で１つの画素が構成されていてもよく、２個若しくは３個の反射型表示素子又は５個以上の反射型表示素子で１つの画素が構成されていてもよい。
【００２７】
まず、図６（ａ）に示すように、ガラス基板２０の上にＩＴＯを約０．１μｍの厚さに堆積させて、透明電極２１を形成する。その後、透明電極２１の上に透明アクリル樹脂を塗布して、樹脂層２２を形成する。アクリル樹脂としては、例えばＪＡＬＳ社製ＰＣ−３３５を使用することができる。
次に、図６（ｂ）に示すように、下面に波形の凹凸が設けられたスタンパー（金型）２８を使用し、このスタンパー２８をアクリル樹脂が軟化する温度に加熱しつつ、樹脂層２２に押し当てる。これにより、図６（ｃ）に示すように、樹脂層２２の表面がスタンパー２８の表面に倣った形状に成形される。その後、樹脂層２２の表面上に水平配向膜２４（図２参照）を５００〜１０００Åの厚さに形成する。水平配向膜２４としては、例えばＪＳＲ社製ＡＬ３５０６Ｌを使用することができる。
【００２８】
一方、図７（ａ）に示すようにガラス基板１０の上に、蒸着法等の方法によりＡｌを堆積させてＡｌ膜を形成し、ホトリソグラフィ法によりＡｌ膜をパターニングして反射膜１１を形成する。また、各反射膜１１の間を通るバスライン１６と、バスライン１６に接続されて各反射膜１１に選択的に電圧を供給する薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）とを形成する。なお、反射膜１１は、Ａｇ等の金属や誘電体多層膜により形成してもよい。但し、誘電体多層膜により形成する場合は、別に電極を形成することが必要である。
【００２９】
図８はこの工程をより詳細に示す平面図、図９は図８のＴＦＴ３０の形成部における断面図である。なお、図８中の破線は、１つの画素を構成する４つの反射型表示素子の境界線を示している。
走査バスライン１６ａ及びＴＦＴ３０のゲート電極３１は上記したＡｌ膜により反射膜１１と同時に形成する。その後、基板１０上の全面に例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜３２を形成し、絶縁膜３２上のＴＦＴ形成領域にアモルファスシリコン膜３３を選択的に形成する。次に、アモルファスシリコン膜３３の両端部に、それぞれコンタクト用のｎ+ アモルファスシリコン膜３４を形成する。その後、反射膜１１が露出するコンタクト孔（図示せず）を形成した後、基板１０の上側全面に金属膜を形成する。その金属膜をパターニングし、データバスライン１６ｂと、前記のコンタクト孔を介して反射膜１１に電気的に接続したソース電極３５と、データバスライン１６ｂに接続したドレイン電極３６とを形成する。
【００３０】
このようにして反射膜１１、バスライン１６（走査バスライン１６ａ及びデータバスライン１６ｂ）及びＴＦＴ３０を形成した後、図７（ｂ）に示すように、反射膜１１の上に、黒色樹脂からなる矩形の光吸収体１２を数〜数十μｍの厚さで形成する。本実施の形態では、４個の反射型表示素子により１つの画素を構成するので、１つの反射膜１１の上に４つの光吸収体１２を形成する。なお、光吸収体１２は黒色樹脂以外の材料により形成してもよい。例えば、光吸収体１２を酸化クロム膜−クロム膜−酸化クロム膜の３層構造の薄膜により形成しても、光吸収性のよい膜を得ることができる。
【００３１】
次に、図７（ｃ）に示すように、ガラス基板１０の上に、各素子領域を分割する障壁１４を形成する。この障壁１４は黒色樹脂からなり、光吸収体１２と同じかそれよりも厚く形成する。障壁１４は、図１０（ａ）に示すように、素子列と素子列との間にのみ（縦方向のみ）形成してもよく、図１０（ｂ）に示すように、縦方向及び横方向に形成して各反射型表示素子領域をそれぞれ分割するようにしてもよい。その後、ガラス基板１０の上側全面に水平配向膜１３（図２参照）を形成する。
【００３２】
次いで、図２に示すように、ガラス基板１０とガラス基板２０とをそれぞれ光吸収体１２及び樹脂層２２を形成した面を向かい合わせ、且つ樹脂層２２の先端部分を障壁１４に接触させて配置する。そして、これらのガラス基板１０，２０の間に液晶１５を封入する。これにより、本実施の形態の反射型表示素子を有する画像表示装置が完成する。
【００３３】
本実施の形態の反射型表示素子は、偏光板を使用することなく暗表示（黒表示）、明表示（白表示）及び中間階調表示が可能であり、明るくコントラストが高い画像を表示することができる。
また、本実施の形態においては、各素子の境界部分に黒色樹脂からなる障壁１４を設けているので、図１１に示すように斜め方向から入射した光が反射膜１１で反射した後に障壁１４に吸収される。これにより、斜め方向から入射した光が他の画素に進入することを防止できて、良好な表示品質が得られる。
【００３４】
なお、障壁１４を反射体により形成してもよい。例えば、図１２は障壁１４を樹脂とＡｌ蒸着膜とにより形成した例を示している。この例では、樹脂層の屈折率と液晶の屈折率とが等しい場合を示している。この場合、斜め方向から入射した光は反射膜１１及び障壁１４で反射されて、入射した方向に戻る。このため、他の画素への進入が回避され、良好な表示品質を得ることができる。
【００３５】
ところで、樹脂層２３の下側曲面は、楕円体の曲面の一部として近似することができる。この場合、曲率を変化させることにより集光位置が変化する。明るくコントラストが高い画像を表示するためには、光吸収体１２を集光位置に配置することが効果的である。
図１３は、樹脂層の屈折率を１．５とし、液晶の屈折率（ｎ）を１．７５として、樹脂層の凹面（楕円体の面）の垂直方向（縦方向）の半径ＲV を一定とし、水平方向（横方向）の半径ＲH を１．５から５．５まで変化させ、それぞれの焦点位置を求めたシミュレーション結果を示す図である。この図１３から、水平方向の半径を大きくすると焦点位置が凹面から遠くなることがわかる。
【００３６】
図１４は、樹脂層の屈折率を１．５、液晶層の屈折率を１．７、１．７５、１．８、凹面の垂直方向（縦方向）の半径ＲV を５としたときの水平方向（横方向）の半径ＲH と開口率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。但し、集光位置の一番浅い面に反射膜を配置したときに点状に光吸収膜を配置しなければならない面積を考慮して開口率を求めている。この図から、凹面を近似する楕円体の垂直方向の半径ＲV を５とした場合に、開口率を高くするためには、水平方向の半径ＲH が２以上であること、すなわち水平方向半径ＲH と垂直方向半径ＲV との比ＲH ／ＲV を０．４以上とすることが必要であることがわかる。
但し、図１３からわかるように、水平方向半径ＲH と垂直方向半径ＲV との比ＲH ／ＲV が０．８を超えると集光位置が深くなり、液晶層を厚くする必要がある。しかし、液晶層を厚くすると電極間が離れてしまうため、画素毎の透過率の制御が難しくなるという問題が発生する。このため、水平方向半径ＲH と垂直方向半径ＲV との比ＲH ／ＲV は０．４〜０．８であることが好ましい。
【００３７】
（第２の実施の形態）
図１５は本発明の第２の実施の形態の反射型表示素子を示す斜視図である。なお、本実施の形態が第１の実施の形態と異なる点は、樹脂層及び光吸収体の形状が異なる点にあり、その他の構成は基本的に第１の実施の形態と同様である。このため、図１５において、図１と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００３８】
本実施の形態においては、ガラス基板２０側に形成された樹脂層２２ａが半円筒形（semicylindrical ）の曲面を有しており、ガラス基板１０とガラス基板２０との間に半円筒形の空間を形成している。液晶１４は、この半円筒形の空間内に充填されている。
一方、ガラス基板１０側に形成された光吸収体１２ａは、液晶１４が充填されている半円筒形の空間の軸方向に沿って直線状に形成されている。
【００３９】
本実施の形態においては、第１の実施の形態に比べて光吸収体１２ａの面積が大きくなりコントラストが若干低下するものの、樹脂層２２ａの形状が単純であるので、製造が容易であるという利点がある。
（第３の実施の形態）
図１６は本発明の第３の実施の形態の反射型表示素子を示す斜視図である。なお、図１６において、図１，図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００４０】
本実施の形態においては、ガラス基板２０側に形成された樹脂層２２ｂの断面が凸レンズ形をしている。この樹脂層２２ｂは、屈折率が液晶１５の異常光屈折率ｎe とほぼ等しい樹脂により形成されている。
本実施の形態では、電圧無印加時には樹脂層２２ｂの屈折率と液晶１５の平均屈折率が等しいので、基板２０側から入射した光は樹脂層２２ｂ及び液晶１５の界面を直進し、大部分の光が反射膜１１で反射される。従って、電圧無印加の状態では白表示（明表示）となる。一方、反射膜１１と透明電極２１との間に十分な電圧を印加した状態では、液晶１５の平均屈折率が樹脂層２２ｂの屈折率よりも小さくなるので、基板２０側から入射した光は樹脂層２２ｂと液晶１５との界面で屈折され、光吸収体１２の位置に集光する。従って、このときは黒表示（暗表示）となる。
【００４１】
図１７は本実施の形態の反射型表示素子の製造方法を工程順に示す断面図である。
まず、図１７（ａ）に示すように、ガラス基板２０上の全面にＩＴＯからなる透明電極２１を形成する。次に、透明電極２１の上に感光性アクリル樹脂２２ｃを塗布する。このとき、感光性アクリル樹脂２２ｃの塗布厚さは形成する樹脂層２２ｂの厚さに応じて決定する。
【００４２】
次に、図１７（ｂ）に示すように、所定のパターンが設けられたフォトマスク２７を使用して感光性アクリル樹脂２２ｃをＵＶ（紫外線）露光する。その後、感光性アクリル樹脂２２ｂに対し現像処理を施す。これにより、図１７（ｃ）に示すように、感光したアクリル樹脂が除去されて、アクリル樹脂２２ｃが所望のパターン形状に残る。
【００４３】
次いで、アクリル樹脂２２ｃの軟化温度よりも高い温度（例えば１３５℃程度）に加熱することによりアクリル樹脂２２ｃを若干リフローさせて、断面が凸レンズ形の樹脂層２２ｂを形成する。その後、樹脂層２２ｂの上に水平配向膜２３を形成する（図１６参照）。
一方、ガラス基板１０の上に反射膜１１、光吸収体１２及び障壁等を形成し、それらの上に配向膜１３を形成する。
【００４４】
次いで、ガラス基板１０とガラス基板２０と対向させて配置し、その間に液晶５７を充填する。これにより、本実施の形態の反射型表示素子が完成する。
（第４の実施の形態）
図１８は本発明の第４の実施の形態の反射型表示素子を示す断面図である。
この反射型表示素子は、対向して配置された一対のガラス基板４０，５０と、それらの間に封入された液晶５７とにより構成されている。ガラス基板４０の一方の面（図では上面）にはＡｌからなる反射膜４１が形成されている。この反射膜４１の中央部分の上には、黒色樹脂からなる矩形の光吸収体４２が設けられている。また、反射膜４１の上には断面が凹レンズ形の樹脂層４３が形成されており、光吸収体４２は樹脂層４３に覆われている。この樹脂層４３の曲面上には水平配向膜４４が形成されている。
【００４５】
一方、ガラス基板５０の下にはＩＴＯからなる透明電極５１が形成されており、透明電極１１の下には水平配向膜５２が形成されている。ガラス基板４０とガラス基板５０との間には素子領域間を分離するとともに基板間隔を一定に維持するための障壁（図示せず）が設けられており、樹脂層４３により形成される基板５０との間の断面が凸レンズ形の空間内に液晶５７が充填されている。本実施の形態においても、樹脂層５７の屈折率が１．５、液晶５７の異常光屈折率ｎe が１．７５、常光屈折率ｎo が１．５であるとする。
【００４６】
このように構成された反射型表示素子において、図示しない制御回路から反射膜４１と透明電極５１との間に電圧が印加されるようになっている。
図１９，図２０は上述のように構成された反射型液晶表示素子の動作を説明する説明図である。図１９は電圧無印加時の状態を示し、図２０は電圧印加時の状態を示している。また、図１９（ａ），図２０（ａ）は上から見たときの図、図１９（ｂ），図２０（ｂ）は光の経路を示している。
【００４７】
反射膜４１と透明電極５１との間に電圧を印加しない状態では、液晶５７の平均屈折率が樹脂層４２の屈折率よりも大きいので、図１９（ｂ）に示すように、ガラス基板５０側から入射した光が樹脂層４３と液晶５７との界面で屈折され、黒色樹脂からなる光吸収体４２に集光する。従って、この状態では図１９（ａ）に示すように黒表示となる。
【００４８】
一方、反射膜４１と透明電極５１との間に十分に高い電圧を印加すると、液晶５７の平均屈折率が樹脂層４３の屈折率と同じになるので、図２０（ｂ）に示すように、ガラス基板５０側から入射した光が直進し、大部分の光が反射膜４１で反射される。従って、この状態では図２０（ａ）に示すように、光が吸収される面積が小さく、白表示になる。また、反射膜４１と透明電極５１との間に印加する電圧に応じて、第１の実施の形態と同様に、中間階調の表示も可能である。
【００４９】
図２１は、樹脂層４４の屈折率が１．５、液晶４７の屈折率が１．８、樹脂層４４の曲面を近似する楕円体の垂直方向（縦方向）の半径ＲV を５として、楕円体の水平方向（横方向）の半径ＲH と開口率との関係をシミュレーションした結果を示す図である。但し、集光位置の一番浅い面に反射膜４１を配置したときの開口率を計算している。この図２１からわかるように、楕円体の垂直方向半径ＲV を５とした場合、水平方向の半径ＲH が７．５以上、すなわちＲH ／ＲV を１．２５以上とすることが好ましい。この場合、液晶層の厚みは電気的制御が容易な任意の厚さに設定できる。なお、入射光が高屈折率側から低屈折率側に進行する場合、高屈折率側の曲面を近似する楕円体の水平方向の半径ＲH と垂直方向の半径ＲV との比のより好ましい値は２以上である。
【００５０】
（第５の実施の形態）
図２２は本発明の第５の実施の形態の反射型表示素子の構成を示す断面図である。なお、図２２において、図２と同一物には同一符号を付している。
この反射型表示素子は、対向して配置された一対のガラス基板６０、２０と、それらの間に封入された液晶１５とにより構成されている。ガラス基板６０の一方の面には導電性の黒色樹脂膜６１が形成されており、黒色樹脂膜６１の中央部分の上にはＡｌからなる矩形の光反射体６３が形成されている。黒色樹脂膜６１及び光反射体６３の上には水平配向膜６２が形成されている。
【００５１】
一方、ガラス基板２０の下面側には、第１の実施の形態と同様に、ＩＴＯからなる透明電極２１と、断面が凹レンズ形の樹脂層２２とが形成されており、樹脂層２２の凹面上には水平配向膜２３が形成されている。
本実施の形態においても、樹脂層２２の屈折率が１．５、液晶１５の異常光屈折率ｎe が１．７５、液晶１５の常光屈折率ｎo が１．５であるとする。
【００５２】
本実施の形態において、黒色樹脂膜６１と透明電極２１との間に電圧を印加しない状態では、図２３に示すように、ガラス基板２０側から入射した光は樹脂層２２と液晶層１５との界面で屈折し、光反射体６３に集光する。そして、光反射体６３で反射された光は、液晶層１５から樹脂層２２を通って、入射した方向に戻る。このため、本実施の形態においては、黒色樹脂膜６１と透明電極２１との間に電圧を印加していない状態では白表示となる。
【００５３】
一方、黒色樹脂膜６１と透明電極２１との間に十分高い電圧を印加すると、樹脂層２２の屈折率と液晶層１５の平均屈折率とがほぼ同じになり、ガラス基板２０側から入射した光が直進してその大部分が黒色樹脂膜６１で吸収される。このため、黒表示となる。
本実施の形態では、第１の実施の形態と異なり電圧を印加しない状態では白表示となるが、黒色樹脂膜６１と透明電極２１との間に印加する電圧を制御することにより、第１の実施の形態と同様に黒表示、白表示及び中間階調表示が可能となる。
【００５４】
なお、上記の実施の形態では、ガラス基板２０側に断面が凹レンズ形の樹脂層２２を形成した場合について説明したが、第３の実施の形態のようにガラス基板６０側に断面が凸レンズ形の樹脂層を設けてもよい。
（第６の実施の形態）
図２４は本発明の第６の実施の形態の３板式投写型表示装置を示す図である。
反射型液晶パネル１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂは、いずれも上述した第１〜第５の実施の形態のいずれか１つに示す構造の反射型表示素子を縦方向及び横方向に多数配列して構成されている。
【００５５】
光源（図示せず）から放出した光はレンズ１０１，１０２を介してプリズム１０３に入り、このプリズム１０３とプリズム１０４との界面で反射されてプリズム１０５に入る。そして、このプリズム１０５とプリズム１０６との界面で青色成分の光（以下、青色光という）のみが反射され、赤色成分（以下、赤色光という）及び緑色成分（以下、緑色光という）の光がプリズム１０６に進入する。プリズム１０５とプリズム１０６との界面で反射された青色光はプリズム８５の他の面で反射された後、青色画像生成用反射型液晶パネル１００Ｂに入る。そして、この反射型液晶パネル１００Ｂにより青色画像が生成される。この青色画像はプリズム１０５の他の面で反射され、更にプリズム１０５とプリズム１０６との界面で反射された後、プリズム１０３，１０４を透過してプロジェクタレンズ１０８に到達する。
【００５６】
また。プリズム１０５，１０６の界面を透過した光は、プリズム１０６，１０７の界面で反射される赤色光と、プリズム１０６，１０７の界面を透過する緑色光とに分離される。プリズム１０６，１０７の界面で反射された赤色光は、プリズム１０５，１０６の界面で反射されて赤色画像生成用反射型液晶パネル１００Ｒに入る。そして、この反射型液晶パネル１００Ｒにより赤色画像が生成される。この赤色画像は、プリズム１０５，１０６の界面で反射され、更にプリズム１０６，１０７の界面で反射された後、プリズム１０５，１０３，１０４を透過してプロジェクタレンズ１０８に到達する。
【００５７】
更に、プリズム１０６，１０７の界面を透過した緑色光は、緑色画像生成用反射型液晶パネル１００Ｇに入る。そして、この反射型液晶パネル１００Ｇにより緑色画像が生成される。この緑色画像は、プリズム１０７，１０６，１０５，１０３，１０４を透過してプロジェクタレンズ１０８に到達する。
プロジェクタレンズ１０８は、これらの赤色画像、緑色画像及び青色画像を合成してスクリーン（図示せず）に投写する。これにより、フルカラーの画像を得ることができる。
【００５８】
（第７の実施の形態）
図２５（ａ）〜（ｄ），図２６はいずれも本発明の第７の実施の形態の反射型表示素子を示す断面図である。本実施の形態では、本発明をカラー表示装置に適用した例を示す。なお、これらの図２５，図２６において、図１，図２と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００５９】
図２５（ａ）に示す反射型表示素子では、ガラス基板２０と透明電極２１との間にカラーフィルタ７１を設けている。図２５（ｂ）に示す反射型表示素子では、反射膜１１の上にカラーフィルタ７２を設けている。これらのカラーフィルタ７１，７２は、赤色、緑色又は青色の樹脂又は誘電体多層膜からなる。
図２５（ｃ）に示す反射型表示素子では、樹脂層７３を赤色、緑色又は青色の樹脂により形成し、カラーフィルタとしている。但し、この場合も、樹脂層７３は、屈折率が液晶１５の異常光屈折率又は常光屈折率のいずれか一方とほぼ等しく、他方との差が大きい樹脂により形成されていることが必要である。カラーフィルタを樹脂により形成する場合は、顔料を分散した感光性レジストを使用すると容易に形成することができる。
【００６０】
図２５（ｄ）に示す反射型表示素子では、液晶７４としてゲストホスト液晶を使用している。ゲストホスト液晶としては、染料を混合した液晶を用いることができる。赤色用液晶としては例えば三菱化学製のＬＨＲ−０３１Ｃ（液晶：ＺＬＩ１５６５）、青色用液晶としては三菱化学製のＬＨＲ−０３８Ｂ−２（液晶：ＺＬＩ１８４０）、緑色用液晶としては三菱化学製のＬＨＲ−０１０Ｂ（液晶：ＺＬＩ１８４０）を使用することができる。
【００６１】
図２６に示す反射型表示素子では、ガラス基板１０の上に導電性黒色樹脂７５が形成されており、その中央部の上にはＡｌからなる光反射体７６が形成されている。また、光反射体７６の表面は、赤色、緑色又は青色の樹脂からなるカラーフィルタ７７に覆われている。
（第８の実施の形態）
図２７は本発明の第８の実施の形態の反射型表示素子を示す断面図である。この図２７において、図１と同一物には同一符号を付してその詳しい説明は省略する。
【００６２】
この反射型表示素子は、対向して配置された一対のガラス基板８０，２０と、それらの間に封入された液晶１５とにより構成されている。ガラス基板８０の上にはＡｌ又はその他の導電体からなる電極８１が形成されている。また、電極８１の上には誘電体多層反射膜８２が形成されており、誘電体多層膜８２の上の中央部分には黒色樹脂からなる光吸収体８３が形成されている。また、誘電体多層膜８２及び光吸収体８３の上には水平配向膜８４が形成されている。
【００６３】
図２８は誘電体多層膜８２の構造を示す模式図である。誘電体多層膜８２は、ＳｉＯ2 膜（屈折率ｎs ＝１．５）とＴｉＯ2 膜（屈折率ｎt ＝２．２）とを交互に蒸着して形成されており、厚みｄに応じた所定の波長の光を反射する。すなわち、光学的厚みｎ×ｄが反射光（赤色光、緑色光又は青色光）の中心波長の１／４になるように誘電体多層膜８２の厚みｄが決定されている。
【００６４】
誘電体多層反射膜で反射される光の中心波長の反射率Ｒは、下記数式２で示すことができる。
【００６５】
【数２】
0004499218.tif 000003
【００６６】
但し、ｐは下記数式３で表わされる。
【００６７】
【数３】
0004499218.tif 000004
【００６８】
但し、Ｎは全層数、ｎg はガラス基板の屈折率である。
例えば、緑色光の場合、中心波長が５５０ｎｍとすると、ＳｉＯ2 膜の厚みｄをｄ＝５５０／１．５（ｎｍ）、ＴｉＯ2 膜の厚みｄをｄ＝５５０／２．２（ｎｍ）とする。そして、これらのＳｉＯ2 膜とＴｉＯ2 膜とを交互に５層重ねることにより、反射率が９８％の反射膜を形成することができる。青色又は赤色の場合も同様に、厚みｄを計算してそれぞれ多層膜を形成することができる。
【００６９】
図２９は本実施の形態の反射型表示素子を用いたカラー表示装置を示す平面図である。画素９０Ｒは、赤色光を選択的に反射するように誘電体多層反射膜８２の膜厚及び層数が決定されている。同様に、画素９０Ｇは緑色光を選択的に反射するように誘電体多層反射膜８２の膜厚及び層数が決定されており、画素９０Ｂは青色光を選択的に反射するように誘電体多層反射膜８２の膜厚及び層数が決定されている。そして、これらの画素９０Ｒ，９０Ｇ，９０Ｂを１組とし、フルカラーの表示を可能としている。
【００７０】
（付記）
（１）請求項１において、前記第２の光透過部材は液晶からなることが好ましい。
（２）請求項３において、前記第１の光透過部材及び前記第２の光透過部材のうち屈折率が高いほうの光透過部材を前記第２の基板側に配置し、屈折率が低いほうを前記第１の基板側に配置した場合に、前記屈折率が高いほうの光透過部材の曲面を楕円形で近似すると該楕円形の前記第２の基板の面に平行な方向の半径ＲH と前記第２の基板の面に垂直な方向の半径ＲV との比ＲH ／ＲV が０．４乃至０．８であることが好ましい。
【００７１】
（３）請求項３において、前記第１の光透過部材及び前記第２の光透過部材のうち屈折率が高いほうの光透過部材を前記第１の基板側に配置し、屈折率が低いほうを前記第２の基板側に配置した場合に、前記屈折率が高いほうの光透過部材の曲面を楕円形で近似すると、該楕円形の前記第１の基板の面に平行な方向の半径ＲH と前記第１の基板の面に垂直な方向の半径ＲV との比ＲH ／ＲV が２以上であることが好ましい。
【００７２】
（４）請求項１において、前記光反射体が導電性を有することが好ましい。
（５）請求項１において、前記光吸収体が導電性を有することが好ましい。
（６）請求項１において、前記光反射体が誘電体多層膜からなることが好ましい。
（７）請求項１において、前記第１の基板と前記第２の基板との間にカラーフィルタを有することが好ましい。
【００７３】
（８）請求項１において、前記第２の光透過部材がゲストホスト型液晶からなることが好ましい。
（９）請求項１において、前記第１の基板と前記第２の基板との間の間隔を一定に維持する障壁を有することが好ましい。
（１０）（９）において、前記障壁が光を吸収する部材からなることが好ましい。
【００７４】
（１１）（９）において、前記障壁が光を反射する部材からなることが好ましい。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第２の光透過部材の屈折率を制御することにより光の進行方向を決定し、光吸収体により吸収される光の割合又は光反射体により反射される光の割合を制御するので、明るくコントラストが高い画像を表示することができる。また、バックライト等が不要であり、小型、軽量且つ低消費電力の表示装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１の実施の形態の反射型表示素子を示す斜視図である。
【図２】図２は第１の実施の形態の反射型表示素子の断面図である。
【図３】図３は第１の実施の形態の反射型表示素子の電圧無印加時の光の経路を示す図である。
【図４】図４は第１の実施の形態の反射型表示素子の電圧印加時の光の経路を示す図である。
【図５】図５は液晶の平均屈折率と反射率との関係を示す図である。
【図６】図６は第１の実施の形態の反射型表示素子の製造方法を示す断面図（その１）である。
【図７】図７は第１の実施の形態の反射型表示素子の製造方法を示す断面図（その２）である。
【図８】図８はＴＦＴ形成時の１画素領域における平面図である。
【図９】図９はＴＦＴ形成部における断面図である。
【図１０】図１０は障壁の形状を示す平面図である。
【図１１】図１１は障壁による光の吸収を示す模式図である。
【図１２】図１２は障壁による光の反射を示す模式図である。
【図１３】図１３は樹脂層の曲面を近似する楕円体の横方向の半径と焦点位置との関係を示す図である。
【図１４】図１４は楕円体の横方向の半径と開口率との関係を示す図である。
【図１５】図１５は本発明の第２の実施の形態の反射型表示素子を示す斜視図である。
【図１６】図１６は本発明の第３の実施の形態の反射型表示素子を示す断面図である。
【図１７】図１７は第３の実施の形態の反射型表示素子の製造方法を示す断面図である。
【図１８】図１８は本発明の第４の実施の形態の反射型表示素子を示す断面図である。
【図１９】図１９は第４の実施の形態の反射型表示素子の電圧無印加時の光の経路を示す図である。
【図２０】図２０は第４の実施の形態の反射型表示素子の電圧印加時の光の経路を示す図である。
【図２１】図２１は樹脂層の曲面を近似する楕円体の横方向の半径と開口率との関係を示す図である。
【図２２】図２２は本発明の第５の実施の形態の反射型表示素子の構成を示す断面図である。
【図２３】図２３は第５の実施の形態の反射型表示素子の電圧無印加時の光の経路を示すずである。
【図２４】図２４は本発明の第６の実施の形態の投写型表示装置を示す図である。
【図２５】図２５（ａ）〜（ｄ）はいずれも本発明の第７の実施の形態の反射型表示素子を示す断面図（その１）である。
【図２６】図２６は本発明の第７の実施の形態の反射型表示装置を示す断面図（その２）である。
【図２７】図２７は本発明の第８の実施の形態の反射型表示素子を示す断面図である。
【図２８】図２８は第８の実施の形態の反射型表示素子の誘電体多層膜の構造を示す模式図である。
【図２９】図２９は第８の実施の形態の反射型表示素子を用いたカラー表示装置を示す平面図である。
【符号の説明】
１０，２０，４０，５０，６０，８０  ガラス基板、
１１，４１  光反射膜、
１２，１２ａ，４２，８３  光吸収体、
１３，２３，４４，５２，６２  配向膜、
１４  障壁、
１５，５７  液晶、
１６  バスライン、
２１，５１  透明電極、
２２，２２ａ，２２ｂ，４３  樹脂層、
３０  ＴＦＴ、
６１，７５  導電性黒色樹脂膜、
６３，７６  光反射体、
７１，７２，７７  カラーフィルタ、
７３  カラー樹脂層、
７４  ゲストホスト液晶、
８１  電極、
８２  誘電体多層膜、
８６  ＳｉＯ2 膜、
８７  ＴｉＯ2 膜、
１００Ｒ，１００Ｇ，１００Ｂ  液晶パネル、
１０３〜１０７  プリズム、
１０８  投射レンズ。
【図１】
0004499218.tif 000005
【図２】
0004499218.tif 000006
【図３】
0004499218.tif 000007
【図４】
0004499218.tif 000008
【図５】
0004499218.tif 000009
【図６】
0004499218.tif 000010
【図７】
0004499218.tif 000011
【図８】
0004499218.tif 000012
【図９】
0004499218.tif 000013
【図１０】
0004499218.tif 000014
【図１１】
0004499218.tif 000015
【図１２】
0004499218.tif 000016
【図１３】
0004499218.tif 000017
【図１４】
0004499218.tif 000018
【図１５】
0004499218.tif 000019
【図１６】
0004499218.tif 000020
【図１７】
0004499218.tif 000021
【図１８】
0004499218.tif 000022
【図１９】
0004499218.tif 000023
【図２０】
0004499218.tif 000024
【図２１】
0004499218.tif 000025
【図２２】
0004499218.tif 000026
【図２３】
0004499218.tif 000027
【図２４】
0004499218.tif 000028
【図２５】
0004499218.tif 000029
【図２６】
0004499218.tif 000030
【図２７】
0004499218.tif 000031
【図２８】
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【図２９】
0004499218.tif 000033