CN1134699C - 滤色片及反射型液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
以下述方式构成反射型液晶显示装置，在透明或不透明的基板21上按下述顺序层叠光反射层22、透明电极23和包含导电性微粒子的色素层24，形成反射型液晶显示用滤色片29，并在基板27上形成透明电极26，从而将液晶层25夹在中间并与该滤色片对置，将基板27设在光入射侧。通过这样的构成，能够提供视角特性好、防止发生套色不准(混色)、能进行明亮显示的反射型液晶显示用滤色片及应用它的反射型液晶显示装置。
Description
技术领域
本发明涉及彩色液晶显示器、彩色输入装置等中使用的液晶显示装置用的反射型液晶显示装置用滤色片及应用它的反射型液晶显示装置。
背景技术
彩色液晶显示装置中有透射型彩色液晶显示装置和反射型彩色液晶显示装置，因都是电场驱动，故耗电低，而且，因为如TFT液晶显示装置所代表的那样，其显示质量高，故近年来作为与多媒体对应的显示器正在显露头角。
为了得到充分的显示亮度，大多使用内部有灯的透射型液晶显示装置，通常有将内部光源(微型荧光灯等)配置在液晶面板的背面或侧面等的背照光型和侧照光型。但是，该透射型液晶显示装置因为有灯故耗电大，使液晶显示应有的低功耗、重量轻、可携带的特征打了折扣。
另一方面，反射型液晶显示装置利用室内光或外部光的反射光作为光源来对液晶显示面板进行照明，所以，内部不需要灯，正因为如此，显示部分可以做得很薄，而且，可以延长电池的寿命。因此，成为低功耗型的理想显示器，作为轻型且可携带之用，相当方便。
图4是表示现有的反射型液晶显示装置的截面的图，其构造包括将液晶层48夹在中间而对置的反射侧的第1基板41和光入射侧的第2基板42、设在第1基板41的液晶层一侧的反射电极43、滤色片和设在第2基板42的外侧的偏振片49，其中，滤色片又包括设在第2基板42的液晶层一侧的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的色素层44、设在各色素层之间的遮光层45、设在该色素层44和遮光层45之上的平坦化层46和在该平坦化层46上形成的透明电极47。
但是，因滤色片设在液晶显示装置的光入射侧，由于滤色片的色素层和与它相对的反射电极之间有间隙，故由反射电极反射的光所通过的色素层与入射时不同，从而产生套色不准(混色)。此外，为了防止漏光，必须加宽设在各色素间的遮光层，结果，开口率变小而得不到充分的亮度。进而，因必需使光入射侧的色素层和光反射侧的反射电极的位置对齐，故产品的成品率降低。
因此，提出下述一种反射型液晶显示装置(图5)，包括设在光反射侧的第1基板51的液晶层侧的反射电极53、在该反射电极上按该顺序形成了色素层54和透明电极56的滤色片和设在该第2基板52的外侧的偏振片。但是，为了使作为像素电极的反射电极与色素表面的透明电极(液晶驱动电极)56导通，必须在色素层内部设置接触孔59，工序变得复杂。结果，招致产品成品率降低。此外，作为色素表面的透明电极，一般使用在氧化铟中掺了氧化锡的ITO，所以，当反射电极是以铝为主的金属时，杂质等会通过接触孔在ITO和铝之间产生局部电池反应，从而引起断线、铝变黑，因而存在得不到充分的反射光的缺点。
发明内容
本发明是鉴于上述问题提出的，其目的在于提供一种反射型液晶显示装置用的滤色片及应用它的反射型液晶显示装置，该滤色片没有套色不准(混色)、视角特性好、长时间使用既不断线反射率也不降低，可以进行高亮度显示。
为达到上述目的，本发明提供一种反射型液晶显示装置用的滤色片，其特征在于：在透明或不透明的基板上按顺序层叠以真空蒸镀法或溅射法形成的光反射层、以溅射法或离子镀膜法形成的透明电极和包含导电性微粒子、以颜料分散法、印刷法、电附着法或微胞电解法形成的红色、绿色和蓝色的色素层而形成。
此外，作为其优选形态，提供一种反射型液晶显示装置用的滤色片，上述光反射层由以铝为主要成分的金属形成。
此外，作为其优选形态，提供一种反射型液晶显示装置用的滤色片，上述透明电极是以氧化铟和氧化锌为主要成分的非晶态导电性氧化物。
进而，提供一种一种反射型液晶显示装置，其特征在于，包括：将液晶层夹在中间而对置的第1基板和第2基板；在第1基板的上述液晶层一侧，按以真空蒸镀法或溅射法形成的光反射层，以溅射法或离子镀膜法形成的透明电极，包含导电性微粒子、以颜料分散法、印刷法、电附着法或微胞电解法形成的红色、绿色和蓝色的色素层的顺序层叠形成的滤色片；设在上述第2基板的上述液晶层一侧的以溅射法或离子镀膜法形成的透明电极；和设在上述第2基板的外侧的偏振片。
附图说明
图1是表示本发明的反射型液晶显示装置用的滤色片的一实施例的截面图。
图2是表示本发明的反射型液晶显示装置的一实施例的截面图。
图3是具有一实施例示出的条形电极的基板的平面图。
图4是表示现有技术的截面图，示出将滤色片设在光入射侧的情况。
图5是表示现有技术的截面图，示出将滤色片设在光反射侧并在色素层上形成透明电极的情况。
符号的说明
11、21、41、51：反射光侧的基板(玻璃)
27、42、52：入射光一侧的基板(玻璃)
12、22、43、53：反射电极
14、24、44、54：色素层
45：遮光层
46：平坦化层
13、23、26、47、56：透明电极
25、48、57：液晶层
28、49、58：偏振片
59：接触孔
15、29：滤色片
A：电极A
B：电极B
C：电极C
具体实施方式
下面，参照附图具体说明本发明的反射型液晶显示装置用的滤色片及反射型液晶显示装置。
反射型液晶显示装置用的滤色片15是在图1所示的透明或不透明的基板11上按顺序积层光反射层12、透明电极13和包含导电性微粒子的R、G、B色素层14而构成。各色素层相互分离地配置在一个平面上，各色素层之间也可以具有由树脂、金属或氧化物形成的遮光层。
本发明使用的基板可以是过去使用的玻璃基板，也可以是合成树脂制的薄膜或膜片。此外，因不在光引出侧故不一定具有透光性。因反射层兼作为像素电极，故使用电阻低而反射率高的金属。具体可以举出铝、铝合金、银等。在这些金属中，最好使用铝或铝合金，因它们在形成图案时容易刻蚀而且反射率高。这些反射层利用真空蒸镀法或溅射法制膜，其膜厚最好为500～3000埃。
透明电极一般使用在氧化铟中掺了氧化锡的ITO，当兼作电极的反射层是以铝为主的金属时，若存在杂质或异物，则产生局部电池反应使铝发黑，从而得不到充分的反射光，或产生断线。这样，要想使透明电极不与反射膜发生局部电池反应，而且在刻蚀透明电极的所要的图案时能防止反射膜的熔融，最好使用以氧化铟和氧化锌为主要成分的非晶态氧化物。
该透明电极可以是只由氧化铟和氧化锌组成的透明电极，也可以含有原子比在0.2以下的掺杂金属的透明电极。作为掺杂金属，可以使用锡、铝、锑、镓、硒等。这些掺杂金属通过在原料混合工序中与铟化合物与锌化合物混合，可以形成以氧化铟和氧化锌为主要成分的含有掺杂金属的透明电极。
这样得到的透明电极的组成是，In和Zn的原子比[In/(In+Zn)]为0.2～0.9，0.5～0.9更合适，其膜厚是200～6000埃，600～2000埃更合适。
该以氧化铟和氧化锌为主要成分的非晶态氧化物透明电极可以利用使用了规定的溅射靶的各种溅射法(DC溅射、RF溅射、DC磁控管溅射、RF磁控管溅射、ECR等离子体溅射、离子束溅射等)和离子镀膜法来制膜。
该透明电极和上述反射层的刻蚀处理和一般的刻蚀方法同样进行即可，首先，在透明电极的表面涂敷抗蚀剂膜，在进行掩膜曝光后，使用有机溶剂进行显影处理，在使用酸水溶液或CHF等气体进行刻蚀后，剥离抗蚀剂膜，就能够形成规定的图案。
下面，作为导电性色素层所使用的色素，可以是例如只有下述色素或者是将色素溶解或分散在粘合剂树脂中所得到的物质。
红色(R)色素：
二奈嵌苯颜料、煤色颜料、偶氮基颜料、喹吖啶(azo)颜料、蒽醌颜料、蒽系颜料、异哚吲满(isoindoline)颜料、异吲哚(isoindolinone)颜料等单种颜料和至少两种以上的混合物。
绿色(G)色素：
卤族多置换酞花青颜料、卤族多置换铜酞花青颜料、三苯甲烷盐基性染料、异哚吲满(isoindoline)颜料、异吲哚(isoindolinone)颜料等单种颜料和至少两种以上的混合物。
蓝色(B)色素：
铜酞花青颜料、阴丹士颜料、indaphenol颜料、花青颜料、二恶嗪颜料等单种颜料和至少两种以上的混合物。
另一方面，粘合剂树脂最好是透明的(50％以上可见光)的材料。例如，可以列举聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素等透明树脂(高分子)。
再有，因滤色片是在平面上分离配置的，故也可以选择能够适用于光刻法的感光性树脂。例如，可以列举丙烯酸、2-甲基丙烯酸、聚甲酸乙烯(poly皮酸vinyl)、环橡胶等具有反应性乙烯基的光硬化型保护材料。此外，当使用印刷法时，则选择使用了透明树脂的油墨(媒介)。例如，可以使用聚氯乙烯树脂、聚偏氯乙烯树脂、密胺树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、环氧树脂、 聚氨酯树脂、聚酯树脂、马来酸树脂、聚酰胺树脂的单体和低分子量聚合物，以及聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、羟乙基纤维素、羟甲基纤维素等透明树脂。
对于导电性材料没有特别的限制，可以使用氧化锡、氧化锌、氧化铟、在氧化铟中掺了氧化锡的ITO、以氧化铟和氧化锌为主要成分的氧化物、碳以及铝、镍、铬等金属等的微粒子。它们之中，从在色素中的分散性好且当分散在色素中时能得到良好的导电性和透明性的观点出发，最好使用氧化锡或ITO。
这些导电性材料的粒径在100埃～10微米之间，最好是500埃～2微米较合适。若不到100埃，则导电性不好，若超过10微米，则导电性粒子不能在色素中均匀分散开。
包含该导电性粒子的色素可以通过颜料分散法、印刷法、电附着法、微胞电解法等在上述透明电极上制膜，形成导电性色素层。
使这样得到的反射型液晶显示装置用滤色片29与具有刻蚀成所要的图案的透明电极26的透明基板27相对，并把液晶层夹在中间，由此，可以得到反射型液晶显示装置(图2)。
【实施例】
下面，利用实施例进一步详细说明本发明，但本发明不受这些例子的任何限制。
制造例1
导电性氧化锡的制造
在15kg纯水中添加1500g的用硅烷偶合剂对其表面进行了憎水化处理的导电性氧化锡粒子和74.25g的二茂铁诱导剂表面活性剂(10-ferrocenyldecanoylpolyoxyethylene)，并进行混合，一边使该混合物冷却以使分散液温度维持在18℃左右，一边用超声波均化器进行12小时的分散处理。然后，用上述二茂铁诱导剂表面活性剂的0.4％重量的水溶液进行2倍稀释，此后，对其添加225g的经过锂处理的螯合型离子交换树脂，并在25℃进行12小时的搅拌。对其添加450g的非那西汀空心颗粒(聚苯乙烯系，和光纯药社制)，并在25℃进行12小时的搅拌。
其次，在1500rpm、流量为300毫升/分、25℃的条件下用连续离心分离机进行离心分离，回收分散液，对每1kg分散液添加1.05g的溴化锂，然后，搅拌30分钟，从而制造出导电性氧化锡。
制造例2
含导电性氧化锡的黄色颜料分散液的制造
在制造例1中，将导电性氧化锡改为异哚吲满(isoindoline)黄(ciba特种化学品公司制)，将二茂铁诱导剂表面活性剂(10-ferrocenyldecanoylpolyoxyethylene)的使用量改为245.25g，不使用离子交换树脂，用二茂铁诱导剂表面活性剂的0.35％重量的水溶液进行1.72倍稀释，除此之外，进行与制造例1相同的操作。
制造例3
含导电性氧化锡的黄色颜料分散液的制造
在15kg纯水中混合339.45g的双蒽醌红(ciba特种化学品公司制)、56.25g的二茂铁诱导剂表面活性剂(10-ferrocenyldecanoylpolyoxyethylene)和15.75g的溴化锂，并进行混合，一边使该混合物冷却以使分散液温度维持在18℃左右，一边用超声波均化器进行18小时的分散处理。然后，在10000rpm、流量为200毫升/分、25℃的条件下用连续离心分离机对其进行处理，制造出红色颜料分散液。
通过将该红色颜料分散液和制造例2制造的黄色颜料分散液按60∶40的重量比混合，制造出红黄色颜料分散液。其次，通过将它和制造例1制造的导电性性氧化锡分散液按50∶50的重量比混合，制造出含导电性氧化锡的红色颜料分散液。
制造例4
含导电性氧化锡的绿色颜料分散液的制造
在制造例1中，将导电性性氧化锡改为卤化铜酞花青(日本油墨化学工业公司制)，将二茂铁诱导剂表面活性剂(10-ferrocenyldecanoylpolyoxyethylene)的使用量改为299.25g，不使用离子交换树脂，用二茂铁诱导剂表面活性剂的0.4％重量的水溶液进行4.27倍稀释，除此之外，进行与制造例1相同的操作。
通过将该绿色颜料分散液和制造例2制造的黄色颜料分散液按60∶40的重量比混合，制造出绿黄色颜料分散液。其次，通过将它和制造例1制造的导电性性氧化锡分散液按45∶55的重量比混合，制造出含导电性氧化锡的绿色颜料分散液。
制造例5
含导电性氧化锡的兰色颜料分散液的制造
在15kg纯水中添加1500g的铜酞花青(日本油墨化学工业公司制)、306g的二茂铁诱导剂表面活性剂(10-ferrocenyldecanoylpolyoxyethylene)和15.75g的溴化锂，并进行混合，一边使该混合物冷却以使分散液温度维持在18℃左右，一边用超声波均化器进行12小时的分散处理。在10000rpm、流量为200毫升/分、25℃的条件下用连续离心分离机对其进行处理，进而，通过用二茂铁诱导剂表面活性剂的0.3％重量的稀释溶液对它进行4.85倍稀释并在25℃的条件下搅拌12小时，从而制造出兰色颜料分散液。通过将该兰色颜料分散液和制造例1制造的导电性氧化锡分散液按50∶50的重量比混合，制造出含导电性氧化锡的蓝色颜料分散液。
[实施例]
利用高频溅射在玻璃基板(320×300×0.7mm)上淀积膜厚为1500埃的铝。进而，用溅射法在该铝膜上淀积以氧化铟和氧化锌为主要成分的非晶态透明导电性膜。溅射靶使用把In和Zn按0.89的原子比[In/(In+Zn)]配制的In2O3-ZnO烧结体，并将其放置在平面型磁控管的阴极上，放电气体使用纯氩气或混入1vol％左右的微量氧气的氩气，利用该方法淀积膜厚为1200埃的透明电极膜。若用X线衍射法分析该In2O3-ZnO膜，则观察不到峰值，说明它是非晶态膜。此外，该膜的电阻率大约是3×10-4Ω.cm。利用光刻法，使用由HCl∶HNO3∶H2O＝1∶6∶3组成的刻蚀液对该膜进行溅射处理，形成宽度为90μm、电极间隔为20μm的条形电极(图3)。
其次，首先将形成了该条形电极的基板浸入由制造例3制造的含导电性氧化锡的红色颜料分散液中，以饱和甘汞电极作为基准电极，阴极使用不锈钢板，用+0.5V对电极A通电15分钟。然后，从红色颜料分散液中将基板取出，通过用纯水将基板洗干净，在电极A上形成红色颜料的导电性薄膜。在150℃的条件下在电炉中烘烤30分钟。
其次，将基板浸入由制造例4制造的含导电性氧化锡的绿色颜料分散液中，用B电极进行同样的操作，进而，使用由制造例5制造的含导电性氧化锡的兰色颜料分散液，用C电极进行同样的操作，制造出导电性性滤色片。
使用该导电性滤色片制作使用了TN液晶的液晶单元，研究其驱动特性时，发现它与通常在滤色片上设置液晶驱动用ITO而制作的液晶单元的驱动特性完全一样。此外，不引起色偏移的范围的视角是±60度，这在实用上没有问题。进而，当光波波长大约是600nm时，在明亮状态下能够得到15％左右的光谱反射率。此外，即使驱动1个月的时间，透明电极与反射电极之间也不产生局部电池反应，反射率没有变化。
工业上利用的可能性
在光反射侧的基板上按顺序层叠光反射层、透明电极以及包含导电性粒子的色素层，形成滤色片，将该滤色片用在反射型液晶显示装置上，由此，能够提供无套色不准(混色)、视角特性好、长时间使用也不断线且反射率也不降低、能进行明亮显示的反射型液晶显示装置。
Claims (4)
1、一种反射型液晶显示装置用的滤色片，其特征在于：在透明或不透明的基板(11)上按顺序层叠以真空蒸镀法或溅射法形成的光反射层(12)、以溅射法或离子镀膜法形成的透明电极(13)和包含导电性微粒子、以颜料分散法、印刷法、电附着法或微胞电解法形成的红色、绿色和蓝色的色素层(14)而形成。
2、如权利要求1记载的反射型液晶显示装置用的滤色片，其特征在于：上述光反射层(12)由以铝为主要成分的金属形成。
3、如权利要求1或2记载的反射型液晶显示装置用的滤色片，其特征在于：上述透明电极(13)是以氧化铟和氧化锌为主要成分的非晶态导电性氧化物。
4、一种反射型液晶显示装置，其特征在于包括：
将液晶层(25)夹在中间而对置的第1基板(21)和第2基板(27)；
在第1基板的上述液晶层(25)一侧，按以真空蒸镀法或溅射法形成的光反射层(22)，以溅射法或离子镀膜法形成的透明电极(23)，包含导电性微粒子、以颜料分散法、印刷法、电附着法或微胞电解法形成的红色、绿色和蓝色的色素层(24)的顺序层叠形成的滤色片(29)；
设在上述第2基板(27)的上述液晶层(25)一侧的以溅射法或离子镀膜法形成的透明电极(26)；和
设在上述第2基板(27)的外侧的偏振片(28)。
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