JP2006163127A - Light scattering type display element - Google Patents

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Atsushi Toda
淳 戸田
Hidehiko Takanashi
英彦 高梨
Shinji Watanabe
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a contrast ratio higher than before by increasing only a reflection factor of white display nearly without increasing a reflection factor of black display by optimizing refractive indexes or thicknesses of respective layers. <P>SOLUTION: A back-side substrate 10 has its refractive index made lower than the refractive index no of liquid crystal molecules 33. A display-side substrate 20, on the other hand, has its refractive index made equal to or higher than the refractive index no of liquid crystal molecules 33. More preferably, the refractive index of the display-side substrate 20 is equal to or higher than a mean refractive index n<SB>LC</SB>of the whole liquid crystal layer 30 in a scatter state (white display state). Thus, the refractive indexes are optimized to increase only the reflection factor of white display nearly without increasing the reflection factor of black display, thereby making the contrast ratio higher than before. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a light-scattering display element that is applied to a reflective display and is suitable for, for example, electronic paper.

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。   In recent years, with the development of mobile devices such as portable information terminals, there is an increasing demand for display elements with low power consumption and high image quality. As a first candidate, there is a reflective liquid crystal display element that does not require a backlight and consumes less power. However, since all of the liquid crystal display elements in the twisted nematic (TN) mode or the super-twisted nematic (STN) mode that are generally used at present must use polarizing plates, There is a problem that utilization efficiency is low and the display is very dark when used as a reflective display.

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19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。   As a liquid crystal display method that does not use a polarizing plate, there is a light scattering display mode in which an action with respect to incident light is switched between a scattering state (bright display) and a transmission state (dark display) by an electric field. FIG. 19 shows a general cross-sectional structure of a liquid crystal display element in a light scattering type display mode (hereinafter referred to as a light scattering type liquid crystal display element). This light scattering type liquid crystal display element includes a liquid crystal layer 130 made of polymer dispersed liquid crystal (PDLC), which is one of light scattering type display modes, for example, and a back side substrate 110 made of glass, for example. And the display-side substrate 120 are disposed so as to face each other. A light absorption layer 140 is disposed on the entire back surface of the back substrate 110 (the side opposite to the liquid crystal layer 130). Transparent electrodes 111 and 121 made of, for example, ITO (Indium Tin Oxide) are provided on the back substrate 110 and the display substrate 120 on the side in contact with the liquid crystal layer 130, and the liquid crystal layer is formed on a pixel basis. An electric field can be applied to 130.

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。
特開平5−313140号公報 特開平7−13139号公報 特開平11−174436号公報 特開平7−253570号公報 特開平7−56152号公報
In this light scattering type liquid crystal display element, when an electric field is applied to the liquid crystal layer 130 by the transparent electrodes 111 and 121, the light incident from the display side substrate 120 side is transmitted as it is without being scattered in the liquid crystal layer 130. Further, the light passes through the back substrate 110 and is absorbed by the light absorption layer 140. Thereby, black display is obtained. On the other hand, when an electric field is not applied to the liquid crystal layer 130, the incident light is scattered in the liquid crystal layer 130 and reflected to the display side substrate 120 side to display white. In this way, display can be performed without using a polarizing plate. Patent Documents 1 to 5 describe techniques related to such a light-scattering liquid crystal display element.
JP-A-5-313140 Japanese Patent Laid-Open No. 7-13139 Japanese Patent Laid-Open No. 11-174436 JP-A-7-253570 JP 7-56152 A

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。   However, even in the light scattering type liquid crystal display element, the light intensity (reflectance) particularly in the scattering state cannot be obtained sufficiently, so that the brightness in white display is not yet sufficient, so the contrast becomes insufficient and there is room for improvement. is there. The above Patent Documents 1 to 5 also disclose techniques for improving the reflectance and contrast, but there is room for further improvement. For example, in Patent Document 5, an attempt is made to solve the above problem by sandwiching a layer having a refractive index lower than that of the liquid crystal layer between the liquid crystal layer and the electrode (zinc oxide layer) so as to be in contact with the liquid crystal layer. It is said. However, in this case, since it is in contact with the liquid crystal layer, there is a problem that it is practically impossible to increase the thickness of the low refractive index layer. This is because if the low refractive index layer is made thicker, the distance between the electrodes above and below the liquid crystal layer becomes longer by that amount, so that even if the same voltage is applied, the electric field drops and the operation of the liquid crystal becomes insufficient. Therefore, the increase in reflectivity due to the provision of the low refractive index layer in Patent Document 5 is an effect of increasing the reflectivity due to the multilayered dielectrics having different refractive indexes having a thickness of about 1/4 of the wavelength. . However, in this case, the reflectance increases similarly for light incident in a direction perpendicular to the substrate surface, and the reflectance for white display increases, while the reflectance for black display also increases at the same time. As a result, the contrast ratio eventually decreases. In this case, in order to increase the contrast ratio, the reflectance in white display (corresponding to the luminance in white display) is increased without increasing the reflectance in black display (corresponding to the luminance in black display). Only need to be high.

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、各層の屈折率もしくは厚みの最適化を図ることにより、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。   The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to optimize the refractive index or thickness of each layer so that the reflectance in white display is hardly increased without substantially increasing the reflectance in black display. It is an object of the present invention to provide a light-scattering display element that can increase the contrast ratio as compared with the prior art.

本発明の第1の観点に係る光散乱型表示素子は、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を備え、表示側基板の屈折率が、透過・散乱層の屈折率と同じか、もしくは高くなっているものである。   A light-scattering display element according to a first aspect of the present invention is a light-scattering display element that displays an image by reflecting incident light, and can switch an action on incident light between a scattering state and a transmission state. A transparent display-side substrate and a back-side substrate disposed opposite each other through the transmission / scattering layer, and whether the refractive index of the display-side substrate is the same as the refractive index of the transmission / scattering layer Or something that ’s getting higher.

本発明の第1の観点に係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および背面側基板を透過する。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側に反射され、表示側基板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、その基板面に対し斜めから表示側基板の透過・散乱層側の面に入射すると、基板面の法線に対する入射角度が大きくなるにつれて表示側基板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。
この第1の観点に係る光散乱型表示素子では、表示側基板の屈折率が、透過・散乱層の屈折率と同じかもしくは高くなっていることにより、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。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。
In the light-scattering display element according to the first aspect of the present invention, during black display, the transmissive / scattering layer is in a transmissive state, and incident light is transmitted through the display-side substrate and the back-side substrate. On the other hand, at the time of white display, the transmission / scattering layer is in a scattering state, and most of the incident light is reflected to the display side substrate and emitted to the outside of the display side substrate. In this white display, when the light reflected by the transmission / scattering layer is incident on the surface of the transmission side / scattering layer of the display side substrate obliquely with respect to the substrate surface, the incident angle with respect to the normal of the substrate surface is large. As a result, internal reflection occurs on the display-side substrate, and it returns to the transmission / scattering layer side without being emitted to the outside, which may reduce the reflectance in white display.
In the light scattering display element according to the first aspect, since the refractive index of the display side substrate is the same as or higher than the refractive index of the transmission / scattering layer, the light transmission type display element moves toward the transmission / scattering layer in the white display state. As a result, the ratio of the return light decreases, the ratio of the light emitted to the outside increases, the reflectance of the entire element in the white display state increases, and the white luminance increases. Thereby, only the reflectance in white display is increased without increasing the reflectance in black display, and the contrast ratio is increased.

本発明の第2の観点に係る光散乱型表示素子は、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を備え、背面側基板の屈折率が、透過・散乱層の屈折率よりも低くなっているものである。   A light-scattering display element according to a second aspect of the present invention is a light-scattering display element that displays an image by reflecting incident light, and can switch an action on incident light between a scattering state and a transmission state. A transparent display-side substrate and a back-side substrate that are arranged opposite to each other through the transmission / scattering layer, and the refractive index of the back-side substrate is lower than the refractive index of the transmission / scattering layer It is what has become.

本発明の第2の観点に係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および背面側基板を透過する。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側に反射され、表示側基板の外部に出射される。この白表示の場合において、一部の光が透過・散乱層を透過し、背面側基板側に入射して白表示での反射率が低下するおそれがある。
この第2の観点に係る光散乱型表示素子では、背面側基板の屈折率が、透過・散乱層の屈折率よりも低くなっていることで、白表示状態において透過・散乱層を透過した一部の光が、その基板面に対し斜めから背面側基板に入射すると、その基板面の法線に対する入射角度が大きくなるにつれて背面側基板で内部反射を起こしやすくなり、再び透過・散乱層へと戻り、表示側基板側へと反射しやすくなる。すなわち、白表示状態における背面側基板への入射光の割合が少なくなり、結果的に、表示側基板側から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。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。
In the light-scattering display element according to the second aspect of the present invention, during black display, the transmissive / scattering layer is in a transmissive state, and incident light is transmitted through the display-side substrate and the back-side substrate. On the other hand, at the time of white display, the transmission / scattering layer is in a scattering state, and most of the incident light is reflected to the display side substrate and emitted to the outside of the display side substrate. In the case of this white display, a part of the light may pass through the transmission / scattering layer and enter the back side substrate side, which may reduce the reflectance in the white display.
In the light-scattering display element according to the second aspect, the refractive index of the back side substrate is lower than the refractive index of the transmission / scattering layer. When the incident light is incident on the back side substrate obliquely with respect to the substrate surface, internal reflection tends to occur on the back side substrate as the incident angle with respect to the normal of the substrate surface increases, and the light enters the transmission / scattering layer again. It returns and it becomes easy to reflect toward the display side board | substrate side. That is, the proportion of light incident on the back side substrate in the white display state is reduced, and as a result, the proportion of light emitted to the outside from the display side substrate side is increased, and the reflectance of the entire element in the white display state is increased. , White brightness increases. Thereby, only the reflectance in white display is increased without increasing the reflectance in black display, and the contrast ratio is increased.

本発明の第3の観点に係る光散乱型表示素子は、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、透過・散乱層と表示側基板との間に配置された表示側透明電極層と、透過・散乱層と背面側基板との間に配置された背面側透明電極層と、背面側基板における透過・散乱層とは反対側の面に配置された光吸収層と、背面側透明電極層と光吸収層との間に配置され、透過・散乱層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層とを備えたものである。   A light-scattering display element according to a third aspect of the present invention is a light-scattering display element that displays an image by reflecting incident light, and can switch an action on incident light between a scattering state and a transmission state. The transparent / scattering layer, the transparent display-side substrate and the back-side substrate disposed opposite to each other via the transparent / scattering layer, and the display-side transparent electrode layer disposed between the transparent / scattering layer and the display-side substrate A backside transparent electrode layer disposed between the transmission / scattering layer and the backside substrate, a light absorption layer disposed on the surface of the backside substrate opposite to the transmission / scattering layer, and a backside transparent It is disposed between the electrode layer and the light absorption layer, and includes a low refractive index layer having a refractive index lower than that of the transmission / scattering layer.

本発明の第3の観点に係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および背面側基板を透過する。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側に反射され、表示側基板の外部に出射される。この白表示の場合において、一部の光が透過・散乱層を透過し、背面側基板側に入射し光吸収層で吸収されて白表示での反射率が低下するおそれがある。
この第3の観点に係る光散乱型表示素子では、背面側透明電極層と光吸収層との間に低屈折率層が配置されていることで、白表示状態において透過・散乱層を透過した一部の光が、その積層面に対し斜めから低屈折率層に入射すると、その積層面の法線に対する入射角度が大きくなるにつれて低屈折率層で内部反射を起こしやすくなり、再び透過・散乱層へと戻り、表示側基板側へと反射しやすくなる。すなわち、白表示状態において背面側基板に入射し光吸収層で吸収される光の割合が少なくなり、結果的に、表示側基板側から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。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。
In the light-scattering display element according to the third aspect of the present invention, during black display, the transmissive / scattering layer is in a transmissive state, and incident light is transmitted through the display-side substrate and the back-side substrate. On the other hand, at the time of white display, the transmission / scattering layer is in a scattering state, and most of the incident light is reflected to the display side substrate and emitted to the outside of the display side substrate. In the case of this white display, a part of the light passes through the transmission / scattering layer, enters the back side substrate, is absorbed by the light absorption layer, and the reflectance in the white display may be lowered.
In the light-scattering display element according to the third aspect, the low refractive index layer is disposed between the back-side transparent electrode layer and the light absorption layer, so that the light is transmitted through the transmission / scattering layer in the white display state. When some light is incident on the low refractive index layer obliquely with respect to the laminated surface, internal reflection tends to occur in the low refractive index layer as the angle of incidence with respect to the normal of the laminated surface increases, and transmission and scattering again. It returns to the layer, and it becomes easy to reflect to the display side substrate side. That is, in the white display state, the ratio of the light that enters the back side substrate and is absorbed by the light absorption layer decreases, and as a result, the ratio of the light that is emitted from the display side substrate side to the outside increases. The reflectance of the entire element is increased, and white brightness is increased. Thereby, only the reflectance in white display is increased without increasing the reflectance in black display, and the contrast ratio is increased.

本発明の第4の観点に係る光散乱型表示素子は、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最表面に積層され、表示側基板の屈折率よりも低い屈折率nARを有する低屈折率層とを備え、低屈折率層の厚みdAR(nm)に関し、以下の条件式(1)を満足するようにしたものである。
0.5×540/(4×nAR)≦dAR≦1.5×540/(4×nAR) ……(1)
A light-scattering display element according to a fourth aspect of the present invention is a light-scattering display element that displays an image by reflecting incident light, and can switch an action on incident light between a scattering state and a transmission state. A transparent display-side substrate and a back-side substrate, which are arranged to face each other via the transmission / scattering layer, and the outermost surface of the display-side substrate opposite to the transmission / scattering layer are laminated to display And a low refractive index layer having a refractive index n AR lower than that of the side substrate, and satisfying the following conditional expression (1) with respect to the thickness d AR (nm) of the low refractive index layer: is there.
0.5 × 540 / (4 × n AR ) ≦ d AR ≦ 1.5 × 540 / (4 × n AR ) (1)

本発明の第4の観点に係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および背面側基板を透過する。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側に反射され、表示側基板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、その基板面に対し斜めから表示側基板の最表面に入射すると、基板面の法線に対する入射角度が大きくなるにつれて表示側基板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。
この第4の観点に係る光散乱型表示素子では、表示側基板の最表面に低屈折率層が積層され、またその厚みdARが適切な値に設定されていることにより、低屈折率層が反射防止膜として機能し、表示側基板の最表面での内部反射が減り、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、表示側基板の最表面での外部反射の割合が少なくなるので、素子自体に入射する光が増え、結果的に、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。
In the light-scattering display element according to the fourth aspect of the present invention, during black display, the transmissive / scattering layer is in a transmissive state, and incident light is transmitted through the display-side substrate and the back-side substrate. On the other hand, at the time of white display, the transmission / scattering layer is in a scattering state, and most of the incident light is reflected to the display side substrate and emitted to the outside of the display side substrate. In the case of this white display, when the light reflected by the transmission / scattering layer is incident on the outermost surface of the display side substrate obliquely with respect to the substrate surface, the display side substrate increases as the incident angle with respect to the normal of the substrate surface increases. This causes internal reflection at the outermost surface, and returns to the transmission / scattering layer side without being emitted to the outside, which may reduce the reflectance in white display. Further, when external reflection occurs on the outermost surface of the display-side substrate, light incident on the element itself is reduced, which may hinder appropriate display.
In the light-scattering display element according to the fourth aspect, the low refractive index layer is laminated on the outermost surface of the display side substrate, and the thickness d AR is set to an appropriate value. Functions as an antireflection film, reduces internal reflection at the outermost surface of the display side substrate, reduces the ratio of light returning to the transmission / scattering layer side in the white display state, and as a result, the light emitted to the outside This increases the reflectance of the entire element in the white display state, and the white luminance increases. In addition, since the ratio of external reflection at the outermost surface of the display-side substrate is reduced, the amount of light incident on the element itself increases, resulting in an increase in white luminance. Thereby, only the reflectance in white display is increased without increasing the reflectance in black display, and the contrast ratio is increased.

本発明の第1の観点に係る光散乱型表示素子によれば、表示側基板の屈折率を、透過・散乱層の屈折率と同じかもしくは高くするようにしたので、白表示の場合において透過・散乱層で反射された光が、その基板面に対し斜めから表示側基板の透過・散乱層側の面に入射したとしても、表示側基板での内部反射を起こす割合が減り、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。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。   According to the light scattering display element of the first aspect of the present invention, the refractive index of the display side substrate is the same as or higher than the refractive index of the transmission / scattering layer. Even if the light reflected by the scattering layer is incident on the transmission side / scattering layer side surface of the display side substrate obliquely with respect to the substrate surface, the ratio of causing internal reflection on the display side substrate is reduced, and the white display state The ratio of the return light to the transmission / scattering layer side can be reduced. As a result, the proportion of light emitted to the outside increases, the reflectance of the entire element in the white display state increases, and white luminance can be increased. As a result, the contrast ratio can be increased by increasing only the reflectance in white display without increasing the reflectance in black display.

本発明の第2の観点に係る光散乱型表示素子によれば、背面側基板の屈折率を、透過・散乱層の屈折率よりも低くするようにしたので、白表示状態において透過・散乱層を透過した一部の光が、その基板面に対し斜めから背面側基板に入射すると、その基板面の法線に対する入射角度が大きくなるにつれて背面側基板で内部反射を起こしやすくなり、再び透過・散乱層へと戻り、表示側基板側へと反射しやすくなる。すなわち、白表示状態における背面側基板への入射光の割合を少なくできる。結果的に、表示側基板側から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。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。   According to the light scattering display element of the second aspect of the present invention, the refractive index of the back side substrate is made lower than the refractive index of the transmission / scattering layer. When some of the light that has passed through is incident on the back side substrate obliquely with respect to the substrate surface, internal reflection tends to occur on the back side substrate as the incident angle with respect to the normal of the substrate surface increases. The light returns to the scattering layer and is easily reflected toward the display side substrate. That is, the ratio of incident light to the back side substrate in the white display state can be reduced. As a result, the proportion of light emitted from the display side substrate side to the outside increases, the reflectance of the entire element in the white display state increases, and white luminance can be increased. As a result, the contrast ratio can be increased by increasing only the reflectance in white display without increasing the reflectance in black display.

本発明の第3の観点に係る光散乱型表示素子によれば、背面側透明電極層と光吸収層との間に低屈折率層を配置するようにしたので、白表示状態において透過・散乱層を透過した一部の光が、その積層面に対し斜めから低屈折率層に入射すると、その積層面の法線に対する入射角度が大きくなるにつれて低屈折率層で内部反射を起こしやすくなり、再び透過・散乱層へと戻り、表示側基板側へと反射しやすくなる。すなわち、白表示状態において背面側基板に入射し光吸収層で吸収される光の割合を少なくできる。結果的に、表示側基板側から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。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。   According to the light scattering display element of the third aspect of the present invention, since the low refractive index layer is disposed between the back side transparent electrode layer and the light absorption layer, transmission / scattering in the white display state. When some light transmitted through the layer is incident on the low refractive index layer obliquely with respect to the laminated surface, internal reflection is likely to occur in the low refractive index layer as the incident angle with respect to the normal of the laminated surface increases. It returns to the transmission / scattering layer again and is easily reflected toward the display side substrate. That is, the ratio of light that is incident on the back substrate and absorbed by the light absorption layer in the white display state can be reduced. As a result, the proportion of light emitted from the display side substrate side to the outside increases, the reflectance of the entire element in the white display state increases, and white luminance can be increased. As a result, the contrast ratio can be increased by increasing only the reflectance in white display without increasing the reflectance in black display.

本発明の第4の観点に係る光散乱型表示素子によれば、表示側基板の最表面に低屈折率層を積層し、またその厚みdARを適切な値に設定するようにしたので、低屈折率層が反射防止膜として機能し、表示側基板の最表面での内部反射が減り、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、表示側基板の最表面での外部反射の割合が少なくなるので、素子自体に入射する光が増え、結果的に、白輝度を増大させることができる。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、コントラスト比を高めることができる。 According to the light-scattering display element according to the fourth aspect of the present invention, the low refractive index layer is laminated on the outermost surface of the display side substrate, and the thickness d AR is set to an appropriate value. The low refractive index layer functions as an antireflection film, and internal reflection at the outermost surface of the display side substrate is reduced, so that the ratio of return light to the transmission / scattering layer side in the white display state can be reduced. As a result, the proportion of light emitted to the outside increases, the reflectance of the entire element in the white display state increases, and white luminance can be increased. In addition, since the ratio of external reflection at the outermost surface of the display-side substrate is reduced, the amount of light incident on the element itself increases, and as a result, white luminance can be increased. As a result, the contrast ratio can be increased by increasing only the reflectance in white display without increasing the reflectance in black display.

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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

[第1の実施の形態]
図1,図2は、本発明の第1の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。
[First Embodiment]
1 and 2 show a configuration example of a light scattering display element according to the first embodiment of the present invention. 1 and 2 show a configuration example in which the light scattering display element according to the present embodiment is applied to a PNLCD (Polymer Network Liquid Crystal Display). 1 also shows the state of incident light when no electric field E is applied (white display), and FIG. 2 also shows the state of incident light when an electric field E is applied (black display). .

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例えばガラスよりなる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1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1はさらに、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た光吸収層12を備えている。   The light-scattering display element 1 includes a liquid crystal layer 30 and transparent back-side substrate 10 and display-side substrate 20 made of, for example, glass and arranged to face each other with the liquid crystal layer 30 interposed therebetween. The light scattering display element 1 also includes a back side transparent electrode layer 11 disposed between the liquid crystal layer 30 and the back side substrate 10, and a display side disposed between the liquid crystal layer 30 and the display side substrate 20. A transparent electrode layer 21 is provided. The light scattering display element 1 further includes a light absorption layer 12 formed over the entire surface on the back surface (surface opposite to the liquid crystal layer 30) of the back substrate 10.

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。   Each of the transparent electrode layers 11 and 21 is for applying an electric field E to the liquid crystal layer 30 in units of pixels. The display-side transparent electrode layer 21 is made of, for example, an ITO film, and is formed on the entire surface of the display-side substrate 20 on the side in contact with the liquid crystal layer 30. On the other hand, although not shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of transparent pixel electrodes made of ITO and a voltage applied to each pixel electrode are controlled on the back side transparent electrode layer 11. A TFT (Thin Film Transistor) and a vertical wiring and a horizontal wiring for applying a control signal to the TFT are formed.

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。   The light absorption layer 12 is provided to absorb incident light 40 transmitted through the liquid crystal layer 30 and the back side substrate 10 in the black display state, and is made of, for example, a material containing carbon.

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。   The liquid crystal layer 30 can switch the action on the incident light 40 between a scattering state and a transmission state in accordance with the application of the electric field E, and is composed of a polymer network type liquid crystal. The liquid crystal layer 30 is configured by randomly dispersing spheroidal liquid crystal molecules 33 in a polymer 32 as spherical liquid crystal droplets 31. FIG. 3 shows the structure of the liquid crystal molecules 33. The liquid crystal molecules 33 have birefringence, and the refractive index ne in the longitudinal direction (z direction) has a relationship of ne> no with respect to the refractive index no in the vertical direction (x, y direction). In the liquid crystal molecules 33, the refractive index of the light incident from the z direction is no because the vibration direction of the light is in the xy direction perpendicular to the z direction. Conversely, for light incident from the xy direction, the refractive index is ne because the vibration direction of the light is in the z direction perpendicular to the xy direction. The refractive index of the polymer 32 is set to the same value as the refractive index no of the liquid crystal molecules 33 on the low refractive index side.

背面側基板10は、その屈折率nsub1が液晶層30の屈折率よりも低くなっている。望ましくは、その屈折率nsub1が、液晶分子33の屈折率noよりも低くなっていると良い。一方、表示側基板20は、その屈折率nsub2が、が液晶層30の屈折率と同じか、もしくは高くなっている。望ましくは、その屈折率nsub2が、液晶分子33の屈折率noと同じか、もしくは高くなっていると良い。より望ましくは、その屈折率nsub2が、散乱状態(白表示状態)における液晶層30全体の平均的な屈折率nLCと同じか、もしくは高くなっていると良い。より具体的には、その屈折率nsub2が、液晶層30全体の平均的な屈折率nLCに対して、以下のΔnsubの範囲内で高くなっていると良い。このような屈折率に設定することの根拠については、後述する。
0.01≦Δnsub≦0.03
The rear substrate 10 has a refractive index n sub 1 lower than the refractive index of the liquid crystal layer 30. Desirably, the refractive index n sub 1 is lower than the refractive index no of the liquid crystal molecules 33. On the other hand, the refractive index n sub 2 of the display side substrate 20 is the same as or higher than the refractive index of the liquid crystal layer 30. Desirably, the refractive index n sub 2 is the same as or higher than the refractive index no of the liquid crystal molecules 33. More desirably, the refractive index n sub 2 is equal to or higher than the average refractive index n LC of the entire liquid crystal layer 30 in the scattering state (white display state). More specifically, the refractive index n sub 2 is preferably higher than the average refractive index n LC of the entire liquid crystal layer 30 within the following range of Δn sub . The basis for setting such a refractive index will be described later.
0.01 ≦ Δn sub ≦ 0.03

このように背面側基板10および表示側基板20の屈折率nsub1,nsub2の最適化が図られている点が従来の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。 Thus, the point that the refractive indexes n sub 1 and n sub 2 of the back side substrate 10 and the display side substrate 20 are optimized is greatly different from the conventional PNLCD. In the present embodiment, the liquid crystal layer 30 corresponds to a specific example of a “transmission / scattering layer” in the present invention.

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。   Next, functions and effects of the light scattering display element 1 will be described.

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。   In the light scattering display element 1, by applying an electric field E to the liquid crystal layer 30 as shown in FIG. 2, the liquid crystal molecules 33 are aligned in one direction in the vertical direction. In this case, the refractive index of the liquid crystal droplet 31 is no with respect to the light 40 incident from above, and is equal to the refractive index of the polymer 32 around the liquid crystal droplet 31 (the difference in refractive index Δn between the liquid crystal droplet 31 and the polymer 32). Becomes 0). Accordingly, the liquid crystal layer 30 is in a transmissive state, and the incident light 40 is transmitted as it is without being scattered in the liquid crystal layer 30, further passes through the back side substrate 10 and is absorbed by the light absorption layer 12. Thereby, black display is obtained.

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。
On the other hand, when the electric field E is not applied, since the liquid crystal molecules 33 are randomly oriented as shown in FIG. 1, the refractive index of the liquid crystal droplet 31 is higher than the refractive index of the polymer 32. Usually, the average refractive index of the liquid crystal droplet 31 at this time is (ne + 2 × no) / 3 in consideration of the components in the triaxial directions of the x, y, and z directions.
Accordingly, the refractive index difference Δn between the polymer 32 and the liquid crystal droplet 31 is generated with respect to the light 40 incident from the upper side, so that the light is scattered in the liquid crystal droplet 31 and reflected to the display side substrate 20 side. Is displayed in white.

ここで、白表示状態(散乱状態)のときに液晶層30で反射された光が、図4に示したように、表示側基板20の液晶層30側の面に斜め入射した場合に生ずる内部反射について考察する。まず、液晶層30、表示側透明電極層21および表示側基板20からなる多層膜を考え、白表示のときに液晶層30側から表示側基板20側に光が入射する場合の反射率Rの入射角度依存性を、有効フレネル係数法により計算してみる。   Here, when the light reflected by the liquid crystal layer 30 in the white display state (scattering state) is incident obliquely on the surface of the display side substrate 20 on the liquid crystal layer 30 side, as shown in FIG. Consider reflection. First, consider a multilayer film composed of the liquid crystal layer 30, the display-side transparent electrode layer 21, and the display-side substrate 20, and reflectivity R in the case where light is incident from the liquid crystal layer 30 side to the display-side substrate 20 side during white display. The incident angle dependency is calculated by the effective Fresnel coefficient method.

ここで計算条件は以下のとおりである。まず、液晶分子33の屈折率はno=1.52,ne=1.80とし、またポリマー32の屈折率はnpoly=1.52とした。そして、液晶ドロプレット31とポリマー32の体積比を8:2として、以下のように全体の平均的な屈折率を求めた。それによって得られた値=1.59を、白表示状態での液晶層30の全体の屈折率nLCとした。
((ne+2×no)/3)×0.8+npoly×0.2
さらに図4に記したように、表示側透明電極層21の厚みdITOと屈折率nITOをそれぞれdITO=0.03μm(30nm),nITO=1.78とし、表示側基板20の屈折率をnsub2=1.32,1.52,1.59,1.65に変えて計算した。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4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4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。
Here, the calculation conditions are as follows. First, the refractive index of the liquid crystal molecules 33 was set to no = 1.52, ne = 1.80, and the refractive index of the polymer 32 was set to n poly = 1.52. And the volume ratio of the liquid crystal droplet 31 and the polymer 32 was set to 8: 2, and the average refractive index of the whole was calculated | required as follows. The value = 1.59 obtained thereby was taken as the total refractive index n LC of the liquid crystal layer 30 in the white display state.
((Ne + 2 × no) / 3) × 0.8 + n poly × 0.2
Further, as shown in FIG. 4, the thickness d ITO and the refractive index n ITO of the display side transparent electrode layer 21 are d ITO = 0.03 μm (30 nm) and n ITO = 1.78, respectively. The calculation was performed by changing the rate to n sub 2 = 1.32, 1.52, 1.59, 1.65. Further, the reflectance R was calculated for each of the S wave and the P wave. The S wave is light polarized in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 4, and the P wave is light polarized in a direction parallel to the paper surface of FIG. .

図5にその計算結果を示す。縦軸は反射率R、横軸は角度θ(deg)を示す。角度θは、図4に示したように入射面の法線に対する入射角度である。なお、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5の計算結果とほとんど同じ結果になる。   FIG. 5 shows the calculation result. The vertical axis represents the reflectance R, and the horizontal axis represents the angle θ (deg). The angle θ is an incident angle with respect to the normal of the incident surface as shown in FIG. The wavelength of light was λ = 540 nm. The reason for setting λ = 540 nm is that the wavelength has the highest visibility. In the case of red light or blue light, the result is almost the same as the calculation result of FIG.

図5の結果から、表示側基板20の屈折率nsub2を液晶層30の屈折率nLC(=1.59)と同じかまたは高くすることで反射が抑えられ、逆に液晶層30の屈折率nLCより低くすることで反射率が高角度側で大きくなることが分かる。特に入射角度θが臨界角θrを超えると全反射条件を満たして反射率が1になる。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。 From the result of FIG. 5, reflection is suppressed by setting the refractive index n sub 2 of the display side substrate 20 to be the same as or higher than the refractive index n LC (= 1.59) of the liquid crystal layer 30. the reflectance by lower than the refractive index n LC is increased at high angles side seen. In particular, when the incident angle θ exceeds the critical angle θr, the total reflection condition is satisfied and the reflectance becomes 1. By the way, considering the case where light isotropically diffuses by repeating scattering in the liquid crystal layer 30, it is considered that the same light intensity is obtained when the angle component of the light is 0 ° to 90 °. In this case, the total reflectance Rtotal of light is a value obtained by integrating the reflectance R at each incident angle from 0 ° to 90 ° with all the reflectances from 0 ° to 90 ° being 1. It is obtained by dividing by.

このようにして見積もられるトータルな反射率Rtotalの値の結果を図6に示す。さらに表示側基板20の屈折率nsub2を1.30〜1.80まで変化させてこのトータルな反射率Rtotalを計算した結果を図7に示す。この結果から、表示側基板20の屈折率nsub2が、液晶層30の屈折率nLCと等しいところから0.01≦Δnsub≦0.03の範囲のΔnsubほどプラス側にずれた付近(屈折率1.61付近)で、トータルな反射率Rtotalが最も抑えられて最小値になることが分かる。 FIG. 6 shows the result of the total reflectance Rtotal estimated in this way. Moreover the refractive index n sub 2 of the display-side substrate 20 is varied from 1.30 to 1.80 and shows the results of calculating the total reflectance Rtotal in FIG. From this result, the vicinity where the refractive index n sub 2 of the display-side substrate 20 is shifted to the plus side as much as Δn sub in the range of 0.01 ≦ Δn sub ≦ 0.03 from the refractive index n LC of the liquid crystal layer 30. It can be seen that the total reflectance Rtotal is minimized and becomes the minimum value (around refractive index 1.61).

以上のことを鑑みて、次のような構造を採用することで白表示での素子全体の反射率を高めることが可能である。まず光の取り出し側の表示側基板20であるが、図4に示した光の入射状態において、液晶層30側から表示側基板20側により多くの光が透過することが望ましい。光が透過しないと、表示側基板20側で内部反射を起こし、外部に出射されずに液晶層30側に戻ってしまう。これでは結果的に素子全体として、白表示での反射率が低下する。従って表示側基板20の屈折率nsub2を、液晶分子33の屈折率noと同じかより高くすれば、液晶層30側から表示側基板20側への光の反射率Rが低く抑えられて液晶層30側への戻り光の割合が少なくなり、結果的に、表示側基板20を透過して外部に出射される光の割合が増えて良いことになる。これにより、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。さらに望ましくは、表示側基板20の屈折率nsub2を液晶層30の屈折率nLCと同じかより高くすれば良い。より具体的には、表示側基板20の屈折率nsub2を、液晶層30の屈折率nLCよりΔnsub=0.02±0.01ほど高い屈折率にすればなお良いことになる。
すなわち、屈折率nsub2が屈折率nLCに対し、
0.01≦Δnsub≦0.03
ほど高い屈折率になっていることが好ましい。
In view of the above, it is possible to increase the reflectance of the entire element in white display by adopting the following structure. First, the display side substrate 20 on the light extraction side is desirable to transmit more light from the liquid crystal layer 30 side to the display side substrate 20 side in the light incident state shown in FIG. If the light is not transmitted, internal reflection occurs on the display-side substrate 20 side, and the light returns to the liquid crystal layer 30 side without being emitted to the outside. As a result, the reflectance of white display is reduced as a whole as a whole. Therefore, if the refractive index n sub 2 of the display side substrate 20 is equal to or higher than the refractive index no of the liquid crystal molecules 33, the reflectance R of light from the liquid crystal layer 30 side to the display side substrate 20 side can be kept low. The ratio of return light to the liquid crystal layer 30 side decreases, and as a result, the ratio of light transmitted through the display side substrate 20 and emitted to the outside may increase. Thereby, the reflectance of the whole element in the white display state is increased, and the white luminance is increased. More preferably, the refractive index n sub 2 of the display-side substrate 20 may be equal to or higher than the refractive index n LC of the liquid crystal layer 30. More specifically, it is even better if the refractive index n sub 2 of the display-side substrate 20 is made higher than the refractive index n LC of the liquid crystal layer 30 by Δn sub = 0.02 ± 0.01.
That is, the refractive index n sub 2 is smaller than the refractive index n LC .
0.01 ≦ Δn sub ≦ 0.03
It is preferable that the refractive index be as high as possible.

一方、背面側基板10の屈折率nsub1は、白表示の場合において背面側基板10側に光が入射、透過しないように、表示側基板20とは逆に、液晶分子33の屈折率noよりも低くなっていると良い。このようにすることで、白表示状態において液晶層30を透過した一部の光が、その基板面に対し斜めから背面側基板10に入射すると、その基板面の法線に対する入射角度θが大きくなるにつれて背面側基板10で内部反射を起こしやすくなり、再び液晶層30へと戻り、表示側基板20へと反射しやすくなる。すなわち、白表示状態における背面側基板10への入射、透過光の割合が少なくなり、結果的に、表示側基板20を透過して外部に出射される光の割合が増えて良いことになる。これにより、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。 On the other hand, the refractive index n sub 1 of the back side substrate 10 is opposite to that of the display side substrate 20 so that the light does not enter or pass through the back side substrate 10 in the case of white display. It is better to be lower than. In this way, when a part of the light transmitted through the liquid crystal layer 30 in the white display state is incident on the rear substrate 10 obliquely with respect to the substrate surface, the incident angle θ with respect to the normal of the substrate surface is large. As it becomes, internal reflection easily occurs on the back side substrate 10, and returns to the liquid crystal layer 30 again and is easily reflected on the display side substrate 20. That is, the ratio of incident and transmitted light to the back side substrate 10 in the white display state is decreased, and as a result, the ratio of light transmitted through the display side substrate 20 and emitted to the outside may be increased. Thereby, the reflectance of the whole element in the white display state is increased, and the white luminance is increased.

しかしながら、背面側基板10において白表示のときの反射率Rが上述のように上昇しても、黒表示のときの反射が同様に(+α分)上昇すれば、コントラスト(=白輝度/黒輝度)が低下して画質の劣化を招いてしまう。そこで黒表示のときの反射率について考察する。   However, even if the reflectance R at the time of white display on the back side substrate 10 increases as described above, if the reflection at the time of black display similarly increases (+ α), the contrast (= white luminance / black luminance). ) Is reduced, leading to degradation of image quality. Therefore, the reflectance at the time of black display will be considered.

黒表示の場合、液晶層30の液晶ドロプレット31とポリマー32の屈折率が液晶分子33の屈折率noと同じになるので表面から入射した光が液晶層30で散乱されることなく透過し、下側の背面側基板10に到達する。このときの各層における光の入射角度θに対する透過光の分布は、スネルの法則を満たすためにある角度以上は存在しないことになる(ただしすべての界面や表面が平らの場合)。つまり屈折率n=1.0の空気側からあらゆる角度で入射しても空気よりも屈折率の高いデバイス側に入射するとその層での臨界角θr=arcsin(1/nD)より小さい角度に分布することになる。ただしここでデバイスの各層の屈折率を代表してnDとする。液晶層30の場合はnD=nLCである。今、液晶層30の屈折率を1.52とすると、この臨界角はθr=41.1°となる。この場合、図5に示した反射率Rの角度依存性から、たとえ屈折率が1.32の層が液晶層30の下側に存在したとしてもθ=41.1°までの角度成分であれば、光をほとんど反射しないことになる。従って、黒表示の場合において光の反射が高くならないので輝度の増加が見られない。一方白表示の場合、液晶層30での光散乱によりすべての角度において光が存在するので結果として光の反射が高くなり、輝度が増すこととなる。従ってコントラストは上昇することになる。 In the case of black display, since the refractive index of the liquid crystal droplet 31 and the polymer 32 of the liquid crystal layer 30 is the same as the refractive index no of the liquid crystal molecules 33, the light incident from the surface is transmitted without being scattered by the liquid crystal layer 30. To the rear substrate 10 on the side. At this time, the distribution of transmitted light with respect to the incident angle θ of light in each layer does not exist beyond a certain angle in order to satisfy Snell's law (however, all interfaces and surfaces are flat). That is, even if it is incident at any angle from the air side with refractive index n = 1.0, if it is incident on the device side having a higher refractive index than air, the angle is smaller than the critical angle θr = arcsin (1 / n D ) at that layer. Will be distributed. Here, n D is representative of the refractive index of each layer of the device. In the case of the liquid crystal layer 30, n D = n LC . Now, assuming that the refractive index of the liquid crystal layer 30 is 1.52, the critical angle is θr = 41.1 °. In this case, from the angle dependence of the reflectance R shown in FIG. 5, even if a layer having a refractive index of 1.32 is present under the liquid crystal layer 30, the angle component up to θ = 41.1 ° may be used. In this case, light is hardly reflected. Accordingly, in the case of black display, the reflection of light does not increase, and thus no increase in luminance is observed. On the other hand, in the case of white display, light is present at all angles due to light scattering in the liquid crystal layer 30. As a result, the reflection of light is increased and the luminance is increased. Accordingly, the contrast is increased.

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の液晶層30側の面での内部反射が抑えられるようにその屈折率nsub2の最適化を図るようにしたので、白表示状態における液晶層30側への戻り光の割合を少なくできる。また、背面側基板10の液晶層30側の面で斜め入射した場合に内部反射が起きやすくなるように、その屈折率nsub1の最適化を図るようにしたので、白表示状態における背面側基板10への入射、透過光の割合を少なくできる。これらにより結果的に、素子全体としてみたときに、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、コントラスト比を高めることができる。 As described above, according to the present embodiment, the refractive index n sub 2 is optimized so as to suppress internal reflection on the surface of the display-side substrate 20 on the liquid crystal layer 30 side. The ratio of return light to the liquid crystal layer 30 side in the white display state can be reduced. Further, since the refractive index n sub 1 is optimized so that internal reflection is likely to occur when oblique incidence is made on the liquid crystal layer 30 side surface of the back side substrate 10, the back side in the white display state. The ratio of incident and transmitted light to the substrate 10 can be reduced. As a result, when viewed as the whole element, the contrast ratio can be increased by increasing only the reflectance in white display without increasing the reflectance in black display.

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。
[第2の実施の形態]
Thereby, for example, when applied to electronic paper, a more paper-like white display is possible. In addition, since a high contrast can be achieved without increasing the reflectance of light in black display, a display that is easier to see can be realized. Furthermore, by applying to PNLCD, the response speed is faster than other light scattering displays, and high-quality moving image display is possible.
[Second Embodiment]

次に、本発明の第2の実施の形態を説明する。なお、上記第1の実施の形態に係る光散乱型表示素子1(図1,図2)と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。図8は、本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。上記第1の実施の形態では、背面側基板10の屈折率nsub1を液晶分子33の屈折率noよりも低くすることの利点について述べたが、現状、屈折率の低い基板を使用するにはその基板が高価である場合が多く、また汎用性も乏しい。そこで、本実施の形態では、背面側基板10自体の屈折率nsub1を低くしなくとも、背面側透明電極層11と光吸収層12との間に別途、低屈折率層を設けることで、上記第1の実施の形態と同様の効果を得ようとするものである。図8に示した光散乱型表示素子2では、背面側基板10と背面側透明電極層11との間に透明な低屈折率層13を設けている。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. Note that substantially the same parts as those of the light-scattering display element 1 (FIGS. 1 and 2) according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. FIG. 8 shows a configuration example of the light scattering display element according to the present embodiment. In the first embodiment, the advantage of setting the refractive index n sub 1 of the back substrate 10 to be lower than the refractive index no of the liquid crystal molecules 33 has been described. Currently, a substrate having a low refractive index is used. In many cases, the substrate is expensive and versatility is poor. Therefore, in the present embodiment, a low refractive index layer is separately provided between the back side transparent electrode layer 11 and the light absorption layer 12 without lowering the refractive index n sub 1 of the back side substrate 10 itself. Thus, an effect similar to that of the first embodiment is obtained. In the light scattering display element 2 shown in FIG. 8, a transparent low refractive index layer 13 is provided between the back substrate 10 and the back transparent electrode layer 11.

以下、低屈折率層13を設けることにより、背面側基板10の屈折率nsub1を低くした場合と同様な効果が得られるための条件を述べる。ここでは図9に示したように、液晶層30、背面側透明電極層11、低屈折率層13および背面側基板10からなる多層膜を考え、白表示のときに液晶層30側から低屈折率層13側に光が入射する場合の反射率Rの入射角度依存性を、有効フレネル係数法により計算してみる。 Hereinafter, conditions for obtaining the same effect as the case where the refractive index n sub 1 of the back substrate 10 is lowered by providing the low refractive index layer 13 will be described. Here, as shown in FIG. 9, a multilayer film composed of the liquid crystal layer 30, the back-side transparent electrode layer 11, the low refractive index layer 13, and the back-side substrate 10 is considered. The incidence angle dependence of the reflectance R when light enters the index layer 13 side will be calculated by the effective Fresnel coefficient method.

ここで計算条件は以下のとおりである。図9に示したように、背面側基板10として屈折率nsub1=1.52の基板の上に、低屈折率層13として屈折率n3=1.40の膜を入れた構造において、その層の厚みd3を変えて反射率Rを計算した。液晶層30の屈折率は、図5の計算を行った場合と同様に、白表示状態での全体の屈折率nLC=1.59とした。また、背面側透明電極層11についても図5の計算を行った場合と同様に、その厚みdITOと屈折率nITOをそれぞれdITO=0.03μm(30nm),nITO=1.78とした。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9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9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。 Here, the calculation conditions are as follows. As shown in FIG. 9, in a structure in which a film having a refractive index n3 = 1.40 is inserted as a low refractive index layer 13 on a substrate having a refractive index n sub 1 = 1.52 as the back side substrate 10. The reflectance R was calculated by changing the thickness d3 of the layer. The refractive index of the liquid crystal layer 30 was set to the total refractive index n LC = 1.59 in the white display state, similarly to the case where the calculation of FIG. 5 was performed. As for the back side transparent electrode layer 11, as in the case of the calculation of FIG. 5, the thickness d ITO and the refractive index n ITO are d ITO = 0.03 μm (30 nm) and n ITO = 1.78, respectively. did. Further, the reflectance R was calculated for each of the S wave and the P wave. The S wave is light polarized in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 9, and the P wave is light polarized in a direction parallel to the paper surface of FIG. .

その結果を、S波については図10、P波については図11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9に示したように入射面の法線に対する入射角度である。なお、図5の計算を行った場合と同様の理由で、光の波長は最も視感度の高いλ=540nmとした。   The results are shown in FIG. 10 for the S wave and FIG. 11 for the P wave. The vertical axis represents the reflectance R, and the horizontal axis represents the angle θ (deg). The angle θ is an incident angle with respect to the normal line of the incident surface as shown in FIG. Note that, for the same reason as the case of the calculation in FIG. 5, the wavelength of light is set to λ = 540 nm, which has the highest visibility.

これらの結果からS波、P波ともに、厚みdとして低屈折率層13の厚みd3が0.25μm以上あれば反射が上昇する効果があり、さらに望ましくは0.5μm以上であれば十分な反射の効果が得られていることが分かる。このような反射の効果が期待できるのは、低屈折率層13の厚みd3が、光の染み出し距離(エバネッセントフィールド)と同等か、あるいはそれより厚いことが必要である。というのは、ここではほぼ全反射条件を満たすことで光が反射される機構を用いているからである。従って、このような低屈折率層13は必ずしもITOなどの背面側透明電極層11の直下にある必要はなく、液晶層30および背面側透明電極層11より下側で、光吸収層12より上側であれば同様な効果が期待できる。   From these results, both the S wave and the P wave have an effect of increasing the reflection if the thickness d3 of the low refractive index layer 13 is 0.25 μm or more as the thickness d, and more desirably 0.5 μm or more. It can be seen that the effect is obtained. In order to expect such a reflection effect, it is necessary that the thickness d3 of the low refractive index layer 13 is equal to or larger than the light penetration distance (evanescent field). This is because here, a mechanism is used in which light is reflected by substantially satisfying the total reflection condition. Therefore, such a low refractive index layer 13 does not necessarily need to be directly under the back side transparent electrode layer 11 such as ITO, but is below the liquid crystal layer 30 and the back side transparent electrode layer 11 and above the light absorption layer 12. If so, the same effect can be expected.

このような低屈折率層13が設けられていることにより、白表示状態において液晶層30を透過した一部の光が、その積層面に対し斜めから低屈折率層13に入射すると、その積層面の法線に対する入射角度θが大きくなるにつれて低屈折率層13で内部反射を起こしやすくなり、再び液晶層30側へと戻り、表示側基板20へと反射しやすくなる。すなわち、白表示状態において背面側基板10に入射し光吸収層12で吸収される光の割合が少なくなり、結果的に、表示側基板20を透過して外部に出射される光の割合が増えて良いことになる。これにより、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。   By providing such a low refractive index layer 13, when a part of light transmitted through the liquid crystal layer 30 in the white display state is incident on the low refractive index layer 13 obliquely with respect to the stacked surface, the stacked layer As the incident angle θ with respect to the normal of the surface increases, internal reflection easily occurs at the low refractive index layer 13, and returns to the liquid crystal layer 30 side again, and easily reflects to the display-side substrate 20. That is, in the white display state, the proportion of light that enters the back side substrate 10 and is absorbed by the light absorption layer 12 decreases, and as a result, the proportion of light that passes through the display side substrate 20 and is emitted to the outside increases. It will be good. Thereby, the reflectance of the whole element in the white display state is increased, and the white luminance is increased.

なお、液晶層30の下側に低い屈折率の層があったとしても黒表示での輝度が上がる結果にはならず、白表示での輝度のみが増し、コントラストが上昇する結果となるのは、上記第1の実施の形態と同様である。   Note that even if there is a low refractive index layer below the liquid crystal layer 30, the luminance in black display does not increase, but only the luminance in white display increases, resulting in an increase in contrast. This is the same as in the first embodiment.

以上説明したように、この第2の実施の形態によれば、液晶層30の下側、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13を積層し、その液晶層30側の積層面に斜め入射した場合に内部反射が起きやすくなるようにしたので、白表示状態において背面側基板10に入射し光吸収層12で吸収される光の割合を少なくできる。これにより結果的に、素子全体としてみたときに、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、コントラスト比を高めることができる。
[第3の実施の形態]
As described above, according to the second embodiment, the low refractive index layer 13 is laminated at an arbitrary position between the back side transparent electrode layer 11 and the light absorption layer 12 below the liquid crystal layer 30. In the white display state, the ratio of light that is incident on the back-side substrate 10 and is absorbed by the light absorption layer 12 is set so that internal reflection is likely to occur when it is incident obliquely on the laminated surface on the liquid crystal layer 30 side. Less. As a result, when viewed as the entire element, it is possible to increase only the reflectance in white display without increasing the reflectance in black display, thereby increasing the contrast ratio.
[Third Embodiment]

次に、本発明の第3の実施の形態を説明する。なお、上記第1の実施の形態に係る光散乱型表示素子1(図1,図2)と実質的に同一の部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。図12は、本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。この光散乱型表示素子3は、図1,図2に示した光散乱型表示素子1に対して、表示側基板20における液晶層30とは反対側の最表面に、反射防止膜22を積層したものである。反射防止膜22は、表示側基板20の屈折率sub2よりも低い屈折率nARとなっている。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. Note that substantially the same parts as those of the light-scattering display element 1 (FIGS. 1 and 2) according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate. FIG. 12 shows a configuration example of the light scattering display element according to this embodiment. The light scattering display element 3 has an antireflection film 22 laminated on the outermost surface of the display side substrate 20 opposite to the liquid crystal layer 30 with respect to the light scattering display element 1 shown in FIGS. It is a thing. The antireflection film 22 has a refractive index n AR that is lower than the refractive index sub 2 of the display-side substrate 20.

ここで、図13(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13(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13(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。そこで反射防止膜22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。   Here, as shown in FIGS. 13A and 13B, the reflection at the interface between the outermost surface of the element and air is considered. In the case of white display, as shown in FIG. 13A, when the light reflected by the liquid crystal layer 30 is incident on the outermost surface of the display-side substrate 20 obliquely with respect to the substrate surface, the normal to the substrate surface is obtained. As the incident angle θ increases, internal reflection occurs at the outermost surface of the display-side substrate 20, returning to the liquid crystal layer 30 side without being emitted to the outside, and there is a concern that the reflectance in white display may be reduced. As shown in FIG. 13B, when external reflection occurs on the outermost surface of the display-side substrate 20, light incident on the element itself is reduced, which may hinder appropriate display. Therefore, by providing the antireflection film 22, internal reflection at the interface between the outermost surface of the display-side substrate 20 and the air can be reduced, the amount of emitted light increases toward the air side, and the white luminance increases. Since the amount of incident light from the air side to the display-side substrate 20 is also increased, white luminance is increased as a result.

図14に、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15に示す。表示側基板20の屈折率はnsub2=1.65とし、反射防止膜22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22なし(表示側基板20だけ)の場合も計算して示す。また、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13(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13(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。 FIG. 14 shows the calculation result of the incident angle dependency of the reflectance R of the light emitted from the inside of the display side substrate 20 to the outside. Conversely, FIG. 15 shows the result of calculating the incident angle dependence of the reflectance R of light incident from the outside to the inside of the display-side substrate 20. The refractive index of the display-side substrate 20 was n sub 2 = 1.65, and the antireflection film 22 had a refractive index n AR = 1.32 and a thickness d AR = 100 nm. The refractive index n air of air (outside the substrate) was 1.0. As a comparative example, the case of no antireflection film 22 (only the display-side substrate 20) is calculated and shown. Moreover, the reflectance R was calculated for each of the S wave and the P wave. Note that the S wave is light polarized in the direction perpendicular to the paper surface of FIGS. 13A and 13B, and the P wave is relative to the paper surface of FIGS. 13A and 13B. The light is polarized in a parallel direction.

図14の結果から、反射防止膜22を施すことで臨界角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15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22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) ……(1)
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) ……(2)
を満たせば、理想条件に近づくのでより効果がある。
From the result of FIG. 14, it can be seen that by applying the antireflection film 22, internal reflection is suppressed at angles up to the critical angle θr = 37.3 °. FIG. 15 also shows that external reflection is suppressed over almost all angles. In order to obtain such an antireflection effect, the refractive index n AR of the antireflection film 22 is lower than the refractive index n sub 2 of the display side substrate 20 (n AR <n sub 2), and the thickness d AR ( nm) is λ / 4n AR , ideal reflection conditions can be obtained. λ is the wavelength of light, for example, it may be adjusted to the wavelength of 540 nm with the highest visibility. Considering that there is an error in practice and that the wavelength range used ranges from red light to blue light,
0.5 × 540 / (4 × n AR ) ≦ d AR ≦ 1.5 × 540 / (4 × n AR ) (1)
If it satisfies, it is effective. Preferably
0.8 × 540 / (4 × n AR ) ≦ d AR ≦ 1.2 × 540 / (4 × n AR ) (2)
If this condition is satisfied, it will be closer to the ideal condition, which is more effective.

以上説明したように、この第3の実施の形態によれば、表示側基板20の最表面に低屈折率の反射防止膜22を積層し、またその厚みdARを適切な値に設定することにより、表示側基板20の最表面での内部反射が減り、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、表示側基板20の最表面での外部反射の割合が少なくなるので、素子自体に入射する光が増え、結果的に、白輝度を増大させることができる。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、コントラスト比を高めることができる。 As described above, according to the third embodiment, the antireflective film 22 having a low refractive index is laminated on the outermost surface of the display-side substrate 20, and the thickness d AR is set to an appropriate value. As a result, the internal reflection at the outermost surface of the display-side substrate 20 is reduced, the ratio of the return light to the liquid crystal layer 30 side in the white display state is reduced, and as a result, the ratio of the light emitted to the outside is increased. The reflectance of the entire element in the display state is increased, and white luminance is increased. In addition, since the ratio of external reflection at the outermost surface of the display-side substrate 20 is reduced, the amount of light incident on the element itself increases, and as a result, white luminance can be increased. As a result, the contrast ratio can be increased by increasing only the reflectance in white display without increasing the reflectance in black display.

なお、上記第2および第3の実施の形態を組み合わせた構成ももちろん可能である。   Of course, a combination of the second and third embodiments is also possible.

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、上記第2および第3の実施の形態の構成を組み合わせた構成に対応する実施例を示す。   Next, a specific configuration example of the light scattering display element is shown as an example. Here, as an example, an example corresponding to a configuration obtained by combining the configurations of the second and third embodiments will be described.

図16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、低屈折率層13として、屈折率n3=1.32で500nmの厚みのMgF2の膜を真空加熱法で蒸着した。そらにその低屈折率層13の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17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。 FIG. 16 shows the main structure of the light scattering display element according to this example. As the back side substrate 10, a silica glass substrate having a refractive index nsub1 = 1.52 and a thickness of 0.7 mm was used. An MgF 2 film having a refractive index n3 = 1.32 and a thickness of 500 nm was deposited as a low refractive index layer 13 on one surface of the back substrate 10 by a vacuum heating method. Then, a transparent electrode film made of ITO having a thickness of 20 nm was deposited on the low refractive index layer 13 as a back side transparent electrode layer 11 by sputtering. FIG. 17 shows a more specific structure of the back side transparent electrode layer 11. More specifically, the back side transparent electrode layer 11 includes a plurality of transparent pixel electrodes 61 made of an ITO transparent electrode film, and a TFT 62 connected to each pixel electrode 61 and controlling a voltage applied to each pixel electrode 62. A gate line 63 for applying a control signal to the gate electrode of the TFT 62 and a source line 64 for applying a control signal to the source electrode of the TFT 62 were formed. The pixel electrode 61 made of ITO was patterned in a substantially square shape with a width of 90 μm by photolithography using a metal mask as shown in the figure. The TFTs 62 are originally formed on the back substrate 10 with a pixel pitch of 100 μm in the vertical and horizontal directions before depositing the ITO film. Correspondingly, there are a plurality of gate lines 63 extending in the horizontal direction and a plurality of source lines 64 extending in the vertical direction. The gate line 63 and the source line 64 were formed by metal wiring (Al).

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、反射防止膜22として、屈折率nAR=1.32で100nm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。 As the display-side substrate 20, a silica-based glass substrate having a refractive index n sub2 = 1.65 and a thickness of 0.7 mm was used. A film of MgF 2 having a refractive index n AR = 1.32 and a thickness of 100 nm was deposited on one surface of the display side substrate 20 by a vacuum heating method as the antireflection film 22. Further, as the display-side transparent electrode layer 21, an ITO film having a thickness of 20 nm was deposited by sputtering on the side where the MgF 2 film was not deposited, as in the case of the back-side transparent electrode layer 11. Here, the ITO film to be the display-side transparent electrode layer 21 is deposited over the entire surface of the display-side substrate 20.

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。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。   On the substrate surface (ITO side) of the back side substrate 10 and the display side substrate 20 on which these ITO films and the like were laminated, 50 μm diameter plastic balls were evenly dispersed as spacers. Further, the two substrates 10 and 20 were fixed in close contact with the spacers sandwiched between the ITO films facing each other. In this state, the gap between the substrates is 50 μm. Next, the monomer-containing PN liquid crystal is thermally melted, put into the gap between the substrates using capillary action, and then irradiated with ultraviolet rays to cure and network the monomer to obtain a light scattering state. A liquid crystal layer 30 was obtained. Next, after returning to room temperature, the light absorption layer 12 was attached to the back side of the back side substrate 10. As the light absorption layer 12, a carbon solidified with a resin was used.

この光散乱型表示素子では、ソース線63とゲート線64(図17)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。この光散乱型表示素子を用いて電圧を印加したときの素子全体としての光の反射率の変化を測定した。結果を図18に示す。この結果から、電圧を印加していないとき(白表示)の反射率は45%あるのに対し、電圧を20V印加したとき(黒表示)の反射率はわずか4%しかないことが分かる。これよりコントラスト比は11になる。比較のために、本実施例の構造を用いなかった場合の素子(基板の屈折率を最適化せず、かつ低屈折率層13と反射防止膜22も設けない構造)について同じ測定をした結果では、白表示での反射率は38%でコントラスト比は10であった。このことから、本実施例では白表示が高い反射率にもかかわらず黒表示の反射率がほとんど上昇していないことになる。   In this light scattering display element, the pixel corresponding to the place where the voltage is applied to both the source line 63 and the gate line 64 (FIG. 17) is displayed in black. Using this light scattering display element, the change in the reflectance of light as a whole when a voltage was applied was measured. The results are shown in FIG. From this result, it can be seen that the reflectivity when no voltage is applied (white display) is 45%, whereas the reflectivity when a voltage of 20 V is applied (black display) is only 4%. As a result, the contrast ratio becomes 11. For comparison, the result of the same measurement for an element when the structure of this example is not used (the structure in which the refractive index of the substrate is not optimized and the low refractive index layer 13 and the antireflection film 22 are not provided). Then, the reflectance in white display was 38% and the contrast ratio was 10. For this reason, in the present embodiment, the reflectance of black display hardly increases despite the high reflectance of white display.

なお、本発明は、以上で説明した各実施の形態、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。   In addition, this invention is not limited to each embodiment and Example which were demonstrated above, Furthermore, various deformation | transformation implementation is possible. For example, all the effects described above are not necessarily limited to PNLCD, but are also effective in a general light-scattering reflective liquid crystal display such as a PDLCD. In addition, the present invention is not limited to a liquid crystal display, and has the same effect in a light scattering display such as electronic paper in general.

本発明の第1の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。It is sectional drawing which shows the structure with respect to the light-scattering type liquid crystal display element which concerns on the 1st Embodiment of this invention, and the effect | action with respect to incident light in the state (white display) which has not applied the electric field. 本発明の第1の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。It is sectional drawing which shows the effect | action with respect to incident light in the state (black display) to which the structure of the light-scattering type liquid crystal display element which concerns on the 1st Embodiment of this invention is applied, and an electric field. 液晶分子の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of a liquid crystal molecule. 液晶層側から表示側基板へと入射する光の反射の状態を説明した図である。It is a figure explaining the state of reflection of the light which injects into a display side board | substrate from the liquid crystal layer side. 液晶層側から表示側基板へと入射する光の反射率Rの入射角度依存性を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the incident angle dependence of the reflectance R of light incident on the display side substrate from the liquid crystal layer side. 表示側基板の屈折率を変化させた場合における、液晶層側から表示側基板へと入射する光のトータル反射率Rtotalの値を示した図である。It is the figure which showed the value of the total reflectance Rtotal of the light which injects into a display side board | substrate from the liquid crystal layer side in the case of changing the refractive index of a display side board | substrate. 液晶層側から表示側基板へと入射する光のトータル反射率Rtotalの屈折率依存性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the refractive index dependence of the total reflectance Rtotal of the light which injects into a display side board | substrate from the liquid crystal layer side. 本発明の第2の実施の形態に係る光散乱型液晶表示素子の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light-scattering type liquid crystal display element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係る光散乱型液晶表示素子において、液晶層側から低屈折率層へと入射する光の反射の状態を説明した図である。It is a figure explaining the state of reflection of the light which injects into a low refractive index layer from the liquid crystal layer side in the light-scattering type liquid crystal display element which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 液晶層側から低屈折率層へと入射するS波の入射光に対する反射率Rと低屈折率層の厚みとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the reflectance R for the incident light of the S wave incident on the low refractive index layer from the liquid crystal layer side and the thickness of the low refractive index layer. 液晶層側から低屈折率層へと入射するP波の入射光に対する反射率Rと低屈折率層の厚みとの関係を示す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the reflectance R for the incident light of the P wave incident on the low refractive index layer from the liquid crystal layer side and the thickness of the low refractive index layer. 本発明の第3の実施の形態に係る光散乱型液晶表示素子の構造を示す図である。It is a figure which shows the structure of the light-scattering type liquid crystal display element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態に係る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。It is the figure explaining the state of the reflection of the light in the outermost surface of the display side board | substrate in the light-scattering type liquid crystal display element which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 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。FIG. 11 is a characteristic diagram showing the incident angle dependence of the reflectance of light emitted from the inside of the display side substrate to the outside. 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。It is a characteristic view which shows the incident angle dependence of the reflectance of the light which injects into the inside from the display side board | substrate. 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。It is a figure which shows the principal part structure of the light-scattering type display element which concerns on one Example of this invention. 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。It is a top view which shows the structure of the back side transparent electrode layer in the light-scattering type display element which concerns on an Example. 実施例に係る光散乱型表示素子における印加電圧と素子全体の反射率との関係を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the relationship between the applied voltage in the light-scattering type display element which concerns on an Example, and the reflectance of the whole element. 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。It is sectional drawing which shows one structural example of the conventional light-scattering type liquid crystal display element.

符号の説明Explanation of symbols

10…背面側基板、11…背面側透明電極層、12…光吸収層、13…低屈折率層、20…表示側基板、21…表示側透明電極層、22…反射防止膜(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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Back side substrate, 11 ... Back side transparent electrode layer, 12 ... Light absorption layer, 13 ... Low refractive index layer, 20 ... Display side substrate, 21 ... Display side transparent electrode layer, 22 ... Antireflection film (low refractive index) Layer), 30 ... liquid crystal layer, 31 ... liquid crystal droplet, 32 ... polymer, 40 ... incident light.

Claims (16)

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
を備え、
前記表示側基板の屈折率が、前記透過・散乱層の屈折率と同じか、もしくは高くなっている
ことを特徴とする光散乱型表示素子。
A light-scattering display element that displays an image by reflecting incident light,
A transmission / scattering layer capable of switching the action on incident light between a scattering state and a transmission state;
A transparent display-side substrate and a back-side substrate, which are arranged to face each other via the transmission / scattering layer,
A light-scattering display element, wherein a refractive index of the display-side substrate is the same as or higher than a refractive index of the transmission / scattering layer.
前記透過・散乱層は複屈折性を有する液晶分子を含み、透過状態において垂直入射した光に対する前記液晶分子の屈折率がnoとなるように構成され、
前記表示側基板の屈折率が、前記液晶分子の屈折率noと同じか、もしくは高くなっている
ことを特徴とする請求項1に記載の光散乱型表示素子。
The transmission / scattering layer includes liquid crystal molecules having birefringence, and is configured such that a refractive index of the liquid crystal molecules with respect to light incident perpendicularly in a transmission state is no.
The light scattering display element according to claim 1, wherein a refractive index of the display-side substrate is the same as or higher than a refractive index no of the liquid crystal molecules.
前記透過・散乱層は複屈折性を有する液晶分子を含み、
前記表示側基板の屈折率が、散乱状態における前記透過・散乱層全体の平均的な屈折率nLCと同じか、もしくは高くなっている
ことを特徴とする請求項1に記載の光散乱型表示素子。
The transmission / scattering layer includes liquid crystal molecules having birefringence,
2. The light scattering display according to claim 1, wherein a refractive index of the display side substrate is equal to or higher than an average refractive index n LC of the entire transmission / scattering layer in a scattering state. element.
前記表示側基板の屈折率が、散乱状態における前記透過・散乱層全体の平均的な屈折率nLCに対して、以下のΔnsubの範囲内で高くなっている
0.01≦Δnsub≦0.03
ことを特徴とする請求項3に記載の光散乱型表示素子。
The refractive index of the display side substrate is higher than the average refractive index n LC of the whole transmission / scattering layer in the scattering state within the following Δn sub range: 0.01 ≦ Δn sub ≦ 0 .03
The light-scattering display element according to claim 3.
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。
The light-scattering display element according to claim 1, wherein the light-scattering display element is used as a PNLCD (Polymer Network Liquid Crystal Display).
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
を備え、
前記背面側基板の屈折率が、前記透過・散乱層の屈折率よりも低くなっている
ことを特徴とする光散乱型表示素子。
A light-scattering display element that displays an image by reflecting incident light,
A transmission / scattering layer capable of switching the action on incident light between a scattering state and a transmission state;
A transparent display-side substrate and a back-side substrate, which are arranged to face each other via the transmission / scattering layer,
The light scattering display element, wherein a refractive index of the back side substrate is lower than a refractive index of the transmission / scattering layer.
前記透過・散乱層は複屈折性を有する液晶分子を含み、透過状態において垂直入射した光に対する前記液晶分子の屈折率がnoとなるように構成され、
前記背面側基板の屈折率が、前記液晶分子の屈折率no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。
The transmission / scattering layer includes liquid crystal molecules having birefringence, and is configured such that a refractive index of the liquid crystal molecules with respect to light incident perpendicularly in a transmission state is no.
The light-scattering display element according to claim 6, wherein a refractive index of the back side substrate is lower than a refractive index no of the liquid crystal molecules.
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6に記載の光散乱型表示素子。
The light scattering display element according to claim 6, which is used as a PNLCD (Polymer Network Liquid Crystal Display).
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、
前記背面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た光吸収層と、
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、前記透過・散乱層の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率層と
を備えたことを特徴とする光散乱型表示素子。
A light-scattering display element that displays an image by reflecting incident light,
A transmission / scattering layer capable of switching the action on incident light between a scattering state and a transmission state;
Transparent display-side substrate and back-side substrate, which are arranged to face each other through the transmission / scattering layer,
A display-side transparent electrode layer disposed between the transmission / scattering layer and the display-side substrate;
A backside transparent electrode layer disposed between the transmission / scattering layer and the backside substrate;
A light absorption layer disposed on a surface of the back side substrate opposite to the transmission / scattering layer;
A light-scattering type display comprising: a low-refractive index layer disposed between the back-side transparent electrode layer and the light-absorbing layer and having a refractive index lower than that of the transmission / scattering layer element.
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。
The light scattering display element according to claim 9, wherein the low refractive index layer has a thickness of 0.25 μm or more.
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。
The light scattering display element according to claim 9, wherein the low refractive index layer has a thickness of 0.5 μm or more.
前記透過・散乱層は複屈折性を有する液晶分子を含み、透過状態において垂直入射した光に対する前記液晶分子の屈折率がnoとなるように構成され、
前記低屈折率層の屈折率が、前記液晶分子の屈折率noよりも低くなっている
ことを特徴とする請求項9に記載の光散乱型表示素子。
The transmission / scattering layer includes liquid crystal molecules having birefringence, and is configured such that a refractive index of the liquid crystal molecules with respect to light incident perpendicularly in a transmission state is no.
The light scattering display element according to claim 9, wherein a refractive index of the low refractive index layer is lower than a refractive index no of the liquid crystal molecules.
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9に記載の光散乱型表示素子。
The light-scattering display element according to claim 9, which is used as a PNLCD (Polymer Network Liquid Crystal Display).
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最表面に積層され、前記表示側基板の屈折率よりも低い屈折率nARを有する低屈折率層と
を備え、
前記低屈折率層の厚みdAR(nm)に関し、以下の条件式(1)を満足する
0.5×540/(4×nAR)≦dAR≦1.5×540/(4×nAR) ……(1)
ことを特徴とする光散乱型表示素子。
A light-scattering display element that displays an image by reflecting incident light,
A transmission / scattering layer capable of switching the action on incident light between a scattering state and a transmission state;
Transparent display-side substrate and back-side substrate, which are arranged to face each other through the transmission / scattering layer,
A low refractive index layer laminated on the outermost surface of the display side substrate opposite to the transmission / scattering layer, and having a refractive index n AR lower than the refractive index of the display side substrate,
With respect to the thickness d AR (nm) of the low refractive index layer, the following conditional expression (1) is satisfied: 0.5 × 540 / (4 × n AR ) ≦ d AR ≦ 1.5 × 540 / (4 × n AR ) ...... (1)
A light-scattering display element.
前記低屈折率層の厚みdAR(nm)に関し、さらに以下の条件式(2)を満足する
0.8×540/(4×nAR)≦dAR≦1.2×540/(4×nAR) ……(2)
ことを特徴とする請求項14に記載の光散乱型表示素子。
Regarding the thickness d AR (nm) of the low refractive index layer, the following conditional expression (2) is further satisfied: 0.8 × 540 / (4 × n AR ) ≦ d AR ≦ 1.2 × 540 / (4 × n AR ) (2)
The light scattering display element according to claim 14.
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14に記載の光散乱型表示素子。
The light scattering display element according to claim 14, which is used as a PNLCD (Polymer Network Liquid Crystal Display).
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