JP2006039351A - 液晶表示装置及びその設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部からの入射光を観察者に向けて反射する反射型又は半透過型の液晶表示装置において、虹色光を抑制する液晶表示装置及びその設計方法を提供する。
【解決手段】 反射膜２０の表面には、同じパターンを有し周期的に配列された複数の要素図形グループ３６が形成され、要素図形グループ３６のそれぞれは、要素数がＮ個の凸状の要素図形パターン３１を含み、要素図形パターン３１の各頂点は、0.4以上の最大頂点移動度で標準の要素図形パターンの頂点位置からランダムに移動された位置に配置されており、入射光の平均的な波長をλ_A、要素図形パターン３１の配列の標準ピッチをＬ_Sとして、反射膜２０で反射された反射光の回折によって生じる輝点の離散化角α（°）を下記式：
【数１】

で定義したときに、要素図形パターン３１の頂点位置のランダム移動によって、輝点の離散化角αが0.01°以下となっている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、液晶表示装置及びその設計方法に関し、更に詳細には、外部からの入射光を観察者に向けて反射する反射型又は半透過型の液晶表示装置及びその設計方法に関する。

液晶表示装置は、光透過のスイッチとして機能する液晶パネルを備え、液晶パネルで画素毎に光の透過を制御することによって画像の表示を行う。液晶パネルは、液晶層と、液晶層を挟持する２枚の基板と、それぞれの基板の近傍に配設された２枚の偏光板とを備え、液晶層で光の偏光方向を制御することによって、光の透過を制御することが出来る。

液晶表示装置は、透過型、反射型、及び半透過型の３つの型に大別できる。透過型の液晶表示装置は、液晶パネルの背面側に配設されたバックライト等を光源として画像の表示を行う。反射型の液晶表示装置は、液晶層を挟んで光入射側とは反対側に配設された反射板（反射膜）を備え、反射板からの反射光を光源として画像の表示を行う。半透過型の液晶表示装置は、透過型の液晶表示装置と反射型の液晶表示装置とを組み合わせた構成を有する。反射型の液晶表示装置及び半透過型の液晶表示装置では、外部からの入射光を利用した画像表示を行うので、透過型の液晶表示装置に比して低消費電力化が可能である。このため、低消費電力性能が要求される携帯端末装置等で採用される。

近年の反射型（半透過型を含む、以下同様）の液晶表示装置は、基本構造として、ＴＮ（Twisted Nematic）方式の液晶層と、これを駆動するスイッチング素子と、液晶パネルの内部又は外部に配設された反射膜とを有する。また、一般的に、高精細及び高画質を実現できるアクティブマトリクス駆動方式が採用され、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）や、金属／絶縁膜／金属構造のダイオード（ＭＩＭ）がスイッチング素子として用いられる。反射膜は一般的にスイッチング素子に接続される下部電極として兼用される。

特許文献１に記載の反射型の液晶表示装置は、上記一般的な反射型の液晶表示装置の構成を有し、反射膜がＴＦＴに接続された下部電極（画素電極）として構成されている。同文献によれば、反射膜の表面には、ドット状に規則的に配列された複数のなだらかな凸部を有する凹凸パターンを形成し、凸部によって、様々な角度からの入射光を画面に垂直な方向に反射させて、表示品質を向上させることが出来るものとしている。

凹凸パターンを有する反射膜の形成方法は、同文献によれば、先ず、下地層上に感光性有機膜を成膜する。次いで、フォトリソグラフィ工程として、所定のマスクパターンを有するフォトマスクを介して露光することによって感光性有機膜を硬化させ、感光性有機膜のパターニングを行い、離散的に形成された凸状の感光性有機膜を形成する。更に、感光性有機膜を覆って下地層上に、層間絶縁膜及び反射膜を順次に成膜する。これによって、下層の凸状の感光性有機膜の形状を反映したなだらかな凸部を有する反射膜を形成することが出来る。

ところで、同文献の液晶表示装置では、反射膜の凸部が規則的に配列されることによって、反射膜からの反射光が干渉して、虹色の反射光（虹色光）が観察されるという問題があった。この問題に対して、特許文献２は、各画素内において反射膜の凸部を規則的な位置から移動させ、ランダムに配列して凸部の周期性を弱めることで、反射光の干渉を抑制することを提案している。凹凸パターンは、マスク作成の労力を軽減するために、各画素で共通となるパターンが使用される。

しかし、近年、液晶表示装置の表示品質への要求が上昇し、特許文献２の技術によっても虹色光の抑制が十分ではなくなっている。虹色光を更に抑制するために、例えば、上部基板と偏光板とを接合する接着層（のり層）の中に、接着層とは屈折率が異なるビーズを拡散させたビーズ拡散接着層を用いることが出来る。しかし、ビーズ拡散接着層を用いると、接着層で反射した光がノイズ光となり、液晶表示装置の黒輝度が上昇して、コントラスト比が低下する不具合が発生する。

一方、特許文献３では、虹色光を抑制するために、凸部を２通りの高さで形成することによって、凸部の周期性を弱めることを提案している。しかし、同文献の方法でも、虹色光を完全に解消することは出来なかった。特に、半透過型の液晶表示装置のように、１画素における反射膜の面積が小さい場合には、凸部の周期性が強く反映されるため、虹色光が強く観察される。
特許第２８２５７１３号公報 特許第３０１２５９６号公報 特許第３０６６１９２号公報

虹色光を抑制するためには、反射膜の凸部について、１画素の範囲を超えてランダマイズすることが考えられる。しかし、前述のように、感光性有機膜の露光用のフォトマスクについて、マスクパターンをランダムに形成するには多大な労力及びコストが必要であり、反射膜の凸部を１画素の範囲を超えて際限なくランダマイズすることは現実的でない。一方、反射膜の凸部をどの程度ランダマイズすれば、虹色光を抑制できるかについては、従来明らかにされていなかった。

本発明は、上記に鑑み、反射板の凸部の周期性と虹色光との関係について解明し、外部からの入射光を観察者に向けて反射する反射型又は半透過型の液晶表示装置において、虹色光を抑制する液晶表示装置及びその設計方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る液晶表示装置は、外部からの入射光を観察者に向けて反射する反射板を備える液晶表示装置において、
前記反射板の表面には、同じパターンを有し周期的に配列された複数の要素図形グループが形成され、該要素図形グループのそれぞれは、要素数がＮ個の凸状又は凹状の要素図形パターンを含み、該要素図形パターンの各頂点は、0.4以上の最大頂点移動度で標準の要素図形パターンの頂点位置からランダムに移動された位置に配置されており、
前記入射光の平均的な波長をλ_A、前記要素図形パターンの配列の標準ピッチをＬ_Sとして、前記反射板で反射された反射光の回折によって生じる輝点の離散化角α（°）を下記式：

で定義したときに、
前記要素図形パターンの頂点位置のランダム移動によって、離散化角αが0.01°以下となっていることを特徴としている。

また、本発明に係る液晶表示装置の設計方法は、外部からの入射光を観察者に向けて反射する反射板を備える液晶表示装置であって、前記反射板の表面には、同じパターンを有し周期的に配列された複数の要素図形グループが形成され、該要素図形グループのそれぞれは、Ｎ個の凸状又は凹状の要素図形パターンを含む液晶表示装置を設計する方法において、
前記要素図形パターンの各頂点を、0.4以上の最大頂点移動度で標準の要素図形パターンの頂点位置からランダムに移動された位置に配置する際に、該ランダムに移動された要素図形パターンによって、
前記反射板で反射された反射光の回折によって生じる輝点の離散化角α（°）を、前記入射光の平均的な波長をλ_A、前記要素図形パターンの配列の標準ピッチをＬ_Sとして、下記式：

によって定義したときに、
離散化角αが0.01°以下となるように、前記Ｎ及びＬ_Sを決定することを特徴としている。

本発明の液晶表示装置及び本発明方法によって設計された液晶表示装置によれば、輝点の離散化角αが0.01°以下であることによって、反射光の色分散を抑制して、虹色光を抑制することが出来る。従って、良好な液晶表示装置の表示品質を得ることが出来る。この場合、ビーズ拡散接着層を用いることなく通常の接着層を用いて、虹色光を抑制できるので、コントラスト比の低下が生じない。また、１画素における反射膜の面積の大小に拘らず、虹色光を抑制することが出来る。

本発明の液晶表示装置の好適な実施態様では、前記離散化角が更に0.001°以下であることによって、虹色光を十分に抑制できる。本発明の液晶表示装置では、前記反射板が、画素電極の集合によって構成されるものとすることが出来る。

本発明に先立って、本発明の原理を説明する。外部からの入射光を反射することによって表示を行う従来の液晶表示装置において、虹色光が観察されるのは、反射膜の凸部として、同一又は類似のパターンが短い周期で繰り返されることによって、反射光の回折が生じるためであると考えられる。本発明者は、本発明に先立ち、反射膜の凸部の周期性と虹色光との関係について調べる、実験１〜３及びこの実験に基づく考察を行った。

実験１では、液晶表示装置における反射膜を模した反射板を作製した。図４に、作製した反射板の構成を示す。反射板３０は、正三角形状の要素図形パターン３１が縦及び横方向に隙間無く配置された凹凸パターン形状を有する。要素図形パターン３１の各辺が凸部３２を構成し、他の部分が凹部を構成する。要素図形パターン３１の一辺のピッチＬは20μmである。

反射板３０に対して、波長λが670.5ｎｍの細径の赤色レーザ光を垂直に照射し、反射光を観察した。反射板３０の斜め上方に配置したスクリーン上に投影された反射光パターンを図５に示す。同図において、反射光パターンは、中央の最も明るい部分を中心に、60°の角度間隔をおいて放射状に生じている。また、スポット状に且つ規則的に離散して生じていることが理解できる。反射光パターンが離散して生じていることは、反射光に回折が生じていることを裏付けている。

図５の反射光パターンが生じた理由について、下記のように解析した。図６に、反射板３０のVI−VI断面を単純化したモデルを示す。同モデルでは、凸部３２において、所定の角度方向に反射光を生じさせる有効反射面として、幅がｌで、傾斜角がθの反射面３３が、ピッチＬで配列されているものとしている。スクリーン上に投影される反射光パターンは、反射面３３のピッチＬに起因する回折パターンと、反射面３３の幅ｌに起因する回折パターンとの積になるものと推測した。

反射面３３のピッチＬに起因する回折パターンについて、輝点が生じる反射角φ_Bは、隣接する反射面３３で反射される光の光路差が、入射光の波長λの整数倍であるという条件によって導出され、次式で表される。

式（１）による回折パターンを図７（ａ）に示す。一方、反射面３３の幅ｌに起因する回折パターンについて、暗点が生じる反射角φ_Dは、各反射面３３の両端で反射されるレーザ光の光路差がλ/2の奇数倍であるという条件によって導出され、次式で表される。

式（２）による回折パターンを図７（ｂ）に示す。更に、図７（ａ）の回折パターンと図７（ｂ）の回折パターンとの積を、図７（ｃ）に示す。同図中、点線は図７（ｂ）に示した反射面３３の幅ｌに起因する回折パターンを示している。

上記解析を、図５の反射光パターンに基づき検討する。図５において、反射光パターンが60°の角度間隔で分布するのは、図４に示した要素図形パターン３１の正三角形状を反映している。図５において、中央の最も明るい部分の反射角が２θであり、放射状に生じた反射光パターンと、図７（ｃ）に示した回折パターンとがほぼ一致することが判る。従って、上記解析によって、図５の反射光パターンが生じた理由を良好に説明できることが確認できた。

ここで、反射板３０上に、波長λが543.5nmである緑色レーザ光が赤色レーザ光と同時に入射した場合を考える。赤色レーザ光及び緑色レーザ光について、図７（ｃ）の解析結果に基づく回折パターンの輝点の反射角を、図８に対比して示す。反射面３３の平均傾斜角θは16.2°であるものとする。

式（１）、（２）により、輝点の反射角φ_B、φ_Dはそれぞれ入射光の波長λに依存するため、同図に示すように、赤色レーザ光の輝点の反射角と、緑色レーザ光の輝点の反射角とは微妙に異なる。これにより、反射板３０に様々な波長を有する光が入射した場合には、反射光に色分散が生じることが推測できる。上記考察により、液晶表示装置において、凸部を有する反射膜からの反射光に虹色光が観察されるのは、反射光が離散的な角度で輝点を生じ、且つＲ光、Ｇ光、及びＢ光のそれぞれの輝点の反射角が相互に微妙に異なり、色分散を生じるためであると結論した。

ところで、反射光の色分散は、反射面３３のピッチＬに起因する輝点と、反射面３３の幅ｌに起因する輝点の２種類の輝点によって生じるが、色分散により大きく影響するのは、反射面３３のピッチＬに起因する輝点である。ここで、ピッチＬに起因する輝点について、隣接する輝点の間の角度を「輝点の離散化角」とし、α（°）で表す。反射板３０からの反射光における輝点の離散化角αは、式（１）の第２項でｍ＝１として、α＝λ／Ｌ・（１８０／π）で与えられる。反射板３０に緑色レーザ光を入射した場合には、λ＝545（nm）、Ｌ＝20（μm）を上記式に代入することにより1.6°が得られる。

ここで、反射板において、Ｎ個の要素図形パターン３１を１つの要素図形グループとして、同じ要素図形グループを周期的に配列し、且つ各要素図形グループ内の個々の要素図形パターン３１の形状をランダマイズさせることを考える。形状をランダマイズさせる前の、要素図形パターンの標準図形パターンを図９に示す。標準図形パターン３４は、図４における要素図形パターン３１と同様の形状を有し、ピッチ（標準ピッチ）Ｌ_Sが20μｍで、有効反射面の幅ｌが3μｍである。要素図形パターン３１の形状のランダマイズは、標準図形パターン３４の頂点３５の位置をランダムに移動させることによって行うことが出来る。形状がランダマイズされた要素図形パターン３１の形状は、次式で表すことが出来る。

式（３）において、前記の通り、ｌは凸部３２の有効反射面の幅で、Ｌ_Sは標準ピッチであり、Ｐはランダム移動に際して移動の大きさの限度として定める最大頂点移動度である。最大頂点移動度Ｐは、要素図形パターン３１の頂点３５が、標準図形パターン３４の頂点３５からどの程度移動しているかを示す指数で、頂点３５を全く移動させない場合を0、隣接する標準図形パターンの頂点３５との間の中間の位置まで移動させる場合を限度とし、この移動度を1.0とする。図９中に、最大頂点移動度Ｐが1.0となる場合に座標（0，0）の頂点３５が最も大きく移動する位置を符号Ｘに示す。最大頂点移動度Ｐが大きくなるほど、要素図形パターン３１は標準図形パターン３４とは異なる形状になる。

要素図形パターン３１の頂点３５の位置をランダムに移動させると、ピッチＬがばらつく。要素図形パターン３１において、ピッチＬのばらつきΔＬの最大値をΔＬmaxとすると、ΔＬmax/Ｌ_Sは最大頂点移動度Ｐに一致している。ここで、ピッチＬがばらつくと、式（１）により、輝点の反射角φ_Bがばらつく。輝点の反射角φ_Bが平均的にばらつくとすれば、輝点の離散化角αは更にＮ等分され、次式で表すことが出来る。

ここで、可視光の波長λの広がりの度合いとして、Δ（λ(Ｒ光)−λ(Ｂ光)）/λ(Ｇ光)＝（670-450）/545により0.4が得られる。これを目安として、最大頂点移動度Ｐについても0.4以上になるように設定することによって、輝点をほぼ均等にばらつかせることが出来るものと考えられる。実際の液晶表示装置では、100μm×300μmのサイズの１画素内に60個程度の要素図形パターンが存在する。画素内で60個の要素図形パターンの形状が平均的にランダマイズされている場合には、1.6°/60により輝点の離散化角αは0.03°となる。

上記考察に基づき、実験２として、形状がほぼ平均的にランダマイズされた60個の要素図形パターンを１つの要素図形グループとし、これを周期的に配置した反射板を作製した。図１０に、作製した反射板の構成を示す。反射板３７では、要素図形パターン３１は、式（３）において、３ｒ２０rnd０．４とした形状を有する。

図１０に示した反射板３７を用い、太陽光下で反射板３７による反射光を肉眼で観察したところ、虹色光が観察された。これにより、反射板３７において虹色光が観察されるのは、１つの要素図形グループに含まれる60個の要素図形パターン３１をランダマイズしても、輝点が人間の眼になお離散的に見えるためであると考えられる。つまり、虹色光が観察される現象を防止するには、離散化角が0.03°では十分とは言えず、１つの要素図形グループに含まれる要素図形パターン３１の数（要素数）Ｎを更に多くすることによって、輝点の離散化角αを更に小さくすることが必要であるものと考えた。

上記考察に基づき、実験３として、図１０に示した反射板３７において、１つの要素図形グループに含まれる要素図形パターン３１の要素数Ｎを、50、100、1000、及び10000に設定した図示しない反射板をそれぞれ作製した。作製した反射板を用いて、太陽光下で反射光を肉眼でそれぞれ観察し、虹色光が観察されるか調べた。実験の結果及び離散化角αを下記の表１に示す。

表１により、輝点の離散化角αを0.01°以下にすることによって、虹色光をある程度抑制でき、0.001°以下にすることによって、十分に抑制できることが判った。このことは、要素図形パターンの辺部が凹部を構成する場合や、個々の要素図形パターンを相互に離して配置する場合にも同様に適用できる。要素図形パターンの形状は、三角形以外にも、多角形や円形等の様々な形状を適用できる。この場合、例えば隣接する要素図形パターンの中心間の標準の距離を標準ピッチＬ_Sとして、式（４）を適用する。

上記考察により、本発明者は、外部からの入射光を観察者に向けて反射する反射型又は半透過型の液晶表示装置において、反射膜として、Ｎ個の要素図形パターンから成る要素図形グループを周期的に配列した凹凸パターンを形成し、且つ、輝点の離散化角αが0.01°以下、好ましくは0.001°以下となるように、ピッチＬ及び要素数Ｎを設定することとした。ここで、波長λには入射光における平均的な波長λ_Aを採用することが出来る。また、輝点の離散化角αを均等にばらつかせるために、最大頂点移動度Ｐを0.4以上に設定することとした。

以下、図面を参照し、本発明に係る実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、実施形態に係る反射型の液晶表示装置について、１画素の構成を示す断面図である。液晶表示装置１０は、アクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置であって、画素ごとにＴＦＴを備えるＴＦＴ基板１１と、ＴＦＴ基板１１に対向して配置された対向基板１２と、ＴＦＴ基板１１及び対向基板１２の間に挟持されたＴＮ型の液晶層１３とを備える。また、対向基板１２の外側に通常の接着層を介して接合された、図示しない偏光板を備える。

ＴＦＴ基板１１は、ガラスから成る絶縁性基板１４と、絶縁性基板１４上の一部に配設されたゲート電極１６ａと、ゲート電極１６ａを覆って絶縁性基板１４上に配設された絶縁保護膜１５とを備える。ゲート電極１６ａ上部の絶縁保護膜１５上には、アモルファスシリコン（a-Si）から成る半導体層１６ｃが配設されている。半導体層１６ｃの両脇の絶縁保護膜１５上には、半導体層１６ｃの両端に接続してソース電極１６ｂ及びドレイン電極１６ｄがそれぞれ配設されている。ソース電極１６ｂ及びドレイン電極１６ｄは、それぞれオーミックコンタクト層１６ｅを介して半導体層１６ｃに接続している。ゲート電極１６ａ、ソース電極１６ｂ、半導体層１６ｃ、ソース電極１６ｃ、及びオーミックコンタクト層１６ｅは、ＴＦＴ１６を構成する。

ＴＦＴ１６近傍では、露出したソース電極１６ｂ、半導体層１６ｃ、ドレイン電極１６ｄ、及びオーミックコンタクト層１６ｅを覆って、第１絶縁層１７が形成されている。第１絶縁層１７及び露出したドレイン電極１６ｄ上に、感光性アクリル膜から成る凸状の有機絶縁膜１８が形成されている。有機絶縁膜１８は、２〜４μｍ程度の高さを有する。有機絶縁膜１８を覆い、第１絶縁層１７及びドレイン電極１６ｄ上に第２絶縁層１９が形成されている。第２絶縁層１９はドレイン電極１６ｄ上の一部には形成されず、ドレイン電極１６ｄに達するコンタクトホール２１が形成されている。第２絶縁層１９上及び露出したドレイン電極１６ｄ上に、アルミニウム（Ａｌ）から成る反射膜２０が形成されている。反射膜２０は、下部電極としても機能し、凸状の有機絶縁膜１８の形状を反映した凸部３２を有する。

図２は、反射膜２０の構成を示す平面図である。反射膜２０は、10000個の要素図形パターン３１を含む要素図形グループ３６が周期的に繰り返された凹凸パターンを有する。１つの画素２７は50個の要素図形パターン３１を含み、１つの要素図形グループ３６は、一の方向に10個で他の方向に20個で配列された200個の画素２７を含む。

要素図形パターン３１は三角形から成り、要素図形パターン３１の三角形の各辺が凸部３２を構成する。また、標準ピッチＬ_Sが26μmで、有効反射面の幅ｌが3μｍの正三角形を標準図形パターン３４とし、最大頂点移動度Ｐを0.5として標準図形パターン３４の頂点３５をランダムに移動させた形状を有する。要素図形パターン３１の形状は、式（３）において、３ｒ２６rnd０．５と表すことが出来る。輝点の離散化角αは、式（４）にＬ_S＝26、Ｎ＝10000、λ（緑）＝545を代入することにより、0.00012°が得られる。

図１に戻り、対向基板１２は、絶縁性基板２６と、絶縁性基板２６上に形成されたカラーフィルタ２５と、カラーフィルタ２５上に形成された透明電極２４とを備える。対向基板１２の外部から入射した入射光Ｌｉは、対向基板及び液晶層１３を経て反射膜２０の表面に達する。反射膜２０の表面で反射された反射光Ｌｒは、液晶層１３及び対向基板１２を通過し、液晶表示装置１０の外部に出射される。

本実施形態の液晶表示装置によれば、最大頂点移動度Ｐを0.4以上に、且つ離散化角αを0.001°以下にそれぞれ設定することによって、反射光Ｌｒにおける虹色光を抑制できるので、液晶表示装置の良好な表示品質を得ることが出来る。本実施形態の液晶表示装置では、ビーズ拡散接着層を用いることなく通常の接着層を用いて、虹色光を抑制できるので、コントラスト比の低下が生じない。また、１画素における反射膜の面積の大小に拘らず、虹色光を抑制することが出来る。

液晶表示装置１０の製造方法について説明する。まず、絶縁性基板１４上に公知の方法を用いて、絶縁保護膜１５、ＴＦＴ１６、及び第１絶縁層１７を形成する。次いで、有機絶縁膜１８の材料として感光性アクリル膜を２〜４μｍの厚みで全面に成膜する。引き続き、フォトマスクを介して露光するフォトリソグラフィ工程を行い、感光性アクリル膜における露光部分を選択的に硬化させることによって、感光性アクリル膜をパターニングする。

フォトマスクのマスクパターンは、図２に示した反射膜２０の凹凸パターンと同様のパターンを有し、要素図形パターン３１の辺部に対応する透光部と、透過部に囲まれた遮光部とを備える。透光部は、3μm程度の幅に形成されている。透光部の幅は、有効反射面の幅にほぼ一致する。露光によって、フォトマスクにおける透光部のパターンを感光性アクリル膜に転写することが出来る。フォトリソグラフィ工程に後続して熱処理を行い、パターニングされた感光性アクリル膜の角部を除去することによって、凸状の有機絶縁膜１８を形成する。

次いで、全面に絶縁層を成膜する。引き続き、絶縁層上にレジストパターンを形成し、ドライエッチングにより絶縁層のパターニングを行うことによって、コンタクトホール２１を有する第２絶縁層１９を形成する。引き続き、スパッタリングによって、アルミニウムを堆積することによって、凸状の有機絶縁膜１８の形状を反映した凸部３２を有する反射膜２０を形成することが出来る。

上記液晶表示装置の製造に際して、反射膜を設計する手順について示す。先ず、反射膜の凹凸パターンの標準図形パターンを決定し、0.4以上の最大頂点移動度Ｐを設定する（ステップＳ１）。次に、標準ピッチＬ_S及び要素図形グループに含まれる要素数Ｎを仮定する（ステップＳ２）。次いで、式（４）に従って輝点の離散化角αを算出する（ステップＳ３）。引き続き、輝点の離散化角αが0.01°以下であるかを判別する（ステップＳ４）。輝点の離散化角αが0.01°以下である場合には、ステップＳ５に進んで、標準ピッチＬ_S及び要素数Ｎを確定し、フローを終了する。

輝点の離散化角αが0.01°よりも大きい場合には、標準ピッチＬ_Sを大きくするか、或いは要素数Ｎを増やし（ステップＳ６）、ステップＳ４に進む。上記手順によって、虹色光を抑制する反射膜の凹凸パターンを設計することが出来る。なお、虹色光を十分に抑制するには、ステップＳ４では、離散化角αが0.001°以下であるかを判別する。

上記実施形態では、要素図形パターンの頂点を移動させることによって要素図形パターンの形状をランダマイズさせたが、更に、要素図形パターンの配列の行ごと又は列ごとに幅を変化させてもよい。この場合、反射光の方位角方向に異方性を持たせることが出来る。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る液晶表示装置及びその設計方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施した液晶表示装置及びその設計方法も、本発明の範囲に含まれる。

実施形態に係る液晶表示装置の構成を示す断面図である。 図１の反射膜の構成を示す平面図である。 実施形態に係る反射膜を設計する手順を示すフローチャートである。 実験１で作製した反射板の凹凸パターンの構成を示す平面図である。 スクリーン上に反射した反射光パターンを撮影した図である。 反射板のモデルを示す断面図である。 図７（ａ）はピッチＬに起因した回折パターンを、図７（ｂ）は反射面の幅ｌに起因した回折パターンを、図７（ｃ）は図７（ａ）の回折パターンと図７（ｂ）の回折パターンとの積により得られた回折パターンをそれぞれ示す図である。 赤色レーザ光及び緑色レーザ光について、図７（ｃ）の解析結果に基づく回折パターンを対比して示す図である。 要素図形パターンの標準図形パターンについて示す図である。 実験２で作製した反射板の凹凸パターンの構成を示す平面図である。

符号の説明

１０：実施形態の液晶表示装置
１１：ＴＦＴ基板
１２：対向基板
１３：液晶層
１４：絶縁性基板
１５：絶縁保護膜
１６：ＴＦＴ
１６ａ：ゲート電極
１６ｂ：ソース電極
１６ｃ：半導体層
１６ｄ：ドレイン電極
１６ｅ：オーミックコンタクト層
１７：第１絶縁層
１８：有機絶縁膜
１９：第２絶縁層
２０：反射膜
２１：コンタクトホール
２４：絶縁性基板
２５：カラーフィルタ
２６：透明電極
２７：画素
３０，３７：反射板
３１：要素図形パターン
３２：凸部
３３：反射面
３４：標準図形パターン
３５：頂点
３６：要素図形グループ

Claims (5)

1. 外部からの入射光を観察者に向けて反射する反射板を備える液晶表示装置において、
   前記反射板の表面には、同じパターンを有し周期的に配列された複数の要素図形グループが形成され、該要素図形グループのそれぞれは、要素数がＮ個の凸状又は凹状の要素図形パターンを含み、該要素図形パターンの各頂点は、0.4以上の最大頂点移動度で標準の要素図形パターンの頂点位置からランダムに移動された位置に配置されており、
   前記入射光の平均的な波長をλ_A、前記要素図形パターンの配列の標準ピッチをＬ_Sとして、前記反射板で反射された反射光の回折によって生じる輝点の離散化角α（°）を下記式：
   

   

   で定義したときに、
   前記要素図形パターンの頂点位置のランダム移動によって、離散化角αが0.01°以下となっていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記離散化角が0.001°以下であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記反射板が、画素電極の集合によって構成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の液晶表示装置。
4. 外部からの入射光を観察者に向けて反射する反射板を備える液晶表示装置であって、前記反射板の表面には、同じパターンを有し周期的に配列された複数の要素図形グループが形成され、該要素図形グループのそれぞれは、Ｎ個の凸状又は凹状の要素図形パターンを含む液晶表示装置を設計する方法において、
   前記要素図形パターンの各頂点を、0.4以上の最大頂点移動度で標準の要素図形パターンの頂点位置からランダムに移動された位置に配置する際に、該ランダムに移動された要素図形パターンによって、
   前記反射板で反射された反射光の回折によって生じる輝点の離散化角α（°）を、前記入射光の平均的な波長をλ_A、前記要素図形パターンの配列の標準ピッチをＬ_Sとして、下記式：
   

   

   によって定義したときに、
   離散化角αが0.01°以下となるように、前記Ｎ及びＬ_Sを決定することを特徴とする液晶表示装置の設計方法。
5. 前記離散化角が0.001°以下となるように、前記Ｎ及びＬ_Sを決定することを特徴とする、請求項４に記載の液晶表示装置の設計方法。

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