CN1191327A - 反射体的制造方法和具有这种反射体的液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的是提供一种液晶显示装置,该装置可正确地控制设在反射体上的微细的凹凸部分的形状,并可得到所希望形状的凹凸部分的、反射效率高的反射体。本发明在基体12上形成感光树脂层40,在用模型42压紧在感光树脂层40上的状态下,用光线照射,使其硬化,形成硬化树脂层,之后,将模型42从硬化树脂层上剥离下来,使微细的凹凸部分20转印移至表面上,然后,在微细的凹凸部分20上形成金属反射膜22。

Description

反射体的制造方法和具有这种反射体的液晶显示装置

本发明涉及在反射型液晶显示装置等上使用的反射体的制造方法和具有这种反射体的液晶显示装置。

液晶显示装置作为可以实现轻型化、小型化和薄型化的显示装置，获得了广泛的应用，其中，将反射板组装在装置内构成的反射型液晶显示装置，作为一种电力消耗低的显示装置也引起了人们的注意。

图12为以往的反射型液晶显示装置的一个结构例子。这个例子的反射型液晶显示装置A的结构具有上下相对配置的一对透明的基板1，2，用密封材料3密封在该二个基板之间的液晶层4，在上基板1的上面，从上方开始依次设置的偏光板6、相位差板7，8和设在下基板2的下面的反射体10。这个反射体10由上面做有微细的凹凸部分11a的玻璃基板11，覆盖在该玻璃基板11上的铝反射膜12和覆盖在铝反射膜12上的粘接层13构成。另外，在上基板1的下面分层叠合着由ITO构成的电极层15，外涂层16和配向膜17；在下基板2的上面，分层叠合着在显示颜色构造时必须的颜色滤光片18，防护层19，电极层20和配向膜21。

上述结构的反射型液晶显示装置A，当从上基板1的上方射入的入射光，在通过液晶层4后，被反射膜12反射，再次通过液晶层4后，又通过上基板1返回时，可以由液晶层4进行是否调整光的偏光方向的转换，并且还可利用反射光是否通过偏光板6的转换，从而进行明亮状态和黑暗状态的转换。另外，在玻璃基板11上做出的凹凸部分11a，由于反射膜12也做成了凹凸形状，因此，可以抑制从内面和外面来的不需要的光的反射，而反射必要方向的光。

可是，在具有上述结构的反射型液晶显示装置A中，由于它是将反射体10设置在由玻璃构成的厚的透明基板2的外侧的结构，因此，入射光在通过液晶层4之后，必须要通过透明基板2。这样，就产生了由透明基板2造成的视差，对比度低，而且显示图像有重影的问题。

另外，以前，作为形成反射体10的玻璃基板11的凹凸部分11a的方法，如在日本专利公开第198490/1984号等中所公布的那样，已知的是用氟酸处理玻璃表面，在表面形成微细的凹凸部分的技术。然而，利用这种用酸处理形成凹凸部分的技术存在着微细的凹凸部分形状控制困难的问题。

假如要用非常高的精度进行该反射体10的凹凸部分11a的形状控制，则由于要抑制从内面和外面来的不需要的光的反射，高效地进行必要方向的光的反射，因此，控制反射体10的凹凸部分11a的形状变成重要的技术课题。

本发明是在考虑上述问题的基础上提出的，其目的是要提供一种液晶显示装置，该装置可以控制设在反射体上的微细的凹凸部分的形状，可以得到具有所希望形状的凹凸部分的、反射效率高的反射体，同时该装置即具有这种反射体。

为了解决上述问题，本发明的特征为，在基体上涂敷感光树脂，形成感光树脂层，然后，在将表面具有微细的凹凸部分的模型压紧在该感光树脂层上的状态下，利用光线进行照射，使上述感光树脂层硬化，形成硬化树脂层，接着，将上述模型从上述硬化树脂层上剥离下来，使微细的凹凸部分转印至表面上，再接着，在该微细的凹凸部分上形成金属反射膜。

由于模型压在感光树脂层上，形成微细的凹凸部分，又在该微细的凹凸部分上形成金属反射膜，因此可以得到具有反射面的反射体，该反射面则具有形状与在模型上做出的微细的凹凸部分形状那样的微细的凹凸部分。

在本发明中，对于在上述基体上设置的感光树脂层，最好在40℃～150℃的温度范围内，对该感光树脂层进行预先焙烘。

由于在进行这种预先焙烘时，可使感光树脂中的不需要的挥发成分逸出而除去，并可防止气泡混入压紧模型时的模型和感光树脂之间，因此，可以可靠地使压紧模型时的凹凸模型转印，得到所希望形状的微细的凹凸部分。

然而，当预先焙烘的温度在40℃以下时，由于预先焙烘不充分，在感光树脂层中，溶媒残留的量比需要的要多。这种残留的溶媒，利用后面所述的紫外线硬化时的发热现象而气化，变成气泡，而气泡在压紧模型时，恐怕会混入模型和感光树脂之间，这是不好的。另外，当预先焙烘的温度超过150℃时，树脂的流动性变坏，在后面所述的压紧模型时，不能满意地将凹凸部分形状转印下来，这也是不好的。

在本发明中，作为上述感光树脂，可以使用丙烯醛基系的抗蚀剂、聚苯乙烯系的抗蚀剂、叠氮橡胶系的抗蚀剂和亚胺系的抗蚀剂中至少一种；而作为上述金属反射膜，可以使用由铝或铝合金，或者由银或银合金构成的金属反射膜。通过使用这些感光树脂或金属反射膜，可以得到由模型转印下来的凹凸部形状正确和反射率高的反射体。

另外，预先焙烘的时间最好在30秒以上，10分钟以下。

然而，当预先焙烘的时间在30秒以下时，由于预先焙烘不充分，感光树脂中，溶媒的残留量比需要的多。这种残留的溶媒，利用后面所述的紫外线硬化时的发热现象而气化，变成气泡。这种气泡，在压紧模型时，恐怕会进入模型和感光树脂之间，因此，这是不好的。另外，当预先焙烘的时间超过10分钟时，由于树脂的流动性变坏，不能在后面所述的压紧模型时，满意地将凹凸部分的形状转印下来，因此，这点也不好。

在本发明中，使用透明的基体作为上述基体，当从该基体的背面一侧，进行光线照射时，通过使与模型压紧的感光树脂层硬化，可以在压紧模型的状态下，使感光树脂层硬化，从而可保持转印下来的凹凸部分的形状原封不动。

另外，作为上述的凹凸部分，可以采用这样形成的一种结构，该结构并排设有多个长的凸部，该长的凸部的顶部，沿着基体的一个方向，大致在同一高度上连续延伸，而在与上述一个方向垂直的方向上，相互之间形成凹部，各个长的凸部的高度和宽度是随意设置的。

假如反射体做有这种特殊形状的凹凸部分，则可以抑制从不需要的方向来的光的反射，而将从特定方向来的入射光，以特定的方向为中心，高效地进行反射。

其次，本发明的特征在于，在一对透明的基板之间配置了液晶，在上述一边的基板上，设置了偏光板和相位差板，并且将利用权利要求1所述的制造方法得出的反射体，与上述另一边的基板做成一体。

作为反射型液晶显示装置，通过将表面上具有微细的凹凸部分的反射体，与一对基板中的另一侧的基板做成一体，则可以得到在要反射入射光的情况下，可以抑制从内部和外部来的不需要的光的反射，而高效地进行必要方向的光的反射。

以下，参照附图来说明本发明的一个实施例。

图1表示具有根据本发明的反射体的一个例子的反射型液晶显示装置的一例的剖面图；

图2表示在基板上涂敷感光树脂液状态的剖面图；

图3表示基板上的感光树脂层和压紧在其上的模型的侧视图；

图4表示将模型压紧在基板上的感光树脂层上的状态的剖面图；

图5表示所得到的感光树脂层的剖面图；

图6表示所得到的感光树脂层上的凹凸部分的放大图；

图7表示具有根据本发明的反射体的一个例子的反射型液晶显示装置的又一例的剖面图；

图8表示在实施例得到的试件的预先焙烘时间与最大的表面凹凸度的比例关系的图；

图9表示在实施例得到的试件的预先焙烘时间与转印面积的关系的图；

图10表示在实施例得到的试件的倾斜角与存在概率的关系的图；

图11表示在实施例得到的反射体的反射强度与角度的关系的图；

图12表示先前的反射型液晶显示装置的一个例子的剖面图。

图1表示具有根据本发明的方法制造的反射体的液晶显示装置的一个例子。这个例子的液晶显示装置B的结构具有在上下方向相对配置的一对透明的基板(基体)11，12，利用密封材料13密封在该二个基板之间的液晶层14和在上基板11的上面，从上方开始依次设置的偏光板16、相位差板17，18。

另外，在上述基板12的上表面做出上面具有微细的凹凸部分20的感光硬化树脂层21，并形成金属反射膜22，覆盖着上述凹凸部分20，又形成防护层23，覆盖着金属反射膜22。与此同时，反射体24由基板12、感光硬化树脂层21、金属反射膜22和防护层23构成，反射体24层叠在基板12的内侧。

在上基板11的下面还层叠着由ITO构成的电极层25，外涂层26和配向膜27；在防护层23的上面，通过在显示颜色构造时必须的颜色滤光片28层叠着防护层29、电极层30和配向膜31。

接着，说明制造上述结构的反射体24的方法的一个例子。

首先，在玻璃基板12的上面，利用旋转涂层法、网板印刷法和喷涂法等涂敷方法，涂敷丙烯醛基系的抗蚀剂、聚苯乙烯系的抗蚀剂、叠氮橡胶系的抗蚀剂和亚胺系的抗蚀剂中的至少一种感光树脂液。利用旋转涂层法涂敷时，效果较好，这时，可使基板12以500～700转/分的回转速度回转，同时滴下感光树脂液，可以在基板12的整个上表面进行均匀的涂层。

当感光树脂液的涂敷结束后，利用加热炉或热的金属板等加热装置，在40℃以上，150℃以下的温度范围，和10秒以上，10分钟以下的时间范围内，加热基板上的感光树脂液，进行预先焙烘工作，从而可在基板12上形成感光树脂层40。作为预先焙烘的条件，加热条件在60℃以上，130℃以下的温度范围内加热30秒以上，5分钟以下较好，更好是在80℃以上，110℃以下的温度范围内，加热30秒以上，3分钟以下。但是，由于预先焙烘的条件是根据所用的感光树脂的种类不同而不同的，当然在上述温度范围和时间范围以外进行处理也是可以的。

然而，当预先焙烘的温度在40℃以下时，由于预先焙烘不充分，在感光树脂层中有熔媒残留，这种残留的溶媒，利用后面所述的紫外线硬化时的发热现象而气化，形成气泡。这种气泡在压紧模型时，恐怕会混入模型和感光树脂之间，这是不好的。另外，当预先焙烘的温度超过150℃时，树脂的流动性变坏，在后面所述的压紧模型时，凹凸部分不能满意地被转印下来，这也不好。

最好，所形成的感光树脂层40的膜厚，在0.5～5微米范围内。

其次，如图3所示，采用预先在表面上形成凹凸部分41的模型42，形成凹凸部分20，而如图4所示，则是将模型42的凹凸部分41压紧在玻璃基板12上的感光树脂层40上，将凹凸部分41转印至感光树脂层40的上面，而形成凹凸部分20。

这里所用的模型42最好由硅树脂、环氧树脂等合成树脂，或由Ni，Au，Cu，Al等金属材料制成。假如采用由硅树脂制成的模型，则在后面进行的模型分离工序时，可以容易地将模型42从感光树脂层40上取下。另外，在使用由硅树脂以外的树脂或由金属材料制成的模型42的情况下，为了使在后面进行的模型分离工序容易进行，最好要用硅油等模型分离剂涂抹后，再压紧模型。再者，压紧模型时的压力最好选择与所用的感光树脂种类相适应的值，例如，可取30～50千克/平方厘米大小的压力。另外，为了能转印后面要详细说明的凹凸部分20的形状，模型42的凹凸部分41应具有必要的形状。

将上述模型42压紧在感光树脂层40上的时间，最好选择与所用的感光树脂种类相适应的值，例如，30秒～10分钟左右。

其次，如果要压紧模型，应利用能使感光树脂层40硬化的紫外线(g，h，i线)等光线，从透明基板12的背面进行照射，使感光树脂层40硬化。这里，照射用的紫外线等光线，如果是上述种类的感光树脂层40，则强度为50毫焦耳/平方厘米以上，就足以使感光树脂层40硬化。但是，当感光树脂层40的种类不同时，当然也可用强度在上述以外的光进行照射。

假如感光树脂层40硬化了，则可从感光树脂层40上取下模型42，这样，如图5所示，可以在基板12上得到具有凹凸部分20的感光硬化树脂层21。图6表示所得到的凹凸部分20的放大的结构。

这个例子的凹凸部分20由长的凸部451，452，453，454…和深度与宽度为随意的凹部471，472，473，474，475…构成。这些长的凸部横截面做成形状不定的波形，其各个顶部，在大致相同的高度上，沿着基体12的一个方向(图6中的箭头a方向)连续延伸。而那些凹部则设在各个长的凸部之间，它们在与上述方向(a方向)垂直的方向(图6中的箭头b的方向)上，以一定的间隔，与长的凸部451，452，453，454…并列设置。在上述的凹凸部分20中，凹部471，472，473，474，475的深度最好做成0.5～3微米，宽度最好做成为5～30微米。另外，各个长的凸部451，452…的高度做成大致相同，当然，各个顶部多少有点起伏也是可以的。

此外，在上述凹凸部分20中，倾斜角分布最好在-10°以上，+10°以下的范围内。

这里，所谓倾斜角分布是指，如图6所示那样，当观察长的凸部的横截面时，在横截面呈正弦曲线形状的波形的任意点P的切线S与水平线H所成的角度θ。因此，  倾斜角分布在-10°以上，+10°以下的范围意味着，在图6所示的长的凸部的任意横截面上，θ在-10°～+10°的范围内。

其次，在凹凸部分20上，利用喷溅，淀积，CVD(化学汽相淀积)，离子镀和无电场电镀等方法，制成厚度为1000～2000埃的金属制反射膜22，通过在该反射膜22上，形成防护层23，将反射膜22造成的凹凸起伏覆盖起来，使其上表面弄平，即可得到图1所示的反射体24。这里，作为所形成的反射膜22，可以采用由铝或铝合金，或者银或银合金制成的反射膜，当然，如果其它材料的反射特性好，适当地采用也是可以的。

在图1所示结构的反射型液晶显示装置B中，可以采用如上所述制造的反射体24。

当采用上述结构的反射体24时，由于作为凹凸部分20使用了由凸部451，452，453，454…和凹部471，472，473…构成的结构；这些凸部的横截面做成了不定形的波形，其各个高度大致相同的顶部，沿着基体12的a方向连续延伸；而其高度和宽度为随意设置的；又由于能够特别高效率地反射沿着图6的b方向，以给定的入射角度入射至反射膜21上的光，因此，当将b方向前方的斜上方作为使用者的看视方向时，可以看到非常明亮的表示形态。

图7表示具有根据本发明得到的反射体的液晶显示装置的又一例子。这个例子的反射型液晶显示装置C，由于只有把先前例子的反射型液晶显示装置A的颜色滤光片28配置在基板11上这一点不同，而其它的结构与先前例子的反射型液晶显示装置A相同，因此，相同部分的说明从略。

在这个例子的反射型液晶显示装置C中，与前面的例子相同，也具有反射效率高的反射体24，因此也可得到明亮的表示形态。

另外，在上面所述的例子中，是针对把反射体用作反射型液晶显示装置B、C的反射板使用的例子进行说明的，然而，也可以将根据本发明的反射体用在汽车反射镜和道路用的反射板等中。这样，在液晶显示装置以外的用途中使用反射体的情况下，则在反射体上形成的凹凸部分的形状，不但可以如先前说明的那样，而且也可以有其它形状。

实施例1

将玻璃基板安装在旋转涂敷机上，在回转速度500转/分和30秒的条件下，将东京应用化学株式会社制的抗蚀剂(CFPRCL-016S：感光树脂)涂敷在玻璃基板上，厚度达5微米。

利用热的金属板将该玻璃基板，在80℃下保持10秒钟，进行预先焙烘，得到抗蚀剂膜(感光树脂膜)。

其次，准备一个表面上做有微细的凹凸部分(凸部的高度为0.5～1微米，宽度为5～100微米，凹部的宽度为5～10微米)的硅模型。以50千克/平方厘米的压力，将该硅模型压紧在抗蚀剂膜上，使硅模型的凹凸部分转印至抗蚀剂膜上部上。在将硅模型压紧在抗蚀剂膜上的状态下，从基板背面，在照射量为500微焦耳/平方厘米的条件下，用紫外线照射。

紫外线照射后，将厚度为1500埃的铝膜淀积在抗蚀剂膜上面的凹凸部分上，就得到了反射体。

实施例2

将玻璃基板安装在旋转涂敷机上，在回转速度700转/分和20秒的条件下，将日本合成橡胶株式会社制的感光材料(JNPC-18-R10)涂敷在玻璃基板上，厚度达3微米。

利用热的金属板将该玻璃基板，在60℃下保持5秒钟，进行预先焙烘，得到抗蚀剂膜(感光树脂膜)。

其次，准备一个表面上做有与上面的实施例1中所用的相同的凹凸部分的硅模型，在30千克/平方厘米的压力下，将该硅模型压紧在抗蚀剂膜上，使硅模型的凹凸部分转印至抗蚀剂膜上部上。在将硅模型压紧在抗蚀剂膜上的状态下，从基板背面，在照射量为400微焦耳/平方厘米的条件下，用紫外线照射。

在紫外线照射后，将厚度为1200埃的铝膜淀积在抗蚀剂膜上面的凹凸部分上，就得到反射体。

图8中表示了在制造实施例1中得到的反射体时所得出的最大表面凹凸度与预先焙烘时间的关系。最大表面凹凸度用(转印区域的最大凹凸尺寸)/(模型的表面凹凸尺寸)×100％表示。这意味着，当低于100％时，凹凸部分的转印将变得不充分。

从图8所示的结果可看出，相对于在500秒以下，最大表面凹凸度为100％，在600秒时，最大表面凹凸度降低至70％，而在700秒时，降低至50％。从这个结果可知，感光树脂层预先焙烘的时间为600秒以内较好。

在图9中表示了在制造实施例2中所得到的反射体时所得出的转印面积与预先焙烘时间的关系。转印面积用(在感光树脂层上可以形成凹凸形状的面积)/(在模型上形成该形状的面积)×100％表示。

从图9所示的结果可看出，从预先焙烘时间为10秒开始，转印面积即变为100％，相对于在600秒以前，转印面积均为100％，在700秒时，降低至80％，在1000秒时，降低至60％。从这个结果可知，预先焙烘的时间在10秒以上，600秒以内较好。

其次，图10表示在实施例1中所得到的反射体的倾斜角和存在概率的关系。这里，所谓存在概率是指在某个面积内所占有的倾斜角概率。

从图10所示的结果可看出，实施例1的反射体的倾斜角只在-8°至8°的范围内。因而可知，这个实施例的反射体具有用于形成反射强度大的反射板的适当的形状。

其次，在图11中表示了实施例1中所得到的反射体的反射强度和角度的关系的测定结果。这里，所谓角度是指在多大的角度范围内测定反射光的强度是否有变化的结果，这种测定是在分别从与长的凸部的长度方向垂直的方向(0°)，45°交叉的方向(45°)和长的凸部的长度方向(90°)入射光的情况下，在各个方向的延长方向的反射位置上进行的。

从图11所示的结果可知，反射体可在较广的角度范围内，反射从与长的凸部的长度方向垂直的方向(0°)入射的光，而从其它方向入射的光，只能在较窄的角度范围内反射。因此，可以了解，这个实施例的反射体具有作为在反射型液晶显示装置中使用的合适的反射特性。

比较例1

在实施与实施例1相同的方法时，取热的金属板的温度为30℃，进行5分钟的预先焙烘。其它的条件与实施例1相同。

结果，残留在感光树脂中的溶媒，利用紫外线硬化时的发热现象而气化，变成气泡。当将模型压紧时，这种气泡混入模型和感光树脂之间，因此，不能全面均匀地转印模型上的凹凸部分。

比较例2

在实施与实施例1相同的方法时，取热的金属板的温度为180℃，预先焙烘3分钟。其它条件与实施例1相同。

结果，感光树脂的流动性变坏，不能满意地转印凹凸部分。

如上所述，根据本发明，由于可将具有微细的凹凸部分的模型压紧在基体上的感光树脂层上，利用光线照射，使感光树脂层硬化，将微细的凹凸部分转印形成在硬化树脂层上，然后再在该微细的凹凸部分上形成金属反射膜，因此，可以得到具有正确形状的微细凹凸部分的反射体。

另外，在基体上形成感光树脂层后，通过在40℃～150℃下进行预先焙烘，可使感光树脂层中的溶剂充分挥发而除去。因此，不会产生在以后工序的感光树脂层硬化时的发热等造成的气泡，可以消除正确转印模型的凹凸部分时的障碍。

再者，通过将上述模型压紧在感光树脂层上，可以将与模型的凹凸部分面积相应的正确面积的凹凸部分转印至感光树脂层上，与此同时，可以不改变模型的微细的凹凸部分的形状，转印下正确的凹凸形状的凹凸部分。

作为上述的凸部，可以采用这样的结构：它并排地设置多个长的凸部，在长的凸部相互之间形成凹部，各个长的凸部的高度和宽度可随意设置。因此，可以得到可以高效地反射沿着与长的凸部的长度方向垂直方向的入射光的反射光，得到在特定方向的反射效率特别好的反射体。

作为上述感光树脂，具体地可使用丙烯醛基系的抗蚀剂、聚苯乙烯系的抗蚀剂、叠氮橡胶系的抗蚀剂和亚胺系的抗蚀剂中的至少一种，因此，可得到反射特性优秀的反射体。又，由于作为上述金属反射膜，可以使用由铝或铝合金，或者银或银合金制成的反射膜，因此，可得到反射特性优秀的反射体。

其次，由于在一对透明的基板之间配置了液晶，在上述一边的基板上设有偏光板和相位差板，使用上述制造方法得出的反射体与上述另一边的基板做成一体，因此，可以得到具有在特定方向上反射率优秀的反射体，能够在特定的方向上得到非常明亮的显示形态的液晶显示装置。

Claims (6)

1.一种反射体制造方法，其特征为，在基体上涂敷感光树脂，形成感光树脂层，在将表面上有微细的凹凸部分的模型压紧在该感光树脂层上的状态下，利用光线照射，使上述感光树脂层硬化，形成硬化树脂层，接着，将上述模型从上述硬化树脂层上剥离下来，使微细的凹凸部分转印至表面上，再接着，在该微细的凹凸部分上形成金属反射膜。

2.如权利要求1所述的反射体制造方法，其特征为，作为上述感光树脂，可以使用丙烯醛基系的抗蚀剂、聚苯乙烯系的抗蚀剂、叠氮橡胶系的抗蚀剂和亚胺系的抗蚀剂中的至少一种。

3.如权利要求1所述的反射体制造方法，其特征为，作为上述金属反射膜，可以使用由铝或铝合金，或由银或银合金制成的反射膜。

4.如权利要求1所述的反射体制造方法，其特征为，作为上述凹凸部分，可以采用这样的结构，它并排设置多个长的凸部，该长的凸部的顶部，沿着上述基体的一个方向，在大致相同的高度上连续延伸，而在凸部相互之间，在与上述方向垂直的方向上，形成凹部，各长的凸部的高度和宽度随意设置。

5.如权利要求1所述的反射体制造方法，其特征为，在上述基体上形成上述感光树脂层后，在40℃～150℃的温度范围内，进行预先焙烘。

6.一种反射型液晶显示装置，其特征为，在一对透明的基板之间配置了液晶，在上述一边的基板上设有偏光板和相位差板，利用权利要求1所述的制造方法得出的反射体，与上述另一边的基板成为一体。

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