JP2001142056A - 反射型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】反射性能を向上させ、出射光（輝度）を高めた
高性能かつ高信頼性の反射型液晶表示装置を提供する。 【解決手段】反射型液晶表示装置１６において、ガラス
基板２上に電極５を形成している。電極５は密着層５ａ
と表面層５ｂとの積層構造であり、電極５上に絶縁膜１
７と配向膜６を形成している。また、ガラス基板３上に
カラーフィルタ７とオーバーコート層８と透明電極９と
配向膜１４を形成している。各ガラス基板２、３を液晶
層１１を介して貼り合わせている。さらに絶縁層１７の
厚みは５００〜１５００Åにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は反射型液晶表示装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、液晶表示装置は小型もしくは中型
の携帯情報端末やノートパソコンの他に、大型かつ高精
細のモニターにまで使用されている。さらにバックライ
トを使用しない反射型液晶表示装置も市場に出るように
なった。

【０００３】この反射型液晶表示装置は、薄型、軽量、
低消費電力化に優れるが、バックライトを使用しないの
で、明るい表示を得るために、入射光を有効に利用する
必要がある。

【０００４】図６は従来の反射型液晶表示装置１の基本
構成の断面図である（特開平５−８０３２７号参照）。

【０００５】反射型液晶表示装置１において、セグメン
ト側のガラス基板２とコモン側のガラス基板３とが対向
配設され、ガラス基板２の上に下地との密着性を高める
ためのＣｒ、Ｔｉなどの金属からなるストライプ状の密
着層５ａと、主として光反射性に有効であるＡｌなどの
金属からなるストライプ状の表面層５ｂとを順次積層
し、これら密着層５ａと表面層５ｂとの積層構造を電極
５としている。さらに電極５上に一定方向にラビングし
たポリイミド樹脂からなる配向膜６とを順次形成してい
る。

【０００６】また、ガラス基板３上にカラーフィルタ７
を形成している。その上にアクリル系樹脂からなるオー
バーコート層８と、多数平行に配列したＩＴＯからなる
ストライプ状の透明電極９とを形成している。この透明
電極９は上記電極５と直交し、その交差部分が各画素と
なる。さらに透明電極９上に一定方向にラビングしたポ
リイミド樹脂からなる配向膜１０を形成している。

【０００７】そして、上記構成の各ガラス基板２、３を
たとえば２００〜２６０°の角度でツイストされたカイ
ラルネマチック液晶からなる液晶層１１を介してシール
剤１２により貼り合わせる。また、両ガラス基板２、３
間には液晶層１１の厚みを一定にするためにスペーサを
多数個配している。

【０００８】さらにガラス基板３の外側にポリカーボネ
イトなどからなる位相差板１３ａとヨウ素系の偏光板１
３ｂとを順次積み重ねている。

【０００９】また、ガラス基板２上の液晶層１１の外側
に駆動用ＩＣ１４を配設し、電極５はシール剤１２の外
側に延在させ、電極５の端部と駆動用ＩＣ１４の電極と
を金（Ａｕ）線１５によって接続する。

【００１０】上記構成の液晶表示装置１においては、太
陽光、蛍光灯などの外部照明による入射光は偏光板１３
ｂと位相差板１３ａとガラス基板３とを通過し、カラー
フィルタ７、透明電極９、配向膜１０、液晶層１１、配
向膜６を通して電極５にて反射され、その反射光は液晶
層１１を通して光出射されるが、同時に透明電極９と電
極５に対し駆動用ＩＣ１４により電圧印加して、信号を
入力することで、各画素に対しＯＮ／ＯＦＦにして明暗
となし、さらに明部の画素においては、カラーフィルタ
７に応じて着色される。

【００１１】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、上記
構成の反射型液晶表示装置１では、電極５の上に直に配
向膜６を塗布形成した構成であるために、下記の理由に
より出射光（輝度）が低下していた。

【００１２】通常、表面層５ｂを構成するＡｌ材の上に
屈折率の大きな材料の層を積層すると、これらの積層構
造による反射率は低下する傾向にあるが、Ａｌ材の上に
形成する層の屈折率が大きくなるほどに、その反射率が
低下する傾向にある。

【００１３】ちなみに、Ａｌ材の屈折率は５５０ｎｍの
光において０．８３であり、配向膜６に使用するポリイ
ミド樹脂の屈折率が１．６６であることから、双方の間
に大きな屈折率差が生じている。

【００１４】しかも、表面層５ｂの上に直に形成するポ
リイミド樹脂からなる配向膜６の膜厚は、液晶に印加す
る実効電圧の低下を抑制するために、極力薄膜化してお
り、１０００Å以下の膜厚にしている。すなわち、５５
０ｎｍの光においてポリイミド樹脂の屈折率が１．６６
であることから、もっとも反射が低下する膜厚はｄ＝
〔（１／４）×λ〕／ｎ＝８２．８ｎｍ（８２８Å）に
近い膜厚に設定しており、そのためにポリイミド樹脂層
の表面での反射光とＡｌ材の層の表面での反射光の位相
が１／２λずれることによって、双方の層の反射光が打
ち消しあって、反射率が低下していた。

【００１５】このように液晶に印加する実効電圧の低下
を抑制するために、配向膜６の膜厚を１０００Å以下に
薄くするが、その反面、大幅に反射率が低下し、明るい
表示ができなった。

【００１６】ちなみに、透過型の液晶表示装置において
は、反射型液晶表示装置にて使用したＡｌ材の電極５に
代えて、配線電極としてＩＴＯなどからなる透明電極膜
を使用していたことで、その屈折率が約１．８であり、
配向膜の屈折率１．６６に近いために、屈折率差による
透過率の低下が顕著な問題になっていなかった。

【００１７】本発明者は上記事情に鑑みて鋭意研究を重
ねた結果、光反射性を有するストライプ状の金属電極層
と樹脂からなる配向層との間に電気的な無機絶縁層を介
在させ、さらにこの無機絶縁層の膜厚を５００〜１５０
０Ａにすることで、かかる課題が解消されることを見出
した。

【００１８】したがって、本発明は上記知見により完成
されたものであり、その目的は光反射性を有するストラ
イプ状の金属電極層の反射性能を向上させて、出射光
（輝度）を高めた高性能かつ高信頼性の反射型液晶表示
装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型液晶表示
装置は、基板上に光反射性を有するストライプ状の金属
電極層と配向層とを順次積層してなる一方の部材と、透
明基板上にストライプ状の透明電極と配向層とを順次積
層してなる他方の部材との間にネマチック型液晶を介在
させてマトリックス状に画素を配列せしめた構成であっ
て、上記金属電極層と配向層との間に、膜厚５００〜１
５００Åの無機絶縁層を介在させたことを特徴とする。

【００２０】なお、従来の透過型液晶表示装置におい
て、ＩＴＯ透明電極膜と配向膜との間に絶縁膜を介在し
た構成が公知であるが、その絶縁膜は異物による上下電
極間のショートを防止するために形成することが目的で
あって、出射光（輝度）を高めるためのものではなく、
そのために５００Å未満の膜厚程度にて絶縁性が十分に
達成される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図により詳述す
る。図１は本発明の反射型液晶表示装置１６の要部断面
図である。なお、従来の反射型液晶表示装置１と同一箇
所には同一符号を付す。

【００２２】反射型液晶表示装置１６において、２はセ
グメント側のガラス基板、３はコモン側のガラス基板で
あって、前記一方の部材については、ガラス基板２の一
方主面上に前記金属電極層である多数平行に配列したク
ロムやアルミニウム、銀などの金属からなる光反射性を
有するストライプ状の電極５を形成している。

【００２３】電極５はＣｒ、Ｔｉなどの金属からなる密
着層５ａと、Ａｌ単体、Ａｌ合金、Ａｇ単体、Ａｇ合金
などの表面層５ｂとの積層構造であり、そして、密着層
５ａによってガラス基板２との密着性を高め、表面層５
ｂによって光反射性を高めている。

【００２４】この電極５上にＳｉＯ₂ 、ＭｇＦ₂ 、Ｌｉ
Ｆなどからなる絶縁膜１７をスパッタリング法やディッ
プ法、印刷法にて形成し、絶縁膜１７上に一定方向にラ
ビングしたポリイミド樹脂などからなる樹脂製の配向膜
６を形成している。

【００２５】前記他方の部材については、ガラス基板３
上に画素ごとに配したカラーフィルタ７を形成してい
る。通常、各カラーフィルタ７間にはクロム金属もしく
は感光性レジストのブラックマトリックスを形成する
が、このブラックマトリックスは必須不可欠ではない。

【００２６】上記カラーフィルタ７は顔料分散方式、す
なわちあらかじめ顔料により調合された感光性レジスト
を基板上に塗布し、フォトリソグラフィにより形成して
いる。カラーフィルタ７は顔料に応じて赤、緑、青、黒
などに着色する。

【００２７】カラーフィルタ７の上にアクリル系樹脂か
らなるオーバーコート層８と、多数平行に配列したＩＴ
Ｏからなるストライプ状の透明電極９とを形成してい
る。この透明電極９は上記電極５と直交している。さら
に透明電極９上に一定方向にラビングしたポリイミド樹
脂からなる配向膜１０を形成している。

【００２８】上記のように形成した各ガラス基板２、３
をたとえば２００〜２６０°の角度でツイストされたカ
イラルネマチック液晶からなる液晶層１１を介してシー
ル剤１２により貼り合わせる。また、両ガラス基板２、
３間には液晶層１１の厚みを一定にするために多数のス
ペーサを分散している。

【００２９】さらにガラス基板３の外側にポリカーボネ
イトなどからなる位相差板１３ａとヨウ素系の偏光板１
３ｂとを順次積み重ねている。これらの配設にあたって
は、アクリル系の材料からなる粘着材を塗布することで
貼り付ける。

【００３０】また、ガラス基板２の上に表示領域外に駆
動用ＩＣ１４を配設し、電極５を表示領域外に延在させ
ることで、電極５の端部と駆動用ＩＣ１４の電極との間
をＡｕ線１５でもってワイヤーボンデイングする。

【００３１】上記構成の反射型液晶表示装置１６を使用
するには、太陽光、蛍光灯などの外部照明による入射光
は偏光板１３ｂと位相差板１３ａとガラス基板３とを通
過し、カラーフィルタ７、透明電極９、配向膜１０、液
晶層１１、配向膜６、絶縁膜１７を通して電極５にて反
射され、その反射光はふたたび絶縁膜１７や液晶層１１
などを通して光出射されるが、同時に透明電極９と電極
５に対し駆動用ＩＣ１４により電圧印加して、信号を入
力することで、各画素に対しＯＮ／ＯＦＦにして明暗と
なし、これによって明部の画素においては、カラーフィ
ルタ７に応じて着色される。

【００３２】本発明によれば、電極５（表面層５ｂ）と
配向層６との間に、無機材からなる電気的な絶縁層１７
を介在したことが特徴とする。

【００３３】さらに絶縁層１７を電極５の屈折率より大
きく、かつ配向層６の屈折率より小さくなるような材料
にて形成するとよい。しかも、絶縁層１７の屈折率は電
極５の屈折率に近い値になるように低くするのがよい。

【００３４】たとえば、表面層５ｂはＡｌ材からなり、
配向層６が一般的に使用されるポリイミド樹脂材からな
る場合を説明する。

【００３５】Ａｌ材の屈折率は５５０ｎｍの光において
０．８３であり、ポリイミド樹脂の屈折率は１．６６で
あるが、その差は著しく大きいので、絶縁層１７には
０．８３を超え、１．６６未満の屈折率の材料を選択す
る。たとえば、５５０ｎｍの光において屈折率１．４６
のＳｉＯ₂ 材、５５０ｎｍの光において屈折率１．３８
のＭｇＦ₂ がある。

【００３６】本発明においては、屈折率を規定するため
に、５５０ｎｍの光波長を選択するとよい。図２は人の
目が感じる感度の波長依存性を示し、横軸は光波長（ｎ
ｍ）であり、縦軸は人の視感度の相対値である。

【００３７】同図から明らかなとおり、人がもっとも明
るく感じる波長、すなわち人の視感度は５５０ｎｍで最
大となり、その値付近にて明るさが容易に感じられるこ
とがわかる。

【００３８】さらに絶縁層１７の厚みは、それ自体の構
成材ならびに表面層５ｂや配向層６の構成材にもよる
が、５００〜１５００Å、好適には８００〜１１００Å
にすると、もっとも出射光（輝度）が高くなる。

【００３９】最適にはその膜厚範囲内において、下記式
（１）の条件を満たすのがよい。

【００４０】ｎ・ｄ＝（１／４）×λ．．．．（１） ただし、ｎは絶縁層１７の屈折率、ｄは絶縁層１７の膜
厚、λは入射光の波長である。

【００４１】さらに波長５５０ｎｍの光にて最適な条件
とするためには、下記式（２）の条件を満たすような膜
厚ｄとするのがよい。

【００４２】 ｄ＝（１／４）×５５０／ｎ．．．．（２） たとえば、ＳｉＯ₂ 材の絶縁層１７を使用した場合には
ｄ＝（１／４）×５５０／１．４６＝９４．２ｎｍ（９
４２Å）が最適な膜厚になる。

【００４３】また、ＭｇＦ₂ 材の絶縁層１７を使用した
場合にはｄ＝（１／４）×５５０／１．３８＝９９．６
ｎｍ（９９６Å）が最適な膜厚になる。

【００４４】このように絶縁層１７の厚みは、５００〜
１５００Å、好適には８００〜１１００Åの範囲内に
て、式（１）や式（２）でもって最適な膜厚を設定する
が、この式に関係して、さらに最適な膜厚として、ｄ＝
（１／４）×λ／ｎの範囲を下記式（３）にするとよ
い。

【００４５】式（３） ｛（１／４）×λ／ｎ｝×０．６≦ｄ≦（１／４）×λ
／ｎ×１．２ 好適には式（４） ｛（１／４）×λ／ｎ｝×０．８≦ｄ≦（１／４）×λ
／ｎ×１．１ にするとよい。

【００４６】かくして本発明の反射型液晶表示装置１６
によれば、絶縁層１７の厚みは、５００〜１５００Åに
することで、反射率の低下が抑えられ、反射輝度が大き
くなり、明るい視認性が得られた。

【００４７】表面層５ｂについて さらに表面層５ｂについて、その好適な条件を述べる。
表面層５ｂはＡｌを主成分とするＡｌ層、たとえばＡｌ
₂ Ｏ₃ 含有Ａｌ層、またはＡｌを主成分とするＡｌ合金
であり、具体的にはＡｌ−Ｍｇ合金，Ａｌ−Ｍｎ合金，
Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ合金，Ａｌ−Ｃｕ合金，Ａｌ−Ｃｕ−
Ｓｉ合金，Ａｌ−Ｓｉ合金等のＡｌ合金が、反射率、耐
食性及び導電性の点で好ましい。また、Ａｌ₂ Ｏ₃ 含有
Ａｌ層の場合、その組成比はＡｌ₂ Ｏ₃ が０．５〜１０
重量％含まれるのが好ましく、その場合反射光の散乱性
が最適であり、またワイヤーボンディング時のワイヤー
との接続強度が大きくなる。Ａｌ₂ Ｏ₃ が０．５重量％
未満では、表面層５ｂが鏡面化し凹凸がなくなるためワ
イヤーボンディングが困難になり、Ａｌ₂ Ｏ₃ が１０重
量％を超えると表面層５ｂが硬化し、ワイヤーボンディ
ング時にワイヤーのＡｕ成分とＡｌとの共晶化が困難に
なり、強固な接続構造が得られなくなる。

【００４８】また、表面層５ｂの表面には平均表面粗さ
０．１μｍ以上の凹凸を設けるのが良く、０．１μｍ未
満では、ワイヤーボンディング時に超音波振動によりワ
イヤーを表面層５ｂに接続する際に、ワイヤーの接続部
が表面層５ｂで滑ってしまい摩擦熱で溶融化して接続す
ることが困難になる。しかも、このように表面層５ｂの
表面が凹凸形状になることで、散乱型反射層としての機
能を有することにもなる。

【００４９】さらに表面層５ｂの厚さは１μｍ以上が好
ましく、１μｍ未満では、ワイヤーボンディング時に表
面層５ｂが溶融し消失して接続強度が劣化する。より好
ましくは２μｍ以下がよく、２μｍを超えると電極５の
熱容量が大きくなり過ぎ、ワイヤーボンディング時の摩
擦熱が低下し、ワイヤーのＡｕ成分と表面層５ｂのＡｌ
成分の共晶化が不十分になり、接続強度が低下する。

【００５０】

【実施例】つぎに本発明の実施例を図３〜図５により説
明する。図３と図４は（例１）に関するものであって、
図３は測定用のサンプル１８の構成を示し、図４はその
測定結果を示す。また、図５は（例２）に関し反射率の
測定方法を示す。

【００５１】（例１）図３に示すように、サンプル１８
はガラス基板１９の上にＡｌ膜２０を１０００Åの厚み
にて、絶縁層１７としてのＳｉＯ₂ 膜２１を９４０Åの
厚みにて、配向膜６としてのポリイミド樹脂膜２２を７
００Åの厚みにて順次積層し、そして、このサンプル１
８に対し基板面に対し垂直方向より波長を変えながら光
入射し、その反射光を測定したところ、図４に示すよう
な結果が得られた。同図にて、（イ）に示すようなシュ
ミレーションとしての特性曲線が得られた。

【００５２】これに対し上記サンプル１８の構成におい
て、Ａｌ膜２０を１０００Åの厚みにて形成したが、Ｓ
ｉＯ₂ 膜２１とポリイミド樹脂膜２２とを形成しないも
のを比較例として、同図中（ロ）に示す。

【００５３】さらにサンプル１８の構成において、Ａｌ
膜２０を１０００Åの厚みにて、そして、ポリイミド樹
脂膜２２を７００Åの厚みにて順次積層したが、ＳｉＯ
₂ 膜２１を形成しないものを比較例として、同図中
（ハ）に示す。

【００５４】図４に示す結果から明らかなとおり、本発
明の層構成により反射率が向上した。これに対しＳｉＯ
₂ 膜２１とポリイミド樹脂膜２２とを形成しない（ロ）
においては、反射率が少し低下する傾向にあり、さらに
ＳｉＯ₂ 膜２１を形成しない（ハ）については、反射率
が大きく低下している。

【００５５】（例２）本例においては、本発明の反射型
液晶表示装置１６を作製して、その輝度（光反射性）を
測定し、評価をおこなった。

【００５６】反射型液晶表示装置１６を作製するに当た
っては、表面層５ｂを膜厚１０００ÅのＡｌ膜にて、絶
縁膜１７を膜厚９４０ÅのＳｉＯ₂ 膜にて、さらに配向
膜６を膜厚７００Åのポリイミド樹脂膜にて形成した。

【００５７】これに対し、比較例として図６に示す反射
型液晶表示装置１を作製した。この反射型液晶表示装置
１によれば、表面層５ｂを膜厚１０００ÅのＡｌ膜に
て、配向膜６を膜厚７００Åのポリイミド樹脂膜にて形
成した。その他の構成は反射型液晶表示装置１６と同じ
である。

【００５８】そして、本発明の反射型液晶表示装置１６
の輝度と比較例の反射型液晶表示装置１の輝度とを図５
に示す測定方法にて測定した。

【００５９】同図に示す測定方法によれば、被測定用の
液晶パネル２３の上方に照明光源２４と受光器２５とを
配置し、受光器２５の受光方向は液晶パネル２３の面に
対し垂直方向にしている。そして、照明光源２４の光出
射方向は、この受光方向と２５°に設定している。

【００６０】このような測定方法により本発明の反射型
液晶表示装置１６の輝度と比較例の反射型液晶表示装置
１の輝度とを測定したところ、反射率が１０％程度向上
していた。

【００６１】なお、本発明は上記実施形態例に限定され
るものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々
の変更や改善などは何ら差し支えない。

【００６２】たとえば、上記の実施形態においては、Ｓ
ＴＮ型単純マトリックスタイプのカラー液晶表示装置で
もって説明しているが、その他にモノクロのＳＴＮ型単
純マトリックスタイプの液晶表示装置であっても、ある
いはＴＮ型単純マトリックスタイプの液晶表示装置であ
っても、さらには強誘電性液晶型、反強誘電性液晶型、
双安定液晶型等の液晶表示装置に対しても同様な作用効
果が得られる。

【００６３】

【発明の効果】以上のとおり、本発明の反射型液晶表示
装置によれば、基板上に光反射性を有するストライプ状
の金属電極層と配向層とを順次積層してなる一方の部材
と、透明基板上にストライプ状の透明電極と配向層とを
順次積層してなる他方の部材との間にネマチック型液晶
を介在させてマトリックス状に画素を配列せしめた構成
であって、上記金属電極層と配向層との間に、電気的な
無機絶縁層を膜厚５００〜１５００Åにて介在したこと
で、反射性能を向上させ、その結果、出射光（輝度）を
高めた高性能かつ高信頼性の反射型液晶表示装置が提供
できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶表示装置の要部拡大断面図であ
る。

【図２】人の目が感じる感度の波長依存性を示す線図で
ある。

【図３】反射率測定用サンプルの構成を示す断面概略図
である。

【図４】測定用サンプルの反射率を示す線図である。

【図５】液晶パネルの反射率測定方法を示す斜視図であ
る。

【図６】従来の液晶表示装置の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１，１６ 反射型液晶表示装置 ２ セグメント側のガラス基板 ３ コモン側のガラス基板 ５ａ 密着層 ５ｂ 表面層 ５ 電極 ６、１０ 配向膜 ７ カラーフィルタ ８ オーバーコート層 ９ 透明電極 １１ 液晶層 １３ａ 位相差板 １３ｂ 偏光板 １４ 駆動用ＩＣ １７ 絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H042 DA02 DA12 DA15 DA18 DB00 DC02 DE04 2H090 HA03 HA08 HB02X HB08Y HC01 HC05 HD06 KA08 LA06 LA09 2H091 FA14Y GA02 GA06 GA07 LA16 LA17

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に光反射性を有するストライプ状の
   金属電極層と配向層とを順次積層してなる一方の部材
   と、透明基板上にストライプ状の透明電極と配向層とを
   順次積層してなる他方の部材との間にネマチック型液晶
   を介在させてマトリックス状に画素を配列せしめた反射
   型液晶表示装置において、前記金属電極層と配向層との
   間に、膜厚５００〜１５００Åの無機絶縁層を介在させ
   たことを特徴とする反射型液晶表示装置。