CN1529826A - 带有半透过反射镜的基板和半透过型液晶显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可维持高透过率并具有高反射率，同时可提高透过显示性能和反射显示性能的带有半透过反射镜的基板。带有半透过反射镜的基板1具有碱石灰硅酸盐玻璃形成的透明玻璃基板2、在玻璃基板2上形成的由氧化硅(SiOx)形成的衬底膜3、在衬底膜3上形成的由铝(Al)形成的半透过反射膜4、以及在半透过反射膜4上形成的由二氧化硅(SiO2)形成的保护膜5。作为衬底膜3使用的SiOx的膜厚为0～8nm，此外，SiOx中氧(O)与硅(Si)的化学组成比x为1.5～2.0。

Description

带有半透过反射镜的基板和 半透过型液晶显示装置
技术领域
本发明涉及带有半透过反射镜的基板和半透过型液晶显示装置，特别涉及同时具有高透过率和反射率的带有半透过反射镜的基板和半透过型液晶显示装置。
背景技术
在现有的半透过型液晶显示装置中，采用形成有反射模式和透过模式显示所需光学性能的半透过反射镜的、带有半透过反射镜的基板。在带有半透过反射镜的基板上，为确保反射模式和透过模式两者的显示品质(主要是辉度)，需要有高的反射性能和透过性能。
带有半透过反射镜的基板具有玻璃基板、在该玻璃基板上作为衬底膜而形成的氧化硅膜(SiO2)、在该SiO2膜上作为半透过反射膜而形成的Al膜或由Al-Ti、Al-Nd等所形成的Al合金膜、在该Al膜或Al合金膜上作为保护膜而形成的SiO2膜。衬底膜、半透过反射膜和保护膜构成半透过反射镜，该半透过反射镜具有反射光的功能。半透过反射镜的反射性能和透过性能由作为半透过反射膜的Al膜等的膜厚进行控制。
半透过反射膜的透过率一般设定为15～20％。另一方面，由于产生金属特有的光学吸收，因此反射率由全部光量中扣除透过光量和吸收光量后所得的光量来确定。在采用带有半透过反射镜基板的半透过型液晶显示装置的显示性能中，通常要求半透过反射镜具有透过率为20％以上、反射率为60％以上的最低限度的品质。
作为制作半透过反射镜的方法，有真空蒸镀法或溅射法，但是从耐久性方面出发，主要采用溅射法。
但是，在提高半透过反射镜的透过率时，现有带有半透过反射镜的基板存在的问题是不能获得足够的反射率。特别是在获得15％以上的高透过率时，造成反射率显著下降的情况。这可能是由于为增加半透过反射镜的光学吸收量，使得反射强度降低所造成的。即，为提高透过率，而使Al等形成的半透过反射膜的膜厚减薄，这是由于Al金属的结晶晶格混乱，造成了Al金属本身的松散结构变化为不同的结构，使得半透过反射膜的光学吸收量增加所造成的。
发明内容
本发明的目的是提供一种带有半透过反射镜的基板和半透过型液晶显示装置，该基板和显示装置可维持高的透过率，而且具有高反射率，同时可提高透过显示性能和反射显示性能。
为达到上述目的，根据本发明的第一方式提供一种带有半透过反射镜的基板，其具有基板、在所述基板上形成的衬底膜(基底膜)、及在所述衬底膜上形成的半透过反射膜，其特征在于，所述衬底膜的膜厚为0～8nm。
另外，在作为第一方式的带有半透过反射镜的基板中，所述衬底膜优选由氧化硅(SiOx)形成。
此外，在作为第一方式的带有半透过反射镜的基板中，所述氧化硅(SiOx)中氧(O)与硅(Si)相对的化学组成比x优选为1.5～2.0。
另外，在作为第一方式的带有半透过反射镜的基板中，所述半透过反射膜优选由Al和Al合金中的至少一种形成。
为达到上述目的，根据本发明的第二方式，提供一种半透过型液晶显示装置，其特征为该装置具有作为本发明第一方式的带有半透过反射镜的基板。
附图说明
图1为表示作为本发明一实施方式的带有半透过反射镜的基板的模式构造的截面图。
图2为表示采用图1的带有半透过反射镜的基板制造的半透过型液晶显示装置一实例的模式构造的截面图。
图3为表示表1中实施例1～实施例2的光学特性的图。
图4为表示表1中实施例3～实施例6和比较例1的光学特性的图。
图5为表示表1中实施例7～实施例10和比较例2的光学特性的图。
图6为表示表1中实施例11～实施例14和比较例3的光学特性的图。
图7为表示表2中实施例15～实施例22的Ar/O2混合气体流量比与衬底膜的x值之间关系的图。
图8为表示表3中实施例23～实施例27和比较例4～比较例6的衬底膜的x值与光学特性之间关系的图。
具体实施方式
本发明者等为了达到上述目的，进行了专门研究，结果发现在具有基板、在所述基板上形成的衬底膜、在所述衬底膜上形成的半透过反射膜的带有半透过反射镜的基板中，如果使衬底膜的膜厚为0～8nm，则可维持高的透过率，而且提高反射率，同时可提高透过显示性能和反射显示性能。
另外，发现如果使衬底膜由氧化硅(SiOx)形成、以及使所述氧化硅SiOx中氧(O)与硅(Si)相对的化学组成比x为1.5～2.0，则可维持高的透过率，而且提高反射率，同时可进一步提高透过显示性能和反射显示性能。
以下参照附图，对本发明的实施方式作详细说明。
图1为表示作为本发明一实施方式的带有半透过反射镜的基板的模式构造的截面图。
在图1中，带有半透过反射镜的基板1具有透明的玻璃基板2、在玻璃基板2上形成的由氧化硅(SiOx)形成的衬底膜3、在衬底膜3上形成由铝(Al)形成的半透过反射膜4和在半透过反射膜4上形成的由二氧化硅(SiO2)形成的保护膜5。在玻璃基板2上顺次层压衬底膜3、半透过反射膜4和保护膜5。这些衬底膜3、半透过反射膜4和保护膜5构成半透过反射镜6，该半透过反射镜6具有反射光的功能。
玻璃基板2优选为在550nm的波长处具有1.50～1.55程度折射率的碱石灰硅酸盐玻璃或低碱性玻璃、无碱玻璃，但其不限于这些玻璃，也可以为透明塑料等的树脂。
半透过反射镜6中的半透过反射膜4由Al制成的薄金属薄膜形成，该薄膜薄到可透过一部分光，但是反射膜4不限于这些薄膜，也可以为Al-Ti、Al-Nd等的Al合金。保护膜5的目的是机械保护半透过反射膜4和确保耐药品性、耐水性，以及在以下所述图2的半透过型液晶显示装置中确保与保护膜5上形成的CF(彩色滤光器)之间的密合性，因此在半透过反射膜4上形成。
由SiOx形成的衬底膜3的膜厚为0～8nm。这是由于当衬底膜3的膜厚超过8nm时，半透过反射镜6的反射率降低，同时Al金属本身的光学吸收量将增加。而更优选的衬底膜3的膜厚范围为3～6nm。衬底膜3本身具有防止从玻璃基板2内部溶出的碱扩散(碱钝化作用)、提高玻璃基板2与反射膜4之间的粘结性的功能，而通过使衬底膜3的膜厚为0～8nm，衬底膜3上形成的半透过反射膜4中Al金属的结晶构造良好，Al金属本身的光学吸收量不增加，同时还可提高光透过性能和反射性能。
此外，为提高半透过反射镜6的透过性能和反射性能，在作为衬底膜3使用的SiOx中氧(O)对硅(Si)的化学组成比x为1.5～2.0。通过使SiOx中O对Si的化学组成比x为1.5～2.0，使得SiOx上形成的半透过反射膜4中Al金属的结晶构造良好，Al金属本身的光学吸收量不增加，同时还可提高光透过性能和反射性能。
在半透过反射膜4上，也可以用低折射率材料形成的层以及高折射率材料形成的层交错叠合多层形成的增反射多层体代替保护膜5。叠合的层数没有特别限制，但考虑到反射性能和成本，通常优选为2～5层。作为低折射率材料，主要采用氧化硅、氟化镁，作为高折射率材料，主要采用氧化钛、氧化钽、氧化铌。为不发生光学吸收，增反射层压体可合适地作为半透过膜使用。
作为形成衬底膜3和保护膜5的形成方法，主要采用公知的真空成膜法，离子电镀法和溅射法，但也可以采用其它可正确控制衬底膜3的膜厚的方法。特别合适的衬底膜3是由采用Ar/O2混合气体的直流溅射法，将导电性Si(掺杂B)作为目标材料而形成的。另外，合适的半透过反射膜4可由采用Ar气的直流溅射法、将高纯度的Al作为目标材料而形成的。
根据图1带有半透过反射镜的基板1，通过将SiOx形成的衬底膜3的膜厚设定为0～8nm，以及将SiOx中O对Si的化学组成比x设定为1.5～2.0，可维持高透过率，并具有高反射率、同时提高透过性能和反射性能。
图2所示的截面图表示采用图1带有半透过反射镜的基板1制造的半透过型液晶显示装置的一个实例的模式构造。
在图2中，在半透过反射镜6上层压以嵌合状配置的彩色滤光器7，在其上依次层压保护彩色滤光器7用的外涂层8以及由ITO(IndiumThin Oxide(铟薄层氧化物))形成的透明导电膜9。另外，在玻璃基板2的最外侧面上，依次层压相位差板10和偏光板11。
在透明导电膜9和前面玻璃板14更内层上层压的透明导电膜13之间夹持着液晶层12。在前面玻璃板14的外侧上依次层压有扩散板15、相位差板16和偏光板17。
由上述结构，可以反射模式和透过模式这两种模式进行显示。
根据图2的半透过型液晶显示装置，可提高透过显示性能和反射显示性能。结果，由于提高光利用率，可抑制并降低图中未示出的背光辉度，使半透过型液晶显示装置耗电低。
以下具体说明本发明实施例。
首先制备由碱石灰硅酸盐玻璃制成的玻璃基板2，其主表面已实施了研磨且板厚为0.5m，采用溅射法在玻璃基板2上依次层压衬底膜3、半透过反射膜4和保护膜5，形成带有半透过反射镜的基板1。
即，将导电性Si(掺杂B)作为目标材料，由采用Ar/O2混合气体的直流溅射法，在玻璃基板2上以预定膜厚(0，3，5，8，12nm)形成由SiOx形成的衬底膜3后，以高纯度Al(5N)作为目标材料，由采用Ar气的直流溅射法，在衬底膜3上以预定膜厚(7.5，9，11，13nm)形成由Al形成的半透过反射膜4，在半透过反射膜4上进一步以与衬底膜3同样的方法上以预定膜厚(25nm)形成由SiO2形成的保护膜5，制作出表1所示的试样(实施例1～14和比较例1～3)。
为评价制作出的各试样的透过性能和反射性能，在分光光度计上测定各试样在光波长λ＝550nm处的光学特性，即透过率(％)、反射率(％)和吸收率(％)。结果示于表1。在表1中，吸收率(％)是由100-(透过率(％)+反射率(％))计算出的。另外，图3～图6示出了由表1的测定结果作成的曲线图。
表1
    衬底膜(SiOx)的膜厚(nm)     反射膜(Al)的膜厚(nm)     保护膜(SiO2)的膜厚(nm)  透过率(％)[λ＝550nm]  反射率(％)[λ＝550nm]  吸收率(％)[λ＝550nm]
实施例     1     0     13     25  12.4  68.2  19.4
    2     5     13     25  11.8  67.7  20.5
    3     0     11     25  15.2  66.9  17.9
    4     3     11     25  15.3  66.1  18.6
    5     5     11     25  14.9  65.6  19.5
    6     8     11     25  14.8  64.5  20.7
    7     0     9     25  17.9  62.9  19.2
    8     3     9     25  18.1  62.2  19.7
    9     5     9     25  18.3  61.2  20.5
    10     8     9     25  18.2  59.8  22.0
    11     0     7.5     25  20.7  58.1  21.2
    12     3     7.5     25  20.9  57.4  21.7
    13     5     7.5     25  20.9  56.8  22.3
    14     8     7.5     25  21.2  54.9  23.9
比施例     1     12     11     25  15.1  59.8  25.1
    2     12     9     25  17.8  53.8  28.4
    3     12     7.5     25  21.3  47.8  30.9
如表1和图3～图6所示，可以确定当带有半透过反射镜基板1透过率相同时，衬底膜3的膜厚如果超过8nm，则反射率急剧下降。该反射率下降的原因是由带有半透过反射镜基板1的光学吸收量增加造成的。衬底膜3的膜厚对光学特性的影响明显地是：带有半透过反射镜基板1的透过率越高，即半透过反射膜4的膜厚越薄。另一方面，透过率低至12％时，则带有半透过反射镜基板1的光学特性不依赖于衬底膜3的膜厚，为定值。
以下对衬底膜3(SiOx)中氧(O)对硅(Si)的化学组成比x与光学性能之间的关系进行研究。
首先，在与上述实施例一样的玻璃基板2上由直流溅射法形成由SiOx形成的衬底膜3时，改变Ar/O2混合气体的流量比，形成玻璃基板2和衬底膜3，制作表2所示的试样(实施例15～实施例22)。
此后，采用电子分光法(ESCA：化学分析电子光谱)测定制作出的各试样的衬底膜3(SiOx)中氧(O)对硅(Si)的化学组成比x，同时测定衬底膜3(SiOx)的膜厚。其测定结果示于表2。另外，图7示出了由表2的测定结果制成的曲线图。
表2
    衬底膜的溅射条件     衬底膜的膜厚(nm)     衬底膜的x值
    Ar气体流量(sccm)     O2气体流量(sccm)  Ar/O2混合气体流量比     溅射压力(Pa)
实施例     15     360     40  9.00     4.0×10-1     28.9     1.3
    16     350     50  7.00     4.0×10-1     29.3     1.4
    17     340     60  5.67     4.0×10-1     29.2     1.45
    18     320     80  4.00     4.0×10-1     30.4     1.6
    19     300     100  3.00     4.0×10-1     31.0     1.85
    20     250     150  1.67     4.0×10-1     32.3     2
    21     200     200  1.00     4.0×10-1     32.1     2
    22     100     300  0.33     4.0×10-1     33.2     2
如表2和图7所示，可以确认由直流溅射法形成的衬底膜3(SiOx)中氧(O)对硅(Si)的化学组成比x根据Ar/O2混合气体流量比而改变。
此后，在上述实施例中制得的试样(实施例15～实施例22)上形成半透过反射膜4和保护膜5，制作出表3所示的带有半透过反射镜基板1的试样(实施例23～实施例27和比较例4～比较例6)，在分光光度计上测定各试样的光学特性。其测定结果示于表3。在形成保护膜5时，固定Ar/O2混合气体流量比为Ar∶O2＝1∶1实施溅射。此外，图8示出了由表3的测定结果制成的曲线图。
表3
  Ar/O2混合气体流量比     衬底膜的x值  透过率(％)[λ＝550nm]  反射率(％)[λ＝550nm]  吸收率(％)[λ＝550nm]
  实施例     23   4.00     1.6  18.5  60.1  21.4
    24   3.00     1.85  18.4  61.9  19.7
    25   1.67     2  18.7  62.3  19.0
    26   1.00     2  18.5  63.1  18.4
    27   0.33     2  18.5  62.8  18.7
  比较例     4   9.00     1.3  17.6  52.3  30.1
    5   7.00     1.4  18.1  53.1  28.8
    6   5.67     1.45  18.3  54.2  27.5
如表3和图8所示，可以确认当带有半透过反射镜基板1的透过率相同时，衬底膜3(SiOx)中氧(O)对硅(Si)的化学组成比x不足1.5时，反射率急剧下降(比较例4～比较例6)。该反射率的下降是由带有半透过反射镜基板1的光学吸收量增加造成的。即，可以判定，为使带有半透过反射镜基板1具有高反射率，衬底膜3(SiOx)中氧(O)对硅(Si)的化学组成比x为1.5～2.0是有效的。
产业可利用性
从以上详细说明可知，根据作为本发明第1方式的带有半透过反射镜的基板，由于衬底膜的膜厚为0～8nm，因此可维持高透过率并提高反射率，同时提高透过性能和反射性能。
另外，在作为第1方式的带有半透过反射镜的基板中，如果用氧化硅形成衬底膜，则可保护半透过反射膜，使其不受基板内部溶出的不纯物的污染。
另外，在作为第1方式的带有半透过反射镜的基板中，如果使氧化硅(SiOx)中氧(O)对硅(Si)的化学组成比x为1.5～2.0，则可以维持高透过率，提高反射率，同时提高透过性能和反射性能。
而且，在作为第1方式的带有半透过反射镜的基板中，如果用Al或Al合金形成半透过反射膜，则可维持高透过率，并提高反射率。
根据作为本发明第2方式的半透过型液晶显示装置，由于具有作为本发明第1方式的带有半透过反射镜的基板，所以可得到维持高透过率、提高反射率、同时提高透过显示性能和反射显示性能的半透过型液晶显示装置。

Claims (5)

1、一种带有半透过反射镜的基板，具有基板、在所述基板上形成的衬底膜、及在所述衬底膜上形成的半透过反射膜，其特征为，所述衬底膜的膜厚为0～8nm。
2、如权利要求1所述的带有半透过反射镜的基板，其特征为，所述衬底膜由氧化硅形成。
3、如权利要求2所述的带有半透过反射镜的基板，其特征为，所述氧化硅(SiOx)中氧(O)与硅(Si)的化学组成比x为1.5～2.0。
4、如权利要求1～3任一项所述的带有半透过反射镜的基板，其特征为，所述半透过反射膜由Al和Al合金中的至少一种形成。
5、一种半透过型液晶显示装置，其特征为，具有权利要求1到4任一项所述的带有半透过反射镜的基板。
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