JP2000258616A

JP2000258616A - 反射板及びこれを用いた液晶表示装置

Info

Publication number: JP2000258616A
Application number: JP11062468A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakai; 豊中井; Toshiya Otake; 利也大竹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-03-10
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2000-09-22

Abstract

(57)【要約】【課題】良好なペーパーホワイト表示ができる事に加
え、量産に適した構造を備え、設計の自由度が高い反射
板及び反射型液晶表示装置を提供する。【解決手段】基板上に凹凸と、凹凸上に光反射性膜を形
成した反射板において、前記凹凸は滑らかな球状面を有
し、前記凸部あるいは凹部の周囲に存在する傾斜角最大
の領域の傾斜角の範囲を規定。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射板及びこれを用
いた液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射型液晶表示装置は、液晶部の
透過率が数％〜数１０％と低いために、周囲光の反射だ
けでは十分な明るさを得ることは困難であり、明るいペ
ーパーホワイトの表示はできず、また鮮やかなカラー表
示もできなかった。このため反射型液晶表示装置は、腕
時計、電卓などの特定の用途を除いては実用化が進んで
いなかった。

【０００３】反射型液晶表示装置においては、その明る
さ、つまり反射板の反射率が重要なポイントとなる。前
述のように液晶の光透過率は高くないから、十分な表示
品質を確保するためには、高い反射率を得るための高性
能な反射板が必要となる。一般に液晶表示装置のパネル
を見る場合、ほぼ正面から観察することが多いが、完全
拡散反射の場合、広範囲に光を拡散するため、正面方向
への光強度が不足してしまう。これを補うため、AM-LCD
95 Digest of technical papers,153-156 (1995) では
図５に示すような反射板の光反射特性を提案している。
これは一定角度内で反射輝度が一定となるような特性で
あり、基板上に複数の微小放物面による凹凸をＥＢ法に
よって形成することで実現している。この方法は、一定
範囲内では強い反射特性が得られるため、反射型液晶表
示装置の高性能化に効果がある。しかし微小放物面を精
度良くしかも反射板全面にわたって複数作製することは
困難であり量産に適する構造とは言えない。ましてやＴ
Ｎモード、ＧＨモード等の種々のモードで使用する場合
には、特殊な放物面を新たに設計する必要があり設計変
更が非常に困難であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の反射型液晶表示装置では、強い反射特性は得られる
ものの反射板の構造は量産に適さないという問題があっ
た。また、ＴＮモード、ＧＨモード等の種々のモードに
対応した放物面を設計するのは困難であり、設計自由度
に乏しいと言う問題があった。本発明は上記問題点に鑑
みてなされたもので量産性に適し且つ設計自由度の高い
反射板及び液晶表示装置を提供する事を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の反射板は、基板表面に形成した複数の凹
凸と、この凹凸表面に形成した光反射性の反射面とを有
する反射板において、前記凹凸は滑らかな球状面を有
し、前記凹凸の近傍における前記反射面の傾斜角度の極
大値が５度以上で前記反射面に分布していることを特徴
とする。

【０００６】請求項２の液晶表示装置は、表面が凹凸し
た反射面を有する第１の電極が形成された基板と、前記
第１の電極の上に形成された液晶層と、この液晶層上に
形成された第２の電極とを具備し、前記第１の電極及び
前記第２の電極間に生じる電界によって前記液晶層を駆
動する液晶表示装置において、前記反射面は滑らかな球
状面を有し、前記凹凸近傍における前記反射面の傾斜角
度の極大値が５度以上で前記反射面に分布していること
を特徴とする。

【０００７】請求項３の液晶表示装置は、請求項２にお
いて、前記極大値の分布は、極大値の７０％以上が２０
度以下であることを特徴とする。請求項４の液晶表示装
置は、請求項２において、前記凹凸は、隣接する凸の間
隔を一定の割合で変化させたパターンである事を特徴と
する。

【０００８】

【発明の実施の形態】（実施の形態１)図１は本発明の
反射板の構造例とその製法方法を示す図である。まず、
ガラス基板１を準備する（図１( ａ) ）。

【０００９】ついで、基板１上に感光性樹脂２を塗布す
る。感光性樹脂２はポジ型、ネガ型のどちらでも良い。
代表的なポジ型感光性樹脂としてＨＲＣ−１０４( ＪＳ
Ｒ製) が挙げられる（図１( ｂ) ）。

【００１０】次に感光性樹脂２をフォトリソグラフィ工
程により部分的に除去し、凹凸形状の感光性樹脂膜３を
形成する。本実施の形態の場合、凸部はおおむね円柱に
なるように加工したが、多角柱であっても良い。また凹
部が円柱状、あるいは多角柱状であってもよい。本実施
の形態では凸部の大きさ及び凸部間の距離をそれぞれ等
しくし、規則性を有する凹凸を形成した。なお、凸部同
士が離隔してもよいが、本実施の形態のようにつながっ
た方が、より滑らかな凹凸面が得られる（図１( ｃ)
）。

【００１１】次に熱工程により感光性樹脂２を変形させ
表面になだらかな凹凸を有する感光性樹脂膜４を形成す
る。これは、例えば基板をホットプレートで１８０度で
ベーキングし、ある程度形状が球面に成るように変化さ
せた後、２３０度でベーキングして硬化させる。条件に
より変形の程度は異なるので、特に本条件に限定される
ものではない。凸部、凹部ともほぼ球状面となった（図
１( ｄ) ）。

【００１２】得られた感光性樹脂膜４の凹凸面にアルミ
ニウムをスパッタ法で約３００ｎｍの厚さに堆積し反射
層５として成膜し、反射板を作製した。反射層５はスパ
ッタ法に限らず、メッキ法、蒸着法等で形成してもよ
い。また金属もアルミニウムに限らず、アルミニウムの
合金、銀等でもよい（図１( ｅ) ）。

【００１３】得られた反射板の傾斜角を、接触式段差計
で測定し、その角度分布を求めた結果を図２( ａ) に示
す。ここでの傾斜角は平らな基板表面とのなす角度であ
る。角度分布は、最大傾斜角±θｏ付近で急峻なピーク
を持つ。これは凸部あるいは凹部の周囲の領域が寄与し
ていることが分かった。反射特性は角度分布と似た傾向
のカーブを描くため、本実施の形態の反射板の反射特性
も、同様に鏡面反射成分から約±２×θo ずれた角度に
急峻な反射成分が得られた。

【００１４】一方、フォトリソグラフィ用マスクを変更
し、図１( ｃ) の凸部間隔を短くして別の反射板を作製
した。得られた傾斜角分布を、図２( ｂ) に示す。この
場合は最大傾斜角は小さくなったが、傾斜角分布の形状
は、図２( ａ) で得られたものと同様に最大傾斜角付近
に急峻なピークを持つものであった。図６には、凸部間
距離と、最大傾斜角の関係を示した。これは同一条件で
凹凸を形成した場合の一例である。図より、凸部間距離
に応じて最大傾斜角が変化することが分かる。

【００１５】以上の結果から、感光性樹脂の熱変形後の
凹凸形状の傾斜角分布は、凸あるいは凹の間隔により制
御できることが分かった。また、その角度分布は、最大
傾斜角付近に急峻なピークを持つ形状を有し、その傾向
は凸あるいは凹の間隔で変わらないことが分かった。

【００１６】以上の工程で製造した反射板をアレイ基板
とする液晶表示装置を示したのが図４である。図１では
示さなかったが、液晶表示装置の場合は、感光性樹脂の
スピンコート４は、各画素に対応したゲート線、信号
線、薄膜トランジスタ、補助容量線等が形成されたアレ
イ基板１上に塗布する。９は多結晶Ｓｉの薄膜層であ
る。膜厚は必要に応じて設定すればよい。

【００１７】この反射面５は導電性膜を光反射性膜とし
て用いているため、画素電極を兼ねており、薄膜トラン
ジスタのソース電極と接続されている。そしてこの反射
面５が形成された基板１と、ＩＴＯなどの対向電極１０
が形成された対向基板６との間にゲストホストタイプの
液晶層７が挟持されている。基板１には、薄膜トランジ
スタの他、図示されていないが各画素に対応した信号
線、ゲート線、補助容量線が形成されている。

【００１８】この様な液晶表示装置は、従来の反射型液
晶表示装置に比較して１．５〜２倍の明るさを得ること
が出来た。また、この液晶表示装置の反射板は最大傾斜
角の分布量を変える事によってが液晶表示装置の表示特
性を大きく変化・向上させ、制御できる事が分かった。
表１に表示特性をまとめた。二重丸は、実用可能なペー
パーホワイト、丸は二重丸に劣るがペーパーホワイト表
示が可能、バツは実用に耐えられない状態を示した。

【００１９】

【表１】ここでは、２種類の液晶モードを用いた。ＴＮモードは
偏光板を用いたものであり、液晶層での光の利用効率は
１０〜３０％程度である。一方ＧＨモードは偏光板を用
いないため光の利用効率が高く、４０〜６０％程度であ
る。それぞれの液晶モードに対して上記反射板を用いた
液晶表示装置を作製し、主観評価でその明るさを評価し
た。

【００２０】暗いＴＮモードにおいては、比較的視野角
が狭く、狭い範囲で明るさが得られるものが高く評価さ
れた。適当な最大傾斜角の範囲で５〜１０度であった。
ＧＨモードは明るい画像が得られるため、反射強度より
も広い視野角の方がより高い評価を得た。適当な最大傾
斜角の範囲は１０〜２０度であった。

【００２１】以上の結果から、液晶モードによって適当
な最大傾斜角の範囲は異なるが、照明条件の違い、すな
わち周囲の明暗の程度を加味すると、最大傾斜角として
は、５〜２０度の範囲が適当であることが分かった。傾
斜角度の最大値をこの範囲に設定する事で、種々の液晶
モードで良好なペーパーホワイト表示可能な反射板及び
液晶表示装置を提供する事ができる。

【００２２】なお、ここでは非線形素子として逆スタガ
型の薄膜トランジスタ９を用いているが、この型に限定
されるものではない。またＭＩＭ素子など薄膜トランジ
スタ以外の非線形素子を用いてもよい。

【００２３】最大傾斜角を反射面内で分布させるために
は、反射面を小領域に分割し、それぞれの小領域で同じ
最大傾斜角を有するようにしてもよい。この場合は各小
領域での最大傾斜角と、小領域が反射面全体に占める割
合で分布が決定される。また異なる最大傾斜角が反射面
内で混合されるようにしてもよい。（実施の形態２)以下の実施の形態では、実施の形態１
と異なる部分について説明を加える。

【００２４】実施の形態１では凸部の間隔を一定とした
が、凹凸の規則性に起因する干渉色が現れ、ぎらつき感
が発生していた。本実施の形態では２種類の凸部間隔を
一定の割合で混ぜたランダムなパターンとし、反射板を
作製した。フォトリソグラフィ工程用マスクでの凸部の
直径は１０ミクロン、２種類の凸部間隔は１０ミクロン
と５ミクロンとした。ただし凹凸はランダムにしたの
で、凸部間隔も当然分布するが、そのばらつきは１ミク
ロン程度に抑えた。具体的な作製方法は実施の形態１と
同じである。

【００２５】得られた傾斜角分布を図３に示す。反射板
全体としては、２種類の傾斜角分布が重なった分布とな
り、その分布形状は図３に示した反射特性の形状とほぼ
一致した形状となった。実際に反射特性を測定した所、
図３と同様の傾向を有する反射板が得られた。若干のこ
ぶ状の凹凸があるが、実際の反射特性ではほとんど視認
されず、問題なかった。本実施の形態ではθ１＝約５
度、θ２＝約１０度であった。

【００２６】以上の構成によって、実施の形態１で得ら
れる効果に加えて、上述した凹凸の規則性に起因する干
渉色の出現、ぎらつき感の発生等の問題が回避されると
いう効果が得られた。

【００２７】なお、反射板としては、散乱特性が強すぎ
るものは効率が劣るため、θ２は±１５度以内が望まし
い。また、本実施の形態では、凸部間隔を２種類とした
が、それに限定されるものではない。間隔と割合をある
範囲で分布させることで、角度分布としてこぶの少な
い、滑らかな曲線が得られる。また、凸部直径や間隔
は、本実施の形態に限定されるものでない。

【００２８】次に最大傾斜角を上述のような２種類では
なく、ある角度範囲で分布させるようにして反射板を形
成した。この時、凹凸によっては前記角度範囲に入らな
いものも出現する。その割合を変えた時の反射特性を主
観評価で判定した。結果を表２に示す。サンプルは最大
傾斜角の範囲を５〜２０度、１０〜１５度、５〜１０度
とし、凹凸面全体の最大傾斜角の内、上記範囲に含まれ
るものの割合を変えたサンプルを用意した。評価結果の
表示は表１と同様である。

【００２９】

【表２】主観評価より、指定した角度範囲に、各凹凸の最大傾斜
角の７０％以上が含まれていれば、十分に明るい反射板
として視認されることが分かった。逆に７０％未満の場
合は、鏡面反射に近い成分、あるいは角度範囲より大き
い反射成分が多く、無駄な部分に光が多く散乱されるた
め、主観評価では低い評価となってしまう。

【００３０】本実施の形態では、最大傾斜角を分布させ
るために、凸部間隔を面内で分布させた。この結果、フ
ォトリソグラフィ工程1 回で済む。なお、フォトリソグ
ラフィ工程を複数回行って複数回の工程で凹凸を形成す
るものとし、複数回の工程を通して最大傾斜角が分布す
るようにしてもよい。（実施の形態３)実施の形態１では凸部の間隔を一定と
したが、本実施の形態では反射板全体を２種類の小領域
に分け、各領域は凸部間隔が一定なパターンとし、反射
板を作製した。フォトリソグラフィ工程用マスクでの各
小領域の凸部の直径は１０ミクロン、２種類の凸部間隔
は１０ミクロンと７ミクロンとした。ただし凹凸はラン
ダムにしたので、凸部間隔も当然分布するが、そのばら
つきは１ミクロン程度に抑えた。具体的な作製方法は実
施の形態１と同じである。

【００３１】反射板全体としては、実施の形態２と同様
に、２種類の傾斜角分布が重なった分布となり、その分
布形状は反射特性の鏡面反射成分を若干抑えた形状とな
った。実際に反射特性を測定した所、実施の形態１と同
様の反射特性の傾向を有する反射板が得られた。

【００３２】本実施の形態ではθ１＝８度、θ２＝１５
度であった。本実施の形態は鏡面反射成分を抑えた分だ
け、視角方向への反射強度が高まり、実施の形態２で得
られた特性よりもより明るい反射型液晶表示装置を実現
できる。この様な反射特性は、実施の形態１で述べたよ
うに、ＧＨモードのような光り利用効率の高い液晶モー
ドを用いた液晶表示装置に特に有効である。ある程度の
明るさは得られるので、より視野角を広げる方向に反射
特性を改善することで、より紙に近い自然な反射特性が
得られる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、量
産に適した構造を備え、ＴＮモード、ＧＨモード等の種
々のモードに対応した設計自由度が高い反射板及び液晶
表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における反射板の作成方
法を示す図。

【図２】本発明の実施の形態１における反射板表面の傾
斜角分布を示す図。

【図３】本発明の実施の形態２における反射板表面の傾
斜角分布を示す図。

【図４】本発明の実施の形態１における反射型液晶表示
装置の構成を示す図。

【図５】従来の反射板の反射特性を示す図。

【図６】本発明の実施の形態１における反射板表面の傾
斜角分布の凸部間距離依存性を示す図。

【符号の説明】

１・・・基板２、３、４・・・感光性樹脂５・・・反射電極６・・・対向基板７・・・液晶層８・・・コンタクトホール９・・・半導体層１０・・・対向電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H042 BA04 BA14 BA15 BA20 2H091 FA14Y FA31Y FB08 FC01 FC02 FC06 FC10 GA02 GA13 GA16 LA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板表面に形成した複数の凹凸と、この凹
凸表面に形成した光反射性の反射面とを有する反射板に
おいて、前記凹凸は滑らかな球状面を有し、前記凹凸の
近傍における前記反射面の傾斜角度の極大値が５度以上
で前記反射面に分布していることを特徴とする反射板。
【請求項２】表面が凹凸した反射面を有する第１の電極
が形成された基板と、前記第１の電極の上に形成された
液晶層と、この液晶層上に形成された第２の電極とを具
備し、前記第１の電極及び前記第２の電極間に生じる電
界によって前記液晶層を駆動する液晶表示装置におい
て、前記反射面は滑らかな球状面を有し、前記凹凸近傍
における前記反射面の傾斜角度の極大値が５度以上で前
記反射面に分布していることを特徴とする液晶表示装
置。
【請求項３】前記極大値の分布は、極大値の７０％以上
が２０度以下であることを特徴とする請求項２記載の液
晶表示装置。
【請求項４】前記凹凸は、隣接する凸の間隔を一定の割
合で変化させたパターンである事を特徴とする請求項２
記載の液晶表示装置。